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• 基于深度学习的强对流高分辨率临近预报试验
• 郭瀚阳,陈明轩,韩雷,张巍,秦睿,宋林烨

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  摘要

  2018-12-14

• 摘要：强对流天气临近预报预警在气象灾害防御中具有极为重要的地位。在气象业务中，因对强对流天气临近预报预警准确率和时空分辨率的极高要求，使其成为业务难点和研究热点之一。对于高时空分辨率强对流临近预报问题，本文尝试用深度学习方法来解决。首先将强对流临近预报抽象成同时包含时间和空间的序列预测问题；然后基于改进的循环神经网络算法形成的自编码模型，使用京津冀地区长序列、高时空分辨率天气雷达组网拼图数据进行模型训练；最后利用基于历史半小时雷达回波拼图数据训练得到的端到端神经网络，来预报未来1小时内的逐6分钟回波演变特征。通过基于传统外推算法的临近预报方法与深度学习算法的临近预报方法进行对比，发现使用的深度学习方法可以有效“学习”到高时空分辨率序列雷达数据特征的内在关联，通过多层神经网络构造出抽象的深层特征，能够有效捕捉到雷达回波的演变规律和运动状态。通过计算雷达回波预报的命中率（POD）、误警率（FAR）、临界成功指数（CSI）等检验表明，相较传统外推临近预报方法，在强对流回波临近预报准确性上有较明显提高，具有广泛的应用前景。

• 庐山2016年冬季三级分档雾水化学特征
• 胡春阳,樊曙先,王小龙,张鸿伟,朱丹丹

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  摘要

  2018-12-14

• 摘要：探究不同尺度雾滴化学特征，是深化雾微物理化学研究的重要内容。2016年12月至2017年01月在庐山开展雾综合观测实验，利用主动式三级分档雾水采集器(CASCC 3_stage)收集到3次雾过程73个分档雾水样本，雾滴分档粒径：4-16μm(3级)，16-22μm(2级)和≥22μm(1级)。定量得到了分档雾水的pH、电导率(EC)及9种水溶性无机离子（Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、NO2-、NO3-、SO42-）浓度(μeq/L)。结果表明，庐山冬季雾水酸化严重，pH介于3.96-5.82，pH<5.6的样品占98.6%且4-16μm小雾滴的重酸性(pH<4.5)样品最多占比达54.2%，小雾滴酸性和电导率更强；NH4+、Ca2+、NO3-、SO42-是雾水主要离子组分， [NH4++Ca2++NO3-+SO42-]分别在三级分档雾水中占总离子浓度(TIC)的83.8%、88.9%和87.3%；综合三次雾过程，TIC、NH4+、K+、NO3-、SO42-在4-16μm小雾滴存在富集，表现出尺度依赖特征；86%雾水样品[SO42-]/[NO3-]介于0.5-3.0，属于硫酸和硝酸混合型酸化，雾水酸化主要原因是碱性缓冲物质与酸性组分不平衡以及可能存在有机酸贡献；同一观测点不同雾过程化学特征存在个例差异，第二次雾过程(12.25.14:00-26.21:00 BT)，TIC、NH4+、Ca2+、NO3-、SO42-在16-22μm尺度雾滴存在富集，这可能是雾区气溶胶浓度较低、降温、采样间隔和污染气体及气溶胶输送共同作用的结果。后向轨迹聚类和潜在源(PSCF)分析表明，观测期间影响庐山的气团均来自西部，来自湖南北部的局地气团占总轨迹数68.99%最为重要；PM2.5、SO2、NO2具有相似潜在源区空间分布，主要位于湖北、湖南、安徽西南部和江西北部等邻近省份地区，以近距离输送为主。

• 延庆-张家口地区复杂地形冬季山谷风特征分析
• 贾春晖,窦晶晶,苗世光,王迎春

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  摘要

  2018-12-12

• 摘要：基于2016年12月至2017年2月和2017年12月至2018年2月两年冬季的近地面自动站逐时观测数据以及张家口探空数据分析延庆-张家口一带（包括张家口崇礼、赤城、海坨、小五台山区，延怀、怀涿、洋河、蔚县盆地以及北京延庆、昌平、怀柔部分平原地区）复杂地形的风场精细化时空分布特征，揭示不同复杂地形下局地风场的时空变化规律，加深对复杂地形动力、热力作用对近地面风场影响的认识，为冬季山区风场预报以及复杂地形数值模式改进提供参考。结果表明：晴朗小风天风持续性作为矢量平均风速和标量平均风速的比值，可以作为研究风场变化规律的重要参数。根据风持续性的日变化特征，可以将研究区域内所有站点分为10种类型，分别代表了不同局地地形特征的影响，风持续与风向变化的相关性也很大。研究区域主要有三种类型的地形风：斜坡风、峡谷风以及较大尺度的山区平原风；不同地形特征下的风场、风持续性存在明显不同的日变化特征，山风和谷风相互转化的时间也有所差异，山区最早，盆地次之，平原区最晚；山风时段持续时间较谷风时段长，风速小；晴朗小风天实测风反映了实际风场的特征，而排除环境背景风场，弱化地形动力作用后整个冬季的局地风作为理论山谷风，更能反映热力作用下的山谷风特征。

• 高分辨率统计降尺度数据集NEX-GDDP对中国极端温度指数模拟能力的评估
• 李金洁,王爱慧,郭东林,王丹

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  摘要

  2018-12-12

• 摘要：利用1986～2005年的中国地面气象台站观测的格点化逐日气温资料（CN05.1）评估了高分辨率统计降尺度数据集NASA Earth Exchange/Global Daily Downscaled Projections（NEX-GDDP）中21个全球气候模式对中国极端温度指数的模拟能力。在文中选用了日最低温度最大值（TNx）、日最高温度最大值（TXx）、暖夜指数（TN90p）和暖昼指数（TX90p）来研究极端温度事件的变化。结果显示:（1）除MRI-CGCM3模拟的TXx外，其余模式对四个指数的模拟结果均体现出与观测一致的上升趋势，但模拟结果的平均值相对观测平均偏低了0.26℃/10年（TNx）、0.19℃/10年（TXx）、2.21%/10年（TN90p）、1.04%/10年（TX90p）。（2）不同模式对各指数变化趋势空间分布特征的模拟存在较大差别，对TNx、TXx、TN90p和TX90p模拟能力最优模式分别为CCSM4、CESM1-BGC、MIROC-ESM-CHEM和bcc-csm1-1。模式模拟的TNx和TXx气候态平均值与观测值的相关系数在0.97以上。TN90p和TX90p模拟结果与观测值的标准差比值为0.34~1.58，均方根误差变化为1.6~3.47%，对这两个指数模拟能力较优的模式分别为MIROC-ESM-CHEM（TN90p）和CESM1-BGC(TX90p)。（3）综合模式对四个指数在气候态平均值和变化趋势模拟能力的评估结果来看，CanESM2、CESM1-BGC和MIROC-ESM-CHEM显示了相对较好的模拟能力。因此，在利用GDDP-NEX研究未来极端温度事件时，本研究建议将它们作为优选模式。

• 热带一次致灾龙卷形成物理机制研究
• 王秀明,俞小鼎

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  摘要

  2018-12-06

• 摘要：初始风暴在文昌附近向西传播，而同时海口风暴亦由海风锋触发并向东移动，两风暴下沉气流导致的出流相遇在海风锋辐合线上，触发了龙卷母云体。龙卷初始涡旋在低层两风暴出流相遇的切变辐合线上形成，当初始涡旋与其上方深厚且强烈的上升气流叠置时，拉伸作用大大加强了垂直涡度，使得龙卷形成。深厚的强上升气流有三个来源：对流风暴的出流边界（outflow boundaries）相遇形成的辐合抬升；环境正浮力造成的对流单体内强上升气流，还可能与中高层强中气旋强迫的扰动低压有关。龙卷形成过程中，中高层强中气旋位于6-9 km高空并向上发展，龙卷初始涡旋先于龙卷母云体出现且比一般微气旋尺度大，伸展至更高的高度，属于非典型中气旋龙卷（或非典型超级单体龙卷）。此次热带强龙卷出现在弱的大尺度系统强迫的天气背景下，水平风垂直切变弱，海风锋、出流边界等边界层中β尺度辐合线边界在龙卷形成过程可能起决定性作用。

• 滤除ENSO信号前后夏季热带印度洋海盆尺度海温异常对西太平洋副热带高压的不同影响
• 钱代丽,管兆勇

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  摘要

  2018-11-08

• 摘要：本文使用NCEP/NCAR再分析资料、哈德莱海表温度（sea surface temperature，SST）和中国国家气候中心的西太平洋副热带高压（以下简称西太副高）特征指数，对比分析了在ENSO背景下的夏季印度洋（Indian Ocean，IO）海盆尺度模（Indian Ocean basin mode，IOBM）与独立于ENSO的IOBM（以下称pure Indian Ocean basin mode，IOBM_P）对西太副高的不同影响机理。结果表明，滤除前期ENSO信号后，西北太平洋上为冷SSTA，并在其西北侧强迫出Gill型反气旋。另IO与海洋性大陆（Maritime continent，MC）间存在西高东低的海温异常（sea surface temperature anomaly，SSTA）梯度，印度洋暖SSTA激发出的赤道Kelvin波影响至MC西部地区，强迫出的异常大气环流关于赤道基本对称。加之此时我国南海至西北太平洋地区降水偏弱，潜热释放偏少，从而非绝热冷却，导致西太副高异常偏强、偏南。而在前期El Ni?o的影响下，来年夏季IO与MC地区均有利于出现暖海温异常，Kelvin波的影响偏强偏东，强迫出的异常环流偏在北半球，通过“Ekman 抽吸”和非绝热冷却在对流层低层制造出异常负涡度并进而影响西太副高，使其明显偏强、偏西、偏南。由于IOBM_P在2年和8年周期上对西太副高的影响最明显，而ENSO信号中主要是3-7年的短周期振荡，因此，ENSO背景下的印度洋增暖对WPSH的遥强迫实际包含了来自热带中太平洋的3-7年周期信号的滞后影响和印度洋地区局地变化特别是2年和8年周期变化的作用。这些结果对人们深刻理解西太副高变化规律和做出有效预报提供了线索。

• 数值天气预报系统GRAPES的新初始化方案
• 刘艳,薛纪善

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  摘要

  2018-11-08

• 摘要：四维变分同化由于引入预报模式作为一项约束，理论上它的分析场已经具有较好的平衡性，但实际实施时还会有诸多因重力波导致的高频振荡过程，因此，四维变分同化分析仍需要初始化。本文描述了GRAPES全球四维变分同化系统（GRAPES-4DVar）的新初始化方案的科学设计，公式演绎以及试验结果。GRAPES-4DVar的新初始化方案采用数字滤波方案作为代价函数的一项约束控制重力波引发的不平衡结构，约束强加在分析增量上，与极小化迭代过程同步进行。新的初始化方案是变分同化系统的一部分，数字滤波的积分时间与4DVar的同化时间窗一致，不会对4DVar产生额外的计算资源消耗；并能适应长时间窗的同化，不会因为时间窗的延长而削弱慢波过程。新初始化方案中，模式轨迹的光滑程度可在变分同化中通过重力波控制项的权重系数方便地控制。GRAPES全球四维变分同化的理想和循环同化批量试验都表明：在四维变分同化中，重力波的控制依然非常重要，具有初始化的GRAPES试验，无论分析还是预报技巧都较无初始化的分析和预报技巧有明显优势。与以前分析和滤波独立实施的旧初始化方案相比，新方案的分析和预报效果略优，但可以有效地节省循环同化系统的运行时间，这对四维变分同化来说非常重要。

• 第二类ENSO和平流层准两年振荡对冬季北半球平流层臭氧的联合调制作用
• 李小婷,田文寿,谢飞,张如华,雒佳丽,梁靖琳

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  摘要

  2018-11-08

• 摘要：利用观测和再分析资料通过合成分析方法，研究了第二类ENSO（ENSO Modoki）和平流层准两年振荡（QBO）对冬季北半球平流层臭氧的独立影响和两者对臭氧的联合调制作用。研究表明，冬季北半球平流层臭氧在El Ni?o Modoki年增加，而在La Ni?a Modoki年减少；QBO东风位相（EQBO）年份，冬季北半球平流层臭氧增加，西风位相（WQBO）结果则相反。相比之下，冬季北半球中、高纬度平流层臭氧异常对QBO活动的响应明显小于其对ENSO活动的响应。进一步研究发现，EQBO会加强El Ni?o Modoki事件引起的冬季北半球平流层臭氧的增加，而减弱La Ni?a Modoki事件造成的平流层臭氧的减少。在WQBO位相下，El Ni?o Modoki事件仅导致冬季北半球平流层臭氧含量少量增加，而La Ni?a Modoki事件期间臭氧会大幅度减少。因此，EQBO会加强El Ni?o Modoki事件对冬季北半球平流层臭氧的影响，而减弱La Ni?a Modoki事件对冬季北半球平流层臭氧的影响。WQBO会减弱El Ni?o Modoki而加强La Ni?a Modoki 事件对冬季北半球平流层臭氧的影响。

• 年际增量方法在西南夏季降水预测中的应用
• 郑然

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  摘要

  2018-11-02

• 摘要：西南地区80站逐月降水资料及NCEP/NCAR再分析资料等，采用降水预测新方法-年际增量法，考察影响西南地区夏季降水年际增量的前期冬春季大气环流年际增量状况，并选取5个关键影响因子，采用多元回归法建立西南夏季降水年际增量预测模型。对降水年际增量进行预测，在1971~2010年的建模阶段，预测模型的拟合率为0.78，在2011~2017的后报检验七年中，有六年与实况值同位相。后报检验2011~2017年的降水距平百分率，均方根误差为16%。为考察对降水异常分布型的预报效果，逐站建立回归方程，并进行趋势预报检验，近五年的ps评分高于发布预测，预报效果较好。因此，该方法的应用及模型的建立对提高西南地区夏季降水预测水平有重要意义。

• 2017年北京北部一次罕见强弓状飑线过程演变和机理
• 罗琪,郑永光,陈敏

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  摘要

  2018-10-30

• 摘要：2017年7月7日下午至午夜，河北西北部和北京中北部发生了一次罕见的最大瞬时风力将近12级并伴有大冰雹的强弓状飑线过程，其触发、演变和维持机制等具有较高研究价值。综合多种观测资料和 NCEP分析资料，本文利用“配料法”分析了该次飑线过程的环境条件、触发、演变、风暴结构和弓形回波的形成与维持机制。飑线发生在500 hPa冷涡西南部的前倾槽和低空急流形势下；超过2000 J/kg 的对流有效位能（CAPE）、强0–6 km和0–3 km垂直风切变为弓状飑线及其相关超级单体的生成和维持、大冰雹和地面强风的形成提供了有利条件；较低的湿球温度0 ?C层（~3.8 km）是有利于大冰雹形成的融化层高度；对流层中层高达30 ?C温度露点差与大的垂直减温率造成环境大气具有强的下沉对流有效位能（DCAPE），利于弓状回波和地面大风形成。初始对流形成于西北风和西南偏西风之间的地面辐合线附近。地面大风和冰雹主要分布于低TBB和以正闪为主的闪电活跃处。雷达回波显示飑线先由线状对流系统发展成为团状超级单体对流系统，最后演变成弓状飑线。超级单体阶段和飑线阶段都有明显的回波悬垂、弱回波区、中气旋（飑线成熟后期为中涡旋）、强后侧入流及其伴随的入流缺口等；对流层中层急流和大的温度露点差是形成强下沉气流并发展出弓状特征的主要原因；大的CAPE和DCAPE值以及强垂直风切变是飑线维持的原因。

• 雷达资料同化对2016年6月23日阜宁龙卷模拟的改进
• 陈锋,董美莹,冀春晓,梁旭东

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  摘要

  2018-10-18

• 摘要：基于GSI(Community Gridpoint Statistical Interpolation)同化系统和WRF(Weather Research and Forecasting)模式，探讨了多部多普勒雷达的反射率因子和径向速度资料同化对2016年06月23日阜宁龙卷模拟的改进效果和影响过程。结果表明：⑴仅同化雷达反射率因子和仅同化径向速度均能在一定程度上改进模式对阜宁龙卷及其环境场的模拟，且雷达径向速度同化的改进作用更大；同时同化两种资料改进效果最佳。⑵雷达反射率因子同化是利用复杂云分析技术，直接修正了水凝物质含量，增加了潜热释放，对低层大气热力场进行了正温度扰动调整，从而主要改进了初始场的水汽条件和热力条件；而雷达径向速度同化通过三维变分技术直接修正了风场，进而引起水汽输送变化影响水凝物质的调整和大气热力场的变化，对初始场的动力条件和热力条件修正较大；同时同化两种资料同时修正了初始场的动力和热力结构，保证了两者物理上的协调，综合了两者的改进作用，从而取得最佳模拟效果。⑶同时同化雷达反射率因子和径向速度后，模式在阜宁附近模拟出了明显的涡旋结构，尽管涡旋强度和龙卷结构与实况仍有一定差距，但涡旋发生发展过程、路径、地面小时极大风和降水等模拟与实况吻合度均明显高于控制试验。

• 基于CloudSat、FY-2E资料的中国海陆地区深对流及穿透性对流特征
• 杨冰韵,吴晓京

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  摘要

  2018-10-18

• 摘要：深对流在地气系统的物质和能量交换中起着至关重要的作用，伴随而来的暴雨、雷电、冰雹等强天气会对人类社会产生影响。利用CloudSat/CALIPSO和FY-2E卫星数据，研究了中国地区不包含穿透性对流的深对流（DCwo）及穿透性对流（CO）的海陆分布、云顶红外亮温和云团特征（包括对流系统（CS）和对流单体（CC）的面积、活跃性对流比、偏心率、最低亮温、平均亮温梯度）。结果发现：CO比DCwo的云顶红外亮温更低，垂直高度上的雷达反射率更大；从发生次数来看，DCwo/CO在海洋比陆地多，低纬度比高纬度多，夏季相比其它季节多，冬季的海陆差异最大；从云顶亮温的分布来看，海洋比陆地、CO比DCwo集中分布区间的亮温值更低，CO的分布区间比DCwo集中；从云团特征来看，CS/CC的发生频率随面积的增大而减小，CO比DCwo、海洋比陆地更容易出现较大面积的CS/CC，海洋CO的活跃性对流比相对较高；偏心率在0.5以上的发生频率较高，CS形状更偏向于圆形，在海洋上更加明显；CO在海陆上的最低亮温集中分布区间为190－195 K，比DCwo的分布更集中，平均亮温梯度在0.1 K/km以下的发生频率较高。

• 线性规划在X波段双线偏振多普勒天气雷达差分传播相移质控中应用
• 马建立

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  摘要

  2018-10-18

• 摘要：对X波段双线偏振多普勒天气雷达而言，差分传播相移 数据质量是影响雷达应用的关键因素，需要开展 的数据质量控制。首先利用相关系数 ， 纹理和 纹理特征信息剔除非气象回波，然后采用一种新的方法—线性规划（Linear programming）来开展差分传播相移 的数据质量控制，文中比较分析了雷达原始 数据经过3、5、7点不同平滑点数对线性规划结果的影响，分析数据表明不同平滑点数对线性规划结果几乎无影响。将线性规划方法应用到北京组网的X波段双线偏振多普勒天气雷达差分传播相移 数据质量控制上，结果表明， 经过线性规划后，可以有效提升 数据质量，表现在：（1） 具有累积递增属性和差分传播相移率 的非负属性，与 和 应该具备的物理属性一致；（2）可以有效剔除因冰雹等大粒子产生的后向差分传播相移 对 的影响，提升 计算 准确度。

• 京津冀夏季雷达定量降水估测的误差统计及定量气候校准
• 宋林烨,陈明轩,程丛兰,高峰,陈敏

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  摘要

  2018-10-18

• 摘要：雷达定量降水估测（QPE）是短时临近预报的关键部分，在定量降水预报（QPF）、强降水预警、城市积水内涝、地质山洪灾害、精细化天气服务等方面具有重要作用。利用京津冀区域雷达QPE资料和逐小时自动站降水数据，分析了2011—2016年夏季京津冀区域雷达QPE的误差空间分布特征，并重点提出了一种新的雷达本地化定量气候校准算法。结果表明，京津冀区域雷达QPE较好反映了总降水量“东北-西南”带状分布特征，但西北部山区、东北部山区及西南部山区估计偏弱，东北部山前地带估计偏强，西北部存在虚假降水估计，而北京市城区估计最为准确。利用雷达本地化定量气候校准算法对1小时雷达QPE进行气候尺度上的约束订正，检验结果表明，经过校准后的雷达QPE偏差（BIAS）、平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）和均方根相对误差（RRMSE）均减小。绝大部分站点BIAS减小幅度可达50%以上，京津冀东部及南部平原地带MAE、RMSE和RRMSE减小幅度在20%左右，而北部及西南部山区误差减小幅度相对较小。降水个例检验结果表明，经过雷达定量气候校准后的雷达QPE强度更接近自动站观测的降水量级，且降水结构细致，BIAS、MAE和RMSE均减小，和自动站观测降水的相关系数增大，因此该算法有助于改进雷达QPE的准确性。该算法具有较高的业务推广价值，可广泛应用于其它地区。

• 两类不同风灾个例超级单体特征对比分析
• 杨波,孙继松,刘鑫华

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  摘要

  2018-10-18

• 摘要：采用分钟级加密自动站，盐城、淮安和岳阳、荆州雷达数据，以及ECMWF高分辨率的ERA-Interim全球再分析数据，对比分析了2016年6月23日江苏阜宁龙卷灾害和2015年6月1日湖北监利下击暴流大风灾害的环境特征与超级单体的结构特征。结果表明：（1）两次强对流大风灾害发生在相似的低空环流背景下：风灾发生在低空急流出口区左侧的暖区内、850hPa低涡中心东侧6-7个经距的位置；环境大气的对流有效位能大于2000J/kg。但是风灾的类型不同，江苏阜宁大风灾害主要由超级单体龙卷造成，监利“东方之星”沉船事故主要是超级单体触发的下击暴流造成。短时强降水中心与风灾中心的相对位置不同：阜宁龙卷移动方向的左侧伴随着最强短时强降水；湖北监利沉船事件发生期间，风灾中心与短时强降水中心基本重合。鉴于不同性质的对流大风位置与超级单体母体的中心位置对应关系上存在差异，通过比较地面观测的瞬时大风与瞬时强降水中心的相对位置可能有助于区分强对流大风的性质。（2）环境垂直切变强度对对流风暴结构、发展、维持有重要影响：阜宁龙卷发生时，其上空0-6km垂直风切变达4×10-3 /s，超级单体有明显的向前倾斜结构，形成有界弱回波区；而监利强对流沉船位置0-6km垂直风切变只有2.3×10-3/s左右，风暴单体中的上升气流近乎于垂直。阜宁超级单体中气旋，首先出现在0-1.5km垂直风切变和0-3km风暴相对螺旋度带状大值区，在向抬升凝结高度更低的环境移动过程中，其底部不断下降，形成龙卷；而在监利沉船区，中低层风切变和风暴相对螺旋度相对要弱得多，对应风暴单体中的中气旋强度、持续性较弱，中气旋底部高度维持在1.6km左右。（3）环境湿度垂直结构特征不同可能是风暴单体形成不同类型灾害大风的重要环境因子。监利下击暴流造成的风灾发生时，在地面气温迅速下降过程中，气压变化呈现快速跳升又快速下降的“尖锥”形，气压峰值比降水峰值提前4分钟出现。它与对流层中高层环境大气中较为深厚的干空气卷入对流风暴中造成水物质强烈蒸发冷却过程有关。而阜宁风灾过程中，环境大气中层仅存在非常浅薄的干层，加之低层较为深厚的饱和大气环境，对应的地面冷池效应相对较弱。

• 春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响和预测作用
• 李秀珍,唐旭紫,李施华,温之平

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  摘要

  2018-10-11

• 摘要：本文利用1980-2012年高原中-东部71个站点观测资料、全国756站的月降水资料、Hadley中心提供的HadISST V1.1海温资料以及ERA-Interim再分析资料，综合高原的感热加热以及全球海温，研究了春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响，并建立预报方程，探讨了青藏高原春季感热对中国降水的预报作用。结果表明，青藏高原春季感热与中国东部降水关系密切，高原春季感热异常增加伴随着长江流域中下游同期降水偏多，后期夏季长江流域整流域降水也持续偏多，华南东部降水偏少。春季高原感热的增强与环北半球中高纬的波列密切相关，扰动在北太平洋形成的反气旋环流往西南方向延伸至西北太平洋，为长江流域输送大量的水汽，有利于降水的发生。在夏季，伴随着前期高原感热的增强，南亚高压位置偏东，西太平洋副热带高压位置偏西偏南，副高北侧为气旋式环流异常。在副高的控制下，华南东部降水减少；副高西侧的偏南气流为长江流域带来大量水汽，并与来自北部的偏北风异常发生辐合，降水增多。 高原春季感热异常是华南和长江流域夏季降水异常的重要前兆信号。加入高原春季感热后，利用海温预报的华南、长江流域夏季降水量与观测值的相关系数有所提高，预报方程对区域降水的解释方差提高约15%。

• GRAPES全球奇异向量技术改进及试验分析
• 李晓莉,刘永柱

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  摘要

  2018-10-09

• 摘要：基于总能量模的奇异向量扰动常用于构造集合预报的初始条件。以建立GRAPES全球集合预报系统为目的，基于前期研发的GRAPES全球模式奇异向量方法，本文在GRAPES全球切线性模式和伴随模式2.0版的框架下，开展了引入线性化边界层方案来改善奇异向量结构，并提高奇异向量计算效率的研究。通过连续试验，从奇异向量的扰动能量结构，扰动能量谱及扰动空间分布等方面，综合分析改进GRAPES全球奇异向量的结构及演变特征。试验结果表明，改进后的GRAPES奇异向量方法有效抑制了之前扰动能量在近地面层不合理的快速增长，同时，奇异向量最优扰动的结构更客观地体现了中高纬度区域大气初始条件中的斜压不稳定扰动及其演变，如在初始时刻奇异向量扰动能量主要位于对流层中层，并呈现出随高度向西倾向的大气斜压特征；经过线性化演变，扰动能量向较大水平尺度转移，并在垂直结构上表现出向对流层高层上传，及向对流层低层下传的特征等。针对GRAPES奇异向量迭代求解中伴随模式计算耗时为主的情况，改进伴随模式中GCR调用方式，并采用大内存存储法来提高其计算效率，进而将奇异向量总计算时间缩短了25%。总之，改进后的GRAPES奇异向量方法，可应用于构建面向业务应用的GRAPES全球集合预报系统。

• 基于风场季节变率的高原季风指数算法的改进及对比
• 张少波,吕世华,赵勇,杨显玉

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  摘要

  2018-09-30

• 摘要：关于高原季风，现有研究中分别从近地层的热低压、气旋式环流切变以及风场的涡度和散度等角度定义了高原季风指数，但现有指数均更多的关注高原空间场的对比，而没有考虑风场的冬夏转换特征。目的：因此在之前的工作中，基于风场季节变率指数，从高原近地层冬夏风场对比的角度定义了一种新的高原季风指数，这里主要对该指数进行改进和简化，以有利于其的进一步推广。资料和方法：为了验证改进的效果，使用ERA-interim再分析数据计算高原季风指数，并比较了不同高原季风指数年变化和年际变化的差异及其与夏季降水相关关系的差异。结论：结果表明：（1）改进后的高原季风指数物理含义清楚，弥补了原指数计算复杂的缺点。（2）物理基础的差异使得新指数在8月份达到峰值，不同于其他指数在6月份达到峰值，但整体而言，不同高原季风指数和高原降水的年变化特征均有较好的一致性。（3）新指数能够较好的表征高原季风与高原夏季降水东西反相的相关系数分布特征，且不同于其他指数在高原一致的相关系数分布特征，对于高原地区降水，尤其是高原东南部人口相对密集地区的降水预测具有较好的指示意义。

• 青藏高原地气耦合系统及其天气气候效应——第三次青藏高原大气科学试验
• 赵平,李跃清,郭学良,徐祥德,刘屹岷,唐世浩,肖文名,师春香,马耀明,余兴,刘辉志,假拉,谌芸,柳艳菊,李建,罗达标,曹云昌,郑向东,陈军明,肖安,远芳,陈东辉,潘旸,胡志群,张胜军,董立新,胡菊旸,韩帅,周秀骥

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  摘要

  2018-09-30

• 摘要：由于青藏高原(简称高原)是影响中国极端天气和气候事件的关键区，对天气、气候预报有重要影响。因此，中国气象局、国家自然科学基金委员会、中国科学院共同推动了“第三次青藏高原大气科学试验（TIPEX-Ⅲ）”工作。自2013年的预试验开始， TIPEX-Ⅲ在高原西部狮泉河、改则和申扎新建全自动探空系统，填补了高原西部缺少常规探空站的空白；在高原中、西部建成土壤温、湿度观测网；实施了高原尺度和那曲区域尺度的边界层观测，那曲多型雷达和机载设备的云降水物理特征综合观测，高原多站的对流层-平流层大气成分观测。在研究成果方面，项目结果指出，在高原中、西部草原、草甸和裸土下垫面状况下地表热量湍流交换系数和感热通量明显低于过去较早的估计值；高原主体的对流云活动主要不是来自南亚季风区的向北传播，而可能是局地发展所致；揭示出那曲对流云日变化特征、云宏微观特征以及云中水不同相态之间的转化机制，提出了夏季高原加热在亚洲大气“水塔”维持的作用，以及高原加热对亚洲、非洲、北美洲气候的调节作用。在数值预报模式中，Γ分布比M-P分布更适合于高原雨滴谱特征，通过改进高原热传导过程参数化方案可以降低模式中高估的地表感热，并提升模式对中国中、东部雨带的模拟能力；此外，考虑青藏高原关键区信号可以提升中国中、东部降水的预报技巧。TIPEX-Ⅲ还带动了地面和高空常规观测、天气业务雷达和风廓线雷达等观测数据加工处理业务技术的发展，提升了国家级土壤湿度、水汽含量等遥感产品和高分辨多源降水融合产品的质量，促进了气象监测、预报和数据共享业务发展。

• WRF模式在青藏高原那曲地区大气边界层模拟适用性研究
• 许鲁君,刘辉志,徐祥德,杜群,王雷

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  摘要

  2018-09-29

• 摘要：采用WRF (Weather Research and Forcasting Model)模式四种边界层参数化方案对青藏高原那曲地区边界层特征进行数值模拟，并利用“第三次青藏高原科学实验”在青藏高原那曲地区5个站点的观测资料对模式结果进行验证，分析不同参数化方案在那曲地区的适用性。研究表明，YSU、MYJ、 ACM2和BouLac方案对2 m气温和地表温度的模拟存在冷偏差。BouLac方案模拟的地表温度冷偏差较小。通过对能量平衡各分量的对比分析发现，温度模拟偏低可能是向下长波辐射模拟偏低以及感热通量和潜热通量交换过强导致的。对于边界层风、位温和相对湿度垂直结构的模拟，局地方案的模拟效果均优于非局地方案。BouLac方案对那曲地区近地层温度、边界层内位温和相对湿度的垂直分布模拟效果较好。

• 第三次青藏高原大气科学试验气象学报专刊------夏季青藏高原上空热力异常与其上下游大气环流联系的研究进展
• 刘舸,赵平,南素兰,陈军明,王慧美

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  摘要

  2018-09-27

• 摘要：围绕夏季青藏高原热力异常与其上下游大气环流在年际尺度变化上的联系，对最新的研究成果做了简要介绍。通过观测资料分析与数值试验，指出在年际尺度上夏季青藏高原热力异常与同期亚洲—太平洋涛动（APO）具有显著且稳定的联系，前者可能通过调节亚洲和中东太平洋热带外大尺度垂直环流异常影响后者。另外，夏季青藏高原热力异常对高原上空及更大范围上对流层温度的年际变化也有一定贡献，进而通过对上游大尺度环流的调节作用影响到同期西非萨赫勒地区的降水。夏季青藏高原热力异常只是导致其上下游大气环流年际变化的一个原因，其他影响效应尚需今后进一步探讨。

• 基于组网观测的那曲土壤湿度不同时间尺度的变化特征
• 李博,张淼,唐世浩

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  摘要

  2018-09-21

• 摘要：利用第三次青藏高原大气科学试验的土壤湿度观测数据，分析了那曲多空间尺度组网观测的28个站2、5、10、20和30 cm 5个不同深度土壤湿度的季节变化和日变化特征，并对比讨论了土壤湿度站点间的差异。分析表明，各层土壤湿度均存在显著的季节变化。在冬春季节， 20cm以上土壤湿度随深度变浅而减小。夏秋季节土壤湿度随深度增加而减小，并分别在7月上中旬和9月出现两个峰值。10月以后进入土壤湿度衰减期。土壤温度和土壤湿度存在协同变化关系。在一定的温度范围内，土壤发生冻结-融冻过程，引起土壤湿度变化。在太阳辐射加热下，土壤表层水分蒸发，进而影响土壤温度。不同观测站间土壤湿度差异较大，夏秋季离散性大于冬春季。不同季节土壤湿度的日变化存在差异。春季10 cm以上土壤湿度日变化明显，在8-10时达到最低，19-20时达到最高值。夏季土壤湿度日变化较为平缓。秋季2 cm深度土壤湿度日变化明显。线性拟合结果表明，1、4、10月土壤湿度和土壤温度间是正相关关系。但是在夏季，土壤湿度与土壤温度为负相关。站点间土壤湿度变化的离散性表明，多测站才能全面体现高原某区域的陆面状态。本文结果为青藏高原地区土壤湿度卫星参数验证和数值模式参数化提供了多角度的观测依据。

• 中国东部大气温湿廓线特征及其对辐射收支计算影响的分析
• 孙囡,陈逸伦,傅云飞

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  摘要

  2018-09-19

• 摘要：地气辐射平衡是气候决定性因素之一，温湿廓线对辐射计算有重要影响。本文利用中国东部地区1960—2008 年74个探空站资料，将SBDART辐射传输模式自带的大气温湿廓线和探空测得的实际大气温湿廓线进行对比，并带入SBDART模式中，分别计算出晴空条件下不同温湿廓线对辐射通量的影响。结果表明：（1）中国东部地区的大气温湿廓线有明显的区域和季节特点（2）模式地面向下辐射通量与实际相比有较明显差异，尤其是在东北地区的冬季、华南地区的夏季和华南地区的冬季，差异达到了20—35 W/m2。相对误差达到了2.01%—2.95%，（3）在东北地区的冬季以及华南地区的夏季，模式计算的大气顶向上辐射通量与实际相比差异达到了10—22 W/m2。相对误差可达1.82%—8.94%。（4）模式与实际辐射加热率的差值在0.03 -0.29 K/d之间。研究表明，模式自带的大气温湿廓线区域和季节划分并不够细致，不足以代表东部地区各个区域及季节的温湿特点。建立一套中国东部地区的大气标准廓线可以为辐射模拟提供更准确的输入量。

• 临近预报的两种高时空分辨率定量降水预报融合算法的对比试验
• 程丛兰,陈敏,陈明轩,高峰,宋林烨,秦睿,杨璐,王勇

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  摘要

  2018-08-16

• 摘要：长期以来，雷达回波外推技术是0-2h临近预报系统主要采用的方法，但其实际有效预报时间<=1h，而中尺度数值模式预报则受平衡约束时间的限制（Spin-up），最初2h的降水预报无效。为解决上述两种预报之间的缺陷，目前国际上流行采用将外推预报与数值模式预报相融合的技术，形成统一的0-6h格点化的高分辨率无缝隙定量降水临近预报系统。本文对目前流行的两种融合算法（INCA算法及RAPIDS算法）进行了分析和对比试验，以期为业务应用提供借鉴。RAPIDS算法的核心是用自动站雨量融合雷达估测得到的定量降水对模式预报的降水强度和位相进行修正；INCA算法则是用数值模式预报的风场修正外推技术的降水移动矢量。两种方法在0-6h预报时效内，外推预报的权重均逐渐减小，模式预报的权重逐渐增大，从而实现外推预报和模式预报之间的平滑过渡。试验结果表明：两种方法对降水雨带和降水强度的预报均优于单一的外推预报或模式预报。集二者的优势研发最优的高时空分辨率降水预报无缝隙融合算法，将有助于进一步提升高分辨率定量降水0-6h无缝隙预报水平。

• “第三次青藏高原大气科学试验气象学报专刊”青藏高原大气可降水量单站观测对比分析
• 胡姮,曹云昌

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  摘要

  2018-08-02

• 摘要：为了探讨青藏高原大气可降水量观测资料的可靠性，本文对2015年6月至2015年9月BT西藏申扎、改则和那曲三站地基GNSS遥感的大气可降水量、同址探空观测的大气可降水量、风云三号可见光红外扫描辐射计反演的晴空大气可降水量、MODIS大气可降水量和NCEP可降水量进行对比分析。结果表明：探空可降水量和地基GNSS可降水量之间的偏差较小，均低于2.5mm。风三可降水量明显偏干，与其它观测结果的偏差超过6mm。全自动探空可降水量离散程度较L波段探空偏大，均方根误差超过4mm。

• 第三次青藏高原大气科学试验气象学报专刊—2014年夏季青藏高原云和降水微物理特征的数值模拟研究
• 唐洁,郭学良,常祎

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  摘要

  2018-07-27

• 摘要：为了加强对青藏高原云和降水微物理特征的深入认识，采用高分辨率中尺度数值预报模式（WRF），对第三次青藏高原科学试验2014年7月3日– 25日期间发生的6次不同强度云和降水过程进行了数值模拟分析。研究结果表明：（1）青藏高原夏季云和降水过程具有独特性。高原夏季对流的促发机制主要是午后高原加热造成的，云和降水具有明显的日变化。午夜后，对流性降水一般转化为层状云降水，具有明显的回波亮带，并且会产生强降水。大部分对流云云顶高度超过15 km（海拔高度），最大上升气流速度可达到10 – 40 m/s。（2）6次云过程中均具有高过冷云水含量，主要分布在0 – -20 °C层之间，冰晶含量主要分布在-20 °C层以上的区域，强盛的对流云中，可出现在-40 °C层以上区域；雨水分布集中在融化层之下，说明其主要依赖降水性冰粒子的融化过程；雪和霰粒子含量高，分布范围广，说明云中冰相过程非常活跃。（3）高原夏季云中水凝物的转化过程和降水的形成机理具有明显特点。霰粒子的融化过程是地面雨水的主要来源，暖雨过程对降水的直接贡献很小，但通过暖雨过程形成的过冷雨滴的异质冻结过程对云中霰胚的形成十分重要。霰粒子的增长主要依靠淞附过程以及聚并雪晶的增长过程。

• 94\220 GHz星载雷达双波长比对非球形冰晶云参数敏感性分析
• 吴举秀,窦芳丽,安大伟,顾瑜

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  摘要

  2018-07-25

• 摘要：利用不同形状冰晶的散射特性，获得了非球形冰晶云的94\220 GHz测云雷达双波长比DWR(dual wavelength reflectivity ratio)，探讨了非球形冰晶云的DWR与云内微物理参数的关系，分析了衰减前后的星载雷达反射率因子及DWR的垂直廓线。结果表明：（1）DWR可以反映小到0.1 mm中值尺度的冰粒子，对粒子总数、谱的形状参数不敏感，对粒子大小、形状、云衰减较敏感。（2）雷达灵敏度一定时，星载雷达可测云厚和雷达波长、IWC的垂直分布、云厚及衰减有关；没有进行衰减订正时，DWR和衰减有关，冰水含量（ice water content ，IWC）越大、波长越短，衰减越大，DWR最大值和可探测云厚有关。两部雷达可探测IWC为0.001－0.1 g/m3、厚2 km的冰云；当云厚5 km、IWC垂直分布在0.001－0.2 g/m3时，云厚的94%基本可以被220 GHz云雷达探测到。（3）如果两部雷达气象方程中用水的介电因子，测量回波强度应进行介电因子的订正后再计算DWR。

• 南亚夏季风爆发前后青藏高原地表热通量的长期变化特征分析
• 韩熠哲,马伟强

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  摘要

  2018-07-24

• 摘要：青藏高原作为世界第三极，其热力强迫作用不仅对亚洲季风系统的发展和维持十分重要，也会对大气环流场产生深远影响。利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA Interim中青藏高原及其周边地区的地表热通量月平均再分析资料，其时间序列为1979年至2016年的3-10月。通过分析得出以下结论：3-5月青藏高原主体由感热占据，且感热强度快速上升且呈西高东低的分布态势，潜热强度较小但随时间变化增强。季风爆发后的6-8月，高原感热强度减弱，潜热强度迅速增强且呈东高西低的分布趋势。季风消退后的9-10月，感热与潜热强度相当，但感热呈现西高东低的分布趋势。过去38年间，高原地表感热总体呈现微弱下降趋势，潜热呈较弱上升趋势。高原西部地区感热呈微弱下降趋势，潜热呈上升趋势。东部感热呈较为明显的下降趋势且近年来变化趋势增强，东部潜热通量则呈现较为明显的上升趋势，分析结论与近期全球变暖条件下青藏高原气候变暖变湿这一变化状况一致，通过对青藏高原地表热通量的变化分析为下一步运用第三次青藏高原大气科学试验所获资料分析高原上空大气热源的变化以及地表加热场如何影响大气环流奠定基础。

• 夏季青藏高原对流系统移出高原的气象背景场分析
• 胡亮,徐祥德,赵平

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  摘要

  2018-07-24

• 摘要：本文利用1998-2004年6-8月共21个月的ISCCP对流路径集资料，结合NCEP/NCAR再分析资料和TRMM 3B42降水资料，采用合成统计分析方法，对夏季生成于青藏高原地区的对流系统进行了分类对比分析，目的在于研究各类高原对流系统动热力场的水平和垂直结构特征，探讨各类对流系统能否移出高原的气象背景场差异。研究结果表明，夏季高原对流系统主要生成于青藏高原中东部，存在两个高发中心。夏季高原对流系统按照对流系统的移动路径可以分为没有移出高原、向南移出高原和向东移出高原三类。高原对流系统的移动、发展和生成源地没有直接关系，主要决定于气象背景场。当生成的高原对流系统上升运动强烈、水汽条件优越时，其强度不断增加，利于对流系统维持发展并移出高原，如果这类高原对流系统处于强西风气流控制下，容易向东移出高原，如受较强偏北风气流控制，则容易向南移出高原；而当生成的高原对流系统上升运动弱、水汽条件不理想时，其强度不断减弱，不利于对流系统发展移动，高原对流系统在高原内部逐渐消亡。

• 青藏高原地表位涡密度强迫对我国2008年1月南方降水过程的影响—I 资料分析
• 马婷婷,吴国雄,刘屹岷,江志红,于佳卉

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  摘要

  2018-07-24

• 摘要：位涡外部源汇是驱动大气环流的原动力。本文详细介绍了地表位涡制造和位涡密度强迫之间的联系，讨论了不同坐标系中位涡密度方程的特点及其在应用中应当注意的问题。还以2008年初南方低温雨雪冰冻灾害为例，探讨了青藏高原地表位涡密度强迫及东传对下游地区对流性天气发生的影响，拟由此揭示青藏高原位涡密度强迫激发我国东部激烈天气发生的一种新机制。伴随着青藏高原地表正位涡密度的东传，下游地区对流层中高层出现纬向正绝对涡度平流，气旋性环流增强，从而促使低空南风发展，为南方地区提供充沛的水汽条件。另一方面，南风的增强有利于低空经向负绝对涡度平流的加强，从而使南方地区高低空形成绝对涡度平流随高度增加的大尺度环流背景，有利于上升运动的发展。上升运动的加强又促进低空南风气流的增强，使高低空绝对涡度平流随高度增加的环流背景进一步增强，最终导致降水的产生。

• NPP/VIIRS卫星反演青藏高原夏季对流云微物理特征
• 岳治国,余兴,刘贵华,戴进,朱延年,徐小红,惠英,陈闯

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  摘要

  2018-07-24

• 摘要：青藏高原(下称高原)对东亚大气环流、气候变化及下游灾害性天气形成、发展有重要影响，研究青藏高原云微物理特征有重要意义。但因高原台站稀少，对云微物理研究不充分。NPP (National Polar-orbiting Partnership)卫星VIIRS(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite)传感器包含17个中分辨率通道（750 m）和5个高分辨通道（375 m），具有反演初生小块对流云的优势，能够利用NPP/VIIRS反演对流云的微物理特征。利用NPP/VIIRS卫星格点对流云云物理自动反演 (Automatic Mapping of Convective Clouds，AMCC)软件对高原地区2013–2017年夏季（6–8月）过境的VIIRS资料进行了反演，得到了高原对流云宏微观物理特征，并计算了这些物理量在0.33°×0.33°格点上平均值。分析得出如下结论：（1）反演云底温度（Tb）与那曲探空计算抬升凝结温度（TLCL）线性相关，相关系数为0.87，均方根误差为3.0°C；（2）高原对流云宏微观物理特征为，一是云底冷Tb为-5 °C，云底离地高度为1800–2200 m，云内含水量小；二是云底云凝结核数浓度（NCCN）为200–400个/mg，最大过饱和度（Smax）为0.7%，NCCN少 Smax大，云滴凝结增长速率更快；三是降水启动厚度（D14）小，为1500–2000 m，雅鲁藏布江流域及藏南地区D14约500–1000 m，更加容易形成降水；四是云顶海拔高度为10–13km，云厚度从南部5000 m逐渐减小到北部2500 m，云厚有限；五是晶化温度暖，从中部、南部-30 °C到北部-25 °C，加之高原Tb＜0 °C，使得云内降水粒子以冰相为主；（3）高原对流云的这些微物理特征决定了其降水具有多发、短时、量小、滴大的特点。这些结论进一步深化了高原夏季对流云的科学认识。

• 基于预测的双线偏振天气雷达数据无损压缩算法
• 曾强宇

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  摘要

  2018-07-24

• 摘要：随着双线偏振天气雷达技术的发展，雷达提供的探测参量越来越多，数据精度不断提高。探测性能提升使得天气雷达数据量急剧增长，数据存储和传输是雷达网络化应用中需要解决的重要问题。数据压缩算法用于减小传输和存储的数据量，但通用的数据压缩算法并未充分考虑双线偏振天气雷达数据的特点。本文提出适用于双线偏振天气雷达数据压缩算法（DPRC），使用径向预测减小天气雷达数据相关性,实现了天气雷达基数据的高效无损压缩。使用CSU-CHILL雷达数据和双线偏振改造后的CINRAD SA雷达对DPRC的算法性能进行评估，实验结果表明DPRC较通用的压缩算法压缩率更高，适用于高分辨率双线偏振雷达数据无损压缩。

• 青藏高原那曲地区一次深对流云垂直结构的多源卫星和地面观测对比分析
• 汪会,郭学良

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  摘要

  2018-07-20

• 摘要：为了加强对青藏高原深对流云垂直结构的深入认识，利用TRMM、CloudSat和Aqua多源卫星观测资料和地基垂直指向雷达（C波段调频连续波雷达和KA波段毫米波云雷达）资料，对第三次青藏高原试验期间2014年7月9日13:00-16:00 BT（北京时间）发生在那曲气象站附近的深厚强对流云和那曲气象站以西100 km左右的深厚弱对流云的垂直结构特征进行了分析，得到的结果如下：（1）深厚强对流云和深厚弱对流云的水平尺度都较小（10-20 km），垂直发展高度较高（15 -16 km，高度都为海拔高度，下同）；深厚强对流云在零度层以下雷达反射率因子递增非常快，表明对流云内固态降水粒子下落至零度层以下后融化过程有很重要的作用；在对流减弱阶段有明显的零度层亮带出现，亮带位于5.5 km左右（距地1 km）；（2）对比TRMM 测雨雷达和C波段调频连续波雷达观测到的雷达反射率因子，发现TRMM 测雨雷达在11 km以下存在高估；（3）深对流云主要为冰相云，云内10 km以上主要是丰富小冰粒子，而10 km以下是较少的大冰晶粒子；深厚强对流云和深厚弱对流云的微物理过程都主要包括混合相过程和冰化过程，混合相过程分为两种：一种是-25℃（深厚强对流云）或-29℃（深厚弱对流云）高度以下以淞附增长为主，另一种是该高度以上主要以冰晶聚合、凝华增长为主，该过程冰晶粒子有效半径增长较快。这些空基和地基的观测证据进一步揭示了高原深对流云垂直结构特征，对模式模拟高原深对流云的检验提供了依据。

• 人工智能在冰雹识别及临近预报中的初步应用
• 张文海,李磊

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  摘要

  2018-07-20

• 摘要：基于广东10部S波段多普勒天气雷达的三维拼图资料，利用机器学习技术开发了一种冰雹识别和临近预报的人工智能算法。在建立算法时，以雷达回波反射率的垂直和水平切片数据为基础训练集，将冰雹云的雷达反射率切片数据作为正样本，将其他雷达反射率切片数据作为负样本，通过贝叶斯分类法对正、负样本数据集进行机器学习，训练人工智能识别冰雹云内在规律的能力。在进行训练时，以广东省2008-2013和2015-2016年8年的数据作为训练集，在检验时，使用了2014年广东省12次冰雹过程的数据。对比检验的结果令人鼓舞，人工智能法比传统的概念模型法识别击中率高了9%。研究结果表明人工智能对冰雹这类非线性强天气过程识别的强大能力。

• 线性化物理过程对GRAPES全球切线性模式的影响
• 刘永柱,龚建东,张林,陈起英

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  摘要

  2018-07-20

• 摘要：线性化物理过程能够改善四维变分同化中极小化收敛的稳定性和增加极小化过程中对大气物理过程和动力更加精确的描述，它是四维变分同化中非常重要的一部分。通过在GRAPES全球模式中研究线性化物理过程，尤其是两个湿线性化物理过程，改善切线性模式预报精度，来提高GRAPES全球四维变分同化的分析和预报效果。线性化物理过程的开发首先需要简化原非线性化物理过程中的强非线性项，然后对线性化物理过程进行规约化，来抑制切线性扰动的异常增长。目前GRAEPS全球模式中的线性化物理过程主要包括次网格尺度地形参数化、垂直扩散、积云深对流和大尺度凝结。线性化物理过程预报精度的检验方法是通过选择合适大小的初始扰动(同化分析增量)，来比较非线性模式中的扰动演化和切线性模式中的扰动演化之间的纬向平均误差。然后以绝热版本的切线性模式为基础，通过冬夏两个个例实验来分别检验4个线性化物理过程的12小时预报效果。实验结果表明通过添加次网格地形参数化和垂直扩散两个干线性化物理过程方案，可以有效抑制住绝热版本切线性模式低层扰动的异常增长，大幅改善切线性模式预报效果。通过添加积云深对流和大尺度凝结两个湿线性化物理过程，可以在热带区域和中高纬度提高切线性模式中湿变量和温度变量的近似精度，提高GRAPES全球四维变分同化的分析和预报效果。

• 人类活动排放的CO2及气溶胶对20世纪70年代末中国东部夏季降水年代际转折的影响
• 王欢,李栋梁

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  摘要

  2018-07-17

• 摘要：全球变暖背景下，中国东部夏季降水在20世纪70年代末开始较上个世纪相比呈现东北及长江中下游地区多雨，华北及华南少雨的特征。与此同时，人类活动排放的CO2及气溶胶量也发生了明显的年代际变化。本文利用地球系统耦合模式（CESM）诊断了中国东部夏季的水分收支对人类活动排放的CO2及气溶胶年代际变化的响应。发现CO2排放量增加后，江淮流域的水汽辐合以及中国南方的水汽辐散主要是与质量辐散有关的动力贡献及与湿度梯度相关的热力贡献共同作用的结果，但动力作用更显著。气溶胶效应则主要通过动力作用使得江淮流域水汽辐合，而中国南方地区水汽辐散。虽然CO2和气溶胶对辐射量及温度的影响差别很大，但通过改变温度梯度，热成风效应产生的动力作用都会导致江淮流域上升运动增强，降水增加；而中国南方下沉运动显著，降水减少，与观测结果一致，且CO2相较于气溶胶的影响更为显著，证实了20世纪70年代末人类活动对中国东部夏季降水年代际转折的影响。

• 进入安徽的两个高影响台风对比分析
• 朱红芳

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  摘要

  2018-07-17

• 摘要：2012年8月台风“海葵”和2014年7月“麦德姆”登陆后进入安徽，均造成了区域性暴雨或大暴雨天气。利用常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和雨滴谱资料，对这两个直接影响安徽的台风移动路径和暴雨形成机制进行了对比分析。分析结果表明：(1)“海葵”和“麦德姆”的移动路径、停留时间和强降水分布特征有明显不同。与“海葵”相比，“麦德姆”的移动速度快、降水持续时间短、累计降雨量和暴雨范围较小；但其短时强降水持续时间长、暴雨中心降水强度更大。(2)“海葵”和“麦德姆”降水过程中均有强的水汽输送和辐合，但水汽输送方向的差异使得“海葵”和“麦德姆”的强降水空间分布分别呈纬向型和经向型特征。同时水汽辐合持续时间决定了“麦德姆”的降水持续时间比“海葵”短，但其较深厚的强水汽辐合使得“麦德姆”的短时强降水持续时间长、暴雨中心降水强度大。(3)“海葵”是以稳定性降水为主的混合型降水，“麦德姆”则呈现出明显的对流性降水特征；两次台风降水过程中均是短时间的对流性降水对总降雨量贡献最大，且强降水区域均位于垂直风切的顺风切左侧。(4)“麦德姆”降水过程比“海葵”具有更高的雨滴数浓度和更大的降水粒子直径。当降水率小于10mm/h时，两次台风降水过程均以小雨滴为主且数量较多；降水率＞10mm/h时，雨滴粒径增大但数量明显减少。(5)两次台风降水过程的Z-R均有较好的指数关系且拟合曲线比较一致，但在不同降水类型即层云降水和对流性降水中，其Z-R关系的a、b值差异较明显。因此针对不同降水类型，应采用分型Z-R关系来进行雷达定量估测降水。

• 高时空分辨率三维风场在强对流天气临近预报中的融合应用研究
• 杨璐,陈敏

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  摘要

  2018-07-17

• 摘要：以业务应用为目标，开展高时空分辨率三维风场在强对流天气临近预报中的融合应用研究。运用北京快速更新多尺度分析和预报系统集成子系统（RMAPS-IN，Rapid-refresh Multi-scale Analysis and Prediction System—Integration），对雷达四维变分分析系统（VDRAS）30分钟临近预报的高时空分辨率三维风场作为数据源与自动站风场观测进行快速融合处理。结果表明，以VDRAS临近预报风场取代数值模式预报场作为融合初猜场后形成的分析结果对于风场有明显的改善：1）长时间序列客观检验结果表明，地面10 m风场U/V分量绝对误差分别为0.05 m/s和0.06 m/s。实时融合对未来预报的影响随着预报时效的增加，U/V分量的绝对误差不断增大。2）对于11个强对流个例，地面10 m风场风速均方根误差降低0.3 m/s，风向均方根误差降低13°；边界层三维风场，风速均方根误差降低0.8 m/s，风向均方根误差降低10°。平原站点融合以后风速风向有较大改善，山区站点融合以后改善相对较小。3）通过对2017年7月20日暴雨和7月7日雷暴大风个例的详细分析，发现融合基于雷达资料四维变分同化获得的高分辨率临近预报风场对各对流系统中的中尺度结构特征给出了更加细致准确的描述。

• 夏季亚洲阻塞高压识别及其对东北气候异常的可能影响：不同再分析资料对比
• 刘刚,徐士琦

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  摘要

  2018-07-12

• 摘要：基于阻塞高压客观识别方法，利用1979-2016年夏季（6-8月）NCEP-I、NCEP-II逐日再分析资料和ERA-interim逐6h再分析资料对识别结果进行对比分析；并以D类（130-160°E）阻高为例，讨论其对6月我国东北地区气候的可能影响。结果表明：NCEP-I和NCEP-II再分析资料对阻高活动天数、发生频次及年代际变化的识别结果差异较小，而ERA-interim与前两种资料的结果差别较大。三种再分析资料下，夏季各类阻高活动天数均与500hPa高度场存在相应的显著相关区，且形态相近。但前两种资料对于各类阻高的表征结果较为一致，而ERA-interim再分析资料对各类阻高面积和范围的表征偏小。6月D类阻高活动日数与东北地区气温和降水关系密切，D类阻高活跃年，大气环流以经向型为主，东北地区低层低温、暖平流，高层高温、冷平流的结构指示大气层结不稳定，且东北上空为异常低压环流控制，上升气流较强，有利于6月东北地区出现低温多雨天气。鄂霍次克海地区是6月Rossby波的重要来源地之一，而6月D类阻高的形成可能与海陆温差有关。

• GRAPES全球集合预报系统模式扰动随机动能补偿方案初步探究
• 彭飞,李晓莉

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  摘要

  2018-07-11

• 摘要：为了体现次网格尺度能量升尺度转换过程中存在的不确定性，本文将随机动能补偿（Stochastic Kinetic Energy Backscatter，SKEB）方案应用于GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction System）全球集合预报系统（GRAPES-GEPS）中，以更好的表征模式误差并且增加集合离散度。本文使用的SKEB方案基于具有一定时空相关特征的随机型以及由数值扩散导致的局地动能耗散率来构造随机流函数强迫。并根据流函数与水平风速旋转分量之间的关系,将SKEB方案中的流函数强迫转化为适用于GRAPES全球模式的水平风速扰动。研究结果表明，SKEB方案的使用一方面能够提高GRAPES模式对大气动能谱的模拟能力；另一方面能够改善GRAPES-GEPS的集合离散度与集合平均误差之间的关系，增加了集合离散度，并在一定程度上减小了集合平均误差，尤其是在热带地区这种改进最为显著。而且该方案使得热带地区连续分级概率评分（CRPS评分）显著减小。就降水预报而言，从Brier评分与相对作用特征面积AROC（Area under the Relative Operating Characteristics）的结果来看，SKEB方案有助于改善中国地区小雨（>=0.1mm/24h）、中雨（>=10mm/24h）与大雨（>=25mm/24h）量级降水的概率预报技巧，而对暴雨（>=50mm/24h）量级降水预报技巧影响很小。总体上，模式扰动随机动能补偿方案提高了GRAPES-GEPS的概率预报技巧。

• 基于地面资料集合均方根滤波同化方案的京津冀暴雨模拟研究
• 邵长亮,闵锦忠

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  摘要

  2018-07-11

• 摘要：为了更加有效的同化地面自动站资料，针对模式地形与观测站地形存在的高度差异对同化效果的影响，提出了相应的解决方案。在同化系统的位温和露点观测误差中分别引入位温和露点地形代表性误差，在WRF 模式中应用集合均方根滤波方法（EnSRF）同化地面自动站资料，并对2016年一次京津冀暴雨个例进行数值试验。研究结果表明：同化地面资料后，同化阶段的均方根误差、预报阶段的降水TS评分和前13个时次各要素预报均有整体改进。在观测误差中引入地形代表性误差与引入前相比，风场均方根误差得到整体改进；位温和露点的均方根误差在前期表现并不稳定，在后期有所改进；预报阶段前24小时累计降水与后24小时累计降水TS评分在整体上均有所提高。新方案能够减少高度差异对同化效果的影响。

• 南京地区太阳能屋顶缓解夏季高温的模拟研究
• 张艳晴,刘寿东,王咏薇,郭良辰,王豫,马美娟

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  摘要

  2018-07-03

• 摘要：太阳能屋顶的安装预计能在一定程度上缓解城市化所带来的能源危机及城市热环境的破坏。利用耦合了城市单层冠层方案（UCM）的WRF模式，以南京2010年7月27日至8月5日夏季晴天小风天气为背景，模拟了不同发电效率的太阳能屋顶的安装对城市高温的缓解效应。结果表明：（1）太阳能屋顶可以通过削弱到达城市表面的太阳辐射使城市2 m气温降低，随着发电效率的增大，降温效果越明显，且白天降温效果明显优于夜间；白天2 m气温最大降低0.4—1.3 ℃，夜间降低0.2—0.5 ℃；（2）太阳能屋顶可使边界层内气温降低，白天在边界层400 m以下降温显著，夜间在边界层高度200 m以下降温显著；白天边界层内最大降温出现在中午前后，降温0.1—0.8 ℃，夜间边界层内最大降温0.5 ℃；（3）发电效率为40%时，模拟期间的发电量为18.1×109 Kwh。

• 雷达反射率三维拼图观测在北方区域数值模式预报系统中的同化应用研究
• 何静

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  摘要

  2018-06-25

• 摘要：以业务应用为目标，开展雷达反射率三维拼图观测在北方区域数值模式预报系统中的同化应用研究。采用雷达反射率间接同化方法同化北方雷达反射率拼图观测，重点关注其对降水、湿度、温度及风的预报性能影响。首先，基于2017年8月份雷达拼图观测批量同化和对比试验，对雷达拼图资料同化应用效果进行定量评估，结果表明雷达拼图资料同化虽然加大了地面风场预报误差，但在降水预报和湿度、温度预报性能等方面有明显的改善作用。其次，选择在业务中预报难度较高的强降水个例开展分析研究，分析表明：1）同化雷达拼图观测有效提高模式降水预报性能，临近降水发生的循环起报时次预报效果更好；2）对于短时间多次强降水过程发生的模式预报，循环同化雷达拼图资料可及时弥补模式中由于前次降水导致的水汽、能量等消耗及热/动力条件削弱，持续支持降水系统发展。最后，通过考察雷达反射率的不同同化方案，发现同化反演水物质或者估计水汽均能改善模式降水预报性能，但是同化估计水汽对降水预报性能的改善更为明显，联合使用两方案能同时对水物质分布、热力场等进行调整，提高模式降水预报性能。

• 一次“晴天霹雳”致死事件分析
• 殷启元,范祥鹏

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  摘要

  2018-06-22

• 摘要：本文对2017年广州从化地区一次天气“晴朗”情况下的闪电致死事件进行调查分析，发现，这次事件是闪电首先击中一颗大树，然后击中附近人员头顶致死。根据目击者描述的时间和位置，利用闪电低频电场变化探测阵列的定位数据和广东电力等系统的雷电定位数据，结合广州番禺雷达观测资料，确定此事件是由一次含有7次回击的地闪过程的首次回击造成，其电流峰值强度为-30.9kA。闪电起始于13.0km高度云内，经历约600ms云内发展过程后闪电通道从云体延伸出来，云砧区边缘（0dBz）到回击点水平距离约0.3km，降水区边缘（18dBz）到回击点水平距离约1.8km。根据雷击现场等效电路模型，计算旁络闪击空气击穿场强可击穿空气与人头部连接为通路，根据电路分流原理，如果雷电流击中13m高的大树后流经到“跳点”（树干上方1/4）处后，则有13.2kA雷电流直接闪击到受害者身上，同时还承受了78.3kV跨步电压伤害，而距离雷击点10m远的目击者仅承受1.3kV跨步电压。

• 一种基于可预报性的暴雨预报评分新方法Ⅱ：暴雨检验评分模型及评估试验
• 陈法敬,陈静

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  摘要

  2018-06-22

• 摘要：针对当前暴雨预报检验采用二分类事件检验方法存在的较严重的“空报”、“漏报”双重惩罚，没有考虑暴雨时空分布不均和预报评分可比性不够等问题，在分析预报员对暴雨预报评分期望值基础上，设计了一种基于可预报性的暴雨预报检验评分新方法和计算模型，分析了理想评分，并对2015—2016年4—10月中央气象台5km*5km定量降水格点预报和降水落区等级暴雨预报进行评分试验，获得了以下结果和结论： 1）预报员对暴雨预报评分期望值呈现梯级下降特征，与传统的TS评分存在显著差异；2）设计了一种基于可预报性的暴雨预报检验新方法，通过引入e指数函数构建暴雨预报评分基函数，进而构建暴雨评分模型，该模型可以较好地拟合预报员对暴雨预报评分的期望值，同时改善了评分在不同量级阈值处的断崖式突变情况；3）提出了预报与观测的邻域匹配方法，即一个预报点与所定义邻域中的一组观测相匹配，并利用距离加权最大值法确定暴雨评分值权重系数，预报与观测距离越近，距离权重系数越大，评分值权重越大，提高了评分的合理性，避免了距离较远的匹配站点得高分不利于鼓励预报员提高预报精度的问题；4）对中央气象台逐日5km*5km水平分辨率的定量降水格点预报产品和中央气象台定量降水落区等级预报产品进行了评分试验，暴雨预报准确率全国平均值大于60分。基于可预报性的暴雨预报检验新评分与传统暴雨预报TS评分逐日演变特征相似，但可以较好地解析TS为0的预报评分，解析后的新评分与预报员和公众的心理预期更为接近。

• 一种基于可预报性的暴雨预报评分新方法Ⅰ：中国暴雨可预报性综合指数
• 陈静

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  摘要

  2018-06-22

• 摘要：针对当前暴雨检验方法采用二分类事件检验方法存在的双重惩罚导致评分过低，没有考虑到中国暴雨可预报性时空分布不均的问题，不便于对比分析不同区域暴雨预报能力等问题，为了发展基于可预报性的新型暴雨评分方法，在综合分析影响预报员暴雨预报信心的主要因素（暴雨气候统计特征、天气影响系统运动尺度特征及数值模式预报能力等）基础上，利用2008—2016年4—10月国家气象信息中心5km*5km分辨率的多源降水融合格点分析资料、站点降水观测资料和国家级业务区域模式降水预报资料以及扩展空间暴雨样本统计方法，构建了一种新型的中国暴雨可预报性综合指数（Synthetic Predictability Index of Heavy Rainfall，以下简称SPI）数学模型，以定量描述中国各区域的暴雨可预报性特征。SPI数学模型由暴雨气候频率、暴雨面积比率和模式暴雨预报成功指数（Threat Score,TS）三个分量组成，计算了2008—2016年4—10月SPI的三个分量及其时空变化特征。分析结果显示: 暴雨面积比率对SPI的时间和空间变化影响最大，两者偏相关系数大于0.9；其次是暴雨气候频率的影响，两者偏相关系数值为0.8左右；第三是模式暴雨预报TS评分的影响，两者的偏相关系数为0.7左右。分析还发现，SPI大值区随季节而变化，空间分布不均匀：4月至5月，可预报性大值区主要分布在华南地区；6月至7月，主要分布在江淮流域； 7月中旬至8月，大值中心从江淮北部移到华北和东北地区；9月，副热带高压南撤，大值中心也相应南撤。中国暴雨可预报性综合指数SPI模型为发展基于可预报性的暴雨预报检验评分奠定了较好的基础。

• 基于小波域高斯尺度混合模型的天气雷达图像高分辨率插值
• 寇蕾蕾,王振会,沈菲菲,楚志刚

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  摘要

  2018-06-22

• 摘要：采用可精确刻画雷达回波强度数据统计特征的小波域高斯尺度混合（GSM）模型作为雷达图像先验模型，进行天气雷达图像插值，提高图像分辨率的同时有效重建降水回波中局部强回波值、小尺度变化细节等一些重要空间分布统计特征。分析和总结雷达回波强度数据小波频率域统计特点，建立小波域GSM模型；匹配天气雷达图像小波系数和GSM模型，利用贝叶斯理论估计更小尺度的小波系数，进行小波逆变换，完成高分辨率天气雷达图像插值。实验表明，该算法能从低分辨率图像中估计出高分辨率高频系数，且所利用的先验模型充分考虑降水数据本身的特点，可有效捕获降水回波结构的非高斯特征和局部相关特性，重建雷达图像中的局部变化细节

• 基于静止卫星的青藏高原及周边地区夏季对流的气候特征分析
• 李博,杨柳,唐世浩

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  摘要

  2018-06-22

• 摘要：2010~2014年静止气象卫星FY-2E的红外TBB资料，分析了夏季青藏高原及周围地区对流的气候特征。分析表明，5月，高原最主要的对流发生在东部边缘。6月，随着亚洲夏季风爆发，最强的对流（强对流）发生在高原的东南侧。7~8月，强盛的西南风给高原中东部部分地区带来丰沛的水汽，高原的东南部形成一条对流（强对流）活跃带。在高原西部，对流发生频率大于6%的区域出现在西部南麓的时间约为37候，并于7月底8月初到达最北。在高原中部，对流（强对流）开始活跃的时间为6月上旬（中旬），维持整个盛夏，并分别经历三次向北推进，最北约到达34°N。在高原东部，5月底开始对流都处于相对活跃期，有三次（两次）对流（强对流）的北进。高原对流（强对流）发生频率存在两个季节内变率大值区，分别位于高原中南部雅鲁藏布江中段和高原东南部西藏、青海、四川三省交界处。对流发生频率的第一模态主要是高原东南部和南部的印度季风区对流的反向模态，第二模态则体现了高原西部和印度大陆80°E以西地区与南亚大陆80°E以东地区的对流发生频率的三极型变化。

• 阴阳网格上通量型非静力模式动力框架的理想试验
• 黄超,彭新东,李晓涵

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  摘要

  2018-06-21

• 摘要：为改善球面经纬度网格在高分辨率应用的苛刻限制，提高全球大气动力模式的时间积分效率，论文选取以阴阳网格为基础构建通量型非静力大气模式动力框架，采用有限体积法和通量型平流显式算法积分方案，保证模式的守恒计算性能。该动力框架在标准三维大气理想试验中进行了中期积分试验，对动力框架的计算效果、性能进行检验。在三维平衡流试验，Rossby-Haurwitz波试验和山脉Rossby波试验中都表现出很好的稳定性和三维计算效果，其中水平2.5°分辨率模式的平衡流垂直速度误差为10-5量级，而经向速度误差在10-2量级，Rossby-Haurwitz波保持基本波形稳定传播，而地形Rossby波试验则给出背风坡激发低槽在发展过程中不断向下游和南半球传播。

• 江淮流域梅雨期气候对全球气候变暖的响应
• 吴楚樵,刘玉芝,贾瑞,邵天彬,汪兵

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  摘要

  2018-05-24

• 摘要：在全球气候变暖背景下，中国江淮流域梅雨期的气候响应趋于复杂，给江淮流域梅雨期的气候预测带来了更多的不确定因素。研究江淮梅雨期气候对全球变暖的响应，对于认识江淮梅雨变化新趋势、提高新气候背景下的汛期预报及制定防灾减灾政策均有深远意义。本文采用中国地面气温和降水日值数据集对近几十年来江淮地区梅雨期的气温和降水变化进行了深入分析，基于观测结果，评估了国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）的22个模式结果，并对CMIP5模式预估的21世纪中排放（RCP4.5）和高排放（RCP8.5）情景下我国江淮流域梅雨期的气温和降水变化进行了分析，并对梅雨期气候变化的机理进行了探讨。研究结果表明，在全球变暖背景下，江淮地区梅雨期气候亦发生了相应的变化，气温呈现出显著的增加趋势，降水亦发生了相应调整，在较暖年降水偏多，较冷年降水偏少。在未来全球进一步变暖的背景下，江淮地区梅雨期平均气温和降水进一步增加，且随着排放量的增加，降水的空间分布不均匀性也在加剧。

• 冷却屋顶对北京城市热环境影响的模拟研究
• 周晓宇

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  摘要

  2018-05-24

• 摘要：两种类型冷却屋顶（高反照率屋顶、绿色屋顶）的研究对于北京夏季城市高温的缓解作用具有重要的意义。耦合单层城市冠层模型(SLUCM)与天气研究与预报(WRF3.8)模式,采用北京市及其外围地区158个站点气象资料评估模式控制案例（case1）的模拟性能，并选取7组不同反照率屋顶算例（case2-4）和不同覆盖比例的绿色屋顶算例（case5-8）进行敏感性实验。研究结果表明：(1)在北京城市区域，高反照率屋顶为0.85(case4)比绿色屋顶占比100%(case8)具有更好的降温效果，case4三天平均降温可达到0.90oC，而case8降温为0.46oC。(2)屋顶反照率每增加0.1，会导致北京城市区域最高气温降低0.27oC；绿色屋顶比例的增加也会导致温度的降低，每增加10%，最高气温降低0.16oC。(3)两种冷却屋顶对城市热岛也存在显著的影响，在白天13:00-14:00时刻，case4与case1对比的城市热岛（UHI）降温最大差值为1.47oC，比case8的UHI降温更加明显。(4)在城市区域垂直高度上，冷却屋顶的降温作用可达到1.2km，同时湍流运动存在明显的减弱；在三天12:00-18:00时刻，case4、case8与case1对比,边界层高度平均降低了669m、430m。

• 华南地区7-10月两类区域性极端降水事件特征及环流异常对比
• 孙婧超,管兆勇,李明刚,于亚鑫

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  摘要

  2018-05-23

• 摘要：利用1981-2016年7-10月中国753站逐日降水资料、MICAPS（气象信息综合分析处理系统）逐日站点降水资料、日本东京台风中心西北太平洋热带气旋（TC）最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料集分析了华南地区区域性日降水极端事件（RDPE事件）的统计特征及环流异常。根据华南地区RDPE事件的发生是否受TC影响将其分为TCfree-RDPE和TCaff-RDPE两类事件，其中TCaff-RDPE事件占42%且集中发生在8月4侯至5侯；TCfree-RDPE事件以7月发生频数最多，占其总频次的1/2以上。TCfree-RDPE事件发生时，华南地区受异常气旋性环流控制，来自西太平洋和南海的暖湿气流与北方冷气团在此汇合并形成一条狭长的水汽辐合带，低层辐合、高层辐散，显著强烈的上升运动为TCfree-RDPE事件的发生与维持提供了有利条件；与此同时，波扰能量由高原东北侧及河西走廊地区向华南一带传播并在华南显著辐合，有利于华南上空扰动的发展和维持。TCaff-RDPE事件发生时，华南上空由低层到高层的斜压环流结构更为明显，异常上升运动更加强烈，TC在其运动过程中携带了大量源自孟加拉湾、南海和西太平洋地区的水汽并输送至华南地区，水汽辐合气流更为强盛。同时，波扰能量由高纬地区沿河西走廊向下游传播，但在华南地区辐合不甚明显。两类RDPE事件发生时，加热场上的差异亦明显。华南及邻近地区上空的大气净加热及其南侧大范围区域的净冷却所形成的加热场梯度对TCfree-RDPE事件的发生有利。而TCaff-RDPE事件发生时，和在经向上由18°N以南、华南及其邻近地区、32°N以北呈负-正-负的异常分布型，正距平值更高，加热场梯度更大，有利于TCaff-RDPE事件的维持。这些结果有利于人们认识和预测华南RDPE事件的发生。

• 青藏高原地表位涡密度强迫影响我国2008年1月南方雨雪天气的一种新机制－Ⅱ数值模拟
• 于佳卉,刘屹岷,马婷婷,吴国雄

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  摘要

  2018-05-23

• 摘要：青藏高原东坡近地表的辐合能够增加地表的位涡密度(PVD)。高耸的青藏高原与等熵面相切，其东坡近地表增加的位涡密度成为等熵面边界上的位涡密度强迫源。利用IAP/LASG FAMIL全球大气环流模式[目的]探究青藏高原地表PVD增长对2008年初我国华南地区雨雪灾害天气形成的影响。首先与观测资料对比发现，通过张弛逼近(nudging)动力初始化，在背景试验(CON)中，模式能够比较合理的再现青藏高原东部的地表PVD增长和1月24到1月27日期间我国华南的大气环流场及降水场。而在高原的地表PVD增长减弱的敏感性试验中高原下游区域特别是华南沿海，广西到山东一带的降水明显减小甚至消失。对结果的分析表明：青藏高原区域的地表PVD增长在低空能够增强我国华南沿海地区的南风和水汽输送以及负的绝对涡度平流输送；在高空，高原上产生的正的位涡密度沿西风环流向下游输送，形成高层正的绝对涡度平流。从而在高原下游形成绝对涡度平流随高度增加的大尺度环流背景，有利于上升运动发展。同时，高原地表PVD增长在低空所激发的气旋式环流增加了华南的水汽输送，最终激发了华南极端降水的产生。该个例模拟的结果从而证实了青藏高原东部的地表位涡密度强迫激发其下游极端天气发生的一种新机制。

• 持续性强降水的区域模式动力中期预报研究回顾
• 王东海,赵艳风,翟盘茂

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  摘要

  2018-05-21

• 摘要：持续性强降水及其次生灾害给人民的生产和生活造成严重影响，延伸其模式动力预报能力对防灾减灾具有重要意义。随着对持续性强降水过程形成机理及模式动力中期预报认识的不断提高，以减小模式初始条件误差、边界条件误差以及内场预报误差为目标提出了一系列动力中期预报技术方法，主要包括：针对边界条件提出低通滤波技术方案，改进了5天以上的环流及降水预报；针对模式预报内场进行谱逼近技术试验，对提前3-7天的小雨以上量级的降水预报改进明显；针对初始条件进行多尺度混合更新初值技术预报试验，融合全球预报的大尺度场及区域模式预报的中小尺度场进行15天预报，明显提高了50及100 mm以上的持续性累积降水预报时效。

• 云辐射效应在华北持续性大雾维持和发展中的作用
• 郭丽君,郭学良

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  摘要

  2018-05-18

• 摘要：观测研究发现华北地区的持续性大雾天气通常伴随高层云的存在，具有云-雾共存结构特征，为揭示云在持续性大雾维持和发展中的作用，本文利用中尺度数值模式WRF，结合华北雾霾观测试验期间的卫星、探空、地面观测、系留汽艇、微波辐射计等观测资料，研究了2011年12月3-6日和2013年1月28-31日两次华北持续性大雾天气形成和发展演变过程。在模拟与观测对比检验研究的基础上，重点开展了云辐射效应在大雾维持和发展中的作用。研究结果表明：两次大雾过程持续时间长达48h以上，近地面具有偏南暖湿平流，在持续性大雾发展过程中，均出现了由单层雾发展为云-雾共存结构，一般是雾形成24h以后有中高云移到雾层之上，云底高度在3km以上，云厚超过3.5km，云中以冰晶和雪晶为主。白天云-雾共存结构出现后，云-雾的反照率效应使地表接收的短波辐射减少了71-84%，地面增温效应显著减小，从而阻碍了大雾的消散过程，使大雾天气得以维持，同时由于云-雾产生的温室效应，湍流过程加强，使地面雾向上扩展，雾在稳定层内维持；夜晚云-雾共存时，由于云-雾温室效应使地表净长波辐射增加了70 W/m2以上，导致地面长波辐射冷却过程减弱，并不利于雾的加强，但云对雾的增温效应有利于混合层内的湍流扩散过程，促使雾在更高的空间内得以维持。可见，在云-雾共存结构中，云辐射效应有利于低层大雾的长时间维持，对持续性大雾的形成和发展产生了重要作用。

• 江淮梅雨期极端对流微物理特征的双偏振雷达观测研究
• 赵坤

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  摘要

  2018-05-09

• 摘要：为研究梅雨期极端对流的微物理特征，利用2013-2014年江淮梅雨期间南京溧水S波段双偏振雷达和地面自动站小时降水资料，统计分析了两类极端对流降水系统的微物理特征及差异。这两类极端对流的定义基于地面降水强度和雷达回波顶高，分别为所有对流中降水强度最强的1%（R类：小时降水强度>46.2 mm/h）和对流发展高度最高的1%（H类：20 dBZ回波顶高>14.5 km）。结果显示这两类极端对流仅有30%的样本重合，显示了二者之间的弱相关性。对于相同的反射率因子ZH，R类极端对流的近地面差分反射率因子ZDR通常较H类极端对流小约0.2 dB，表明R类极端对流具有较小的平均粒径。结合双偏振雷达反演的粒子大小和相态分布显示，虽然两类极端对流都表现出海洋性对流降水特征，但R类极端对流较H类极端对流的总体雨滴粒径更小而数浓度更高，导致R类极端对流的地面降水更强。同R类极端对流相比，H类极端对流的上升运动更强，将更多的水汽和过冷水输送到0 °C层以上，有利于形成更大的冰相粒子（如霰粒子等），并通过融化形成大雨滴。以上研究表明，梅雨期降水强度和对流发展深度并没有必然的联系，极端降水主要是中等高度的对流引起。

• 气候变暖背景下西太平洋副高体形态变异及热力原因
• 孙圣杰,李栋梁

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  摘要

  2018-05-08

• 摘要：采用美国NCEP /NCAR 再分析资料，利用相关、合成分析、大气热源的计算等方法，研究了气候变暖背景下西太平洋副热带高压空间形态的变异及热力原因。结果表明，气候变暖前后各层副高形态特征变化有很大的差异，副高体的空间形态从850~700hPa开始发生显著西伸南扩，到500hPa最为明显。各层副高在冷、暖期的形态差异与其周围大气热源和涡度的变化相对应。随着气候变暖，副高西侧和南侧的大气热源在850~700hPa上开始有明显的加强，500hPa热源加强最明显，且副高体南侧热源中心有所南移；同时，其西侧和南侧从对流层低层到中高层有反气旋涡度的增大，西侧的反气旋涡度在850-700hPa增大最明显，南侧的反气旋涡度在500hPa增大最明显，且反气旋中心整体南移。结论为气候变暖后，副高体西侧和南侧大气热源的加强，导致相应区域反气旋涡度增大，副高体向反气旋涡度增大的方向发展，从而使副高西脊点西伸，南边界南扩，整体南移。

• 2016年梅雨期间长江中下游强降水与对流层上层斜压波包的关系
• 叶德超,管兆勇,孙思远,李鑫,夏阳

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  摘要

  2018-05-08

• 摘要：2016年6-7月，长江中下游地区发生了自1998年以来最严重的强降水事件，造成了重大的经济损失。 利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2479站逐月及逐日降水资料，研究了2016年梅雨期间长江中下游地区降水与欧亚大陆对流层上层斜压波包活动的关系，并诊断了两者之间的信息流向，结果表明，梅雨期间的高频斜压波动具有明显的下游频散效应。波动起源于黑海，沿西北—东南方向于3-4天后传至长江中下游地区。斜压波包为长江中下游地区强降水的发生提供了必要的能量。波作量通量矢量的分布表明，梅雨期间每天都有来自西风带上游的扰动能量向长江中下游流域传播。而梅雨期间降水与斜压波包之间的信息流关系表明，二者之间存在信息传递。因此，3-4天并源于黑海附近的斜压波包活动是2016年长江中下游梅雨期间异常降水的成因。这些结果为深刻认识长江中下游地区强降水事件发生的成因和有效预测提供了线索。

• 高原对流云的偏振雷达观测研究
• 梅垚,胡志群,黄兴友

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  摘要

  2018-05-08

• 摘要：利用可移式C波段双偏振雷达（C-POL），以及那曲新一代天气雷达（CINRAD\CD）于2014年7月30日和8月5日在西藏那曲地区的观测资料，并通过双多普勒雷达风场反演、偏振雷达相态识别，清晰展示了这两次高原冰雹云发生发展的动力、微物理、热力结构特征。结果表明：高原地区的对流多在午后出现，水平及垂直尺度不大，但是对流频繁、生消快，一般持续几十分钟左右。从RHI扫描的Z_H、Z_DR，以及反演的相态（Class）分布图上，可以明显看出，粒子跟随“零线”抬高，不断增长，回波强度也越来越大，并最终超过主上升气流从另一侧降落，形成冰雹墙的整个动力与微物理过程。从连续时次的RHI扫描图上，还观测到一次对流单体发生发展过程中相态从湿雪到冰雹的变化，单体刚刚触发时，回波高度不高，强度还很弱，但是却出现成片的湿雪区域，说明上升气流非常旺盛，将本来落到0℃以下的未完全融化的湿雪重新带到0℃层以上，通过凝华、淞附、攀附等物理过程，仅仅10多分钟，这些湿雪就能够迅速增长成为冰雹。这些湿雪重新凝结过程中，潜热释放，进一步促进了不稳定结构，加强了上升气流和下沉气流。因此，如果某个刚刚生成的弱回波区域内，在融化层以上出现大量的湿雪，往往预示着该区域上升气流强劲，会迅速发展成强回波单体

• 青藏高原上空一次重力波过程的识别与天气影响分析
• 李驰钦,左群杰,高守亭,鲁蓉

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  摘要

  2018-04-04

• 摘要：应用资料和方法再分析资料、多套卫星反演资料和WRF中尺度数值模拟资料，目的识别了2005年1月10日青藏高原上空一次重力波过程，以及重力波对高原西部降雪的影响。结果结果表明，此次重力波位于急流出口区的左方, 以西南-东北走向覆盖了高原大部分地区。大尺度的冷暖平流相间分布和不断增强的非平衡流为重力波的形成提供了有利背景场。小波交叉谱分析显示垂直涡度与水平散度在对流层中层满足重力波的极化性质，在高原西部的上升支对应有降雪过程发生。WRF可以较好地再现这一过程，并且能够模拟出再分析资料中所无法分辨的中尺度重力波。结论数值模拟表明，高原近地面强烈非绝热加热使得低层大气静力不稳定，在近地面暖区触发对流后引起高层凝结释放潜热，低层融化冷却，有利于激发重力波，并在其上升支产生固态凝结物，随后到来的冷气团提供了有利的水汽输送条件，大范围的弱抬升运动取代了原间隔进入降雪区的强对流上升支，使得固态凝结物得以落至地面，最终在高原西部形成本次降雪过程。