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• 我国数值天气预报的自主创新发展
• 沈学顺

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  摘要

  2020-01-22

• 摘要：数值天气预报是天气预报业务和防灾减灾的核心科技。我国数值预报研究和业务应用一直受到高度重视,在理论、方法和数值模式研究方面取得了有广泛国际影响的研究成果。本文在回顾新中国数值天气预报自主创新研究成果的基础上,重点对GRAPES(Global Regional Assimilation and PrEdiction System)研发和业务应用的状况以及所取得的重要科学进展进行了综述。近年来,通过自主研发建立了自主数值预报业务全面体系～GRAPES体系。在我国首次以自主技术实现了从区域3～10公里到全球25～50公里分辨率的确定性与集合预报的完整数值预报体系,并建立了大气化学数值预报、台风数值预报和海浪预报系统等。自主数值预报体系的建立是长期坚持既定科学技术方向、以及研究和业务应用经验不断积累的结果,是我国自主发展数值预报技术的重要起点。

• 我国全球气候系统模式的发展及其模拟和预估
• 周天军,陈梓明,邹立维,陈晓龙,俞永强,王斌,包庆,鲍颖,曹剑,何编,胡帅,李立娟,李建,林岩銮,马利斌,乔方利,容新尧,宋振亚,唐彦丽,吴波,吴统文,辛晓歌,张贺,张明华

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  摘要

  2020-01-22

• 摘要：地球气候系统模式是开展多学科、多圈层集成研究的重要平台,其发展是国际地学领域特别是全球变化领域竞争的前沿。我国的地球气候系统模式研发工作自20世纪80年代开始,在最近10年得到了快速发展,在研发格局上,已经形成中科院、部委和高校三足鼎立的局面。本文在简要回顾中国地球气候系统模式早期发展历史的基础上,总结了中国参加第六次耦合模式比较计划的9个地球气候系统模式[资料和方法]的技术特点[目的],初步评估了中国4个模式对全球和东亚气候模拟的基本性能,分析了其在四种共享社会经济路径情景下对全球降水与温度的预估变化及其与平衡态气候敏感度的联系[结果]。最后,结合国际态势,从发展的角度,提出未来我国气候模式研发工作需要加强的八个方向[结论]。

• 近百年中国气候变暖趋势之再评估
• 严中伟

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  摘要

  2020-01-10

• 摘要：基于均一化的气温观测序列集，1900年以来中国气温升高趋势约1.3-1.7℃/100年。这个已用于新近的国家气候变化评估报告的结果，远大于早期的评估结果（0.5-0.8℃/100年）。本文回顾了始于上世纪80年代的中国百年气温序列的研究，指出其中关键进展在于近年来研发了均一化的长期站点气温观测序列集。早年构建的中国气温序列中，1940年代前异常偏暖，除了战乱期间观测缺失严重及记录代表性问题外，主要是由于1950年代前后很多台站迁址导致早期气温观测值系统性地偏高所致，从而低估长期变暖趋势。1940年代前后部分区域确实偏暖，但由于不同区域气温波动位相不一致，因而大范围平均序列中并不明显。这一事实可与近年发展的“北极暖-大陆冷”等气候变化动力学理论以及一些区域气温代用资料相映证。近几十年城市化对中国气温趋势之贡献大小尚存争议，但远非主导因素。本文最后总结了该领域尚存问题及未来值得重视的进一步研究。

• GRAPES区域集合预报条件性台风涡旋重定位方法研究
• 吴政秋,张进,陈静,庞波,夏宇,陈法敬

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  摘要

  2020-01-03

• 摘要：[目的]为了在集合预报中更合理描述台风涡旋中心定位的不确定性，[资料和方法]采用2009年至2018年中国气象局和日本气象厅台风最佳路径数据，分析台风最佳路径涡旋中心定位的不确定性特征，在此基础上设计条件性台风涡旋重定位方法（Conditional Typhoon Vortex Relocation，CTVR），构建集合成员台风涡旋中心重定位阈值条件、台风涡旋分离数学处理及涡旋重定位等数学处理过程，利用中国气象局数值预报中心区域集合预报系统(Global/Regional Assimilation and Prediciton System-Regional Ensemble System, GRAPES-REPS）,对2018年西北太平洋上的三个台风（1808号“玛莉亚”、1824号“谭美”和1825号“康妮”）进行轴对称结构和轴对称加非对称结构条件性台风涡旋重定位两种方案的集合预报试验和检验评估。[结果]结果表明：（1）中国气象局和日本气象厅台风最佳路径误差平均值为13.72 km，可视为台风涡旋中心定位不确定性的合理估计值；（2）统计检验结果和典型个例分析表明，采用轴对称结构和轴对称加非对称结构条件性台风涡旋重定位方法的台风集合预报路径误差及集合预报一致性结果比较接近；（3）条件性台风涡旋重定位方法可以有效改进GRAPES-REPS区域集合预报台风路径概率预报效果，如台风路径集合预报平均误差有所减小，集合预报一致性（路径离散度与路径均方根误差比值）有增加，特别是预报初期概率预报效果改进更为显著，而预报中后期改进有限；（4）通过对“玛莉亚”台风集合预报诊断分析发现，经过条件性台风涡旋重定位后，各集合成员的台风路径误差在预报初期明显减小且路径收敛，但随着预报时效的增加台风路径逐渐发散。应用条件性台风涡旋重定位方法后，台风涡旋环流和大尺度环境场之间仍然比较连续协调，且台风涡旋环流外的大尺度环境场具有一致性特点，最低气压误差、最大风速误差和降水预报技巧基本不变。[结论]可见，条件性台风涡旋重定位方法的应用可以提供更准确的台风路径预报不确定性信息，帮助预报员作出更准确的预报决策。

• 太平洋年代际振荡的年代际预测方法
• 黄艳艳,王会军

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  摘要

  2020-01-02

• 摘要：太平洋年代际振荡(PDO)是北太平洋海表温度年代际变率的主模态。由于PDO对区域乃至全球气候的显著影响,合理的PDO预测结果可以带来多方面收益。然而,针对PDO及其有关的海表温度的年代际预测,目前气候模式的预测水平还十分有限。因此,该文提出了一个新的增量方法。一系列的验证结果表明,增量方法可以有效预测PDO,其中包括成功预测出PDO的年代际转折。增量方法的预测过程主要包括以下三个步骤：首先,采用五年滑动平均得到PDO的年代际变率；其次,利用三年增量形式的预测因子,构建预测模型,预测三年增量的PDO(DI_PDO)；最后,将预测得到的DI_PDO加上三年前的观测PDO,得到最后预测的PDO。增量方法亦可以应用到气候系统年代际内部变率的其他模态(例如,北大西洋年代际振荡)和其他气候变量的年代际预测(例如,海表温度)。

• 城市气象研究进展
• 苗世光,蒋维楣,梁萍,刘红年

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  摘要

  2020-01-02

• 摘要：我国数十年来在城市气象研究这一新兴学科领域开展了大量研究并获得了多方面的丰硕成果。本文从城市气象观测网与观测试验、城市气象多尺度模式、城市气象与大气环境相互影响、城市化对天气气候的影响等四个方面论述了城市气象的主要研究进展：我国各大城市已建立或正在完善具有多平台、多变量、多尺度、多重链接、多功能等特点的城市气象综合观测网；北京、南京、上海等地开展了大型城市气象观测科学试验，被WMO列入研究示范项目；成功开展了风洞实验、缩尺外场实验研究；建立了多尺度城市气象和空气质量预报数值模式，并应用于业务；在城市热岛效应、城市对降水影响、城市气象与城市规划、城市化对区域气候及空气质量的影响、城市气象与大气环境相互作用等研究领域取得长足进展。最后指出，未来需要重点从新观测技术及观测资料同化应用、城市系统模式研究、城市化对天气气候的影响机理、城市化对大气环境和人体健康的影响、城市水文气象气候与环境综合服务等方面开展科学研究与应用，为我国城镇化、生态文明建设、防灾减灾和应对气候变化等国家需求提供科技支撑。

• 东北暖季干线统计分析
• 方祖亮,俞小鼎,王秀明

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  摘要

  2019-12-20

• 摘要：基于常规地面观测、高空观测和卫星雷达资料，对2003-2017年东北地区暖季(5-8月)干线时空分布、气象要素等进行了统计分析。研究发现，东北地区干线主要出现在东北平原和辽宁西部，干线发生频率呈现南多北少的趋势。干线大多呈西南东北走向，宽度约为90-120km，长度在100-800km。东北区域暖季年均干线发生频率为15.5%。干线发生频率年际变化不明显，年均逐旬变化显著且呈正弦曲线状，其中5月中下旬-6月下旬和8月中下旬为波峰，干线发生频率在20%以上，7月低于10%，为波谷。干线湿侧气压相比干侧略高1hPa，两侧温度大多在24℃以上，温差一般在1-4℃，露点梯度和比湿梯度范围分别为9.6-15℃/100km和4.5-8.3g/(kg·100km)，相当位温梯度在9.6-19K/100km左右。干线 两侧要素及其梯度值逐旬变化显著，其中两侧湿度、温度和湿度梯度值从5月到8月呈增大趋势，而温度梯度绝对值呈减小趋势。在共计286例干线中有40%的干线触发了对流，6月中上旬干线触发对流比率最高，达60%以上。干线是否触发对流与其所在位置关系不大。对流干线湿度梯度略大于无对流干线。无对流干线和对流干线探空要素的最显著的区别表现在湿侧CAPE值上，前者湿侧CAPE在1200J/kg以下，后者湿侧CAPE值基本都在1200J/kg以上，最高甚至能达到3000J/kg左右。

• 我国热带海气相互作用与ENSO动力学及预测研究进展
• 任宏利,郑飞,罗京佳,王润,刘明竑,张文君,周天军,周广庆

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  摘要

  2019-12-18

• 摘要：国际上针对海洋-大气系统的观测、理论和模拟方面已经开展了广泛而深入的研究工作，为短期气候预测水平的不断提升奠定了坚实基础，这其中我国学者做出了重要贡献。本文简要回顾了我国学者70年来在热带海气相互作用与ENSO动力学及预测方面的研究进展情况。其中，热带海气相互作用部分主要涉及4个方面的内容：热带太平洋气候特征与ENSO现象、热带印度洋海温主要模态及其与太平洋相互作用、热带大西洋海温主要模态及海盆间相互作用、中高纬海气系统对ENSO的影响；ENSO动力学包括7个方面的内容：基本理论的相关研究、ENSO相关的诊断与模拟研究、两类ENSO相关研究、ENSO触发机制相关研究、ENSO与其他现象的相互作用、外部强迫与大气遥相关、气候变化与ENSO响应；ENSO预测主要包含2个方面的内容：动力-统计ENSO预测方法、ENSO预测系统与应用。最后，本文讨论了上述相关方面后续亟待解决的问题。

• ENSO对我国冬季天气尺度气温变率的影响及可能机理
• 任曼琳,张文君

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  摘要

  2019-12-11

• 摘要：基于1960-2017年国家气象信息中心整编的753站逐日平均温度资料、美国国家海洋大气中心（NOAA）重建的逐月海表温度资料以及美国国家环境预测中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的再分析大气环流资料，分析了ENSO对我国冬季天气尺度气温变率的影响。结果表明，ENSO与我国东部大部分地区的冬季天气尺度气温变率呈显著正相关，即El Ni?o年冬季，我国气温波动程度增大，天气尺度气温变率明显偏强；而La Ni?a年冬季，气温变化相对平稳，天气尺度温度变率偏弱。进一步研究发现，El Ni?o事件加强了冬季欧亚大陆中高纬的经向温度梯度，根据热成风原理，局地大气斜压性得到增强，西伯利亚地区的风暴活动和下游东亚地区大气环流的天气尺度变异也随之加强，因而有利于我国大部分地区天气尺度温度变率的增强。La Ni?a年冬季，异常情况与之大致相反。这一研究结果对我国高频天气变率的短期气候预测提供了新的参考依据。

• 中国气候预测研究与业务发展的回顾
• 王会军

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  摘要

  2019-12-11

• 摘要：天气预报是指一周内至两周时间尺度的气象预报，而月季及以上时间尺度的预报则属于气候预测范畴。我国的气候预测起步很早，无论在研究工作中还是在业务应用上都取得了显著成就。本文扼要地回顾了这些研究和业务发展成就，重点包括：对于季风和梅雨、寒潮的早期认知和后期研究发现、早期气候预测业务发展概况、动力气候预测的早期探索、动力-统计气候预测方法的研制和应用、气候预测模式的发展以及初始化和多模式集合预测、东亚气候系统变异的全方位探索、气候预测范畴的不断拓展和气候预测研究的不断创新。本文也对未来气候预测研究和业务发展提出了几个重大挑战性课题，涉及不同时间尺度气候变异过程之间的相互作用、季节内至年代际气候预测、气候系统模式及初始化、动力-统计相结合的气候预测方法等方面。

• 2008年1月中国南方低温雨雪期间异常阻塞高压事件的多尺度动力过程分析
• 李刚,马继望,梁湘三

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  摘要

  2019-12-09

• 摘要：2008年1月，我国南方发生了罕见的低温雨雪灾害，造成这次灾害的关键系统之一是中高纬度的异常阻塞高压（后文简称阻高）。本文利用一套新的分析工具-多尺度子空间变换（MWT）和重构-分析了这一期间阻高的多尺度特征，发现其源头来自欧洲地区，强度减弱后东移，在乌拉尔山-贝加尔湖地区重新增强并得以维持相当长的时间。一个新的发现是：前人认定的两次阻高过程本质上是同一过程在不同阶段的表现。为探讨上述过程的动力学机制，本文利用基于MWT的局地多尺度能量分析方法以及正则传输理论对其进行了分析，发现此次异常阻高过程源自天气尺度的强迫，具体地说，能量来自由天气尺度向阻塞高压尺度的正压正则传输，而且这种正则传输在阻高环流的东西两侧不对称，西侧在强度上远大于东侧。分析表明，上述非对称的强迫作用由动能的空间输运来平衡，平流将西侧获得的阻高尺度动能向东侧输运，以此来维持阻高环流的整体稳定和均一。上述两种内部的物理过程是高压环流在东移的过程中得以重新增强并长时间维持的机制。

• 近40年5-6月东北亚和北半球其他区域阻高活动特征及其联系
• 徐士琦,刘刚

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  摘要

  2019-12-09

• 摘要：[资料和方法] 基于美国NCEP/NCAR-I 再分析资料，按照国际通行的阻塞高压（阻高）定义，采用计算机自动识别和天气图目视主客观相结合的检测方法，获得了1979—2018年5月和6月逐日北半球中高纬度阻高活动的无缝隙分布图；并利用线性相关和信息流因果关系等统计方法，[目的] 研究了东北亚（鄂霍次克海）阻高与北半球其它频繁活动区阻高活动特征及之间的联系。[结果、结论] 根据阻高活动集中程度与占北半球活动总天数的百分比，选定8个5月阻高主要频繁活动区和10个6月阻高主要频繁活动区。从统计结果来看，5月北太平洋、北美和乌拉尔山阻高活动占前三位，6月东北亚阻高活动天数跃升第一。值得注意的是，初夏在贝加尔湖以南、青藏高原以北地区出现了明显的阻高形势，称谓青藏高原北阻高。5月和6月北半球各频繁区阻高活动中心集中的纬度分布，自西向东具有“正弦波”特征，其主要活动频繁区虽引起同期北半球500hPa高度场的异常不尽相同，但均具有一定的遥相关特征；5月和6月东北亚阻高活动天数的年际变化分量具有明显的相对独立性。5月东北亚阻高是6月贝加尔湖阻高活动年际变化的稳定影响源，是6月青藏高原北阻高活动年际变化的不稳定影响源；唯有5月北太平洋阻高是6月东北亚阻高年际变化的稳定影响源。2019年6月北半球阻高活动最频繁和异常的区域位于欧洲地区达19d，为气候平均7d的2.6倍，也是导致欧洲大陆初夏高温的主要影响系统。

• 赤道太平洋高低频纬向环流差异及其物理机制
• 金晨阳,张文君

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  摘要

  2019-12-09

• 摘要：利用1982-2017年欧洲中期天气预报中心再分析资料和美国国家大气海洋管理局的观测资料,分析了赤道太平洋高低频海平面气压距平场的特征及差异,并通过诊断赤道太平洋海气耦合的时间尺度,探讨了导致赤道太平洋高低频纬向环流差异的原因。结果表明,南方涛动海平面气压东西跷跷板耦合现象只是在低频场中才存在,而在高频场中并不存在。低频场上,主要受到热带最明显的年际信号ENSO的调控,海平面气压场和海表温度场呈现出东西振荡型。相比而言,在高频场上由于时间短,海气异常还没有发生较好的耦合,气压场和风场呈现出全海域一致型。高频纬向环流与热带季节内振荡(MJO)紧密联系,具有明显的东传特征,传播速度大概为5m?s-1,其变率方差的34%可以由MJO线性解释。相干谱分析表明海气耦合具有时间尺度依赖性,南方涛动通常只在20候以上的时间尺度才能存在,这与赤道海洋Kelvin波横穿太平洋时间相当。

• 太阳能光伏屋顶对城市热环境及能源供需影响的模拟
• 郝晓龙,王咏薇

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  摘要

  2019-12-09

• 摘要：[目的]太阳能光伏屋顶的安装在一定程度上缓解城市化带来的能源危机和城市热环境的破坏。[资料和方法]将太阳能板的传热模型引入WRF的多层城市冠层方案中，选取了一次典型的高温热浪过程，在线模拟太阳能屋顶两种安装形式（贴覆式和支架式）对城市热环境及能量平衡的影响。[结果与结论]结果表明：（1）贴覆式太阳能屋顶可使白天2m气温最多降低0.29°C，降温效果优于支架式安装，但夜间温度下降较小。支架式屋顶白天最大降温0.23°C，夜间降温效果明显，与普通屋顶相比，温度最多降低了0.60°C。（2）太阳能屋顶白天确实可以起到降温效果，但同时也会削弱湍流影响，抑制白天边界层的发展，降低边界层的高度。在湍流发展旺盛的情况下，太阳能屋顶的弱化效应更加明显。（3）太阳能屋顶除了对城市气象的影响外，最重要的是它对能源的贡献。从结果来看，太阳能电池板产生的电能可以满足商业区54.5%的空调消耗。

• 过去1500年典型暖期东亚夏季风年代际变化特征对比及其可能成因
• 王晓青,刘健,王志远,刘斌

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  摘要

  2019-12-09

• 摘要：利用通用地球系统模式（Community Earth System Model，简称CESM）开展的过去1500年气候模拟全强迫试验和控制试验结果，在验证模式模拟性能的基础上，采用多变量经验正交函数分解（Multivariate Empirical Orthogonal Function，简称MV-EOF）等方法，对比分析了典型暖期东亚夏季风（East Asian Summer Monsoon，简称EASM）年代际变化特征及其成因机制。结果表明，两个典型暖期东亚夏季风变化的主周期均为准10年和准20年。中世纪暖期（Medieval Warm Period，简称MWP），黄河流域至日本南部一带降水偏多，长江流域以南和西北太平洋一带降水偏少；现代暖期（Present Warm Period，简称PWP），东亚夏季风降水表现为“南涝北旱”型分布特征。内部变率是影响典型暖期东亚夏季风变化的主控因子之一，其中太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation，简称PDO）起到了决定性作用。当PDO处于正位相时，热带西太平洋(东亚大陆)变暖(变冷)，东亚地区海陆热力差减弱，对应弱的EASM。另外，MWP时期海平面气压的动态变化对应850hpa风场在西北太平洋(日本海)一带均出现了经向排列的异常反气旋(气旋)，从而导致中国南部(北部)降水偏多(偏少)。

• 改进的Holroyd云粒子形状识别方法及其应用
• 黄敏松

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  摘要

  2019-12-09

• 摘要：云降水粒子形状是云微物理过程的重要方面，准确的云粒子形状信息是诸多云微物理参量计算的前提。为获取机载云粒子成像测量仪(CIP)所测云粒子的形状信息，本文提出了一种改进的Holroyd云粒子形状识别方法，即先对云粒子形状进行预分类，然后针对预分类后的完整状粒子和可识别的部分状粒子，分别选出合适的参数及其阈值再进行具体的分类，最终可将云粒子形状分为微小状、线形状、聚合状、霰、球形状、板状、不规则状和枝状。利用实测数据对原始的Holroyd方法和改进的Holroyd方法进行识别效果上的对比验证。经对比发现，改进的Holroyd方法在云粒子形状识别的准确性方面比原始的Holroyd方法有了较大的提高。将所提方法应用于山西太原地区一次降水性层状云的云微物理飞机观测资料以分析不同的降水阶段云中冰晶粒子的形状分布、增长机制、冰晶粒子数浓度以及冰水含量的垂直分布特征，所获取的云中冰晶粒子属性表明本文所提方法非常有助于云微物理分析。

• ENSO空间形态变异对ENSO-IOD关系年代际减弱的可能作用
• 滕宇威,张文君

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  摘要

  2019-12-09

• 摘要：基于1979-2017年哈德来中心的逐月海表温度资料（HadISST）和美国环境预报中心/美国大气资料中心（NCEP/NCAR）提供的大气环流再分析数据，本文研究了北半球秋季厄尔尼诺与南方涛动（ENSO）与印度洋偶极子（IOD）关系的年代际变化特征及其可能原因。结果发现：ENSO-IOD关系存在显著的年?代际变化：2000年代以前，两者呈显著正相关，El Ni?o（La Ni?a）年秋季常对应显著的IOD正（负）异常；但2000年代之后，ENSO-IOD关系显著减弱，在统计上并不显著。进一步研究表明，ENSO空间型态的变异对于该关系的年代际减弱有着重要的作用。在后一时段，中部型厄尔尼诺（CP El Ni?o）事件和东部型拉尼娜（EP La Ni?a）事件频发，CP El Ni?o与IOD强度的关系与其纬向位置密切相关，与其强度的线性关系较弱；而EP La Ni?a，由于海温异常（SSTA）位置偏东，位于赤道东太平洋冷舌区，在偏冷的气候态海温作用下，其引起的大气局地响应很弱，对印度洋的遥强迫作用较弱，因而对IOD强度的影响也偏弱。在两者的共同作用下，ENSO-IOD的关系发生了年代际的减弱。该研究结果对于理解ENSO-IOD关系的复杂性有着重要意义。

• 北京及周边地区雷暴阵风锋特征统计分析
• 何娜,丁青兰,俞小鼎,付宗钰,周璇,刘璐,李桑,柳克

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  摘要

  2019-11-15

• 摘要：为全面和系统研究北京及周边地区阵风锋各方面特征，使用2006～2015年10年期间暖季5～9月的北京多普勒雷达资料及北京、河北、天津自动气象站资料对北京及周边地区的阵风锋过程进行综合统计分析。结果表明，346次阵风锋过程中有232次过程触发了雷暴新生，占总数的67%，表明阵风锋具有较强的对雷暴的抬升触发能力。阵风锋在6、7、8月份出现的天数占总数的85%；出现的时间主要在午后至傍晚（12～21时北京时），维持的时间为0.5～3小时；阵风锋在北京东南方向生成的数量最多，且触发雷暴新生的次数也最多；接下来为偏东和东北方向；偏南和西南方向生成阵风锋数量居中，而偏北、偏西和西北地区阵风锋个例相对少，触发雷暴新生的比例也相对低。产生阵风锋的母体雷暴中48%为孤立雷暴（包括孤立多单体和超级单体风暴），31%为雷暴群，21%为飑线；97%的母体雷暴最强回波在50dBZ以上,阵风锋的回波强度主要在10～25dBZ区间。91%的阵风锋移动速度集中在10～60km/h，与母风暴的最大距离在1～60km之间；在母风暴衰减到30dBZ以下时，80%的阵风锋能够继续维持的时间不超过2个小时。阵风锋母风暴向东南方向部移动的个例最多,从阵风锋和母风暴移动方向的关系来看,阵风锋与母体风暴移向一致的情况占比例最高为32%，其次为母风暴无移动及阵风锋弧形扩散情况，各占17%；阵风锋与母体雷暴移向相反情况所占比例为最少，只有3%。最后统计了阵风锋经过地面自动站时，自动观测量的变化情况。结果显示，阵风锋在经过地面自动站时会造成风速增大，温度降低，相对湿度增大，气压增加的现象。

• 包含三次降雹的雹暴过程地闪活动特征分析
• 韩颂雨,郑栋,张义军,罗昌荣

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  摘要

  2019-11-05

• 摘要：为研究雹暴的地闪活动特征，利用地闪资料与三组双雷达反演的风场，对包含三次降雹的一次雹暴过程的地闪活动特征及其与雹暴动力、微物理条件之间的关系进行了分析与讨论。主要结果为：1）整个雹暴过程中发生了三次持续降雹事件，并伴随着三次地闪活动出现峰值，在降雹前地闪频次均有跃增现象。在降雹开始后，地闪频次均迅速减少。2）整个雹暴过程中对应地闪位置的0℃层、-20℃层高度的垂直速度范围分别集中在-2~2m/s和-10~10m/s的区域。但三次降雹时段的地闪位置分别对应在-20℃层高度的强下沉气流区附近，强上升与下沉气流区的交界区和弱的下沉气流区。3）选取的雹暴内最大反射率、-20℃层高度最大反射率、-20℃层高度大于40dBz个数三个雷达回波参量与地闪频次变化趋势一致，其相关系数分别为0.64、0.64、0.76。选取的对应地闪位置-20℃层高度的最大垂直速度绝对值、-20℃层高度以上垂直速度绝对值大于5m/s的体积数两个垂直速度参量与地闪频次成正比关系，且阶段最大值与地闪频次阶段最大值相对应，相关系数分别为0.72、0.65。综合考虑动力和微物理影响的可降冰质量通量这一参量与地闪频次的相关性最为显著，相关系数达0.85。整个雹暴过程发展最为全盛的第二次降雹阶段的地闪频次较低，推测强动力过程作用下的电荷结构特征不利于地闪发生。但动力过程在整个雹暴过程中具有正向支配作用，上升气流变化超前于冰晶质量和闪电频次变化，影响着雷达回波变化。

• 过去2000年亚澳夏季风降水百年际变化特征及成因的模拟研究
• 井云清,刘健,万凌峰,张宏栎

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  摘要

  2019-11-01

• 摘要：利用地球系统模式CESM（Community Earth System Model）开展的过去2000年气候模拟试验资料，在利用观测资料、再分析资料对模拟资料进行检验的基础上，探讨在百年时间尺度上亚澳夏季风降水的时空变化特征及其成因，对于认识百年尺度气候变化规律、定量区分自然因子和人类活动对亚澳夏季风的影响具有重要的意义。结果表明：过去2000年亚澳夏季风降水和温度的波动变化较为一致，具体表现为暖期降水多，冷期降水少。两者相关系数为0.83，达到99%置信度。此外，亚澳夏季风降水存在105年、130年、180年的百年尺度周期。亚澳夏季风降水EOF第一模态在印度洋北部呈南北反向的分布型态，而在东亚地区呈负、正、负的分布型态；第二模态在印度洋北部呈正、负、正的分布型态，而在东亚地区呈全区一致型的分布型态。EOF第一特征向量和EOF第二特征向量的正、负值中心大多出现在热带地区，南北呈不对称分布。亚澳夏季风降水的105年周期主要受火山活动和土地利用/覆盖的影响，130年周期主要受太阳辐射、气候系统内部变率的影响，180年周期主要受火山活动的影响。从EOF第一特征向量来看，整个亚澳夏季风降水主要受土地利用/覆盖、太阳辐射的影响；EOF第二特征向量表明亚澳夏季风降水在百年际空间变化上主要受太阳辐射和气候系统内部变率的影响。EOF第三特征向量表明亚澳夏季风降水在百年际空间变化上主要受气候系统内部变率和温室气体的影响。该研究对揭示百年际时间尺度气候变化特征、辨识影响气候变化的自然因素与人为因素、理解其影响气候的物理机制等具有重要意义，也为应对该区域气候变化提供了参考依据。

• 基于模糊逻辑的新一代天气雷达径向干扰回波识别算法
• 文浩,张乐坚

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  摘要

  2019-10-16

• 摘要：在雷达信号处理器异常、信号受到外部电磁干扰时，雷达会观测到沿径向分布的条幅状干扰回波，这类非气象回波须在雷达估测降水等定量应用之前消除。为适用体扫数据及正在业务推行的单径向流数据，本文针对径向干扰回波，提出一种基于模糊逻辑的识别方法，该方法只提取径向上的特征参量，建立隶属函数和判定阈值，进行识别。通过对算法的评估和业务应用，结果表明：该算法对径向干扰回波和降水回波的识别和消除效果较好，与原业务算法相比，CSI评分提高0.232，能明显提高径向干扰回波的准确识别，略微降低对降水回波的误消除；算法在业务上能够稳定运行，对于定量化应用（降水估测等）具有正贡献。

• 基于奇异值分解的气象数据推测
• 史加荣

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  摘要

  2019-09-20

• 摘要：以中国662个气象台站的2004-2013年逐日平均温度、平均相对湿度、日照时数和气温日较差等4个气象要素为研究对象，使用奇异值分解方法来推测缺失气象数据。为了减弱随机性的不利影响，将10年的逐日气象数据取平均值。分别采用奇异值分解的相对误差和相似度矩阵来证实气象数据的近似低秩性，并探讨了气象要素之间的相关性。分析了主要的基向量，设计了三组推测实验。第一组实验随机选取6个气象台站的数据用于测试，其余台站用于训练，以获得5个最佳的基向量。随机选取每个测试台站的12个观测值，再由所选取的基向量来推测未知值。平均温度、平均相对湿度、日照时数和气温日较差的平均推测误差分别为8.00%、7.83%、17.17%和10.82%。在第二组实验中，随机选取70%的气象台站用于训练，其余气象台站用于验证推测性能。实验结果表明基向量的数目可选为5-15，随着基向量或观测值数目的增加，推测性能也随之改善。第三组实验根据10个台站1952年下半年的气象观测数据,推测上半年的未观测值，实验结果合理可靠。

• 中国西北地区东部近546年干旱事件特征分析
• 王芝兰,奚立宗,李耀辉

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  摘要

  2019-09-20

• 摘要：以西北地区东部的16个代表站1470-2008年的旱涝等级资料和1960-2015年5~9月气象站降水量数据为基础,建立了546年中国西北地区东部干旱事件序列,采用EOF分解、滑动t检验、小波分析等统计方法,对其干湿演变规律进行分析,详细讨论了500余年极端干旱事件及其时空特征。结果表明：历史干旱等级资料能够准确反映出西北地区东部干旱变化的时空特征,西北地区东部干旱的空间分布主要表现为全区一致型、南北反向型以及以陇南-陕西南为中心并与周围地区反向的空间分布型；青海东部、宁夏及陕北发生旱的频率较高,陕西南部地区发生涝的频率较高；从百年尺度的演变来看,西北地区东部20世纪发生旱、偏旱的频率最高,其中以宁夏及陕北最为明显,而1900至今是西北东部干旱灾害发生的高频期。通过定义旱(涝)尺度因子,对西北地区东部500余年的旱(涝)持续性进行分析,结果表明西宁以西、宁夏东部及陕西北部的干旱具有较长的持续性,甘肃和陕西南部地区的干旱持续性较差；1470-1500年和1910-1940年是干旱持续性最强的时期,对应着西北地区东部在历史上出现的两次百年甚至两百年一遇的极端干旱事件。这也说明空间范围广、干旱程度重的极端干旱事件对干旱的持续性起重要的作用。

• 京津冀雾霾消散因子及其阈值研究
• 周须文,韩世茹,井元元,高旭旭

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  摘要

  2019-09-20

• 摘要：利用2006-2015年京津冀气象站的常规观测资料和同期NCEP/NCAR再分析日资料，以秋冬季影响雾霾形成与消散的静稳大气和通透大气为研究对象，统计分析了气象因子的分布状况，结果表明：京津冀秋冬季降水对雾霾起不到冲刷作用，反而促进雾霾的形成与维持；京津冀秋冬季雾霾消散主要是风场因子的贡献。雾霾消散大气状态可分为三种类型，在不同大气状态下，各风场因子对雾霾消散的贡献不同。采用迭代自组织数据类差最大值阈值分割法，找出了各风场因子的最佳阈值。根据各风场因子对雾霾消散的敏感性和因子间的相关性，筛选出三类大气状态下雾霾消散指标因子。采用指标叠套法对2016年、2017年秋冬季大气进行检验，结果表明雾霾消散指标及其阈值能较好区分静稳大气和通透大气，对雾霾过程具有较好的指示意义；通过对derf2.0模式产品释用，可为延伸期雾霾过程客观化预测提供技术支撑。

• 随机森林机器算法在江苏省小麦赤霉病病穗率预测中的应用
• 徐敏,徐经纬,谢志清,高苹,李亚春,缪璟秋

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  摘要

  2019-09-20

• 摘要：明确影响赤霉病的主导气象因子和前期影响因子，建立病穗率分阶段预测模型，对提升赤霉病预测能力和保护农田生态环境具有重要意义。本文基于2002—2018年江苏省13个市的小麦赤霉病病穗率资料与生育期观测资料、相应时段内的逐日气象数据，应用随机森林（Random Forest）机器学习算法，分生育期分区域定量评估影响病穗率的主要气象因子特征变量和贡献率，按不同起报时间建立预测模型并进行验证。结果表明，各生育期重要特征变量贡献率的排序为：抽穗扬花期＞拔节期＞越冬期。抽穗扬花期湿度、降水连续≥3d的雨日和日照对赤霉病起主导作用，拔节期日照、降雨量、湿度和雨日与越冬期气温和降雪对赤霉病均具有前期影响，甄别出的重要特征变量排序结果符合赤霉病菌发育、释放、侵染和流行规律；基于RF算法建立的病穗率预测模型的精度与重要特征变量个数、赤霉病发生区域、Mtry参数设定、生育期有关；最早可在3月初进行预测，预测时效近3个月，起报时间越接近乳熟期，输入的重要特征变量越多，则病穗率预测准确率越高，病穗率模拟值与实际值的波动趋势完全一致，对赤霉病“中等”和“偏重”等级模拟效果好，表明RF算法在赤霉病预测中有较高的可靠性和业务应用潜力。

• 热带气旋奇异向量在GRAPES全球集合预报中的初步应用
• 霍振华,刘永柱,陈静,李晓莉,瞿安祥

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  摘要

  2019-09-20

• 摘要：[背景]基于副热带奇异向量的初值扰动方法已应用于GRAPES全球集合预报系统，但存在热带气旋预报路径离散度不足的问题。通过分析，发现热带气旋附近区域初值扰动结构不合理，导致预报集合不能较好地估计热带气旋预报的不确定性，是路径集合离散度不足的可能原因之一。[目的]通过建立热带气旋奇异向量求解方案，将热带气旋奇异向量和副热带奇异向量共同线性组合生成初值扰动，以弥补热带气旋区域初值扰动结构不合理这一缺陷，进而改进热带气旋集合预报效果。[资料和方法]利用GRAEPS全球奇异向量计算方案，以台风中心10个经纬度区域为目标区构建热带气旋奇异向量求解方案，针对台风BANYAN个例进行集合预报试验，并开展批量试验，利用中央气象台最优台风路径和国家气象信息中心的降水观测资料进行检验，对比分析热带气旋奇异向量结构特征和初值扰动特征，评估热带气旋奇异向量对热带气旋路径集合预报和中国地区24h累计降水概率预报技巧的影响。[结果]试验结果表明，热带气旋奇异向量具有局地化特征；使用热带气旋奇异向量之后，热带气旋路径离散度增加，路径集合平均预报误差和离散度间的关系得到改善，路径集合平均预报误差有所减小，集合成员更好地描述了热带气旋路径的预报不确定性；中国地区的台风降水小雨、中雨、大雨、暴雨各量级24小时累计降水概率预报技巧均有一定增加。[结论]总之，当在初值扰动的生成中考虑热带气旋奇异向量后，可改进热带气旋初值扰动结果，并有助于改善热带气旋路径集合预报效果。

• 一次积层混合云系垂直结构和降水机制的飞机观测资料分析与数值模拟
• 刘香娥,高茜,何晖,马新成,毕凯

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  摘要

  2019-09-04

• 摘要：积层混合云是影响北京地区的重要降水云系，文中运用飞机探测资料结合中尺度数值模式WRF，对2014年9月23日发生在北京地区的一次积层混合云系的垂直结构和降水机制进行了探测资料分析和数值模拟研究。通过分析云系的雷达回波演变，发现云中的对流泡没有出现爆发式增长，回波在垂直方向上增长不明显，[结论]此次过程属于积-层水平混合型云系降水。飞机探测资料分析显示，上下午探测云系的液态水含量都不高（最大低于1g m-3）；在云系不同高度，飞机探测到的冰晶形状主要有板状、针柱状、辐枝状和不规则形状；[结论]由于云中过冷水含量相对较少，聚合冰晶的数量明显多于淞附冰晶，冰晶的聚合过程是云中粒子增长的主要过程。对模拟云系垂直微物理结构和降水粒子的源汇项分析得到：在高层，由凝华产生的冰晶和雪晶在过冷水含量较少的环境中不断聚并、长大并下落，云系中霰的含量很少，增大的冰晶和雪晶下落至零度层附近融化是产生地面降水的主要机制；此外，[结论]在融化层附近，雨滴捕获云滴不断长大并下降至地面也是地面降水的另一重要源项。

• 一次强降水超级单体的双偏振雷达观测分析
• 潘佳文,蒋璐璐,魏鸣,罗昌荣,高丽,郑秀云,彭婕

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  摘要

  2019-08-21

• 摘要：为分析强降水超级单体风暴的偏振特征及其动力和云物理结构。利用厦门海沧双偏振雷达数据及常规观测资料,并采用多普勒雷达风场反演和粒子相态识别等技术,对2018年5月7日发生在闽南地区的一次导致特大暴雨的强降水超级单体风暴进行了分析,研究表明：(1)相关系数低值区出现在有界弱回波区和钩状回波之前,可指示低层上升气流的位置；(2)在前侧下沉气流南侧的反射率因子梯度大值区附近,存在一个浅薄的差分反射率因子大值区,被称为差分反射率因子弧。其形态与超级单体的发展程度有关。在本次过程中差分反射率因子弧先于钩状回波和中气旋出现,对超级单体的发展具有较好的指示性;(3)在中层的融化层上,差分反射率因子大值区和相关系数低值区呈环形围绕在上升气流周围。差分反射率因子环和相关系数环对确定中层上升气流的位置,具有指示意义;(4)差分反射率因子柱位于有界弱回波区的上方,并位于主上升气流附近,在仅有单部雷达进行观测时,差分反射率因子柱可用于识别主上升气流的位置；(5)差分相位常数柱主要由大量混合相态水凝物组成,其位置与地面雨强中心存在较好的对应关系。

• 全球大尺度信息在3km GRAPES-RAFS系统中的应用
• 庄照荣,王瑞春,李兴良

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  摘要

  2019-08-21

• 摘要：为了缓解快速分析预报循环过程中固定边界条件造成的预报锁定，减少spin up时间和提高模式预报能力，全球模式产品的大尺度部分的信息被引入GRAPES-RAFS系统中，通过二维离散余弦变换(DCT:Discrete Cosine Transform)方法对全球模式产品和区域分析进行谱分解，获得综合全球大尺度和区域中小尺度信息的混合尺度分析?通过2018年5月10日-6月9日的一个月间歇分析预报循环，比较控制试验和混合尺度分析试验的冷启和暖启预报结果，试验结果表明,在快速分析预报循环中，全球大尺度信息的加入不仅增加分析的大尺度部分信息和降低地面气压倾向，减少模式预报的spin up时间；并且使地面要素场、分析场和降水的暖启预报质量有显著提高；同时台风艾云尼路径预报也更加接近观测?另外，GRAPES-RAFS循环的暖启与冷启预报相比，暖启初始场比冷启的更加协调，但暖启地面2m温度和10m风场的预报质量差于冷启预报，并且其ETS降水评分也明显低于冷启预报。混合尺度方案在RAFS系统中的应用能有效增加初始场的协调性和提高地面、高空要素和降水预报质量。

• 2018年北京“7.16”暖区特大暴雨特征及形成机制研究
• 雷蕾,邢楠,周璇,孙继松

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  摘要

  2019-08-15

• 摘要：本文利用京津冀区域加密自动站、SA多普勒天气雷达、L波段风廓线雷达、NCEP0.25°再分析及0.03°高分辨率地形等资料综合分析了北京2018年7月15-16日暖区特大暴雨特征和形成机制。结果表明：（1）这次暖区特大暴雨发生在副高边缘的暖气团（θ_se高能区）中，无明显冷空气强迫，斜压性弱。副高外围有丰沛的水汽，850hPa以下出现强水汽辐合。（2）暴雨中尺度对流系统发展有三个过程：带状对流建立和局地强雨团影响、北部“列车效应”，南部雷暴冷池出流造成对流加强和移动、线状对流的重建。（3）出现暖区特大暴雨的动力条件：低层西南风出现风速脉动，低空急流建立。首先在2500-3500m加强为低空急流，2小时后2500m以下风速显著增大，5小时后急流厚度达到700hPa以下。急流出口区低层减压，出现气旋性风场或切变，有利于低层垂直上升运动发展，触发和加强对流。（4）西南低空急流暖湿输送作用表现为低层高温、高湿、高能的对流不稳定层结的建立和反复构建。这是对流单体生成和合并、带状对流形成、线状对流再次快速重建的重要原因。（5）地面辐合线是触发对流、并逐渐组织化形成带状对流系统的关键因素。地面辐合线走向、低空急流轴与回波移动方向三者几乎一致，是对流后向传播和“列车效应”的有利条件。（6）太行山和燕山地形对对流触发和暴雨增幅有重要影响。这次暴雨中最大雨强达到并超过40毫米/小时以上的站点中77.4%位于西南部和东北部海拔高度200-600m处。偏东风在西部迎风坡触发对流，西南低空急流在北部迎风坡和喇叭口地形处辐合和抬升更为显著，造成局地特大暴雨。