利用ERA5再分析数据和多源观测资料，分析2023年西北太平洋第5号台风杜苏芮登陆后台风残余旋涡（以下简称残涡）先减弱后增强过程，台风残涡的维持阶段出现在7月29日夜间至30日白天。研究发现，残涡维持阶段一直保持了暖心结构，并未发生变性过程；而残涡中心东北侧出现了明显的水汽辐合和湿位涡增加。“杜苏芮”残涡中心在北上过程中，北侧遭遇带状副热带高压阻挡移速减慢，对流层中高层副热带高压引导下的干冷气流进一步加剧了与中低层残涡和暖湿气团之间的温湿梯度，使得残涡北侧出现明显的等熵面倾斜，而倾斜涡度发展形成的动力抬升作用促发了残涡气旋性涡度的垂直发展。同时，残涡仍能从土壤湿度增加中获得一定的地表潜热释放加热。残涡东北侧出现的水汽径向流入和垂直上升运动释放的大量凝结潜热，也为残涡的维持和加强提供了必要条件。

登陆北上进入渤海的热带气旋多能引发辽东半岛强降水。利用《热带气旋年鉴》、云顶亮温和ERAInterim全球再分析资料，对北上过程中引发辽东半岛强降水的7个台风进行动态合成和诊断分析。结果表明：台风登陆北上过程中靠近中纬度高空槽，变性为半冷半暖结构，非对称结构明显；环境风垂直切变明显增大，台风垂直结构发生明显倾斜，其北侧中尺度对流活动发展旺盛，强降水主要分布在顺垂直切变方向的左侧。台风北上过程中与偏南风低空急流相连接，强度衰减缓慢，对流活动持续维持并有所加强。台风北上靠近槽前偏西风高空急流入口区，对流层高层辐散增强，有利于台风低压环流的维持及强降水的产生。槽后冷空气自台风西北侧对流层中高层倾斜下沉，向东南楔入低层，触发台风的东北侧、东南侧对流不稳定能量释放，深厚的上升运动发展。辽东半岛处于台风北侧强对流区，降水强度大、持续时间长。

利用非静力中尺度WRF模式对2020年第8号台风巴威北上登陆前后过程进行了数值模拟，结合观测数据对模拟结果进行了验证，并利用模拟输出的高分辨率资料，分析了“巴威”登陆前后的天气环流背景、环境场以及结构特征变化，研究其登陆后快速减弱衰亡的原因。结果表明：“巴威”受中纬度西风槽前西南气流引导，登陆前位于高空急流入口区右侧，高空辐散场有利于台风环流维持，而北上登陆后干冷空气侵入台风中心和强的环境风垂直切变是其丧失结构特征并迅速减弱的主要原因。登陆后，台风北侧高空急流减小和高空辐散减弱，在这种不利的高层环流条件下，一方面强的环境风垂直切变，特别是中高层环境风垂直切变加大了高层暖中心的暖空气频散，使得热量不能集中从而破坏高层暖心结构；另一方面下沉的冷空气从西北侧低层入侵到台风中心，破坏了台风垂直结构，暖心高度降低并向东北倾斜，台风逐渐失去其结构特征而迅速减弱衰亡。同时登陆后水汽供应不足也不利于台风的维持。

2023年第11号台风海葵在西偏北移动过程中，多次出现摆动，形成曲折的蛇形路径，其在登陆台湾岛前加强为超强台风级，进入台湾海峡后移动速度缓慢，再次登陆减弱后残涡维持时间长，降水持续时间长，累计雨量大。不同模式以及集合预报的不同成员对“海葵”登陆点和登陆强度的预报也存在较大的误差和不确定性，给预报订正带来极大挑战。使用ECMWF、NCEP及CMA确定性预报和集合预报资料分析了“海葵”的主要特点和预报过程中出现的主要难点：当模式对台风路径的预报在我国近海出现较大误差和分歧时，由于路径预报的不确定性也会影响极值强度预报，此时订正出现极大困难；台风穿越台湾岛进入台湾海峡后，受弱引导气流和地形影响，导致移速缓慢，其持续时间的定量估计存在偏差；台风登陆并减弱后，其残余环流维持时间、移动路径和降水影响的定量估计仍需更多研究。

如何提高强对流天气的客观分类和时空预报的准确性一直是天气预报中的难点。文章将机器学习分类算法融合中尺度模式，实现了雷暴大风和短时强降水的逐小时预报。具体算法为：首先利用XGBoost分类算法和10年以上历史数据建立强对流分类潜势预报模型；其次通过统计CMA-SH9模式要素的最佳空间邻域半径和概率密度分布特征，基于组合最优评分提取要素阈值，建立要素空间邻域“配料”模型；最后通过联合判别将机器学习分类方法和要素空间邻域“配料法”融合，建立雷暴大风和短时强降水的逐小时预报模型。检验表明：该融合方法显著优于数值模式预报结果和国家下发指导产品，2021—2022年短时强降水24小时逐小时预报的平均命中率为0.51，TS为0.15，相比模式的改进率分别为82%和36%；雷暴大风24小时逐小时预报的平均命中率达到0.37，TS为0.07，相比模式（反射率因子≥45 dBz）的改进率分别为68%和133%，显著提高了雷暴大风的预报准确性。

利用承德山区冰雹实况资料、承德CB型多普勒天气雷达探测资料、NCEP FNL再分析资料及NCEP-GFS模式预报资料，统计2000—2020年4—9月承德山区184个冰雹天气个例的相关环境参数分布特征及预报阈值；基于箱线图结果给定起步最优阈值条件，将2014—2020年4—9月有冰雹观测记录或组合反射率≥60 dBz的样本记为冰雹实况，依据邻近地点、临近时间原则将实况匹配到再分析数据网格上，构建正、负样本数据集，进行特征参数选取、区间分割及概率计算，利用贝叶斯方法建立3、6、9、12和24 h冰雹潜势预报模型。针对2021—2022年6—8月的天气过程进行试报和检验，结果表明：贝叶斯方法在冰雹天气的实际预报业务中具有一定的可行性，潜势预报模型识别冰雹的命中率均在90%以上，平均临界成功指数为40.3%。该方法优于概率预报和配料法，可以给出有无冰雹的确定性预报，客观性更强，对山区强对流天气预报有一定的借鉴作用，但由于再分析资料的时空尺度远大于冰雹等强对流天气，故存在一定的空报。

往返式平漂探空观测（以下简称平漂探空）可实现地面至平流层低层大气温度廓线垂直探测以及平流层低层内持续4 h水平温度分布探测。目前，平漂探空已在长江中下游、广东、内蒙古等多地开展观测试验，效果良好。利用2021年3—9月长江中下游平漂探空试验数据完成对卫星反演大气湿度廓线数据的检验，结果显示：由平漂探空下降段数据的检验结果可知，卫星湿度廓线的平均绝对误差约15%，均方根误差约20%。在午间、夜间，卫星反演的湿度廓线数据质量比清晨、傍晚的湿度廓线相对较好。卫星反演的湿度平均绝对误差和均方根误差随海拔升高而减小，随湿度增大而增大。在湿度50%以下，卫星反演的湿度偏大；在湿度50%以上，卫星反演的湿度偏小。

风场观测资料在天气研究和预报中有着举足轻重的作用。基于按方位角均匀假定反演关系进行二维风场反演的积分速度方位处理技术（IVAP）具有较好的兼容性并易于实现。文章选取2020年7—8月的大范围降水过程，采用IVAP法进行组网雷达风场反演，并以秒探空作为参考对反演风场进行质量评估和分析。结果表明：反演风场与探空风场之间具有较高的相关性，随高度升高，反演风向的质量和稳定性要优于反演风速；在降水区反演风场的质量最好，垂直廓线稳定性最好；晴空区反演风场误差最大，4 km以上波动性变大、反演质量显著降低。进一步分析2019年7月6日一次分散性降水过程的雷达反演结果，发现反演风场能够合理地再现出高层风场的涡旋结构、切变线等动力场特征。研究表明，在单雷达风场反演的基础上，可基于IVAP法建立组网雷达风场反演，该方法在实际业务中有较好的应用前景，可以更好地为天气预报服务以及风场资料同化提供依据。

利用2019—2021年2—4月北京地区国家级气象台站逐3 h观测资料，基于统计分析方法对欧洲中期天气预报中心全球数值模式（ECMWF）、中国气象局全球区域同化预报系统（CMA-GFS）以及智能网格预报国家级指导报（SCMOC）、国省融合预报（SMERGE）的温度预报开展了精细化检验评估。结果表明，ECMWF和CMA-GFS对北京春季的温度预报多出现负偏差，且山区和平原地区无明显差异，但在夜间更加突出。SCMOC和SMERGE对温度预报有较好订正能力，温度预报平均误差集中在-1~1℃，温度预报准确率较高且平均绝对误差也较小。四种产品对于24 h变温以及日内昼夜温差的预报存在问题为：所有产品对强变温的变化幅度预报不足，且智能网格预报产品也未体现明显的订正能力；此外，所有产品对昼夜温差幅度的预报存在1~3℃的正偏差，SCMOC有一定订正能力，而SMERGE高估昼夜温差的情况更突出。模式预报昼夜温差偏大与低温（05时温度）预报偏低密切相关，而智能网格预报的高温（14时）预报偏高也不容忽视。通过精细化检验分析，说明智能网格预报在关注整体准确率提升（平均绝对误差，减小）的同时，还应关注天气过程发展演变特征。

2024年8月大气环流主要特征是北半球极涡为偶极型分布，强度较常年同期偏强，欧亚大陆中高纬环流呈现“两槽两脊”型。西太平洋副热带高压较常年位置偏西偏北。8月，全国平均降水量为96.5 mm，较常年同期（107.1 mm）偏少9.9%；全国平均气温为22.6℃，与常年同期（21.1℃）相比偏高1.5℃。月内，全国高温日数异常偏多，南方地区高温天气持续，极端性强，长江中上游沿线气象干旱露头发展；全国出现5次暴雨过程，北方暴雨过程频繁，落区重叠度高，致灾性强；共有6个热带气旋在西北太平洋活动，南海海域无热带气旋生成或经过，也无台风登陆我国；强对流天气多发、散发，局地受灾严重。

利用ERA5再分析数据和多源观测资料，分析2023年西北太平洋第5号台风杜苏芮登陆后台风残余旋涡（以下简称残涡）先减弱后增强过程，台风残涡的维持阶段出现在7月29日夜间至30日白天。研究发现，残涡维持阶段一直保持了暖心结构，并未发生变性过程；而残涡中心东北侧出现了明显的水汽辐合和湿位涡增加。“杜苏芮”残涡中心在北上过程中，北侧遭遇带状副热带高压阻挡移速减慢，对流层中高层副热带高压引导下的干冷气流进一步加剧了与中低层残涡和暖湿气团之间的温湿梯度，使得残涡北侧出现明显的等熵面倾斜，而倾斜涡度发展形成的动力抬升作用促发了残涡气旋性涡度的垂直发展。同时，残涡仍能从土壤湿度增加中获得一定的地表潜热释放加热。残涡东北侧出现的水汽径向流入和垂直上升运动释放的大量凝结潜热，也为残涡的维持和加强提供了必要条件。

登陆北上进入渤海的热带气旋多能引发辽东半岛强降水。利用《热带气旋年鉴》、云顶亮温和ERAInterim全球再分析资料，对北上过程中引发辽东半岛强降水的7个台风进行动态合成和诊断分析。结果表明：台风登陆北上过程中靠近中纬度高空槽，变性为半冷半暖结构，非对称结构明显；环境风垂直切变明显增大，台风垂直结构发生明显倾斜，其北侧中尺度对流活动发展旺盛，强降水主要分布在顺垂直切变方向的左侧。台风北上过程中与偏南风低空急流相连接，强度衰减缓慢，对流活动持续维持并有所加强。台风北上靠近槽前偏西风高空急流入口区，对流层高层辐散增强，有利于台风低压环流的维持及强降水的产生。槽后冷空气自台风西北侧对流层中高层倾斜下沉，向东南楔入低层，触发台风的东北侧、东南侧对流不稳定能量释放，深厚的上升运动发展。辽东半岛处于台风北侧强对流区，降水强度大、持续时间长。

利用非静力中尺度WRF模式对2020年第8号台风巴威北上登陆前后过程进行了数值模拟，结合观测数据对模拟结果进行了验证，并利用模拟输出的高分辨率资料，分析了“巴威”登陆前后的天气环流背景、环境场以及结构特征变化，研究其登陆后快速减弱衰亡的原因。结果表明：“巴威”受中纬度西风槽前西南气流引导，登陆前位于高空急流入口区右侧，高空辐散场有利于台风环流维持，而北上登陆后干冷空气侵入台风中心和强的环境风垂直切变是其丧失结构特征并迅速减弱的主要原因。登陆后，台风北侧高空急流减小和高空辐散减弱，在这种不利的高层环流条件下，一方面强的环境风垂直切变，特别是中高层环境风垂直切变加大了高层暖中心的暖空气频散，使得热量不能集中从而破坏高层暖心结构；另一方面下沉的冷空气从西北侧低层入侵到台风中心，破坏了台风垂直结构，暖心高度降低并向东北倾斜，台风逐渐失去其结构特征而迅速减弱衰亡。同时登陆后水汽供应不足也不利于台风的维持。

2023年第11号台风海葵在西偏北移动过程中，多次出现摆动，形成曲折的蛇形路径，其在登陆台湾岛前加强为超强台风级，进入台湾海峡后移动速度缓慢，再次登陆减弱后残涡维持时间长，降水持续时间长，累计雨量大。不同模式以及集合预报的不同成员对“海葵”登陆点和登陆强度的预报也存在较大的误差和不确定性，给预报订正带来极大挑战。使用ECMWF、NCEP及CMA确定性预报和集合预报资料分析了“海葵”的主要特点和预报过程中出现的主要难点：当模式对台风路径的预报在我国近海出现较大误差和分歧时，由于路径预报的不确定性也会影响极值强度预报，此时订正出现极大困难；台风穿越台湾岛进入台湾海峡后，受弱引导气流和地形影响，导致移速缓慢，其持续时间的定量估计存在偏差；台风登陆并减弱后，其残余环流维持时间、移动路径和降水影响的定量估计仍需更多研究。

如何提高强对流天气的客观分类和时空预报的准确性一直是天气预报中的难点。文章将机器学习分类算法融合中尺度模式，实现了雷暴大风和短时强降水的逐小时预报。具体算法为：首先利用XGBoost分类算法和10年以上历史数据建立强对流分类潜势预报模型；其次通过统计CMA-SH9模式要素的最佳空间邻域半径和概率密度分布特征，基于组合最优评分提取要素阈值，建立要素空间邻域“配料”模型；最后通过联合判别将机器学习分类方法和要素空间邻域“配料法”融合，建立雷暴大风和短时强降水的逐小时预报模型。检验表明：该融合方法显著优于数值模式预报结果和国家下发指导产品，2021—2022年短时强降水24小时逐小时预报的平均命中率为0.51，TS为0.15，相比模式的改进率分别为82%和36%；雷暴大风24小时逐小时预报的平均命中率达到0.37，TS为0.07，相比模式（反射率因子≥45 dBz）的改进率分别为68%和133%，显著提高了雷暴大风的预报准确性。

利用承德山区冰雹实况资料、承德CB型多普勒天气雷达探测资料、NCEP FNL再分析资料及NCEP-GFS模式预报资料，统计2000—2020年4—9月承德山区184个冰雹天气个例的相关环境参数分布特征及预报阈值；基于箱线图结果给定起步最优阈值条件，将2014—2020年4—9月有冰雹观测记录或组合反射率≥60 dBz的样本记为冰雹实况，依据邻近地点、临近时间原则将实况匹配到再分析数据网格上，构建正、负样本数据集，进行特征参数选取、区间分割及概率计算，利用贝叶斯方法建立3、6、9、12和24 h冰雹潜势预报模型。针对2021—2022年6—8月的天气过程进行试报和检验，结果表明：贝叶斯方法在冰雹天气的实际预报业务中具有一定的可行性，潜势预报模型识别冰雹的命中率均在90%以上，平均临界成功指数为40.3%。该方法优于概率预报和配料法，可以给出有无冰雹的确定性预报，客观性更强，对山区强对流天气预报有一定的借鉴作用，但由于再分析资料的时空尺度远大于冰雹等强对流天气，故存在一定的空报。

往返式平漂探空观测（以下简称平漂探空）可实现地面至平流层低层大气温度廓线垂直探测以及平流层低层内持续4 h水平温度分布探测。目前，平漂探空已在长江中下游、广东、内蒙古等多地开展观测试验，效果良好。利用2021年3—9月长江中下游平漂探空试验数据完成对卫星反演大气湿度廓线数据的检验，结果显示：由平漂探空下降段数据的检验结果可知，卫星湿度廓线的平均绝对误差约15%，均方根误差约20%。在午间、夜间，卫星反演的湿度廓线数据质量比清晨、傍晚的湿度廓线相对较好。卫星反演的湿度平均绝对误差和均方根误差随海拔升高而减小，随湿度增大而增大。在湿度50%以下，卫星反演的湿度偏大；在湿度50%以上，卫星反演的湿度偏小。

风场观测资料在天气研究和预报中有着举足轻重的作用。基于按方位角均匀假定反演关系进行二维风场反演的积分速度方位处理技术（IVAP）具有较好的兼容性并易于实现。文章选取2020年7—8月的大范围降水过程，采用IVAP法进行组网雷达风场反演，并以秒探空作为参考对反演风场进行质量评估和分析。结果表明：反演风场与探空风场之间具有较高的相关性，随高度升高，反演风向的质量和稳定性要优于反演风速；在降水区反演风场的质量最好，垂直廓线稳定性最好；晴空区反演风场误差最大，4 km以上波动性变大、反演质量显著降低。进一步分析2019年7月6日一次分散性降水过程的雷达反演结果，发现反演风场能够合理地再现出高层风场的涡旋结构、切变线等动力场特征。研究表明，在单雷达风场反演的基础上，可基于IVAP法建立组网雷达风场反演，该方法在实际业务中有较好的应用前景，可以更好地为天气预报服务以及风场资料同化提供依据。

利用2019—2021年2—4月北京地区国家级气象台站逐3 h观测资料，基于统计分析方法对欧洲中期天气预报中心全球数值模式（ECMWF）、中国气象局全球区域同化预报系统（CMA-GFS）以及智能网格预报国家级指导报（SCMOC）、国省融合预报（SMERGE）的温度预报开展了精细化检验评估。结果表明，ECMWF和CMA-GFS对北京春季的温度预报多出现负偏差，且山区和平原地区无明显差异，但在夜间更加突出。SCMOC和SMERGE对温度预报有较好订正能力，温度预报平均误差集中在-1~1℃，温度预报准确率较高且平均绝对误差也较小。四种产品对于24 h变温以及日内昼夜温差的预报存在问题为：所有产品对强变温的变化幅度预报不足，且智能网格预报产品也未体现明显的订正能力；此外，所有产品对昼夜温差幅度的预报存在1~3℃的正偏差，SCMOC有一定订正能力，而SMERGE高估昼夜温差的情况更突出。模式预报昼夜温差偏大与低温（05时温度）预报偏低密切相关，而智能网格预报的高温（14时）预报偏高也不容忽视。通过精细化检验分析，说明智能网格预报在关注整体准确率提升（平均绝对误差，减小）的同时，还应关注天气过程发展演变特征。

2024年8月大气环流主要特征是北半球极涡为偶极型分布，强度较常年同期偏强，欧亚大陆中高纬环流呈现“两槽两脊”型。西太平洋副热带高压较常年位置偏西偏北。8月，全国平均降水量为96.5 mm，较常年同期（107.1 mm）偏少9.9%；全国平均气温为22.6℃，与常年同期（21.1℃）相比偏高1.5℃。月内，全国高温日数异常偏多，南方地区高温天气持续，极端性强，长江中上游沿线气象干旱露头发展；全国出现5次暴雨过程，北方暴雨过程频繁，落区重叠度高，致灾性强；共有6个热带气旋在西北太平洋活动，南海海域无热带气旋生成或经过，也无台风登陆我国；强对流天气多发、散发，局地受灾严重。