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• 1979-2018年5-8月中国东北冷涡建立的客观识别方法及变化特征
• 黄璇,李栋梁

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  摘要

  2020-10-26

• 摘要：东北冷涡（NECV）是中国东北地区重要的天气系统，采用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA-Interim一日四次再分析资料，运用客观识别方法，检索出1979-2018年夏季（5-8月）的516个东北冷涡过程。为了研究冷涡生成位置的差异，以45°N为X轴，125°E为Y轴将研究区划分为四个象限。结果表明：夏季东北冷涡生成位置以第二象限（西北部）最多，第四象限（东南部）最少，冷涡以向东移动为主。夏季东北冷涡的平均生命史为3.2d，各象限生成的冷涡平均生命史有较大差异，第二象限最长，平均约为3.5d；第四象限最短，平均约为2.9d。72.1%的冷涡过程生命史少于4d。夏季各月第二象限生成的冷涡频数均远多于其他三个象限，且具有很明显的逐月递减的季节内变化特征。东北冷涡的生成位置和频数具有明显的年代际变化特征，5月在1998-2007年偏北，2008-2018年偏南；6月在1980-1998年南移，2008-2018年北移，1993-2003年以偏东为主，2004-2018年以偏西为主；7月在1998-2010年北移，1985-2000年偏西，2005-2012年偏东；8月在2002-2010年偏北，2009-2018年偏东。就频数而言，特别是第二象限生成的冷涡，其年代际变化在季节内存在明显不一致， 5月份，1979-1985年冷涡偏多，1986-1992年冷涡偏少；6月份，1979-1992年偏多，1993-2018年偏少；7月份，1980-1991年偏多，1992-2000年偏少。

• 基于新型往返式探空观测的下平流层重力波特征分析
• 杨晨义,郭启云,曹晓钟,张武

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  摘要

  2020-10-19

• 摘要：利用了2018年6月9日到2018年7月10日，安庆、长沙、赣州、南昌、宜昌、武汉6个站点的往返式探空试验数据，提取重力波各项参数，包括重力波能量密度、固有频率、波长以及传播方向；研究分析了六个站点的重力波参数，统计了试验地区的6-7月的重力波特征，并且横向比较了各个站点之间的差异以及上升段与下投段的差异。主要结果如下：1）该区域重力波动能一般分布在0.2 J/m3~1.2 J/m3的范围内，平均值约为0.8 J/m3，势能一般分布在0.03 J/m3~0.5 J/m3的范围内，平均值约为0.2 J/m3。2)垂直波长中90%样本都分布在1km ~2.5 km，超过50%的样本都分布在2 km~2.5 km，平均波长一般为1.8 km左右；水平波长分布范围在40~1500 km，主要在200 km ~800 km，平均值集中在600 km，重力波垂直波长与水平波长的比值很小，在平流层重力波以水平传播为主。3）大部分站点的上升段和下降段结果均存在比较明显的主要传播方向，但主要传播方向特征并不一致，以西北方向传播最多，其次是北向传播。这种新型数据适用于下平流层重力波的观测与分析，下降段资料能起到对于重力波事件的加密观测作用，上升段与下投段所获得的结果存在一定差异，但除水平传播方向外，其余参数差别较小，除能量以外参数的一般是下降段结果偏大。

• 集合预报误差在GRAPES全球四维变分同化的应用研究：II 参数选取与数值试验
• 龚建东

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  摘要

  2020-10-14

• 摘要：[目的] 将集合预报误差信息在GRAPES全球4D-Var中应用,需要解决大集合样本数高时效生成的计算效率问题,以及与GRAPES全球4D-Var匹配的同化关键参数确定问题。[资料和方法]本文选择基于4D-Var的集合资料同化(EDA)技术生成集合样本,通过重复使用第一个样本极小化迭代过程中产生的预调节信息,并用于其他样本极小化做预调节,将计算效率提高了2倍。通过时间错位扰动(VTSP)方法增加集合样本数,实现集合样本增加2倍。对集合方差进行膨胀,选择水平局地化相关尺度为流函数背景误差水平相关的1.4倍,并通过批量数值试验方法确定背景误差与集合预报误差的权重,当权重取0.7时的预报效果最好。[结果]夏冬两季各自52天的批量试验表明,对分析场的位势高度均方根误差,北半球冷季En4D-Var较4D-Var的改进主要集中在700-30hpa,暖季主要改进在400-150hpa,北半球位势高度的均方根误差变化明显。赤道地区受季节影响较小,对位势高度、风场与温度的改进都较为明显,改善最显著的是赤道地区的南北风场。[结论]本文研发的集合预报误差信息在GRAPES全球4D-Var中应用的技术合理可行。

• 集合预报误差在GRAPES全球四维变分同化的应用研究：I局地化方案设计与动力平衡特征分析
• 龚建东

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  摘要

  2020-10-14

• 摘要：[目的]本文研究了在GRAPES全球四维变分资料同化(4D-Var)中有效应用集合预报误差信息的方法,在大样本集合预报条件下,增加扩展控制变量时降低其空间维数增加,减少对高性能计算机存储和计算消耗,并对水平与垂直局地化对分析地转平衡的影响进行了分析。[资料和方法]本文利用高斯分布的谱滤波实现水平局地化、利用垂直正交EOF分解实现垂直局地化,并采用前8个主导特征模态来限制空间维数增加。[结果]引入20至180个集合预报样本,水平局地化后扩展控制变量增加了1.1到1.8倍,墙钟时间增加了约1.1到1.6倍。三维局地化方案扩展控制变量增加了约1.7到7.1倍,墙钟时间增加了约1.4到4.1倍。通过采用在非平衡分析变量上进行水平局地化,然后再将风压地转平衡关系重新叠加到非平衡分析变量上,所获得的分析保持了风压平衡关系,初始场地面气压倾向变化小。垂直局地化对分析平衡影响较大,由于目标函数中控制重力波的目标函数项的存在,分析场仍能保证动力平衡约束关系。[结论] 论文在GRAPES 4D-Var中所发展的引入扩展控制变量的方式具备实用性。

• 基于因子分析的广东短时强降水预报模型与业务试验
• 张华龙,伍志方,肖柳斯,涂静

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  摘要

  2020-10-13

• 摘要：[资料]利用每日4次0.125°×0.125°的ECMWF-Interim再分析资料和广东2009-2018年地面气象站逐时雨量观测的短时强降水数据集，[目的]针对广东不同季节、不同地域的短时强降水，以提高命中率的同时控制空报率为目的，提出了基于显著性和敏感性评价的物理量优选和因子分析方法，用于构建分期分区的广东短时强降水概率预报模型。[方法]以参数显著性和预测敏感性为标准，在49个待选物理量中挑选18个既与多年平均态存在明显差异，又具有较低空报率的物理量，并应用方差最大正交旋转的因子分析方法将遴选物理量组合成表征大气不同环境条件的6个因子；为使组合因子更具适应性，基于因子偏离度特征对广东前、后汛期不同区域各自独立建模，构建分期分区短时强降水逐6小时格点概率预报模型。[结果与结论]汛期业务试验表明，模型对短时强降水发生概率预报效果较好。对2019年汛期模型每天两次起报的12h预报时效内概率产品进行格点检验，以训练期最优TS对应的固定概率作为预测概率阈值，全省大部分区域TS均达0.25以上，最高达0.42，平均TS较ECMWF-Fine业务模式在前、后汛期的提升幅度分别为0.23与0.21，南部沿海TS提升幅度最大，并且模型在提升命中率与降低空报率之间取得较好的平衡。个例分析表明，对于ECMWF模式常漏报的广东暖区短时强降水，概率预报模型具有明显优势，尤其能为天气尺度弱动力强迫的强降水早期预警提供更多有效信息。

• GRAPES_GFS中三维参考大气的研究：参考态构造和实际预报试验
• 苏勇,沈学顺,张红亮,刘永柱

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  摘要

  2020-10-09

• 摘要：中国气象局数值预报中心自主研发的GRAPES_GFS（Global Regional Assimilation and PrEdiction System, Global Forecast System）采用基于等温大气构造的一维参考大气，前期的研究工作已在GRAPES_GFS的动力框架中引入了三维参考大气，并通过一系列的理想试验检验了新方法的正确性以及计算精度。[目的]本部分的研究工作，主要针对实际资料的预报试验，[方法]对比分析了不同三维参考态给定方法的优劣，然后采用气候平均法，进行了夏季两个月的四维变分循环预报试验。[结果] [结论]检验结果显示，使用三维参考大气之后，模式的综合预报性能得到了提升，对流层高度场、温度场的预报偏差有所减小，长期积分过程中模式质量损失较为严重的问题也得到了明显的缓解。另外，通过动能谱的对比也可以看到使用三维参考大气之后，模式在高层的能量耗散明显较小，能谱变化与观测更加吻合。

• GRAPES全球集合预报系统不同随机物理扰动方案影响分析
• 彭飞,李晓莉,陈静

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  摘要

  2020-09-28

• 摘要：为了更好的理解不同随机物理扰动方案对全球中期集合预报的影响差异,本文基于GRAPES全球集合预报系统(GRAPES-GEPS)对比分析了随机物理倾向扰动(Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT)方案、随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter,SKEB)方案和联合使用SPPT与SKEB这三种模式扰动方案所产生的扰动特征及其对集合预报的影响。为避免初值扰动的影响,考察随机物理方案所产生的扰动特征时,不使用初值扰动。通过扰动与误差相关性分析(PECA)发现,不同随机物理扰动方案所产生的扰动对预报误差均具有一定的描述能力,而且同时使用SPPT与SKEB两种方案时,扰动对误差的描述能力最好。对所有扰动方案来说,扰动总能量最初主要集中在热带地区对流层中高层以及平流层低层。随着预报时效的增加,扰动总能量不断增加,其大值区不断向热带外地区转移。从扰动总能量的谱结构来看,扰动能量均呈现升尺度发展的特征。在基于奇异向量初值扰动的GRAPES-GEPS中,随机物理扰动方案的使用均能够显著增加不同地区等压面要素的集合离散度,并在一定程度上改善集合平均误差。由于集合离散度的增加,预报失误率显著减小。连续分级概率评分(CRPS)也有所减小,尤其是在热带地区,改进更为显著。此外,中国地区不同量级(小雨、中雨、大雨和暴雨)降水概率预报技巧在一定程度上得到改善。上述改进均在联合使用SPPT与SKEB方案时最好,这与扰动总能量、扰动与误差相关性分析结果一致。

• 尺度叠加的高斯相关 模型在GRAPES-RAFS中的应用
• 庄照荣,李兴良

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  摘要

  2020-09-22

• 摘要：背景误差水平相关模型决定着观测对分析增量结构的影响，同时也决定着不同尺度上分析增量信息的多少。本文采用NMC方法统计各变量背景误差水平相关系数的结构特征，依据统计的背景误差特征，改进背景误差水平相关模型。文中改进的尺度叠加高斯相关模型不仅能增加分析变量的中小尺度信息，同时尺度叠加高斯函数描述的风场背景误差相关特征更符合实际统计结构，缓解了原高斯函数方案中风场负相关偏大的问题。通过对比原高斯相关模型及改进的尺度叠加高斯相关模型的GRAPES-RAFS快速分析预报循环批量试验表明：改进的尺度叠加高斯相关模型加快了分析目标泛函收敛的程度，增加了分析变量的中小尺度功率谱，因而分析增量包含更多的中小尺度信息。尺度叠加的高斯相关模型的应用大幅度提高分析质量，特别是风场分析，同时12h内风场预报质量也略有提高，也显著提高了前24h各量级降水的ETS评分，明显缓解了原高斯模型方案的空报现象。

• WRF-DA中地面观测资料同化方案的改进与应用
• 张鑫宇,陈敏

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  摘要

  2020-09-22

• 摘要：为了改善地面自动站（简称自动站）观测数据在WRF-DA（The Weather Research and Forecasting Model-Data Assimilation）系统中的同化应用效果，提高数值模式的预报性能，对WRF-DA地面资料同化方案中温度和风速订正方案进行改进，形成地面资料同化更新方案。通过考虑地形高度差异对同化效果的影响，调整同化方案中地面要素由实际地形高度订正到模式高度的同化订正方案，提升地面观测温度及风速订正值的准确性。并进一步分析2017年7月5日个例试验结果以及2017年7月整月的批量试验，结果发现相比于使用原方案同化后的预报效果，选取更新方案同化地面自动站的模式预报效果在前9小时的温度和风速的预报误差明显降低，且在24小时预报时效内，更新方案对于模式预报均起到改善作用。

• 尺度自适应边界层参数化及其对一次海雾的模拟影响
• 卢绪兰,彭新东

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  摘要

  2020-09-18

• 摘要：大气边界层湍流运动是地球大气运动最重要的能量输送过程之一。当数值模式分辨率接近活跃湍涡的长度尺度时，湍流运动被部分解析，无需全部参数化，传统的边界层方案不适合这种“灰色区域”湍流问题。为了提高模式边界层方案在包括“灰色区域”不同网格尺度的描述能力，使其适用于不同的分辨率模式需求，本研究仍然以雷诺平均湍流理论为基础，在更广的模式分辨率范围内，修正Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino(MYNN)方案湍流长度尺度参数和非局地湍流的参数表达，改进湿度和温度在“灰色区域”的湍流输送参数化和对网格尺度的自适应能力。利用改进的MYNN尺度自适应方案，分别采用3 km和1 km、1.5 km和0.5 km分辨率单向嵌套网格WRF中尺度模式，对2014年2月26日的黄海海雾过程进行模拟试验，检验不同分辨率模式MYNN湍流参数化合理性和对海雾的模拟效果。尺度自适应MYNN边界层参数化方案在公里级网格尺度上获得稳定、合理的湍流垂直输送计算结果。参照雾区卫星云图，不同分辨率模式低层云水混合比模拟结果具有稳定表现，模拟的雾区分布和温度、湿度等物理量结构都较好再现了再分析“观测事实”，初步表明该参数化方案有较好的网格尺度自适应能力。

• 基于多源数据和深度学习的闪电短时预报方法
• 周康辉,郑永光

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  摘要

  2020-09-17

• 摘要：强对流短时预报时段（2～6 h），具有较大难度。一方面，基于观测数据的外推已基本不可用；另一方面，高分辨率数值模式（High-resolution Numerical Weather Prediction, HNWP）的预报性能有待提升。本文利用深度学习方法，将卫星、雷达、闪电等观测数据和HNWP进行融合，得到了更有效的闪电短时预报结果。基于多源观测数据和高分辨率数值天气预报数据的特性，我们构建了一个双输入单输出的深度学习语义分割模型（LightningNet-NWP），使用了包括闪电密度、雷达组合反射率拼图、卫星成像仪6个红外通道，以及GRAPES-3km模式预报的雷达组合反射率等共9个预报因子。深度学习模型使用了编码-解码的经典全卷卷积结构，并使用池化索引共享的方式，尽可能保留不同尺度特征图上的细节特征信息；利用三维卷积层提取观测数据时间和空间上的变化特征。结果表明，LightningNet-NWP能够较好地实现0～6 h的闪电预报，具备比单纯使用多源观测数据、HNWP数据更好的预报结果。深度学习能够有效实现多源观测数据和NWP数据的融合，在2～6 h时效预报效果优于单独使用观测数据或NWP数据；预报时效越长，融合的优势体现的越明显。

• 基于S波段双偏振雷达观测的冰雹偏振特征分析
• 潘佳文,高丽,魏鸣,蒋璐璐,蔡菁

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  摘要

  2020-09-08

• 摘要：为了研究雹暴的偏振特征及其在实际业务中的应用,使用S波段双偏振雷达所观测到46例冰雹数据,对其中反复出现的三种偏振特征：冰雹在各高度层的偏振参数特征、差分反射率因子柱、三体散射偏振特征进行了分析,并重点分析了三种偏振特征在大、小冰雹之间的差异。研究表明：(1)大冰雹的水平反射率因子中位数要高于小冰雹,二者的水平反射率因子分布存在较大重合区域。(2)冰雹偏振参数的变化主要集中在融化层之下。相较于小冰雹,大冰雹具有更低的差分反射率因子和相关系数。(3)所有雹暴的差分反射率因子柱最大伸展高度均超过-10℃,有83%的大冰雹事件其差分反射率因子柱最大伸展高度可超过-20℃,在小冰雹事件中这一比例仅为46%。(4) 差分反射率因子柱高度的演变对于雹暴的发展具有预示性,特别是在持续降雹过程中,差分反射率因子柱的再度发展预示雹暴的再次增强。差分反射率因子柱高度的极值相对于降雹具有时间提前量,在大冰雹事件中这一提前量的中位数为24min,而在小冰雹事件中这一数值为11min。(5)三体散射的偏振特征有助于识别高空的冰雹,尤其是当冰雹核的后侧存在其他降水回波时。在本文所统计的19例大冰雹事件均发现三体散射偏振特征。在小冰雹事件中同样可发现三体散射偏振特征,出现比例为52%。

• 中国南方地区盛夏高温类型及其对应的大尺度环流和海温异常
• 贾子康,郑志海,封国林

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  摘要

  2020-09-04

• 摘要：利用中国2374个站点的日最高气温资料、NCEP/NCAR大气环流资料以及NOAA海温资料[目的]分析了中国南方盛夏高温的主要类型，比较了各类型高温对应的大尺度环流以及与海温异常信号之间的联系。研究结果表明：中国南方地区年高温日数有明显的增加趋势，利用聚类分析将中国南方盛夏高温分为江淮型、华南型和华中型三类。江淮型高温中心区域位于江淮地区，该类型高温空间范围大，发生频次高，典型的环流系统为高低空呈现异常反气旋，西太副高偏强偏西，南北位置略偏北。该类型高温是西太副高直接控制下的高温型，与前冬到夏季中部型El Ni?o衰减和春季赤道大西洋地区海温偏高有关。华南型高温中心区域在江南南部到华南地区，典型的环流系统是东亚副热带急流的位置偏南，西太副高偏强、偏西和脊线偏南，华南型高温也是西太副高直接控制下的高温，且伴随着西南季风的减弱，干热特征明显，该类型高温与东部型El Ni?o衰减及其与之相联系的印度洋电容器效应密切相关。华中型高温主要位于湖北省和湖南省，对应的环流型为西太副高偏弱偏东，在中高纬度与北大西洋-欧亚遥相关型类似，是大陆高压控制下的高温，使得水汽条件较另两类高温偏好。北大西洋-欧亚遥相关型是华中型高温的可能信号源。

• 台风一词的历史沿革
• 吴立广

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  摘要

  2020-09-03

• 摘要：虽然台风一词已经家喻户晓，但是300多年来关于台风的词源众说纷纭。本文通过收集和分析古今中外关于台风词源的资料，得到两个结论：1）关于台风词源的争议出现在16世纪后期平托《远游记》出版以后；2）欧洲一些学者没有给出有说服力的证据支持“台风”源自希腊语的说法，也没有给出“台风”在阿拉伯语和印度洋周边国家语言中来自希腊语的证据。相反，现有的文献资料表明，虽然飓风的说法在我国历史上很长一段时间占主导地位，但是台风的早期叫法在浙江南部和福建北部沿海方言中至少在宋代就已经出现,台风一词在中文里有自身独立的演变过程，从浙江吴语的“风痴”经过口语到福建的“痴风”，由于“痴”和“颱”在闽语中发音相近, 在闽语中变成“风颱”和“颱风”。

• 四种定量降水预报客观订正方法对比研究
• 苏翔,袁慧玲,朱跃建

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  摘要

  2020-08-26

• 摘要：基于2019年全年、不同季节、不同预报时效的ECMWF模式定量降水预报(QPF),检验评估了频率匹配(FMM)、最优TS评分(OTS)、最优百分位(OP)、概率匹配(PM)四种QPF客观订正方法的综合性能。利用理想模型研究了不同雨带位移偏差和干湿偏差情形下FMM和OTS的表现,并通过个例订正展示了四种QPF订正方法的基本特征。结果表明：FMM与OTS仅能对确定性预报的降水量级进行调整,OP和PM方法通过引入集合预报信息可在一定程度上改变预报的降水落区形态。FMM以频率偏差最优为目标,可以很好地消除模式的干湿偏差,但仅在位移偏差较小且存在较大干湿偏差时提升原始预报的TS评分。OTS方法难以改进存在弱湿偏差的中雨预报的TS评分,而OP方法利用集合预报信息可以显著提升所有降水等级的TS评分,在较长预报时效下优势尤其明显,但也存在春夏两季湿偏差较大的问题。PM由于没有使用历史实况信息,在暴雨订正中干偏差较大。经济价值模型检验评估表明,OP在暴雨量级的风险决策中具有较高的参考价值。

• 基于三台测风雷达的大气湍流和三维风场研究
• 程志刚,李炬,张鑫宇,张京江,窦军霞,程月星

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  摘要

  2020-08-18

• 摘要：本文基于三台同型号的测风激光雷达，利用‘虚拟铁塔’协同观测技术开展大气湍流探测，与铁塔搭载的三维超声风速仪观测结果相比：其风速的相关系数高达0.95，平均误差为1.25m/s，均方根误差为1.39m/s；大气湍流强度TKE的相关系数高达0.98，平均误差为0.09m2/s2，均方根误差为0.24m2/s2，并且协同观测的高频风速与三维超声风速仪具有相同的频谱结构。本文还利用扫描协同观测技术开展三维风场探测，与铁塔搭载的常规测风设备相比，其90m高度处的水平风速和水平风向的相关系数分别为0.89和0.94，平均误差为-0.82m/s和-1°，均方根误差为1.00m/s和30°。相比于单台测风激光雷达，基于三台测风激光雷达协同观测技术具有一定的优势：不需要风场水平均匀的假设、探测精度更高等。但其对观测环境的要求更高：观测路径上不能有遮挡、观测协同性等。在科研业务应用中，需要根据实际的观测需求，合理制定观测方案。

• 华北两类产生极端强天气的线状对流系统分布特征与环境条件
• 盛杰,郑永光,沈新勇

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  摘要

  2020-08-11

• 摘要：华北线状对流系统（quasi-linear convective systems，QLCSs）精细气候分布及其所产生的极端天气特征尚不清楚。本文首先利用雷达拼图资料和客观识别方法普查2013-2018年华北191例QLCSs时空分布特征，根据其所致强对流天气的统计结果，发现华北地区至少有两类QLCSs，分别产生极端强雷暴大风和极端强降水，进一步给出了这两类QLCSs的环流形势、环境条件、地形作用和关键中尺度系统地面冷池等的特征。主要结论如下：华北QLCSs空间分布尤其是初始形成位置与大地形关系密切，京津冀的太行山和燕山山脚区域为其中的一个高发区；两类QLCSs发生月份、空间尺度、移动速度、形成时刻和维持时段等都具有显著差异；两类QLCSs的环流背景、环境条件和冷池也差别明显。强雷暴大风型QLCSs的环境大气斜压性强，中层干和大的垂直减温率造成的BCAPE、DCAPE大值区是产生极端大风的重要环境条件，地面强冷池以及0-3 km风垂直切变对前向传播起到了重要作用。强降水型QLCSs产生的降水极端性较前一类型更为突出，天气尺度强迫相对较弱，水汽条件极其充沛，地面弱冷池或地形与低层南风气流相互作用维持的后向传播是其发展和慢速移动的主要机制，也是产生极端强降水的直接原因。

• 中国东部雨季降水事件的静默时间特征及存在动力学机制初探
• 钱忠华,周前进,刘莉,封国林

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  摘要

  2020-08-10

• 摘要：基于1960-2017年4-9月的中国日降水数据，利用百分位阈值法确定不同强度的降水事件，定义相邻同强度降水事件之间的时间间隔为“静默时间”以描述同阈值降水事件再次发生的历时长短。计算“平均静默时间”以表征不同强度降水事件的群发性特征，即某一时间段内，平均静默时间越小(大)，同类型降水事件再次发生的历时越短(长)，其群发性程度越强(弱)。分析不同强度降水事件的平均静默时间在中国东部地区的空间分布和时间演变特征，并探究其可能遵循的非线性动力学特征。结果表明: 1960-2017期间，一般强度降水事件在长江中游地区较其余地区群发性强，而东北南部地区则较弱; 极端降水事件在中国东部北方地区群发性较强，而在南方地区则偏弱。就气候态演化过程而言，一般强度降水事件的群发性在长江以南地区有所增强，在东北南部地区表现则呈减弱趋势。极端降水事件的群发性特征在中国东部北方地区不断减弱，但在南方地区持续增强。此外，降水以及垂直速度和相对湿度的静默时间概率密度分布的均具有幂律性和无标度性特征，说明我们可通过具有相似无标度性特征的沙堆模型（自组织临界模型）的理论标度函数来描述降水事件。因此，我们可以将极端降水事件的发生视为自组织临界系统的由量变向质变转换的崩塌行为，进而有助于从时间序列分析的角度对东亚降水事件形成的非线性动力学机制给出新的解释。

• 垂直分层加密和预报区域扩大对GRAPES_TYM台风预报的影响
• 麻素红

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  摘要

  2020-08-10

• 摘要：为提升GRAPES_TYM对西北太平洋和南海热带气旋路径及强度的能力、增加GRAPES_TYM对北印度洋热带气旋的预报，2019年8月GRAPES_TYMV3.0投入业务运行。V3.0的模式垂直分层由V2.2的50层增加到68层；预报区域由覆盖西北太平洋、南海扩展到覆盖北印度洋。试验结果显示：模式垂直分层增加可以改进模式对强台风及超强台风的预报能力，减小平均路径预报误差、显著减小平均强度预报误差以及强度预报负偏差；模式预报区域扩大到覆盖北印度洋对平均路径误差和平均强度平均误差影响不显著，长时效预报比较敏感，如20°N以北的热带气旋120h预报路径。2016年-2018年的回算结果同NCEP-GFS和ECMWF的预报结果对比分析表明：GRAPES_TYMV3.0的平均路径误差与NCEP-GFS接近，同ECMWF相比误差较大；24h-96h强度预报误差要明显小于NCEP-GFS和ECMWF，NCEP-GFS和ECMWF对热带气旋强度预报存在明显的负偏差。

• GRAPES全球模式云方案的诊断研究
• 陈雪娇,刘奇俊

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  摘要

  2020-08-07

• 摘要：在对GRAPES全球预报系统（GRAPES_GFS）的预报性能进行诊断评估的基础上，对凝结（华）和蒸发等物理过程及对流卷出对云的影响过程进行改进和优化，旨在提高GRAPES_GFS云量及其特征量和降水的预报精确度。通过与欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第五代全球再分析资料（ERA5）的对比，分析云方案改进前后云量、云含水量、柱含水量等云宏观、微观物理量，降水量、对外长波辐射（OLR）等基本物理量以及物理过程对温度和湿度的反馈倾向。结果显示，云方案改进后，GRAPES_GFS在热带地区液水预报增加，云系和水成物垂直分布更为合理；云量预报与ERA5预报结果更相近，特别是高云量预报的改进，使得地带OLR预报略有改进；低纬地区日平均总降水量略有增加，特别是热带地区格点尺度降水增加较为明显，缓解了热带区域大尺度格点降水偏少的现象。

• 1804号台风Ewiniar非对称降水及动热力结构演变特征分析
• 周芯玉,程正泉,涂静,肖婷,高晓荣

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  摘要

  2020-07-20

• 摘要：1804号台风Ewiniar第二次登陆广东过程中降水表现出显著的非对称分布特征，强降水主要位于其路径右侧。利用欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料、广东风廓线雷达观测资料以及实况降水观测资料，对造成非对称降水的环流背景和动热力结构演变特征进行了分析。结果表明：Ewiniar左右两侧水汽输送及动力、热力条件差异是造成非对称降水的主要原因。加强的低空急流以及1805号台风Maliksi水汽的输送为台风右侧强降水的产生提供了更好的水汽背景，而低空急流的加强配合高空强的辐散抽吸使得右侧垂直上升运动也明显大于左侧。边界层内，强盛的低空急流以及珠三角地区下垫面强摩擦辐合作用导致Ewiniar右前侧径向入流强度更强、强入流层厚度更厚、边界层高度更高，且由于距离台风眼墙越近风速越大，上述现象表现得越明显，从而为强降水的产生提供了更好的动力和水汽条件。强降水期间Ewiniar右侧低层大气持续维持不稳定状态，分析表明强低空急流携带的θse平流以及其随高度的减弱弥补了强降水造成的能量损耗，是不稳定能量维持的重要原因。

• 淮河流域能量和水分循环研究进展
• 丁一汇,胡雯

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  摘要

  2020-07-14

• 摘要：1998年和1999年夏中国和日本科学家合作在安徽淮河流域进行了第一次大规模的能量与水循环试验(WCRP/GEWEX/GAME/HUBEX),其重点是研究东亚梅雨锋系的多尺度,多系统的结构、特征、生命史、发生发展机理及其引起洪涝灾害的原因。这是第一次中日合作的气象与水文联合观测试验,在此加强观测的基础上,双方进一步进行了长达5年的资料整理分析和科学研究工作,整个HUBEX试验与研究取得了全面和丰硕的成果。本文将介绍该计划所取得的主要成果,并以现在科学进展的视野重新评估了这些成果的科学意义和不足,

• 淮河流域能量和水分循环观测系统
• 胡雯,郑淋淋

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  摘要

  2020-07-13

• 摘要：淮河流域是我国南北气候重要的过渡带，气象灾害频繁发生。这里水网、农田、丘陵、山地、城镇密布，地气作用复杂，干冷与暖湿空气时常交汇与此，造成局地或流域旱涝时常发生，因此淮河流域是研究能量和水分循环的理想试验场。由北京大学赵柏林院士主持的国家自然科学基金重大项目“淮河流域能量与水分循环试验和研究（HUaihe river Basin Experiment, 简称HUBEX）”，于1998年1999年夏在淮河流域开展了气象和水文联合观测试验。本文首先回顾了该试验期间使用观测仪器及其功能、观测系统运行状况，并总结了这些仪器发挥的作用。文章还总结了HUBEX后续观测系统的发展，如增设仪器及发挥的作用，还介绍了观测数据及应用。文章最后对淮河流域能量和水分循环观测系统在推动区域天气预报中发展的作用。

• 背景误差水平相关结构对四维变分资料同化的影响研究
• 龚建东,张林,王金成

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  摘要

  2020-07-13

• 摘要：[目的]本文考察GRAPES全球4D-Var的分析增量在谱空间的时间演变特征，分析当同化时间窗起始时刻与终止时刻背景误差水平相关特征明显不一致时，对分析与预报造成的影响。[资料和方法]对GRAPES全球4D-Var的背景误差水平相关采用二阶自回归模型SOAR、集合资料同化生成扰动样本估计的水平相关模型、以及基于这两者的背景误差谱空间融合模型进行比较。[结果]结果表明SOAR模型的分析增量在20波以上的天气尺度波动的分析信息明显不足，而将集合资料同化样本所计算的水平相关的功率谱方差与SOAR功率谱方差进行融合，水平相关特征呈现出多尺度水平相关的特点，可以更好的吸纳观测信息，显著改善北半球形势场、温度与风场预报效果，南半球也有改善，对赤道地区的影响中性。[结论]表明本文发展的融合水平相关方案具有合理性和实用性。

• 一次强雹云结构的双多普勒雷达观测分析
• 王建恒,陈瑞敏

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  摘要

  2020-07-13

• 摘要：利用“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验示范”项目试验区内石家庄SA多普勒天气雷达资料和饶阳X波段双偏振雷达探测资料，结合常规综合观测资料，对2018年6月13日下午发生于太行山东麓的雹云的天气背景、降雹特征、雷达回波演变特征及回波三维立体结构进行了综合分析，进而重点利用双多普勒雷达径向速度资料反演出格点的全风速(流场)，并结合回波特征分析了雹云云体结构。结果显示，高空强劲的偏北风急流促使涡后横槽转竖，槽后冷空气沿偏北气流南下，形成上干冷、下暖湿的不稳定层结，在低空低涡附近及地面辐合线上发展造成这次风雹天气；双多普勒雷达实测风场表明，实例雹云的中层强回波中心，呈明显的“S”形水平流场和悬挂回波配置特征，构成了具有成雹的“零线”结构；不仅用实测雹云单体三维结构佐证了雹云降雹 “零线”结构的存在，而且验证其呈现形式可具有多样性。

• 中国近30年有/无大气河伴随的登陆台风气候学特征对比分析
• 陈红专,叶成志

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  摘要

  2020-07-02

• 摘要：利用JRA55再分析资料和近30年台风资料，采用动态合成分析方法对1986年～2015年有无大气河伴随的登陆台风大尺度环流和水汽场特征进行了合成分析，以探讨大气河对登陆台风维持和衰减的影响，主要结论如下：30年内登陆我国大陆的台风中，有大气河伴随和无大气河伴随的台风大约各占50%，平均陆上维持时间前者（38 h）长于后者（22.5 h）。有大气河伴随的台风登陆后，台风与副高之间等高线密集，台风在中纬度槽前移动过程中有逐渐向斜压锋区靠近的趋势，而无大气河伴随的台风登陆后，台风与副高之间等高线稀疏，也无长波槽靠近；有大气河伴随的台风登陆后，仍然与西南风低空急流和超低空急流水汽输送通道相连，台风涡施区大风核伸展高度高，而无大气河伴随的台风登陆后与强水汽通道断开；登陆台风是水汽汇的一个高值中心，夏季印度季风环流和南海夏季风是向台风输送水汽的主要通道。有大气河伴随的台风，水汽输送的大小和辐合的强度明显大于无大气河伴随的台风，且其水汽辐合呈准对称结构，而无大气河伴随的台风其水汽辐合呈不对称结构，北侧的偏冷性强水汽输送会加速台风的填塞；有大气河伴随的台风登陆后，其南边界一直维持较强的水汽输送，台风区域总的水汽收入减小缓慢，而无大气河伴随的台风登陆后，台风区域的总的水汽收入迅速减小；从垂直分布来看，有大气河伴随的台风在登陆后48小时内，其低层气旋式环流结构较完整，四个边界均有净的水汽输入，随着高度增加，结构趋于松散。而无大气河伴随的台风在登陆24小时后其气旋式环流结构已不完整。

• 基于机器学习的复杂地形下短期数值天气预报误差分析与订正?
• 任萍,陈明轩

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  摘要

  2020-07-01

• 摘要：本文初步研发了一套基于机器学习方法XGBoost且考虑地形特征影响的数值预报多模式集成技术，并与传统的等权重平均和线性回归方法的集成效果进行了对比分析。利用北京地区快速更新循环数值预报系统每天8次循环预报给出的近地面2-m温度、2-m相对湿度、10-m风速、10-m风向数据产品，分别基于机器学习方法XGBoost、等权重平均方法、线性回归方法构建了三种体现地形因子影响的多模式预报时间滞后集成模型。试验对比分析了暖季、冷季每日不同时刻的模式预报集成订正效果。研究结果表明：分季节试验中，基于XGBoost的模型对2-m温度、10-m全风速的集成预报结果相对与原始最优预报结果误差，明显优于其他两种传统方法。XGBoost对2-m温度集成的误差可降低11.02—18.09%，对10-m全风速集成误差可降低31.23—33.22%，对10-m风向集成误差可降低4.1—8.23%。而2-m相对湿度的集成预报误差与传统方法接近。整体来看，研发的基于XGBoost的多模式集成预报模型可以充分“挖掘”不同模式或不同时刻快速更新循环预报的优点，有效减少模式的系统性误差，并提供准确性更高的多模式集成确定性预报产品。

• 高性能机载云粒子成像仪研制及应用
• 郭学良

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  摘要

  2020-07-01

• 摘要：机载云粒子成像仪是目前直接观测云中粒子谱分布和形状特征的关键科学仪器设备，在云物理结构探测、遥感反演验证、数值模式云物理过程改进和人工影响天气等领域具有重要作用，因此针对现有进口仪器的不足，不断开发更高性能的云粒子探测仪器十分重要。本文介绍了2011启动的国产机载云粒子成像仪设备的研制情况、测量原理、主要性能指标、标定方法和观测试验应用结果。经过多年的反复试验，解决和显著改进了激光光束匀化、弱信号探测、多路并行处理及微粒消衍射等关键技术，从而提高了探测器像元的光功率均匀性和一致性，使光斑区域内平均光功率密度提高约3倍，从而改进了粒子成像能力。采用更高分辨率国产光电线阵探测器，测量响应时间明显减小，对小云粒子的探测能力明显提高。该研制仪器通过了一系列仪器基础参数测试、系统优化、环境适应性实验和累计60多架次的飞行测试。对2018年11月5日进行的两架次对比探测结果的初步分析表明，新研制的云粒子成像仪对小粒子端云粒子浓度的测量精度较原来进口仪器提高了一个量级左右，测量数据起伏更小，稳定性更高，并且可正确获得更加清晰可靠的云粒子形态特征。

• 基于激光云高仪反演全天边界层高度的二次曲线拟合法的建立
• 蔡嘉仪,苗世光,李炬,潘昱冰,权建农,程志刚

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  摘要

  2020-05-15

• 摘要：大气边界层高度是天气、气候、大气环境研究中的一个重要参数，然而尚缺少基于激光雷达探测系统反演全天边界层高度的有效方法。本文利用北京朝阳站、大兴站的激光云高仪数据，首先评估了梯度法、标准偏差法、曲线拟合法和小波协方差法反演边界层高度的适用性和局限性，发现梯度法容易受环境噪声的影响，曲线拟合法稳定性较好，但在夜间弱湍流条件下会将残留层高度误判为夜间边界层高度。在此基础上，本文提出二次曲线拟合法，将一天中边界层结构划分为白天的对流边界层、夜间的残留层和稳定边界层，通过用不同的理想曲线对其进行二次拟合，获取一天中边界层高度的连续变化。将二次曲线拟合法的反演结果与基于L波段探空雷达的位温梯度法的探测结果进行比较，结果表明:两者相关系数为0.91，验证了二次曲线拟合法的可行性与激光云高仪探测边界层高度的应用潜力。采用该方法反演2017年5月—6月朝阳站与大兴站边界层高度，对比发现:城区特殊的下垫面性质使朝阳站日间对流边界层发展更早，边界层高度更高，全天朝阳站边界层高度的变化范围在308m—1391m，大兴站在197m—1302m。

• 基于梯度提升树的大气分层透过率快速计算方法
• 梁红丽,张鹏,陈林,马刚,白文广,漆成莉

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  摘要

  2020-05-15

• 摘要：大气透过率的计算是红外辐射传输计算的核心，RTTOV（Radiative Transfer for TOVS）通过建立大气廓线中温度、水汽、臭氧和其他气体浓度等参数和卫星通道透过率的统计关系，可实现卫星通道透过率和大气顶辐射率的快速准确计算。但在一些复杂吸收波段，如水汽波段，RTTOV的计算误差较大。为提高RTTOV在水汽敏感波段的计算精度，本研究利用机器学习中的梯度提升树（Gradient Boosting Tree，GBT）方法，选取从ECMWF（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）的IFS-137（The Integrated Forecast System, 137-level-profile）水汽廓线集中挑选的1406条廓线和由此计算的透过率真值作为样本，选取风云三号卫星上搭载的红外分光计（InfraRed Atmospheric Sounder, IRAS）通道12（7.33μm）进行了个例研究，分别建立了陆地和海洋晴空大气等压面至大气顶透过率和大气顶亮温的快速计算模型（GBT模型）。通过和透过率、亮温真值的比较，验证了GBT模型。比较的结果显示，GBT模型预测的透过率平均绝对误差（Mean Absolute Error, MAE）为：陆地0.0012，海洋0.0009，均方对数误差（Mean Squared Logarithmic Error, MSLE）为：陆地0.0215，海洋0.0095，均小于RTTOV直接计算的透过率的误差（陆地、海洋的MAE分别小0.0008和0.0010，MSLE分别小0.0135和0.0227）；由GBT模型计算的亮温MAE分别为：陆地0.0949K，海洋0.0634K，均方根误差（Root Mean Square Error, RMSE）分别为：陆地0.1352K，海洋0.0831K，也都小于RTTOV直接模拟的晴空亮温误差（陆地、海洋的MAE分别小0.1685K和0.1466K，RMSE分别小0.1794K和0.1685K）本研究的结果表明，机器学习方法有提高水汽波段透过率和亮温计算精度的潜力，或可为辐射传输的快速计算提供可行的替代方法。

• SACOL站冰云粒子下降末速度的反演及其时空分布特征的研究
• 李旭岗,苏婧,王晨,胡晓宇,汪美华,葛觐铭

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  摘要

  2020-05-15

• 摘要：冰云是影响气候变化最为重要的因子之一,其生命周期的变化在很大程度上决定了冰云的气候辐射效应。冰云粒子下降末速度是影响冰云生命周期的关键参数。本文利用兰州大学半干旱气候与环境监测站Ka波段毫米波云雷达2013年8月到2015年7月连续观测数据,反演了冰云粒子的下降末速度,并根据雷达反射率因子Z与的关系计算了拟合因子a、b的值；在此基础上应用聚类分析方法,对比分析了四种不同特性冰云Z、和拟合因子a、b的时空分布特征,进而尝试通过参数垂直分布特征识别研究云中不同位置上云微物理过程的变化。结果表明：冰云粒子下降末速度的分布与雷达反射率因子有着很好的对应,最大频率都出现在距离地面约7km附近,且具有显著的季节变化,粒子下降末速度在暖季较冷季可增大25%,峰值出现在6月和9月；云层较厚且持续时间长的第一、三类冰云,其雷达反射率因子、粒子下降末速度及拟合系数a和b的平均值都显著大于云层较薄且持续时间短的第二、四类云。垂直方向上,Z和拟合因子b从云顶到云底随着高度的降低呈现先增大后减小的趋势,体现了云粒子在云顶区域成核和水汽沉积,随着粒子在下落过程中碰并增长,云滴粒子逐渐增大,水汽的沉积和粒子的聚合起主要作用,最后在云底部分,云粒子蒸发升华减小消亡的过程。由此表明中纬度干旱半干旱地区冰云是从云顶到云底自上而下的形成过程。

• 不同观测误差确定方法对地基GNSS-ZTD资料同化预报效果影响的对比分析
• 公颖,周晓珊

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  摘要

  2020-05-15

• 摘要：利用2016年6～8月华北～东北地区的地基GNSS-ZTD观测资料、东北区域中尺度数值预报系统，以2016年6～8月时段内13天的强降水为例，开展了基于Desroziers等（2005）理论的Des方法和传统方法进行观测误差确定的ZTD资料同化对比试验研究，探讨Des方法相对于传统观测误差确定方法对ZTD资料同化预报效果的影响，并以未做ZTD资料同化的试验为对照试验（以下称Ctl试验），考察ZTD资料在数值模式中的同化应用效果，结果表明：（1）Des方法得到的ZTD观测误差诊断值较为合理,诊断值站点间差别较大，说明逐站进行观测误差统计的必要性。（2）ZTD资料同化使强降水的强度、落区预报性能获得提高，使温、湿、风等要素的预报向观测靠近，Des方案预报效果优于传统方案。（3）对2016年7月25日华北～东北强降水过程进行了分析，整体而言，ZTD资料同化有效增强了对流层中低层初始湿度场，修正了积分初期水凝物含量与位置，进而改善了降水预报效果，修正了Ctl试验对辽宁东部地区强降水的明显漏报,且通过降水的反馈作用改进了温度与风场预报效果。

• 华北地区持续性极端暴雨过程的分类特征
• 周璇,孙继松,张琳娜,陈官军

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  摘要

  2020-05-15

• 摘要：摘 要 [资料和方法]利用1960-2015年日降水资料，本文筛选出华北地区56次极端暴雨过程。基于距平相关系数的客观聚类分析方法和天气学检验，将它们进行分类，并使用NCEP(2.50x2.50)再分析资进行分类合成，[目的]对比分析不同环流背景下华北持续性极端暴雨过程的基本特征。[结果和结论]结果表明，这些极端暴雨事件按照环流背景可分为经向型、纬向型、减弱的登陆热带气旋型和初夏型四类。它们一般都与不同天气系统配置结构下的锋面动力学过程有关，由于锋面结构特征、环境大气层结状态以及与低空急流有关的暖湿输送通道和强度不同，造成不同环流特征背景下，暴雨日的高频站点与过程平均累计降水量在空间分布上的关系存在差异。（1）纬向型持续性暴雨对应的锋区强度显著强于经向型暴雨，但是其对应的层结稳定度与整个夏季状态相当（），而经向型暴雨存在弱的层结不稳定异常，这表明，纬向型持续性暴雨的对流活动一般不如经向型剧烈，持续性锋面降水特征更清晰，造成站点上日降水量超过50mm的最大频次明显低于经向型暴雨过程，但是过程累计平均最大降雨量却比经向型更大。（2）从水汽输送通道来看，源于西太平洋副热带高压南侧的水汽通道只在纬向型环流主导下的华北持续性区域极端暴雨过程中起由主导作用。初夏极端暴雨以及减弱的登陆热带气旋与西风带系统相互作用造成的华北极端暴雨过程中，活跃的印度季风造成25°N以南异常强盛的纬向型低空西南气流携带充沛的水汽，穿过中南半岛后以西南低空急流或者通过减弱的登陆热带气旋“中转”，是这两类暴雨区的主要水汽供应源；经向型环流背景下的水汽输送也与这支源于青藏高原南侧的西风气流异常有关。这可能是华北地区夏季降水与印度季风降水的相关性显著强于我国东部其他地区的主要原因；（3）减弱的登陆热带气旋与西风带系统相互作用造成的华北极端暴雨过程同样属于经向型环流主导下的暴雨过程，但是，更充沛的水汽输送、更强的上升运动和更深厚的不稳定大气层结状态是它比一般的经向型环流背景下的华北暴雨强度更大的直接原因；此外，中高纬度弱冷空气侵入对减弱的登陆热带气旋顶部形成持续性区域极端暴雨过程是非常重要的。

• 基于FY-3C MWRI的海表温度产品偏差订正方法研究
• 廖志宏,徐宾,张雷,师春香,周自江

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  摘要

  2020-04-28

• 摘要：本文提出一种针对FY-3C MWRI的海表温度（Sea Surface Temperature，SST）产品的分段回归（Piece-Wise Regression，PWR）偏差订正方法，该方法通过引进气候态SST数据，建立与关联实测SST相匹配的回归模型，并通过对模型中关联变量的误差分析，选择最优样本进行分段回归，以实现对SST数据的重新估计。通过对MWRI SST数据的偏差订正试验表明，采用PWR方法获得的订正结果无论在误差指标的空间分布还是时间序列上，都要明显优于采用传统概率密度函数（Probability Density Function，PDF）偏差订正方法的结果。其中，采用PWR方法订正后的SST产品误差标准差（SD）和均方根误差（RMSE）值从订正前的0.9℃~1.0℃，减小到0.6℃以下，而采用PDF方法获得相应的订正误差仅为0.8℃左右，订正效果得到了明显改善。

• 东北亚和北半球冬季高空切断冷涡与中国极端低温事件的联系
• 石晨

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  摘要

  2020-04-20

• 摘要：[资料和方法] 利用NCEP/NCAR再分析资料和CPC冬季逐日温度资料，通过机器自动识别和目视相结合的方法，研究了北半球冬季500hPa冷涡分布特征，并基于线性相关和信息流因果论方法，[目的] 揭示了东北亚冷涡活动与北半球其它活动区冷涡以及中国冬季极端低温事件的联系。[结果] 根据冷涡活动天数随经度的变化，划分了四个活动频繁区，发现北半球冬季冷涡活动频率从大到小分别为大西洋-欧洲区（37.7%）、北太平洋区（22.35%）、东北亚区（20.95%）和北美-格陵兰区（13.77%）。北美-格陵兰区冷涡平均中心强度最强（493gpm），大西洋-欧洲区最弱（514gpm）。东北亚区冷涡活动具有相对独立性，唯有1月北美-格陵兰区冷涡活动天数是2月东北亚冷涡动天数年际变化的不稳定影响源。冷涡强年的动力学特征分析表明，东北亚区和北美-格陵兰区冷涡与NAO正位相密切相联，北太平洋区冷涡则与NPO正位相相联系，大西洋-欧洲区冷涡则对应于NAO和NPO负位相。东北亚冷涡与中国极端低温联系密切，1979-2017年冬季中国发生50次极端冷事件，其中有40次与东北亚冷涡活动有关。

• GRAPES区域扰动预报模式动力框架的科学设计及检验
• 冯业荣,薛纪善,陈德辉,吴凯昕

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  摘要

  2020-04-10

• 摘要：文章设计建立了适用于4D-Var四维变分同化系统的扰动预报模式GRAPES_PF，即在地形追随坐标非静力原始方程组基础上，采用小扰动分离方法推导了微分形式的线性扰动预报方程组，并利用与GRAPES非线性模式相似的数值求解方案求解线性扰动微分方程组。在设计扰动预报模式时，采用两个时间层半隐式半拉格朗日方案对动量方程、热力学方程、水汽方程和连续方程进行时间差分，空间差分方案的变量分布水平方向采用Arakawa C跳点网格，垂直方向采用Charney/Phillips跳层。利用代数消元法进一步推导得到只包含未来时刻扰动气压Π''的Helmholtz方程，进而通过广义共轭余差法（GCR）求解，在此基础上得到未来时刻扰动量的预报值。基于所开发的扰动模式开展了数值试验，首先在非线性模式中施加一个初始扰动高压，得到初始扰动在非线性模式中的后续演变，然后将相同的初始扰动作为扰动模式的初值进行时间积分，将扰动模式预报的结果与非线性模式的结果进行对比。检验结果表明，本文开发的扰动模式GRAPES_PF较好地模拟了惯性重力内波的传播过程，与非线性模式得到的结果非常接近；初始高压扰动激发了一个迅速向外传播的惯性重力内波，在气压场向风场适应的过程中，水平风场、垂直运动、位温和湿度等变量均出现了扰动增量。线性扰动预报模式GRAPES_PF为将要建立的基于GRAPES区域模式的4D-Var同化系统奠定了重要科学基础。

• 线性准地转模型中基本流和辐射冷却对感热加热强迫的副热带高压形态的影响
• 张亚妮

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  摘要

  2020-04-10

• 摘要：本文通过求取定常线性准地转位涡模式的数值解,研究了感热型垂直非均匀分布的冷、热源强迫所激发的副热带环流的结构特征,讨论了副热带背景风场和洋面辐射冷却对洋面副热带高压‘三角形偏心’结构形成的重要作用。结果表明,基本流对感热加热强迫的副热带环流有重要影响,当基本流为常数时,感热加热强迫的气旋和反气旋主要集中在对流层中下层,且地面系统远强于中高层。当基本流为非常数时,其径向切变能改变气旋和反气旋中心的径向位置,大约位于零风速所在纬度附近；其垂直变化加强了中高层气旋和反气旋,且高层反气旋强于地面反气旋,中心位于对流层上层,与南亚高压的位置基本一致。研究结果还表明,在大洋东部洋面辐射冷却与副热带地区背景风场的共同作用下,形成了洋面副热带高压特有的‘三角形偏心’结构。副热带高纬的西风使感热强迫的洋面副热带高压东移,低纬的东风使其西移,形成东北-西南走向的‘平行四边形’结构,且中心位于大洋西部。大洋东部强洋面辐射冷却激发的洋面反气旋加强了大洋东部的副热带高压,使其中心东移至大洋东部,从而表现出东北-西南走向的‘三角形偏心’结构。

• 基于高分辨率高程数据统计分析新一代天气雷达组网的地形遮挡影响
• 柳云雷,李昌兴,张乐坚,文浩,王曙东

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  摘要

  2020-03-12

• 摘要：新一代天气雷达由于受到地形限制产生波束遮挡导致波束能量衰减，从而造成雷达探测回波强度偏弱、雷达定量估测降水结果失真，因此对于雷达波束遮挡情况的统计和分析是一项重要的基础研究工作。利用SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）数字高程数据对中国目前业务运行的212部新一代天气雷达波束遮挡情况进行模拟计算分析。计算结果包括雷达单站遮蔽角、VCP21模式0.5°、1.5°、2.4°、3.4°、4.3°仰角波束遮挡率、混合扫描及分区混合扫描波束遮挡率，雷达单站探测范围覆盖情况；计算并绘制全国天气雷达组网遮挡率拼图，统计全国天气雷达组网遮挡情况；利用2019年8月广东省11部天气雷达基数据对比验证单站及组网遮挡计算结果。结果表明雷达组网探测面积覆盖率超过70%，整体覆盖效果较好，遮挡计算结果与实际数据对比验证结果高度一致，对雷达数据订正、降水估测等产品具有正贡献。