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• 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。

• 人工智能技术能否提高地面气温预报的精度—记AI Challenger 2018全球天气预报挑战赛
• 嵇磊,王在文,陈敏,范水勇,王迎春

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  摘要

  2019-09-19

• 摘要：2018年8月，北京城市气象研究院(IUM)与创新工场等公司联合举办了“天气预报”竞赛(WFC)——这是一项面向全球的人工智能(AI)挑战赛，旨在通过发挥AI技术的优势以提高天气预报水平。全球有超过1000支队伍参加本次WFC竞赛，约250支队伍完成了实时天气预报赛程。最终，决赛排名前5的队伍获得了奖励。竞赛结果表明：多AI模型集合方法显著提高了地面2-m气温、2-m相对湿度和10-m风速的预报水平。与IUM在业务中应用的相似集合预报方法相比，基于时间序列分析、梯度提升树、深度概率预测等AI模型构建的集合预报方法，显著提升了地面2-m气温预报准确度，前2名队伍在决赛期间平均分别达到24.2%和17.0%。同时，合理的数据处理技术和AI模型集合框架对预报效果的提升具有重要的作用。

• 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。

• 季风槽环境中暴雨MCSs的分析与数值预报试验
• 蒙伟光,张艳霞,吴亚丽,徐道生,陈德辉

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  摘要

  2019-07-29

• 摘要：应用地面降水观测资料、卫星云图、雷达回波以及NCEP再分析资料,文章对2011年6月底华南沿海受季风槽影响下发生的一次持续性暴雨的中尺度对流系统(MCSs)进行分析,并探讨了采用数值模式对MCSs降水进行预报的可能性。分析表明暴雨由多个相继发展的MCSs造成。在相似环境中,不同MCSs发展形态和水平尺度有较大差异,最大可组织发展成中α尺度MCC,但一般为中β尺度线状或带状对流系统。对其中两个发展形式分别表现为椭圆形MCC(MCS-2)和带状中β尺度MCSs(MCS-4)的对比分析发现,两个MCSs对流的起始发展均发生在夜间,与季风槽南侧低空急流上南风的脉动有良好对应关系,表明季风槽及急流的向北推进对MCSs对流的触发有重要影响。基于临近探空资料诊断结果指出,被认为对MCSs组织发展有较好指示作用的关键物理量如CAPE(对流有效位能)和风垂直切变难于区分不同MCSs的发展形态和趋势,用于诊断的探空资料的代表性将影响诸如“配料法”等暴雨客观预报方法的建立和应用。利用华南区域中心GRAPES_GZ模式系统对两个MCSs进行的模拟预报结果表明,3km水平分辨率模式可以更好的预报出暴雨的发生,但结果对是否仍调用CP(对流参数化)方案敏感。尽管不依靠CP方案模式能够较好地预报出MCSs初始降水的发生,但会过度预报MCSs发展成熟后的降水。模式如何描述MCSs对流的组织发展机制、如何处理CP方案的“灰色区分辨率”问题仍需要仔细进行考虑。

• 一种改进的平缓-混合地形追随坐标在GRAPES-Meso模式中的应用研究
• 李超

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  摘要

  2019-07-29

• 摘要：平缓-混合地形追随坐标（简称T-F坐标）可以减小坐标面上的地形作用隆起带来的各种计算误差。以三角函数为基函数的平缓-混合坐标（简称COS坐标）高层坐标面水平，计算误差较小，但是底层坐标面之间的厚度较薄，增大了计算误差，对模式稳定性及模拟效果带来较大的影响。设计一种改进的COS坐标，使底层坐标面垂直分布更加均匀，应用于GRAPES—Meso模式进行理想试验和实际模拟试验。结果表明：改进的COS坐标相对COS坐标，中高层计算误差相当，底层地形作用衰减的垂直变化更加均匀，减小了计算误差，提高了计算稳定性；地形重力波试验结果显示，改进的COS坐标重力波破碎相对COS坐标有一定缓解，更接近解析值；批量模拟试验结果显示，改进的COS坐标各个层次上的月平均模拟偏差比单尺度的平缓-混合坐标（简称SLEVE1坐标）更小，均方根误差有所减小，距平相关系数有所增加。改进的COS坐标有效地解决了COS坐标的计算问题，提高了模拟预报效果。

• 气候年景定量化评价方法
• 邹燕,伍红雨,林昕,王岩

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  摘要

  2019-07-29

• 摘要：[目的]气候年景评价是气候业务服务的重要产品—气候年公报的重要内容,其中评价方法是关键。旨在以福建省为例介绍一种计算简单、业务适用性、易推广的气候年景定量化评价指标体系。[资料和方法]基于福建省66个国家级气象站1961－2010年共50年逐日气温、降水观测数据和综合气象干旱指数(MCI)数据,主要采用百分位方法，[结果]在分别建立低温年景、高温年景、雨涝年景和气象干旱年景评价指标、等级标准和历史序列的基础上，构建了综合气候年景评价模型、等级标准和历史序列，[结论]实现了福建省低温、高温、雨涝、气象干旱年景及综合气候年景的定量化评价能力和历史可比性。通过业务应用和历史事件验证，显示了所建评价指标体系的合理性以及与历史重大事件的良好一致性。本方法可为汛期雨强、冬季低温强度、夏季高温强度等定量化评估提供参考，并可为进一步开展气候变化及异常年份环流背景分析奠定基础。

• WRF中土壤图及参数表的更新对华北夏季预报的影响研究
• 卢冰,王薇,杨扬,仲跻芹,陈敏

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  摘要

  2019-07-29

• 摘要：土壤质地及其物理性质的参数化对陆面过程模拟具有明显的影响，本文研究了土壤质地和土壤水文参数表的更新对WRF(Weather Research and Forecasting model)模式模拟性能的影响。使用北京师范大学土壤属性数据集和修正后的土壤水文参数表替换WRF默认数据，并对2017年6-8月华北地区开展数值模拟试验和评估验证，结果表明模式模拟结果对土壤数据集和水文参数表的更新较为敏感，对地面要素预报有正效果。WRF默认土壤数据中，中国东部以粘壤土为主，而在北师大土壤数据中则以壤土为主；修正后的土壤水文参数在Noah陆面过程中增强了裸土潜热蒸发能力。数值模拟试验表明土壤输入数据和土壤水文参数的更新能够增强陆面向大气的潜热同时减弱感热输送，致使大气底层温度降低而湿度增强。利用华北区域748个地面气象观测站的2m温度和2m湿度对2017年夏季的模拟结果进行验证，结果显示更新试验对地面要素的预报偏差有较好的修正作用，能够将2m温、湿度的预报技巧分别提高3.4%和2.9%。

• PVT方法诊断台风运动在高分辨率资料中的应用
• 赵静娴,谢彤,杨华栋,吴立广,刘青元

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  摘要

  2019-07-29

• 摘要：在分辨率低于9km的资料中,PVT方法在诊断台风运动机理方面已有了较多的应用。本研究发现用PVT方法计算台风移速时,使用时间分辨率为1h,空间分辨率为3km的资料计算的PVT速度与台风移速接近。当时间分辨率不变,空间分辨率增加时,PVT速度与台风移速误差增加,空间分辨率增加为333m时,PVT速度与台风移速的误差接近100%。将空间分辨率为333m的资料的时间分辨率提高到1min后,计算的PVT速度与台风移速误差降低为13.5%左右。对于时间分辨率为1h,空间分辨率为1km和333m的资料,可通过对原始物理量场进行空间平滑来降低误差,平滑后的资料计算的PVT速度与台风移速的误差约为16.7%。研究表明,在使用PVT方法诊断台风运动时,不同时空分辨率的资料计算的PVT速度和台风移速的误差存在差异,可根据研究需要选择合适的资料或对已有的资料进行预处理。本研究旨在为PVT方法的应用和普及提供参考。

• 雷暴区域追踪矢量与雷暴单体追踪矢量融合临近预报研究
• 曹伟华,陈明轩

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  摘要

  2019-07-29

• 摘要：雷暴追踪矢量的准确性是决定短临降水外推预报效果的关键。以TREC（Tracking Radar Echoes by Correlation）为代表的区域追踪和以TITAN为代表的单体追踪（Thunderstorm Identi?cation Tracking Analysis and Nowcasting）是追踪雷暴移动矢量的两种典型方法。TREC基于追踪格点雷达回波数据得到，能较好体现层状云降水和对流云降水系统的区域整体移动趋势；TITAN可以识别、分析雷暴的二维和三维属性，自动跟踪雷暴的移动速度和方向，形成雷暴单体移动矢量，能够更好的刻画小尺度雷暴单体的移动速度和方向。本文将TREC和TITAN两种移动矢量进行融合，生成新的外推移动矢量，既保留了TREC方法在刻画大尺度雷暴整体移动趋势信息方面的特长，又能充分发挥TITAN方法在刻画小尺度雷暴运动细节信息上的优势。融合试验表明，采用TREC和TITAN两种降水移动矢量融合的新技术，可以明显改进降水外推移动矢量场估计的准确性，提升降水落区和强度外推预报的准确性，对改善北京地区定量强降水短临预报水平具有明显正效果。

• 太行山东麓一次强对流冰雹云结构的观测分析*
• 范皓,杨永胜,段英,许焕斌,刘黎平,耿飞

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  摘要

  2019-07-29

• 摘要：2018年5月12日下午,太行山东麓发生了一次突发性强对流单体降雹天气过程。本文利用“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验示范”项目在冰雹发生区域内,获取的与本文研究较为密切相关的综合观测资料,从天气背景、降雹特征、回波演变特征、大雹形成机制及动力结构等进行了综合分析。结果显示,午后不稳定能量的增大形成了有利的热力条件和低层风场的辐合扰动以及中层的冷空气侵入是产生本次强冰雹的触发因素。通过对雹云在降雹时段雷达回波结构具有超长 “悬挂回波”和对应大雹形成特征分析表明,云中存在着上、中、下相互悬接着的零线(域),主上升气流2次逆时转弯,增加了雹胚再入主上升气流去继续长成大雹的机会,据此勾画出的云体主上升气流框架及大雹形成示意图,不仅佐证了冰雹“穴道”结构具有兜雹成雹的功能,而且显示出雹云的动力结构可具有多种表现样式,丰富了雹云物理的内容。

• 变分回波跟踪算法及其在对流临近预报中的应用试验
• 吴剑坤,陈明轩,秦睿,高峰,张宇,闫雪瑾,宋林烨

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  摘要

  2019-07-29

• 摘要：[目的]目前业务上0-1h对流天气临近预报仍旧以客观外推为主，采用不同外推算法，得到雷达回波以及降水的外推临近预报。本文以业务应用为目标，开展变分回波跟踪算法在强对流天气临近预报中的应用研究。[资料和方法]利用京津冀地区的8部新一代多普勒天气雷达逐6分钟雷达组网拼图资料，选取了2016-2018年夏季发生在京津冀地区的18个典型对流个例，开展了变分回波跟踪算法和交叉相关法的0-1h临近预报对比试验及检验评估。与传统的交叉相关法相比，变分回波跟踪算法采用变分技术求解雷达回波运动矢量场，在计算中使用了两个严格的约束条件，运用迭代法进行求解，其得到的运动矢量场更为准确。[结果] 结果表明，变分回波跟踪算法要优于传统的交叉相关法，给出的30、60min内雷达回波的形状、位置及强度的外推预报和实况更为接近，定量检验评分更高：[结论] 1）京津冀地区4次典型对流天气临近预报对比试验表明，和交叉相关法相比，变分回波跟踪算法可以更好地预报出未来1h内雷达回波的位置、形态和强度。2）通过对18个典型对流个例定量检验，发现当雷达回波阈值为35dBZ和45dBZ时，无论是30min还是60min外推预报，变分回波跟踪算法的命中率（POD）和临界成功指数（CSI）都明显高于交叉相关法，而误警率（FAR）更低；而分天气类型定量检验时发现，绝大多数天气类型，变分回波跟踪算法外推效果优于交叉相关法。

• 近60年中国探空观测气温变化趋势及不确定性研究
• 郭艳君,王国复

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  摘要

  2019-07-29

• 摘要：[资料，方法和目的]基于118站探空资料研究了近60年中国850-100hPa气温变化趋势及季节和区域特征，并通过1979-2017年卫星微波的气温对比研究了中国探空气温均一化的不确定性。[结论]研究表明，1958-2017年中国平均对流层气温呈上升趋势，300hPa升温最为显著，平流层下层100hPa为降温趋势。冬季对流层上层升温趋势和夏季平流层下层降温趋势较强。1979-2017年较整个时段对流层升温趋势增强，平流层下层降温趋势减弱。高原和西北地区对流层上层升温趋势较强。通过卫星微波气温和邻近代表站探空气温对比以及均一化前后日夜差值检测出中国探空均一化气温仍残存非均一性问题。由于参照序列的局限性，均一化未能完全去除2000年代中国探空系统变化造成的对流层中上层至平流层下层气温系统性下降的影响，导致中国对流层上层增温趋势被低估和平流层下层降温趋势被高估。未来可通过参考卫星微波气温和邻近站序列、调整非均一性订正顺序并增加合理性检验等方法改进中国探空气温均一化方案。

• 一种基于IAU技术的台风初始化方案
• 徐道生,张邦林,曾庆存,戴光丰,张艳霞

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  摘要

  2019-07-29

• 摘要：台风初始化方案最大的困难在于它只能根据有限的观测资料（台风中心位置，最低气压，最大风速和大风半径等）来构造一个与模式动力-物理过程相互协调的涡旋模型。本文首先根据实际观测对背景场中的涡旋扰动进行重定位和风速调整，然后将IAU（Incremental Analysis Update）技术应用于台风初始化方案中，把调整后的涡旋当做一个强迫项逐渐加入到模式预报过程中，通过模式自身调整来得到一个协调性较好的台风初始结构，从而改善模式对台风的预报性能。对“山竹”台风的多次预报结果表明：（1）台风初始化对于台风路径误差影响较小，对于强度预报改进则比较明显。特别是在台风形成初期阶段，台风初始化技术能够有效的加强全球模式分析场中的涡旋强度，并解决预报过程中强度偏弱的问题。（2）根据预先给定的三维风场，IAU技术能通过模式自身预报过程来对其它变量进行调整，从而得到一个热力和动力相互协调的初始涡旋结构。相对于仅仅对初始风场的做法，它对24小时之后的路径和强度预报误差会有更进一步的改善。（3）对IAU中的松弛时间进行参数敏感性试验，发现该变量取为3-6小时效果较好。

• 北京山区与平原冬季近地面风的精细观测特征
• 乌日柴胡,王建捷

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  摘要

  2019-07-29

• 摘要：[资料和方法]本文利用2009-2018年冬季北京地区两百多个自动站逐时10m风观测数据，分典型区域（山区、山区与平原过渡区、平原区、城区）研究北京地区冬季近地面风精细特征，并使用有完整记录的两年（2017年和2018年）冬季延庆高山区不同海拔高度10m风逐时观测数据，多视角分析探讨高山区不同海拔高度近地面风特征和成因，[目的]以深刻认识北京地区复杂地形条件下冬季近地面风的观测特征和独特规律，并揭示其中高山山地近地面风的未知特征。[结果和结论]结果表明：（1）北京地区冬季近地面平均风呈现出受西部北部地形、城市下垫面粗糙度和冷空气活动共同影响的特征，即：平均风速沿地形梯度分布，山区高平原低、平原中又以城区风速最弱；盛行西北风和北风，在城区东西两侧盛行风出现扰流，在山区和过渡区一些地方还存在与局地地形环境明显关联的其他盛行风向。（2）四个典型区域冬季近地面风速日变化都表现为白天风速大于夜间、午间风速最大的“峰强谷平”单峰特征，这一特征在城区的稳定性高于其它区域、山区相对最低。（3）四个区域冬季弱风（<1m/s）频率可达31%-42%，城区最高、山区最低；强风（>10.8m/s）频次则是山区最多、城区甚少，强风主要表现为偏西-偏北风、与冷空气活动密切关联；城区、平原区和过渡区偏南风频率均为极小，暗示北京“山区-平原”风模态在冬季是“隐式”的、不易被直接观测。（4）近地面风的水平尺度代表范围在延庆高山区高海拔处明显大于低海拔处，海拔1500m附近（平均的边界层顶高度）是延庆高山梯度近地面风速日变化特征的“分水岭”，位于此海拔高度内的站风速日变化表现为前述 “峰强谷平”单峰特征，而此海拔高度以上站风速日变化则呈现出相反特点——夜间大白天小、午间最小的“峰平谷深”特点，这是由边界层湍流活动的日变化及伴随的低层自由大气动量向边界层内下传所致。（5）延庆高山近地面风速大体上随观测高度而增加，高海拔站点日平均风速几倍于低海拔站点值。白天-前半夜时段，两个高海拔站冬季盛行偏西风、风向变化不大，但风速可在2-12m/s区间中变化；两个低海拔站则风速比较稳定（<6m/s），但风向从午间到傍晚相对多变。

• 基于客观判识的青藏高原横切变线结构及演变特征合成研究
• 张硕,姚秀萍

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  摘要

  2019-07-29

• 摘要：[资料与方法]利用1981—2016年6—8月每日4次，分辨率为1°×1°的ERA-Interim再分析资料，基于纬向风的经向切变、纬向风速零线和相对涡度三个参数，在计算机客观自动判识青藏高原横切变线（以下简称高原横切变线）基础上，选取了位于33°-35°N之间的高原横切变线个例13个，采用合成分析技术，[目的]研究了青藏高原横切变线结构及演变特征。[结果和结论]表明：高原横切变线位于高原主体80°—100°E范围内，在500hPa 高度上呈准水平分布的东西走向、水平尺度可达2000km，垂直方向在高原上空可伸展至480hPa高度上、厚度可达近2km。高原横切变线出现的环流背景是，500hPa高纬度两槽两脊，青藏高原两侧分别为带状分布的西太平洋副热带高压（以下简称西太副高）和伊朗高压。在动力场上，高原横切变线走向与500hPa正涡度带轴线走向一致，切变线附近为带状的涡度正值区和上升运动区，对应于无辐散带，辐散/辐合带分布在高原横切变线北/南侧；高原横切变线附近正涡度带垂直可伸展到350hPa，上升运动伸展至200hPa，但高原切变线仅到480hPa左右，为浅薄的斜压性天气系统，呈现随高度向北倾的特征。在水汽热力场上，高原横切变线是水汽汇聚带；高原横切变线附近南侧的600-500hPa之间存在高假相当位温中心，具有非常明显的高温高湿的特征。高原横切变线从初始产生到发展强盛再减弱的演变发展过程中，其生命史近4天，伴随西太副高西移过程，随着高原横切变线附近正涡度带范围增大、强度增强，高原横切变线发展，干冷空气的侵入导致高原横切变线强度减弱甚至消亡。

• 一次黄海之滨MCC多尺度结构特征观测研究
• 吴芳芳,俞小鼎,王 慧,商 建,周文君

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  摘要

  2019-07-29

• 摘要：2006年7月3日傍晚到4日凌晨，苏北到黄海的一个中尺度对流复合体MCC产生了系列龙卷、直线型对流大风和强降水。本文利用常规高空地面观测、区域自动气象站、卫星云图以及多普勒天气雷达资料详细分析此次MCC产生的天气背景和MCC结构。主要结论如下：1）该MCC高层为分流场对应的强烈辐散，中层为副热带高压西北侧和500hPa东移的短波槽前，地面位于锋面气旋暖区内；该MCC发生在中等到强的对流有效位能CAPE、强的深层（0-6km）和低层（0-1km）垂直风切变环境下；2）该MCC主要垂直环流特征为：近地层东南气流和其上的中低层西南暖湿气流从MCC南部流入到MCC中心，MCC后部对流层中低层和中层为较干冷的西北气流，夹卷进入MCC，导致降水蒸发冷却形成强烈下沉气流，产生带有西北风动量的下沉气流，到地面形成β中尺度冷池，冷池与周边暖湿气流的交界处为β中尺度阵风锋，同时MCC位于对流层中下层到地面部分形成深厚冷池导致的雷暴高压；MCC中高层由于水汽凝结潜热释放加温形成暖心结构，MCC位于对流层中层的主要特征为β中尺度气旋性涡旋对应的中尺度低压，对流层高层存在β中尺度辐散反气旋环流；3）多普勒天气雷达观测揭示出该MCC成熟阶段主要呈现为线性结构，主要构成是一条尺度在150-200km的活跃弓形飑线，还有数条较弱的呈气旋性弯曲的对流雨带，数条雨带旋入共同的涡旋中心，该涡旋中心与地面锋面气旋的中心相对应（重合），同时也是相应MCC的β中尺度气旋的中心，直径在40-60km之间；4）在上述活跃弓形飑线的前侧出现多个中尺度涡旋（mesovortices），4个EF2级龙卷和3个EF1级龙卷都发生在这些中尺度涡旋内，导致龙卷的中尺度涡旋水平尺度在4-5km，旋转速度接近超级单体的强中气旋旋转速度，垂直伸展比超级单体中气旋浅薄，形成机制也与超级单体中气旋有明显差异；5）该MCC成熟阶段的云系尺度为1000km，其中低于220K（-53°C）冷云盖的尺度在400km左右，其内部结构的主要构成是一条150-200km长的活跃弓形飑线，地面β中尺度冷池和阵风锋，沿着弓形飑线前侧出现多个尺度在4-5km的中尺度涡旋，其中部分中尺度涡旋导致尺度只有几十到几百米的EF1和EF2级龙卷，呈现出明显的多尺度结构特征。

• 庐山云雾及降水的日、季节变化及宏微观物理特征观测试验研究
• 郭丽君,郭学良

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  摘要

  2019-07-28

• 摘要：庐山云雾观测站2015年重新开始观测试验。本文利用2015年11月-2018年2月庐山云雾试验站观测的云物理资料和九江站的雷达资料，统计分析了庐山云雾及降水的日、季节变化和宏微观物理特征。研究结果表明，庐山强降水多发生在夏季，降水强度可超过100mm/h，而云雾天多发生在秋冬春季，云雾期间最低能见度可达到20m左右，风速适宜的东北风有利于水汽的冷却凝结。平均云和雾天数是13天/月，最高云和雾天数可达到25天/月。由高湿区的发生时间可知受辐射影响的云雾多发生在凌晨到早晨之间，云雾辐射影响下最低温度发生在9点左右，即云雾消散前。长时间维持的云和雾会导致温度下降。利用雷达资料对降水分类，庐山秋冬季层状云、积层混合云和对流云降水分别占29%、44%和27%，春夏季对流云和积层混合云降水分别占83%和17%。和城市雨滴谱相比，庐山降水的中小雨滴偏多，拟合的Gamma谱型向下弯曲。和城市雾相比，庐山云雾滴谱的数浓度较低，双峰结构显著，谱较宽。通过对云内降水的微物理观测发现，随着降水量级的增加，雨滴的数浓度和尺度不断增加，更易于启动碰并机制，使小于11μm和大于30μm云雾滴减少，导致11μm的峰值更为显著。降雪期间的小云雾滴较为丰富，固态降水更容易通过淞附过程消耗过冷云滴。

• 基于频谱补偿和数值模拟技术的江苏近海大气边界层极端风速研究
• 常蕊,朱蓉,尹宜舟,马文通,章大全

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  摘要

  2019-05-20

• 摘要：在平均风速基本满足近海风力发电需求的前提下，近海大气边界层百米高度处极端风速的合理估算成为我国海上风电开发领域的研究热点。[目的]与低纬度海域台风极端风速的广泛研究不同，由于缺乏有效的技术手段，对于台风影响相对较少的中纬度海域，极端风速的科学认识明显不足。[资料和方法]研究以江苏近海为例，通过频谱分析技术，定量刻画了数值模拟风速能谱在高频波段的能量衰减和截断特征；进而利用风速能谱曲线在频率域的积分及其在高频波段的补偿，实现无观测区域年最大风速的估算。与台风风场数值模拟技术相结合，综合考虑了我国中纬度海域受寒潮大风和热带气旋大风共同影响的复杂、特有气候特征，建立了一套可推广应用的近海大气边界层百米高度处极端风速估算的新方法。[结果]据此推算了江苏近海100m高度处50年一遇极端风速，结果表明：受寒潮大风影响，江苏北部海域的50年一遇风速超过40 m/s；少量北上的热带气旋则造成响水和如东附近海域40 m/s，甚至44 m/s以上的50年一遇风速；中部盐城附近海域的50年一遇风速则普遍低于35 m/s。[结论]研究成果不仅为该海域近海海洋工程的开发设计及安全运行提供重要的科学支撑，同时也有助于加深对我国极端气候事件的科学认识和大气边界层科学理论的发展。

• 北京城市化对一次降雪过程影响的数值模拟研究
• 郭良辰,付丹红,王咏薇,苗世光

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  摘要

  2019-05-13

• 摘要：[资料和方法]利用中尺度数值预报模式（Weather Research and Forecast, WRF），[目的]针对2018年3月17日5时至17时（BT）北京地区的一次降雪过程模拟分析了城市化对降雪的主要影响机制。[结果和结论]结果表明：城市化使得北京五环以内降雪量减少，降雨量增加，这主要是由于城市化低层增温效应加强了雪的融化过程，产生混合型降水，距离市中心越近越容易发生混合型降水。城市化对降雪的总降水量和降水的时空分布也存在一定的影响。降水初期，城市化形成的“城市干热岛”效应不利于水汽的水平和垂直输送，不利于云的形成，地面总降水量减小。随着降水过程的发展，部分冰相粒子融化，使近地面水汽增多，“城市热岛效应”的热力抬升作用，有利于水汽的垂直输送和云的发展，部分云滴或水汽抬升进入云中，增强冷云过程，使雪和霰粒子含量增加，地面总降水量增加。城市化产生的“城市效应”对低层大气温度和云微物理过程产生影响，而云微物理过程的非绝热过程又反过来影响低层大气温度和大气层结，影响能量和水汽输送，进而对云和地面降水产生影响。

• 一次强飑线过程极端大风的中尺度分析
• 沈杭锋,方桃妮,蓝俊倩,翟国庆,苏涛

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  摘要

  2019-05-08

• 摘要：利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料和GFS 0.25°×0.25°逐6h的分析场数据以及多普勒雷达、风廓线等资料，通过背景形势场分析、物理量诊断分析和中尺度分析，对2018年3月4日发生在华东地区的强飑线天气过程进行了诊断分析，结果表明：这次过程具有发生时间（季节）早、移速快、范围广、致灾强等特点，是一次比较少见的早春（冬末）十分强烈的飑线天气过程，是在高空急流辐散区、低空西南急流轴前端、低涡南侧的暖区之中发展起来的。飑线过程的地面要素变化十分剧烈，地面有强冷池，与飑线前暖空气之间构成了强的水平温度梯度，致使飑线强度更强；飑线经过时气压涌升所形成的雷暴高压、强气压梯度以及飑线的快速移动均有利于地面极端大风的出现。飑线发展过程中形成了弓形回波、超级单体等强天气系统，中高层动量下传和光滑湖面、喇叭口、狭管效应等特殊地形对于大风的增强效应比较显著，这些因素也加剧了地面极端大风的形成。

• 基于风云四号A星探测区域模式背景误差和观测误差估计的长波红外通道选择研究
• 尹若莹,韩威,高志球,王根

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  摘要

  2019-04-12

• 摘要：中国新一代静止气象卫星风云四号A星上搭载的干涉式大气垂直探测仪GIIRS（Geostationary Interferometric Infrared Sounder）是世界上首台在静止轨道运行的高光谱红外探测仪器，拥有1650个通道，其中长波通道689个，中波通道961个。[目的]由于计算机存储能力、数据传输和变分同化时效性等限制，目前很难在业务环境中同化全部通道，并且多通道卫星信息往往存在一定的空间相关性和光谱相似性，故在实际应用中必须降低高光谱资料的通道维数，去除数据冗余和观测相关性，挑选出对特定目标起主要作用的通道子集，进而利用有限的通道来最大限度地提供观测信息。[资料和方法]考虑GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）数值预报系统估计得到的风云四号A星观测范围内的背景误差协方差矩阵，并且在GIIRS观测误差后验重估计的基础上，结合通道权重函数峰值和信息熵分步迭代法对其长波通道进行了通道选择研究和试验。[结果]与[结论]试验结果表明：在给定选择通道个数时，权重函数法和信息熵方法得到的通道组合进行温度和湿度误差分析时误差整体比单一方法小，在给定通道个数（40个）少于单一方案（50个）时，误差分析结果相当。GIIRS最优通道选择的研究为该资料的同化应用建立了基础。

• 中国冬季气温月际变化特征及其对大气环流异常的响应
• 孙健,李栋梁,邵鹏程,高娜

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  摘要

  2019-04-12

• 摘要：[资料和方法]基于1951~2014年中国160站月气温和NCEP/NCAR再分析资料，利用季节的经验正交函数分解(S-EOF)等方法，[目的]研究了中国冬季气温月际变化的时空演变特征及其对大气环流异常的响应。[结果]结果表明,中国冬季气温在月尺度上常常出现前后冬相反甚至冷暖交替的现象。[结论]中国冬季气温月际变化存在3个主模态：全冬一致型、前后反相型和冷暖交替型。当西伯利亚高压冬季一致偏强（偏弱）时，冬季一致冷（暖）；当海陆热力差异由强变弱、西伯利亚高压强度由强变弱，东亚西风急流比较稳定，强度偏强，位置由南向北移动时，冬季前冷后暖；当大气环流发生突变，尤其是海平面气压场和500hPa位势高度场上大气活动中心的频繁调整，西伯利亚高压强度在月时间尺度上强弱交替时，冬季气温呈冷-暖-冷交替变化。

• 基于ERA5的RTTOV辐射传输模拟与FY-4A成像仪 观测结果的偏差分析
• 瞿建华,张烺

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  摘要

  2019-04-12

• 摘要：于2016年12月发射升空的FY-4A是我国第二代静止轨道卫星，该星上搭载了可提供东半球近实时高分辨率卫星观测数据的扫描辐射成像仪——AGRI。[目的]在其观测数据应用于大气参数反演或同化前，数据偏差的定量化分析是一个必要环节。[资料和方法]该文采用快速辐射传输模式RTTOV，基于ERA5再分析资料对AGRI的七个红外通道进行了模拟，并利用MODIS云检测产品对模拟结果进行了晴空筛选，以期得到一些对AGRI的定量应用有价值的偏差分析结果。观测-模拟（O-B）的偏差分析结果显示：[结果]海洋和陆地上，10通道（7.1μm）存在明显大于其它红外通道的系统性偏差，[结论]这很可能来源于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第五个全球再分析数据产品(ERA5)在对流层中层对水汽的高估。08通道为近红外短波通道，地表反射作用影响强烈，陆地上存在较大的平均偏差，而海洋上平均偏差小于0.4K。14通道在ERA5近地层气温偏高及定标偏差的影响下，海洋存在接近1K的平均偏差；陆地上存在2K左右的平均偏差。[结果]其余各红外通道在海洋和陆地上的平均偏差分别在0.6K和1.3K以下。偏差影响因子分析结果显示：[结果]地表海拔高度、观测天顶角对偏差也存在一定程度的影响；[结论]海洋上偏差分布存的季节变化可能来源于再分析资料中海表温度估算的季节性误差。

• 人工绿地与自然沙地蒸散发的计算与变异研究
• 霍文,胡顺起,智协飞,杨帆,杨兴华,周成龙,买买提艾力•买买提依明,潘红林

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  摘要

  2019-03-14

• 摘要：[资料]利用中国气象局塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地2014-2015年自然沙地与人工绿地加密观测试验时次数据，采用GBT 20481-2006 气象干旱等级的蒸散发的算法，[目的]详细计算自然沙地、人工绿地以时次为单位的蒸散发量值。[方法]计算过程中采用多种参数算法，增加了观测数据的利用率，提高了计算精度，并尝试通过影响因子的变量赋值研究，量化蒸散发的计算增减。[结果]结果表明：1）自然沙地与人工绿地蒸散发计算值都较好地刻画出了蒸散发年内变化，自然沙地计算值量级更贴近实际观测值，这与蒸散发计算方法适用性有关。2）人工绿地蒸散发计算值在植被生长季与观测值的差值较大，自然沙地与观测值的差值较小；在冷季人工绿地蒸散发计算值与观测值接近，自然沙地与观测值的差值相对较大。3）饱和水汽压与实际水汽压之差、2m平均温度、2m平均风速、饱和水汽压的斜率是计算蒸散发主要的影响因子，其中饱和水汽压与实际水汽压之差和2m平均风速随着赋值递增，蒸散发差值百分比与年累计值呈线性增长。2m平均温度随着赋值递增，蒸散发差值百分比与年累计值表现比较稳定，饱和水汽压的斜率随着赋值递增，蒸散发差值百分比与年累计值略有递减。[结论]因此，GBT 20481-2006 气象干旱等级的蒸散发算法在塔克拉玛干沙漠的适用性较好，人工绿地比自然沙地计算精度更高。

• 大范围持续暴雪过程中多种影响系统的对比分析
• 范俊红,易笑园

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  摘要

  2019-02-26

• 摘要：持续48小时的大范围雨转暴雪天气先后影响了陕西、山西、北京、河北、辽宁等地，华北地区降雪量达到15—30mm。此次过程中地面影响系统复杂，有华北锢囚锋、江淮气旋、北路冷锋，[资料和方法]利用准地转理论、凝结函数法、垂直剖面分析和常规观测资料、GFS0.5°×0.5°再分析资料等，[目的]对比分析了华北锢囚锋和江淮气旋在降雪量和降水效率、水汽和动力条件、垂直结构等方面的特征和差异，并描述了多种地面影响系统的演变和相互作用。[结果和结论]结果表明：（1）在降雪量和效率上，华北锢囚锋降雪量小于江淮气旋，华北锢囚锋主要影响华北西部，降雪持续24小时，江淮气旋主要影响华北中东部，降雪持续30小时；降水前半段华北锢囚锋降水效率为0.76，江淮气旋为0.58，降水后半段两者均为1.5；（2）在水汽条件上，华北锢囚锋明显弱于江淮气旋，华北锢囚锋水汽通道在700hPa上，来自西南地区，而江淮气旋在700hPa和850hPa上，来自西南地区和东海；华北锢囚锋水汽含量中心和水汽辐合中心主要集中在近地面层锢囚锋附近，而江淮气旋在800-600hPa之间气旋北侧偏南气流里；（3）在动力条件上，华北锢囚锋明显弱于江淮气旋，华北锢囚锋南段涡度平流垂直微差项起主要作用，北段温度平流拉普拉斯项起主要作用，江淮气旋温度平流的拉普拉斯项和涡度平流的垂直微差项均起到了重要作用；（4）在垂直结构上，江淮气旋锢囚时为冷式锢囚锋，并有北路冷锋楔入其暖锋下面，强度明显强于华北锢囚锋；（5）在演变和相互作用上，江淮气旋的北上减弱了华北锢囚锋；北路冷锋对随江淮气旋北上的暖湿气流起到‘冷垫’抬升作用。

• 相似集合预报方法在北京区域地面气温和风速预报中的应用
• 王在文,陈敏

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  摘要

  2019-02-18

• 摘要：相似集合（Analog Ensemble: AnEn）是近年来提出的一种基于相似理论、大数据挖掘和集合预报思路的统计释用方法。首先介绍了相似集合的基本原理，并应用[资料和方法]该方法对BJ-RUCv3.0系统预报[目的]地面要素开展了订正释用试验。结果表明，相似集合订正后，[结果]10-m风速和2-m温度在0-36h预报时段内，10-m风速的均方根误差降低44%，2-m温度的均方根误差降低22%，均方根误差均显著减小。对比测站预报误差的水平分布，相似集合方法的应用对于提升非城区站点的10-m风速预报、复杂地形区域的2-m温度预报具有更为明显的效果。相同预报因子的相似集合和支持向量机（Support Vector Machines: SVM）方法对模式10-m风速和2-m温度预报均具有显著且相似的订正效果，但相似集合方法具有计算资源需求较少、不需要大量人工干预的优势。相似集合方法形成的集合较好地模拟了模式平均误差的增长情况，集合离散度与集合平均均方根误差表现出理想的统计一致性，即相似集合方法在形成确定性预报的同时，还能够提供预报要素的不确定性或概率信息。因此[结论]相似集合方法在模式预报订正及释用方面将具有广阔的应用前景。

• 中尺度降水集合预报随机参数扰动方法敏感性试验
• 徐致真,陈静,王勇,李红祺

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  摘要

  2019-01-08

• 摘要：[目的] 中尺度降水模式预报具有很大的不确定性，为更好地描述与模式降水预报密切相关的物理过程关键参数的不确定性，【方法与资料】基于中国气象局GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction System）中尺度区域集合预报模式，从对模式降水预报不确定性有较大影响的积云对流、云微物理、边界层及近地面层等四个参数化方案中选取了18个关键参数，设计了一种随机参数扰动方案（Stochastically Perturbed Parameterization，SPP），并通过2015年6至7月总计10天的随机扰动集合预报试验，对比分析了SPP方案对不同物理过程参数扰动敏感性、随机场时空尺度敏感性、能量变化特征及其集合预报效果。【结果】结果显示：对所选择的任一物理过程参数化方案增加SPP扰动后，降水及等压面要素的概率预报技巧优于无SPP扰动的预报，而扰动积云对流和边界层过程中的参数较扰动云微物理过程中的参数影响更显著，，且同时扰动积云对流、云微物理、边界层及近地面层参数化方案中的18个参数的集合预报效果优于扰动任何单一物理过程中的部分参数，表明SPP方案能够有效地提高中尺度降水概率预报技巧；从能量变化特征可知，不同物理过程的参数扰动对动能、内能和总能量的影响层次和特征有所不同，但总体而言，扰动前后各项能量基本相同；随机场时空尺度敏感性试验发现，SPP扰动随机场时间、空间相关尺度对集合预报效果有明显影响，当扰动随机场选用12h失时间相关系数及20n截断波数时，集合预报结果最优。【结论】上述结果表明，SPP随机参数扰动方案不仅能够有效提高集合概率预报效果，还能够提高集合预报降水概率预报技巧，具有良好的业务应用与发展前景。