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• 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

• 基于极端随机树方法的WRF-CMAQ-MOS模型研究
• 黄丛吾,陈报章,马超群,王体健

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  摘要

  2018-05-04

• 摘要：随着城市化、工业化的快速发展，空气污染已经成为了公众最关注的问题之一。为了提高空气质量预报的准确度，本文以多尺度空气质量模型CMAQ（Community Multi-Scale Air Quality）为工具，结合中尺度WRF（Weather Research and Forecast Model）气象预报数据、气象观测数据、污染物浓度观测数据，基于极端随机树方法建立了WRF-CMAQ-MOS统计修正模型。结果表明，结合WRF气象预报的CMAQ-MOS方法明显修正了由于模型非客观性产生的模式预报偏差，提高了预报效果。使用线性回归方法不能获得较好的优化效果，选取极端随机树方法和梯度提升回归树方法对模型进行改进，而极端随机树方法对结合WRF气象要素的CMAQ-MOS模型有较大的提升。针对徐州地区空气质量预报，进一步使用采用极端随机树方法的WRF-CMAQ-MOS模型对2016年1、2、3月的AQI及PM2.5、PM10、NO2、SO2、O3、CO六种污染物优化试验进行验证，发现优化效果最为明显的两种污染物分别是NO2及O3，2016年1、2、3三个月整体相关系数NO2由0.35提升到了0.63，O3由0.39提升到了0.79，均方根误差NO2由0.0346mg/m3减少到了0.0243mg/m3，O3由0.0447mg/m3减少到了0.0367mg/m3。本文发展的WRF-CMAQ-MOS统计修正模型可以有效提升模型预报精度，在空气质量预报中具有很好的应用前景。

• 两类El Nino事件对我国东部冬季气溶胶的影响
• 李海燕,孙家仁

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  摘要

  2018-04-28

• 摘要：利用MERRA-2 再分析气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Deth，AOD）及气象观测资料，在剔除人为排放长期变化产生的AOD扰动的基础上，从气候学角度探讨了两类El Ni?o事件对我国东部冬季气溶胶的影响。结果表明，东部型厄尔尼诺（EP El Ni?o）事件使绝大部分区域AOD呈正异常分布，尤其对华北至东北的气溶胶污染加剧作用显著；而中部型厄尔尼诺（CP El Ni?o）事件使AOD异常由南至北呈显著的“+-”双极型分布。进一步成因分析发现，虽然两类El Ni?o事件都具有削弱冬季风从而减弱北方气溶胶向南传输的作用，但CP型对水平流场的削弱作用不显著，尤其是东北地区没有通过90%的显著性检验。同时二者对北方大气垂直扰动和气溶胶的湿清除作用相反，其中EP型表现为大气垂直扰动和对流有效位能（CAPE）减弱，降水减少，湿清除减弱；而CP型则表现为垂直扰动和CAPE增强，降水增加，湿清除增强。对于南方，强EP型事件引发的强降水可能是产生该区域气溶胶污染影响不稳定的主因，而CP型则主要通过气流削弱作用加剧长江中下游地区气溶胶的局地污染。

• 中国区域高分辨率多源降水观测产品的融合方法试验
• 潘旸,谷军霞,宇婧婧,沈艳,师春香,周自江

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  摘要

  2018-04-25

• 摘要：高质量、高分辨率降水产品研制对于数值天气模式检验、水文陆面模拟、山洪地址灾害监测及有着重要意义。利用全国近4万自动站逐小时降水资料、全国雷达定量降水估计和CMORPH卫星反演降水产品，开展0.05°和0.01°lat/lon两种高分辨率下的三源降水融合方法研究试验，探讨如何有效引入雷达高分辨率信息来提高降水产品质量。一方面，在0.05°分辨率上，先以自动站观测降水数据为基准，采用概率密度函数（PDF）匹配法订正雷达和卫星估测降水产品的系统偏差，将雷达降水产品的偏差从-0.05mm/h降低至-0.008mm/h；再采用贝叶斯模式平均（BMA）方法融合雷达和卫星降水产品，形成0.05°中国区域覆盖完整且最优的联合降水背景场。另一方面，在0.01°分辨率上，以0.05°的雷达-卫星BMA联合降水产品为背景，采用1km雷达估测降水的空间结构信息进行降尺度（DS），亦能有效提高0.01°背景场的质量。然后，分别以不同分辨率的卫星-雷达联合降水产品为背景，采用统计方法量化误差估计，再采用最优插值（OI）方法融入地面观测。通过2419个国家级台站的独立样本检验，评估了多种类型的降水资料及融合试验产品在中国地区的质量，结果表明：两种分辨率的三源融合试验产品的精度均优于任何单一来源的降水产品，特别是在站点稀疏地区，降水精度均较融合前有显著提高达到了较好的融合效果，其中在0.05°分辨率上采用“PDF+BMA+OI”方法的三源融合降水产品整体质量最好，而0.01°分辨率上基于“PDF+BMA+DS+OI”方法的三源融合降水产品在强降水监测上更有优势。

• 0920号超强台风“卢碧”引起的强海上大气波导成因分析与数值模拟研究
• 胡昊,费建芳,丁菊丽,王挺,黄小刚,程小平,胡晓华

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  摘要

  2018-04-25

• 摘要：基于中国台湾地区主持的侵台台风之飞机侦察及下投式观测实验（Dropwindsonde Observations for Typhoon Surveillance near the Taiwan Region,简称DOTSTAR）获得的高分辨率下投式探空仪资料，分析了2003年9月至2012年8月所有发生在台湾附近海域的台风型大气波导事件，遴选出一次由0920号超强台风“卢碧”引起的强台风型海上大气波导过程作为研究对象。利用欧洲中期数值预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，简称ECMWF）再分析资料（水平分辨率0.125°），对此次波导的生成原因进行了分析；基于WRF模式比较了不同初始化方法对台风强度、尺度和周围台风型大气波导的模拟能力。研究结果表明，此次强台风型大气波导发生在台风环流西北侧外围的弱下沉运动区，其形成与850hPa附近高度上北方强干空气平流导致湿度随高度锐减密切相关。在数值模拟中运用台风动力初始化方法，可以有效改进台风强度、路径和尺度的模拟效果，进而有利于改善台风型大气波导尤其是波导层所在高度的模拟效果。台风外围出现的大气波导通常以悬空波导为主，模拟效果与台风螺旋雨带和内核尺度的模拟关系密切，而与台风强度和眼墙结构关系不大。中尺度数值模式WRF具有模拟台风型大气波导的能力，是研究台风型大气波导的有力手段。

• 东亚地区南北两个风暴源地中风暴的结构和动力学差异
• 赵远冰,梁湘三,朱伟军

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  摘要

  2018-04-20

• 摘要：基于欧洲中心中期天气预报再分析资料（ERA-40），本文使用涡旋追踪和合成技术、多尺度子空间变换以及局地多尺度能量分析方法研究了东亚地区南北两个风暴源地中风暴的差异。结果发现，南北两个源地风暴在结构上和内部动力过程上均存在着显著不同。南支源地（40°N以南）风暴底层比高层强，和线性斜压模式中的最不稳定模态结构相似；而北支源地（40°N以北）风暴则正好相反，和下游发展理论所描述的斜压波结构相似。并且发现，南支源地风暴的非地转风场比北支源地风暴的强。能量学诊断结果显示，南支源地风暴的能量源除了斜压不稳定外，有很大一部分来自正压不稳定，而北支源地风暴中则是存在弱的动能的逆尺度传输。此外，南支源地风暴的浮力转换和非绝热做功均比北支源地风暴的强，其主要原因是南支源地风暴的垂直运动更强，风暴中的水汽更加充足。

• 相似环流背景下海南两次不同类型强对流天气对比研究
• 符式红,王秀明,俞小鼎

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  摘要

  2018-04-20

• 摘要：2016年6月5日（北京时，下同）和6日海南岛处在类似的环流背景下，5日海南出现了大范围8级以上阵风且伴有EF2级龙卷，而次日以短时强降水为主。为了研究两日产生不同类型强对流天气的原因，基于常规地面高空观测、海南10分钟一次的地面加密观测、海口多普勒雷达观测、NCEP—GFS 0.5°*0.5°分析资料进行对比分析，结果表明：1）5日整层大气相对干（PW为49mm）且中层干层尤为清晰（700—500hPa平均相对湿度41%），700—925hPa温度垂直递减率为7.25℃?km-1，有利于产生强下沉出气流及冷池形成，从而产生雷暴大风天气，而6日气层高湿，PW为 60mm，环境风弱风暴移速慢，有利于产生强降水；2）两日均属于弱的环境背景气流下的对流，相对而言，5日0—3km风垂直切变均较6日大，有利于形成飑线；3）结构分析表明5日对流风暴伴有较强阵风出流，较强的风垂直切变加之多个单体阵风出流合并抬升下，产生了持续1.5hr的飑线，并出现了弓形回波，而6日为低质心一般单体且阵风出流相对弱，尽管多个单体合并成了准线性的风暴，其持续时间亦与一般单体生命史相当；4）5日对流抑制能量相对较大，需较强的地面辐合抬升和午后强烈升温触发雷暴，雷暴触发后强烈发展； 6日CIN近乎零，弱的海风锋辐合及热力作用均触发对流；5）此次龙卷过程的风垂直切变与典型超级单体龙卷差异显著，产生龙卷的低层中气旋出现时间与龙卷发生时间仅差3分钟，故提前预警龙卷的可能性极小。

• 不同污染条件下气溶胶对短波辐射通量影响的模拟研究
• 朱思虹,张华

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  摘要

  2018-04-13

• 摘要：本文将高光谱分辨率的气溶胶光学参数化方案应用于高精度的辐射传输模式BCC_RAD(974带)中，研究了不同污染状况下气溶胶在地表与近地层大气中造成的直接辐射强迫(DRF)与辐射强迫效率(DFE)。发现气溶胶在地表产生的DRF为负，在近地层大气中产生的DRF为正，DFE随气溶胶浓度的升高变大，说明大气气溶胶的含量越高，单位气溶胶光学厚度（AOD）产生的DRF越大。将短波(SW)划分为三个波段：紫外(UV)，可见光(VIS)和近红外(NIR)，发现在UV、VIS和NIR中，不同污染状况下气溶胶在地表造成的DRF值范围分别为：-1.36 ~ -13.66 W/m2，-3.03 ~ -32.41 W/m2和-2.74 ~ -28.62 W/m2，在近地层大气中产生的DRF值范围分别为0.44 ~ 4.26 W/m2，0.99 ~ 9.80 W/m2和0.93 ~ 8.87 W/m2。 通过进一步对比自然和人为气溶胶的影响，发现人为气溶胶在地表(SUR)和大气层顶(TOA)产生的负DRF以及对整层和近地面大气造成的正DRF均大于自然气溶胶的影响，且上述两种排放源的气溶胶对整层大气辐射收支的影响主要集中在800 hPa高度以下的大气中。按照地表DRF大小来分析不同种类气溶胶的影响，结果为SF(硫酸盐)>OC(有机碳)>BC(黑碳)>SS(海盐)>SD(沙尘)；按照近地层大气DRF大小排序则为BC>OC>SD>SS>SF。最后，通过分析散射型气溶胶(SF)与吸收型气溶胶(BC)对辐射通量的影响，还探究了大气中散射与吸收过程的异同。

• 一次冬季江淮气旋暖锋降水的雷达回波和气流结构分析
• 赵宇,蓝欣,杨成芳

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  摘要

  2018-04-12

• 摘要：2016年2月12～13日，受冷空气和江淮气旋暖锋锋生影响，山东出现一次极端暴雨雪天气过程，全省有42个站的降水突破同期历史记录。本文采用多种观测以及WRF模式模拟的热力学变量，基于拉格朗日方法的气流轨迹模式（HYSPLITv4.9），分析了气旋逗点云区云系的演变特征、降水不同阶段气旋逗点云区气流结构和轨迹特征。结果表明：（1）江淮气旋逗点云区由4条带状回波合并发展形成，气旋形成后降水回波呈气旋式旋转、拉长，形成多条中尺度强降水带。（2）降雨阶段气旋逗点头从下到上主要由来自东海、黄海、日本海或内陆的边界层气团、来自南海和中南半岛的暖湿气团以及来自西亚和东欧的干冷气团组成。气旋逗点头内有三个降水区：北部和南部暖湿气团浅薄、层结稳定，为层状云降水区；中部暖湿气团深厚，中高层有条件性不稳定发展，为深厚的对流云降水区。气旋逗点头中南部的干冷空气来自高层的西亚气团，而剖面北部有来自中层（即高原东部气团）的干冷空气，气团明显变性，对降水贡献大。（3）降雪阶段气旋逗点头从下到上主要由西伯利亚气团、东海气团、南海气团和孟加拉湾气团叠置而成。西部层状降水区分两部分：北部为降雪区，南部为降雨区。降雪阶段与降雨阶段的明显差别是冷湿的东海气团下面是否有西伯利亚冷气团。降雪区西伯利亚气团上空东海气团深厚，南海气团浅薄；降雨区南海气团深厚，东海气团浅薄。

• 关于业务上应用条件对称不稳定相关问题的讨论
• 章丽娜,周小刚,夏扬

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  摘要

  2018-04-11

• 摘要：条件对称不稳定（CSI）理论常常被用来作为倾斜对流的发展机制之一，在业务上常用来解释与锋面相联系的一条或多条中尺度雨带、雷达图像上观测到的带状雨带的成因等。条件对称不稳定的诊断包括CSI斜率判据、斜升对流有效位能（SCAPE）、湿对称不稳定（MSI）、相当位涡（EPV）等判据。业务预报人员存疑较多的问题是这些方法是否具有一致性并在业务上如何使用。针对上述问题，文章首先通过与业务预报人员较熟悉的条件不稳定类型作类比，来说明条件对称不稳定两种判据与条件不稳定两种判据的相似性。但在业务使用上，判别条件对称不稳定时多使用CSI斜率判据，即等动量面的坡度大于等位温面坡度而小于等湿球位温面坡度。由于条件对称不稳定通常出现在大气处于几乎饱和的情况下，此时的CSI斜率判据则演变为MSI判据，即等动量面坡度小于等湿球位温面坡度。为判别EPV与MSI判据是否具有一致性，文章中的推导和实例分析均表明，二维EPV实际上是MSI判据的另一种表现形式，但是MSI判据需主观去比较等相当位温面与等动量面斜率大小，而二维EPV则可通过其是否小于零进行客观判断。需注意的是，在与推导CSI斜率判据相同的二维坐标下，EPV与MSI判据才具有一致性，将EPV扩展到常规坐标下使用三维EPV作为MSI判据是不可取的。

• 湖北2015年冬季PM2.5重污染过程的气象输送条件及日变化特征分析
• 白永清

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  摘要

  2018-04-11

• 摘要：PM2.5污染仍然是湖北省冬季大气污染的首要污染类型，且具有明显区域传输特征，重污染过程的空气污染气象条件有别于华北地区，值得关注。采用WRF/Chem不同排放情景的模拟结果，并结合观测分析，研究了2015年12月-2016年1月湖北省PM2.5重污染过程的气象输送条件及日变化特征，从大尺度输送条件和局地边界层动力作用分析了外来污染物水平传输、悬浮聚集和向下传输的过程，并解释了该地区观测到的午后PM2.5特殊峰值的气象成因。结果表明，湖北重污染爆发以区域传输为主，地面观测PM2.5极值对应10m风速可达8-10m/s，边界层0-1km为较强偏北风输送，污染传输通量极值位于400m高度附近，为重要传输通道，低空无明显逆温，重污染过程具有“非静稳”边界层气象特征。重污染形成的大尺度输送条件为，长江中下游及北部地区偏北风异常偏强，南部地区风速减缓，使污染输送在中游平原堆积，鄂北边界风速越大，越有利污染输送增长。传输性污染主要来自偏北和东北方向的污染源输送，潜在源区贡献主要为途经偏北通道上的豫中、南阳盆地和关中地区，及途经东北通道上的鲁、皖、苏等部分地区。 PM2.5日变化双峰结构的天气成因不同，21：00-24：00峰值为静稳性污染，11：00-14：00峰值为传输性污染。污染输送受边界层高度（PBLH）影响，日出前PBLH较低，层结稳定并伴有上升运行，使得低空外来输送悬浮聚集在400m高度附近；日出后随PBLH升高，静稳层结被破坏，在干沉降作用下高浓度PM2.5开始向下传输，并在午后地面形成峰值。

• 不同云重叠参数对全球和东亚地区模拟总云量的影响_*
• 王海波,张华

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  摘要

  2018-04-11

• 摘要：本文在国家气候中心全球大气环流模式BCC_AGCM2.0中引入一组基于CloudSat/CALIPSO卫星观测的、能够体现真实时空变化特征的云垂直重叠参数（抗相关厚度，Lcf）数据，以减小由云的重叠描述造成的辐射场的不确定性。对比了采用时空变化的云重叠参数和采用恒定云重叠参数的气候模拟结果，发现无论在全球还是东亚区域，采用基于卫星观测的云重叠参数对模拟的总云量都有一定程度的改进。采用时空变化的云重叠参数后，冬、夏两季全球平均总云量与云和地球的辐射能量系统（CERES）卫星资料的误差减少了1.6%，其中热带对流区域总云量的正偏差和副热带地区总云量的负偏差都有明显减少，这些有助于正确模拟不同区域间的能量收支差异。在东亚区域，采用时空变化的云重叠参数后，冬、夏两季的东亚区域平均总云量与CERES卫星资料的误差分别减少了1.8%和1.4%。综上所述，基于CloudSat/CALIPSO卫星资料计算得到的Lcf有助于改进大气环流模式对总云量的模拟，从而提高模式对辐射场的模拟精度。

• 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。

• 基于新监测指标的江南入梅早晚的气候特征及影响系统分析
• 赵俊虎,陈丽娟,熊开国

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  摘要

  2018-04-04

• 摘要：利用中国气象局2014年发布的《梅雨监测业务规定》中的入梅日期资料、NCEP/NCAR再分析资料、及NOAA海温等资料，重点研究了1951~2015年江南入梅早晚的气候特征，及其与同期（5—6月）大气环流及前期海温变化的关系。结果表明，近65a来江南入梅日具有显著的年际变化特征，入梅平均日期是6月8日，最早和最晚相差47天。入梅日主要出现在6月，占80.0%。江南入梅偏早和偏晚年，对流层高层到低层的同期大尺度环流存在明显的差异。入梅偏早年，高层南亚高压和东亚副热带西风急流（西风急流）的建立较早，强度较强，南亚高压北移到高原上空也偏早，西风急流北跳偏早；中层中高纬经向环流较强，而西太平洋副热带高压（副高）第一次北跳偏早；低层索马里越赤道气流建立较早，强度较强，西太平洋为反气旋式距平环流；入梅偏晚年上述环流系统演变特征则基本相反。冬春季海温的异常是影响入梅早晚的重要的外部强迫因子，也是重要的前期预测信号：当冬季东太平洋SSTA偏冷、澳大利亚东侧海温梯度差为正位相、及春季北大西洋三极子处于正位相时，江南入梅偏早；其中入梅上一年12月澳大利亚东侧海温梯度差和当年3月北大西洋三极子与江南入梅关系最为密切，当12月澳大利亚东侧海温梯度差为正位相时，副高第一次北跳偏早，当3月北大西洋三极子为正位相时，6月西风急流偏强偏北，有利于江南入梅偏早。以上结论为江南入梅的短期气候预测提供了参考依据。

• 中国南方准静止锋对冬季大范围冻雨的影响
• 索渺清,丁一汇,鲁亚斌,唐盛,樊炫君,李婧华

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  摘要

  2018-03-28

• 摘要：利用1979-2016年1月逐日0.125°× 0.125°ERA-Interim再分析资料及冻雨观测资料，[方法]通过个例合成等方法，探讨了中国南方准静止锋和冬季大范围冻雨的关系。 结果表明：（1）中国南方大范围冻雨位于昆明和华南准静止锋锋后呈东西带状分布；(2) 高原东侧逆温如此之强，范围如此之广以及水汽如此充沛的主要原因在于，一是冷空气常堆积在横断山脉以东和南岭山脉以北等中国广大的南方地区，其形成机制主要为冷平流和绝热冷却，地势较高地带非绝热冷却也较明显；二是700和850hPa暖平流形成的暖层也十分宽广；三是850hPa源自南海和西太平洋的湿平流； (3)500hPa东亚大槽、700hPa南支槽、850hPa反气旋和地面蒙古冷高压为高原东侧对流层低层极地大陆性气团与热带海洋性气团和热带大陆性气团相交绥创造了必要的环流条件；（4）昆明和华南准静止锋的暖层相叠加使下落的冰晶或雪花等凝结物融化成液态水，再下降到近地面冷垫上冻结成冻雨，这两个锋面的作用是不同的，但又是相互关联缺一不可的。由昆明和华南准静止锋形成的复杂锋面结构，伴随宽广而强烈的逆温有利于中国南方大范围冻雨的产生。

• 基于时空不确定性的对流尺度集合预报效果评估检验
• 马申佳,陈超辉,智协飞,何宏让,吴丹

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  摘要

  2018-03-28

• 摘要：针对对流尺度天气系统的高度非线性特征和高分辨率模式预报结果存在时空不确定性现象，以及当前邻域概率法主要考虑高分辨预报结果的空间位移误差,而不能有效解决预报结果存在时间超前与滞后问题, 因此文章将时间因素引入到邻域概率法中，结合一次强飑线过程进行对流尺度集合预报试验，并基于改进后的新型邻域概率法与分数技巧评分，对降水预报进行了不同时空尺度的效果评估检验。结论表明：（1）邻域集合概率法和概率匹配平均法在极端降水的分数技巧评分远高于传统集合平均，弥补了集合平均对极端降水预报能力偏低的缺陷。（2）对于此类飑线过程的对流尺度天气系统而言，邻域半径为15-45km的空间尺度能够改善降水位移误差的空间不确定性，并使其预报效果达到最优，其中15-30km的邻域半径对于尺度更小的大量级降水事件预报能力更高。（3）对流尺度降水预报考虑的时间尺度与降水强度之间存在着对应关系，不同时间尺度可以捕获到不同量级降水的时间不确定性。同时，时间尺度与空间尺度对于降水预报效果的影响是相互关联的。（4）改进的邻域概率法能够同时体现高分辨率模式预报结果在对流尺度降水事件上存在的时空不确定性，实现了对流尺度降水在时空尺度上的综合评估，并能为不同量级降水提供与其时空尺度相匹配的概率预报结果。

• 超强厄尔尼诺事件对中国东部春夏季极端降水的影响
• 刘明竑,任宏利,张文君,任鹏飞

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  摘要

  2018-03-22

• 摘要：利用国家气象信息中心提供的中国地面逐日降水0.5°×0.5°格点数据集，研究了超强厄尔尼诺事件衰减年春夏季中国东部极端降水发生概率的变化，并通过诊断超强厄尔尼诺自身及其衍生模态各自的水汽输送和垂直运动特征，探讨了超强厄尔尼诺事件对中国东部极端降水的影响机制。结果表明，超强厄尔尼诺事件衰减年春季，整个中国东部尤其是江淮以北地区，极端降水事件发生概率显著增加。同年夏季，长江流域极端降水发生概率比常规年份高出近1倍，而在华南和华北地区则相对减小。诊断分析显示，春季超强厄尔尼诺自身及其与热带太平洋地区年循环相互作用衍生出的组合模态（C-mode）均对降水的环流背景影响显著，热带太平洋西北部低空存在强盛的反气旋性异常环流，导致大量水汽在中国东部汇聚并上升，有利于该地区极端降水事件的发生。夏季，厄尔尼诺事件已经消亡，但与C-mode影响相关联的西北太平洋异常反气旋环流仍然存在，长江流域维持极端降水事件发生的有利条件。此外，研究也显示，超强厄尔尼诺事件衰减年春夏季中国东部对流层中上层持续有异常经向风活动，频繁的南北冷暖气流交汇可能导致强对流事件发生次数增多，这也为该区域极端降水的频发提供了支持。

• 空调系统对城市大气温度影响的模拟研究
• 王咏薇,王恪非,陈磊,张蕾

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  摘要

  2018-03-22

• 摘要：人为热排放对城市边界层气候效应的影响起着举足轻重的作用。在人为热源的组成部分中，建筑物内部能源地消耗、热量地产生以及室内外热量地传输与交换，对于城市热环境的改变有着非常重要的作用。因此，为研究室内空调系统的产热和通过屋顶、墙面、地面进行室内外热量传输扩散，并对室外热环境产生的影响，本文运用WRF模式，选取BEP+BEM城市冠层参数化方案，即基于多层城市冠层方案BEP（Multilayer Urban Canopy Scheme）增加室内空调系统影响的建筑物能量模式BEM（Building Energy Model）的方案，以南京2010年8月2日到2010年8月3日，夏季三伏天晴天小风天气作为背景天气，进行模拟研究。研究结果表明：采用WRF模式考虑空调系统室内外能量交换的BEP+BEM参数化方案，能够更好的模拟出夏季晴天城市近地层气温。当假设空调全天开启时，白天模拟值与观测值吻合较好。夜间温度模拟值高于观测值，在22点~0点，存在1℃左右的偏差。白天空调系统开启对于城市近地层气温的影响不明显，而夜间使得城市气温普遍升高0.6℃，尤其是在居民区密集的地方，22点~23点时刻最大有2℃左右的升温。当调整室内空调目标温度为25℃到27℃时，空调系统能量总释放量减少12.66%，中午13点~16点之间温度下降最大，平均有1℃左右，建筑物越是密集，温度下降越大。

• 不同模式扰动方案在风暴尺度集合预报中的对比试验研究
• 刘畅,闵锦忠

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  摘要

  2018-03-22

• 摘要：由于适用于中长期集合预报中的模式扰动技术在风暴尺度集合预报系统中的影响并不明确，为探究不同模式扰动方案在风暴尺度集合预报中的效果，基于WRF模式设计三组模式扰动方案：多物理扰动（MP）方案、随机物理倾向扰动（Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies, SPPT）方案以及由MP方案与SPPT方案组合构建的一种新混合扰动（SPMP）方案。对2013年7月5日至6日发生在江淮流域的一次强对流天气过程进行数值模拟。结果表明：MP方案的设计在积分前期的降水概率评分较为出色，对高层大气的扰动效果更为合理；SPPT方案中主要作用于积分中后期，对大气低层及近地面的扰动效果最为理想，尤其是对于地面水汽场的模拟；SPMP方案能显著提高大气中高层各预报变量的离散度，降低均方根误差，提升集合成员的可信度，有效弥补降水评分在单独使用MP方案和SPPT方案中不同积分时段的不足。在扰动水平传播方向上，SPMP方案的扰动形态主要受MP方案主导；垂直方向上，SPMP方案在低层的扰动形态与SPPT方案一致，在高层受MP方案控制。波普能量分析表明三组方案的扰动能量随积分时间均有向大尺度传播的趋势，SPMP方案能有效补偿两种方案能量在各尺度的耗散。

• 随机物理倾向扰动(SPPT)在风暴尺度集合预报中的影响研究
• 闵锦忠,刘畅

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  摘要

  2018-03-22

• 摘要：为深入探究随机物理倾向扰动（Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies, SPPT）方案在风暴尺度集合预报中的影响。本文基于WRF模式利用fnl资料对SPPT方案中三个参量分别进行敏感性试验，得到SPPT方案的最佳参数配置，并在此基础上分析SPPT方案模拟的降水分布特征。结果表明：SPPT方案敏感性试验中，去相关时间选择6h时构造的集合成员可信度更高，逐小时降水评分效果在积分中后期较好，对于暴雨及以上量级的评分技巧最优；造成降水主要天气系统的维持时间对该变量的选取有较大的影响。去相关空间尺度选择100km的集合试验更为可靠，对降水预报技巧较高；同时该变量的选取与天气过程中的大尺度信息、中小尺度系统的活跃以及模式的空间分辨率有密切联系。通过对离散度和离群值分析认为扰动振幅选择0.525最为合理。SPPT方案集合成员在局部地区可以较大幅度地改变降水量但是对降水落区的准确模拟存在一定的局限性。

• 华北平原地下水灌溉对区域气候影响的数值模拟_*
• 武利阳,左洪超,冯锦明

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  摘要

  2018-03-13

• 摘要：在耦合模式WRF/Noah-MP中加入考虑地下水过程的动态灌溉方案，设计两组试验（分别为考虑和没有考虑地下水灌溉），连续模拟10a（2001-2010年），来研究华北平原地下水灌溉的区域气候效应。结果表明，地下水灌溉导致华北平原地下水位下降，在少雨的季节灌溉量大，水位下降较快。在灌溉期（3-9月），灌溉引起的土壤湿度增加影响了地表能量的分配（潜热增加，感热减少），导致2m气温显著降低0.6-1.0℃，同时也降低了灌溉区夏季模拟偏高的气温。灌溉对灌溉区边界层大气有增湿和冷却的作用，对春季的影响局限在边界层内，而夏季的影响持续到5000m以上。夏季灌溉对降水的影响远强于春季，灌溉的增湿和冷却效应分别对夏季降水产生正反馈和负反馈，共同影响灌溉区的降水变化。灌溉通过对水汽输送的影响，引起非灌溉区降水的变化，而长江中下游流域夏季降水的增加可能与高空西风急流轴位置南移有关。

• “5.7”广州局地突发特大暴雨中尺度特征及成因分析
• 徐珺,毕宝贵,谌芸,陈涛,宫宇,李嘉睿

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  摘要

  2018-02-22

• 摘要：2017年5月7日广州局地突发特大暴雨，降水集中爆发于广州北部复杂地形区，单点小时雨量大、强降雨持续时间长。然而降水发生于副热带高压边缘、无明显的低空急流等天气系统配合，为弱强迫背景下的华南前汛期暴雨，加之珠三角地形复杂，其触发和组织维持机制等问题引起了科研和预报工作者的广泛关注。针对其降水特点，采用5分钟自动站观测、分钟雨量、风廓线雷达、葵花8卫星红外等高时空分辨率观测数据探讨中尺度对流系统的触发和组织维持过程，发现：中纬度入海高压南侧偏东风和低层切变系统为珠三角边界层南风风速辐合提供了有利的天气背景，喇叭口地形增强了风速辐合。小尺度地形辐射降温配合城市热岛在山前形成高温度梯度区，山风与南风对峙使地面辐合线在山前移速减慢有助于热带云团的生成。地形阻挡抬升和高温度梯度加强上升运动，南风风速脉动使云团迅速向山前移动,最终对流爆发。以暖云降水为主的对流系统产生弱冷池驱动对流系统连续传播，使强降水回波面积增大并在小尺度地形影响下稳定位于增城附近，产生极端小时雨强；中尺度对流系统的单体移动方向和传播方向近乎相反导致系统移动非常缓慢，后向传播明显最终导致长时间强降水。

• 集合数值模式系统的定量降水预报统计后处理技术研究综述
• 代刊,朱跃建,毕宝贵

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  摘要

  2018-02-09

• 摘要：集合数值模式预报已在定量降水预报（QPF）业务中广泛应用，以获得预报不确定性、最可能预报结果以及极端天气预警。由于集合系统的数值模式不完善，且不能提供所有的不确定性信息，常表现出系统性偏差以及欠离散或过离散（如对于多模式集合）。为此需要发展统计后处理技术，在尽量保持集合预报解析度的条件下，提高预报的技巧和可靠性。近年来，各种集合预报统计后处理技术得到快速发展。针对QPF预报，依据技术方法的途径和成熟度将后处理研究归纳为三个方面进行总结，包括：1）不基于统计模型的非参数化后处理，包括集合QPF偏差订正、多成员或模式信息集成以及基于空间分析的对流尺度模式后处理；2）基于概率分布统计模型的参数化后处理，包括集合模式输出统计（EMOS）和贝叶斯模型平均（BMA）两种方法框架；3）考虑预报量的时间、空间和多变量间依赖关系或结构的处理方法，包括参数化和经验耦合概率方法。最后，讨论发展统计后处理技术需要关注的问题，包括：考虑不同来源、不同尺度的多模式信息集成；提供高质量、高分辨率的降水分析资料；发展再预报技术扩充训练样本；基于不同的订正目的和应用场景来使用不同的后处理技术；发展面向海量预报数据、捕捉极端降水以及考虑预报量结构的新技术。

• 近百年中国两次年代际气候变暖中的冷暖平流背景
• 童宣,严中伟

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  摘要

  2018-02-06

• 摘要：近百年中国气候经历了两次明显的年代际增暖，分别发生在20世纪40年代之前和70年代之后。由大气环流变化引起的冷暖平流异常，可为理解两次增暖提供参考。首先基于最新研制的近百年32站气温观测和集合经验模分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD）方法揭示两次增暖过程中国地区的冷暖分布格局，进而利用全球格点气温和海平面气压资料计算了同期地转风导致的温度平流。结果表明1940s中国华北北部至东北大部和华南沿海局部偏冷而中东部至西南内陆大部偏暖的年代际气候异常格局，站点冷暖异常与大尺度温度平流的空间关联系数达85%；而对于近20年中国气候增暖而言，这一关联系数仅约49%。说明早期变暖过程中气候系统内部过程如大气环流异常的作用较大，而近几十年变暖则更多地受迫于外强迫。

• SPCZ季节循环及与地形和非绝热加热变化的联系
• 于亚鑫,管兆勇,方陆俊,孙婧超

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  摘要

  2018-02-06

• 摘要：利用1981-2015年NCEP/NCAR月平均资料、NOAA的逐月CMAP降水资料以及GODAS的月平均洋流资料和SODA的月平均风应力资料，定义了南太平洋辐合带（SPCZ）的关键区域，对SPCZ的季节变化特征及SPCZ的形成和维持原因进行了分析，结果表明：在SPCZ区域，在北半球4月份，存在由东西风切变型辐合带向东风辐合型辐合带转变的现象，而在北半球12月份则存在相反的转换。在对流层低层，SPCZ区域的向上伸展高度和辐合在北半球冬季较其他季节明显偏高和偏强。引起SPCZ形成与维持的原因有2个方面：一是地形的作用。由于地形的阻挡，造成等位涡线发生沿澳洲地形的绕行，利于澳洲地区反气旋性环流和SPCZ区域气旋性环流的形成与维持；同时，在地形和柯氏力共同作用下，还易使暖海水在SPCZ区域辐聚，形成高海温区，从而加热大气，利于SPCZ的形成与维持。二是非绝热加热作用。SPCZ区域范围内的热源作用可以使其上方的大气受到加热，并产生加热强迫纬向梯度，驱动低层大气产生辐合。这些结果对深刻认识全球环流特别是南半球热带环流变化有重要意义。

• 夏季西太平洋暖池热含量对华西秋雨的影响及可能的物理机制
• 郑然,刘嘉慧敏,马振峰

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  摘要

  2017-08-18

• 摘要：本文利用1971-2012年台站逐日资料，综合考虑降水量、降水日数及日照时数计算华西秋雨强度，结合不同深度海温资料，研究了华西秋雨强度与夏季西太平洋暖池热含量年际变化的联系，并讨论了其可能的物理机制。结果表明，前期夏季西太平洋暖池关键区（5°S—5°N，130°E—160°E）热含量变化与华西秋雨强度有显著正相关关系，当前期关键区热含量偏高（低）时，华西秋雨强度较强（弱）。分析发现，当前期关键区热含量偏高时，其相对大气是一个异常热源，由于大气对其的响应，在热含量关键区西北侧南海-中南半岛附近生成了异常气旋式环流，其偏东偏南气流有利于向华西输送中低纬洋面上大量暖湿水汽，并与北方的干冷空气在此交汇，同时，高层西风急流异常西伸，华西地区恰好位于急流入口区右侧的辐散区，这种高低层有利的耦合形势使得秋雨偏强，反之亦然。