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• 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

  2019-04-16

• 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。

• 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。

• 面向四维变分资料同化的NSAS积云深对流参数化方案的简化及线性化研究
• 龚建东,刘永柱,张林

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  摘要

  2019-03-14

• 摘要：[目的]我国自主发展的GRAPES 全球四维变分资料同化系统需要积云深对流参数化方案的线性化与伴随方案，直接采用原始复杂参数化方案进行线性化并不可行，需要发展简化光滑方案来减缓非线性与非连续性特征。[资料和方法]GRAPES全球模式采用NSAS积云对流参数化方案，积云深对流对环境的反馈主要通过补偿下沉来实现，本文研究突出补偿下沉作用，忽略降水蒸发、动量反馈等贡献，形成简化方案。采用对输入温湿廓线加入不同幅度小扰动方法，评估参数化方案计算的温度、比湿时间倾向对输入扰动的敏感性，检验非线性与非连续特征。本文提出避免或减缓非连续“开关”的方法，在简化方案的基础上发展了简化光滑方案。[结果]简化光滑方案与原始积云深对流方案相比，在对流触发上有一致性，在对流的位温与比湿倾向、降水的时序模拟等方面可比，而在减缓非线性、避免非连续性方面显著好于原始方案。基于简化光滑方案发展的线性化方案表明，对小于2倍分析增量幅度的扰动，线性化方案可以较好的模拟非线性方案的扰动发展。[结论]本文发展的简化光滑方案具有合理性和实用性。

• 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。

• 毫米波雷达云回波的自动分类技术研究
• 杨晓,黄兴友,杨军,李培仁,李盈盈,杨敏,刘燕斐,张帅,闫文辉

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  摘要

  2019-02-25

• 摘要：毫米波雷达在云探测方面比厘米波天气雷达和激光雷达具有显著优势，可获得更多的云粒子信息，是研究云特性的主要遥感探测设备。[目的]为了开展对毫米波雷达探测的云回波进行自动分类的研究，[资料和方法]利用161次云回波的个例数据，统计得到了卷云、高层云、高积云、层云、层积云和积云6类云型的特征量和其它参量的数值范围，利用分级的多参数阈值判别方法，[结果]达到了自动分类的目标，[结论]通过与人工分类的初步验证，两种分类结果的一致性达到84%，其中，层云和积云的识别一致较低的原因在于样本数据有限，因为仅有6次层云和8次积云的个例样本数据。通过更多样本的处理，提取的特征参量更可靠，自动分类的准确率会得到提高，以便将基于毫米波雷达的云分类技术应用于将来的云观测自动化业务。

• 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。

• 多源气象数据融合格点分析产品研制进展
• 师春香,潘旸,谷军霞,徐宾,姜志伟,韩帅,朱智,张雷,孙帅

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  摘要

  2019-02-11

• 摘要：阐述了国内外主要的多源气象数据融合产品研究进展与趋势，重点介绍了中国气象局国家气象信息中心研制的陆面气象要素（包括气温、降水、湿度、风、气压、辐射等）、土壤温度与土壤湿度、洋面温度与洋面风、三维云等多源融合格点产品研发现状， 以及国家气象信息中心多源数据融合中试平台及统一质量检验评估系统的进展，并对未来多源气象数据融合产品研制进行了展望。

• 1.5℃和2℃温升阈值下中国温度和降水变化的预估
• 周梦子,周广胜,吕晓敏,周莉,汲玉河

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  摘要

  2019-01-30

• 摘要：（目的、资料和方法）基于CMIP5耦合气候模式模拟结果对1.5℃和2℃温升阈值时中国温度和降水变化的分析表明：（结果）1.5℃温升阈值时，中国年平均增温由南向北加强且在青藏高原地区有所放大，季节尺度上增温的空间分布与其类似，就区域平均而言，RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下中国年平均温度分别增加1.83℃、1.75℃和1.88℃，温度的季节变幅以冬季增温最为显著；除华南和西南地区外中国大部地区年平均降水量增加，降水的季节差异明显，以夏季降水的分布模态与年平均降水量的分布最为相似，区域平均的年降水量分别增加5.03%、2.82%和3.27%，季节尺度上以冬季降水增幅最大。2℃温升阈值时，RCP4.5和RCP8.5情景下中国年平均温度的空间分布与1.5℃温升阈值基本一致，中国年平均温度分别升高2.49℃和2.54℃，季节尺度上温度的变化以秋冬季节增幅最大；全国范围内年平均降水量基本表现为增加趋势，其中西北和长江中下游部分地区表现为明显的季节差异，区域平均的年降水量分别增加6.26%和5.86%。（结论）与1.5℃温升阈值相比较，2℃温升阈值时中国年平均温度在RCP4.5和RCP8.5情景下分别增加0.74℃和0.76℃，降水则分别增加3.44%和2.59%，空间上温度增加以东北、西北和青藏高原最为显著，降水则在东北、华北、青藏高原和华南地区增加最为明显。

• 双雷达风场反演拼图在登陆台风“莫兰蒂” (1614) 强降水精细预报中的同化应用试验
• 王叶红

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  摘要

  2019-01-16

• 摘要：[资料和方法]利用龙岩、漳州、泉州新一代天气雷达和厦门海沧双偏振雷达资料，采用地球坐标系下双雷达三维风场反演与拼图技术，基于天气研究和预报模式（Weather Research and Forecasting，WRF）及其资料同化系统，[目的]对登陆台风“莫兰蒂” （1614）引起的2016年9月14日—15日福建强降水过程进行了双雷达风场反演拼图资料检验及其三维变分同化对强降水精细预报影响的数值试验，[结果和结论]结果发现：（1）地球坐标系下双雷达反演风场能合理反映实际风场分布状况，其误差相对较小。相较厦门翔安风廓线雷达及厦门探空秒级测风数据，反演风风向（风速）平均绝对误差分别为7.8°（2.6 m/s）及3.4°（1.1 m/s）；（2）反演风场水平方向稀疏化对同化及预报结果极为重要，过密的反演风场资料会给同化及预报结果带来负效果。文中采用18/6/2 km三重嵌套，在三重嵌套区域均进行同化以及仅在2 km区域进行同化两种情况下，均表现为当反演风场资料水平分辨率提高到0.1°时，同化分析及预报的台风环流开始受到负影响；且当反演风场资料水平分辨率越高时，负效果越明显。敏感性试验结果显示，分辨率取0.2°时数值预报效果最好；（3）以美国国家环境预报中心全球预报系统（National Centers for Environmental Prediction/Global Forecast System，NCEP/GFS） 0.5°×0.5°分析场为初值，基于三个不同起报时刻（2016年9月14日14时、14日20时及15日02时）模拟的福建境内台风内核雨带和螺旋雨带逐时演变、台风路径与强度、逐时降水TS评分和空间相关差异显著，其中14日14时起报试验效果最好；而14日20时起报试验效果最差，这与该试验初始台风大风轴风速明显偏大有关；（4）在上述3个不同起报时刻试验基础上，分别增加双雷达反演风场资料的三维变分同化后，福建境内地面风场和台风内核雨带、螺旋雨带逐时分布、逐时降水TS评分和空间相关、台风环流结构以及u、v风垂直廓线分布均有明显改善，最大正影响时效可达24 h；但仅对1—6 h时效内台风路径有所改善。

• 中亚低涡背景下阿克苏地区一次强降水天气分析
• 郭楠楠,周玉淑

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  摘要

  2019-01-08

• 摘要：[目的]为了加强对新疆暴雨过程的中尺度系统发展机理的认识，[资料和方法]该文利用美国环境预测中心的FNL、欧洲中期数值预报中心的全球再分析资料、中国气象局提供的地面自动站资料、国家卫星中心提供的卫星相当黑体亮温资料及WRF高分辨率数值模拟对2013 年6月17至18 日发生在西天山的阿克苏地区的一次暴雨天气过程进行分析。[结果和结论]结果表明：此次降水过程是发生在中高纬“两脊一槽”的环流形势下，中亚低涡为这次暴雨的发生提供了有利的大尺度动力水汽条件；中亚低涡环流与天山南脉特殊地形造成的气流绕流相叠加生成的中尺度辐合线是此次强降水的重要中尺度影响系统，山脉和沙漠下垫面的地形热力性质差异造成的下坡风推动辐合线移动，辐合线上发展的强对流引发了阿克苏地区的强降水。WRF模拟结果能够基本再现本次天气过程的降水落区、强度以及风场演变等。结合观测以及模拟资料进行的初步分析显示，西天山的阻挡导致偏南风在西天山南坡山谷附近产生堆积和辐合，山谷附近有局地的地形辐合线形成。同时，随着大尺度环流形势的调整，中亚低涡移动至阿克苏地区附近后，低涡南部的偏西气流一部分直接越过西天山变为西北风，另一部分穿过伊犁河谷之后转为东北风，这两支气流共同加剧了天山南脉阿克苏地区的偏北气流，促进了西天山南坡山谷附近中尺度辐合线的加强。辐合线以东的偏东气流带来的水汽在天山南脉前堆积，随着夜间山谷下坡风的增强作用，中尺度辐合线在向东南方向推进过程中不断发展加强，配合山脚堆积的水汽和辐合抬升，不稳定能量释放，对流发展，为阿克苏地区带来强降水天气。

• 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。

• 基于ECMWF模式预报的台风降水地形订正方法
• 徐燚

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  摘要

  2018-12-20

• 摘要：为了解决复杂地形条件下，ECMWF模式预报的台风降水较实况显著偏小的问题，对Smith (1979)提出的地形降水方程进行改进，提出以饱和湿层高度作为方程积分上限，针对不同高度地形设定不同的降水效率；以无量纲湿Froude数大于1作为有无地形降水的判据；利用ECWMF细网格预报场，通过迎风坡地形降水估算方程来订正模式预报的台风降水。用该地形降水订正方法对1617号台风“鲇鱼”的降水进行了订正预报，结果表明，虽然在一些小尺度地形区域会产生明显的空报，但是对于大尺度地形区域的强降水有显著的订正效果。对1513、1521和1614台风的订正结果进一步表明，该地形降水订正方法对改进台风极端降水预报效果显著，这对于防灾减灾有非常重要的意义。需要指出的是，文中采用的地形降水订正方法仅考虑了稳定条件下的地形降水，对于其它情形下的地形降水订正方法还有待进一步的研究。

• 涡旋强度调整半径对No.1618热带气旋路径预报的影响
• 麻素红

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  摘要

  2018-12-18

• 摘要：2016年国家气象中心区域台风模式(GRAPES_TYM)对第18号热带气旋（记为No.1618）的路径预报出现了较大的误差：其平均路径误差显著大于全年的平均误差。本文分析了涡旋初始化方案（包括涡旋重定位以及涡旋强度调整）对其路径预报的影响。结果显示：涡旋强度调整是造成No.1618预报路径平均路径误差偏大的主要原因。不同的强度调整半径（r_0=12°,9°,6°,3°）对No.1618路径影响的敏感性试验结果显示：强度调整半径越大，其平均路径预报误差越大。500hPa副热带高压以及平均海平面涡旋尺度分析发现：较大的强度调整半径（r_0=12°,9°）其初始时刻的涡旋尺度较大，涡旋北侧临近区域副高等值线相对偏北，副高相对偏弱。尺度大的涡旋其北移速度较大，并且在积分过程中其环流邻近区域副高进一步减弱，导致涡旋环流会更早与其西北侧东移的西风槽结合，移速偏快。

• 夏季风过渡区的陆-气相互作用：述评与展望
• 张强,岳平,张良,王胜,张杰,赵建华,王润元,阳伏林

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  摘要

  2018-12-18

• 摘要：夏季风过渡区是受夏季风影响最敏感的区域之一，其陆-气相互作用对夏季风气候动力学过程响应突出，该区域的陆-气相互作用及其对夏季风活动的响应是一个值得关注的重要科学问题。文中分析了我国夏季风过渡区的形成及其基本特征，讨论了夏季风过渡区陆-气相互作用过程研究的主要关注点，初步推测了该地区陆-气相互作用对夏季风变化的响应机制。指出该地区陆-气相互作用研究包含了多重互馈机制、陆面热-水-生过程耦合、近地层到自由大气的多界面交换、季风多尺度作用和特殊的陆面水分循环等一系列重要科学问题。同时，总结归纳了该领域的主要研究进展和关键科学问题，提出了未来应该重点研究的七个方面，并初步给出了研究试验的基本思路。为未来系统深入研究夏季风过渡区陆-气相互作用及其对夏季风活动响应问题提供了科学指导。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。