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    2022年 第48卷 第11期
    刊出日期:2022
      
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  • 2022,48(11):-[摘要(14)][PDF(36)363.17 K][HTML()]

    DOI

  • 2022,48(11):-[摘要(7)][PDF(24)3.21 M][HTML()]

    DOI

  • 张智察,罗玲,陈列,李文娟,赵放,黄旋旋,钟琦,罗然
    2022,48(11):1361-1372[摘要(8)][PDF(46)8.23 M][HTML()]

    深度学习目前在临近预报的雷达外推应用中发展迅速,对其适用性的客观评估是业务应用的重要前提。利用粤港澳大湾区雷达回波开放数据集,基于回波图像形态、命中率、虚警率以及技巧评分,对比评估了卷积门控循环单元神经网络(ConvGRU)与基于半拉格朗日平流方案的快速稠密光流法(OF)在未来120 min雷达回波外推中的效果,结果表明ConvGRU与OF虽外推效果良好,但均不适用于外推回波的生成、加强以及局地分散性特征,且外推效果显著受到天气过程种类的影响。其中,ConvGRU可能更适用于外推分布范围适中且运动简单的回波的主体位置,但回波的强度不稳定且形态模糊,其无法表征回波的精细化运动规律与演化特征;OF更适用于外推50 dBz以上的强回波,且回波结构更优,但在回波缺测区与强度少变区内的外推易存在很大的分布偏差。深度学习的数据集样本数是决定模型效果的最重要原因之一,但样本数实际未能全面覆盖各类天气过程,总体仍偏少,预报业务需进一步扩增。
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  • 陈鹤,蔡荣辉,陈静静,傅承浩,周莉,陈龙
    2022,48(11):1373-1383[摘要(15)][PDF(51)3.67 M][HTML()]

    基于2017—2019年欧洲中期天气预报中心的全球预报系统(ECMWF-IFS),结合对应时间段站点观测实况,采用深度学习方法建立了多层全连接神经网络模型(简称DL模型),对未来84 h的地面气温进行订正预报。使用湖南省2020年全年的预报结果进行对比检验评估,得到以下结论:从空间分布来看,DL模型平均均方根误差(RMSE)在大部分地区为1.5~2.0℃(全省平均RMSE为1.78℃),其对ECMWF-IFS模式的订正效果明显,尤其是在高海拔地区,改善率随着预报站点海拔的增加而上升;数值预报的RMSE有明显的日变化特征,每日午后误差最大,DL模型的改善幅度也最大,日出前时效误差最小,改善率在不同海拔高度有不同的日变化特征;DL模型每个月相对ECMWF-IFS的平均RMSE都有明显的订正效果,其中10月、11月RMSE改善率最高,12月最低;从2020年年底一次寒潮过程的日最高、最低及逐3 h气温检验效果来看,DL模型对ECMWF-IFS的系统误差有明显的订正效果,在单站的曲线上,也能看出DL模型更接近观测实况。评估结果表明:模型可以显著地减小ECMWF-IFS的预报误差,其输出结果基本满足日常预报业务的需求。
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  • 李青春,程丛兰,全继萍,陈敏,窦有俊,仲跻芹
    2022,48(11):1384-1401[摘要(8)][PDF(96)18.57 M][HTML()]

    为了揭示北京地区夏季暴雨形成过程中的低空急流成因、结构特征及其作用,利用风廓线雷达测风数据、NCEP/GFS再分析资料(0.5°×0.5°)、国家级地面气象观测站和区域自动气象站小时降水量观测数据,对两次不同天气系统类型和强度等级的暴雨过程开展对比分析,得到结论如下:2018年7月16日(简称“7·16”)北京特大暴雨是在副热带高压边缘低空西南急流的影响下形成的,低涡低槽东移发展、低空急流不断加强,加之地形辐合线的影响,为大暴雨的发生提供了极为有利的低空水汽输送、辐合和抬升条件。2019年7月22日(简称“7·22”)北京暴雨是在高空槽前低空急流的影响下形成的,低空急流是由高空急流东移、下传所产生,低空水汽输送和辐合作用相对较小。在两次暴雨过程中的强降水发生前3 h,均出现低空急流强度增大、低空急流最低高度下降、低空急流指数激增、1500 m以下出现明显的垂直风切变并且逐渐增大等特征。在“7·16”暴雨过程中,边界层急流遇到山脉地形触发了对流新生,低空急流、地形辐合线共同作用使对流系统不断发展和组织化,是沿山地区极端强降水形成的关键原因。低空急流特征量(低空最大风速、急流最低高度和低空急流指数)和1500 m以下的垂直风切变大小对强降水的发生具有重要的指示意义。
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  • 刘彬,邹灵宇,李晓鹏,王将,杨芳园,段燕楠
    2022,48(11):1402-1417[摘要(7)][PDF(40)6.14 M][HTML()]

    利用2011—2020年云南地面观测、闪电定位、重要天气报等资料,对云南雷暴大风时空分布特征进行统计分析,结果表明:雷暴大风主要集中出现在2—8月,呈现双峰型分布,4月最多,春季多于夏季,日峰值出现在16—17时,多数雷暴大风持续时间为1~4 h。高发区主要分布在玉龙雪山和苍山以东,以及哀牢山、无量山附近等区域。根据不同类型大尺度环流背景将区域性雷暴大风的天气型分为三种:南支槽型、低压槽型和准正压型,其中南支槽型雷暴大风最多。采用NCEP再分析资料计算表征大气热力、动力及水汽条件等特征的物理参数,分析了3—8月和各天气型背景下环境条件特征,并给出物理量参考阈值。结果表明:春季以动力作用为主,夏季以热力作用为主,南支槽型动力条件较好,准正压型水汽条件较好。雷暴大风发生前绝大多数物理量6 h变量均有不同程度的增大趋势,表明均向有利于雷暴大风发生的方向发展,这种演变趋势可为临近预报和预警提供有用信息。
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  • 陈鲍发,马中元,王立志,黄龙飞,李燕玲,盛梦婷,张晓芳
    2022,48(11):1418-1427[摘要(9)][PDF(30)4.14 M][HTML()]

    为了研究江西昌江流域特大暴雨过程中短时强降水的回波特征,使用天气、雷达回波和昌江流域气象水文雨量等资料,对2000—2020年昌江流域10次特大暴雨过程,采用天气学、统计学、雷达气象学和图像处理学等方法进行研究。结果表明:特大暴雨过程的主要取决于对流活动造成的短时强降水,包括短时强降水雨强和强降水范围。当3 h累计雨量≥100 mm 时即可提前发布特大暴雨红色预警,监测单站累计时长达3 h的短时强降水可更早发布预警,提升特大暴雨预报服务效果。超低空急流、中低层低涡、高空低槽、低层辐合、高层辐散在景德镇市特大暴雨过程中发挥了重要作用。强降水由大范围混合性降水中的强回波单体、强回波短带或其他回波导致,回波强度达45~55 dBz。风暴跟踪信息(STI)产品不仅能反映强回波的移动信息,还可以分析出回波的辐合,对于短时临近预报有很好的参考价值。在覆盖江西宽广东西走向的回波带上,存有多条南北走向的短带回波,由西向东移动,形成“列车效应”,风廓线雷达产品垂直速度W可大致反映回波移动情况。造成特大暴雨的组合反射率(CR)强度多为45~50 dBz,回波顶高(ET)平均为12~13 km,垂直液态水含量(VIL)在5~10 kg·m-2,45 dBz 的强回波伸展高度平均为6 km。CR强度在45 dBz以上时:强回波面积达到3等级时出现短时强降水的可能性很大,强回波面积在2等级时雨强大多在 20~30 mm·h-1 ;强回波面积在1等级时雨强基本在20 mm·h-1以下。研究结果为了解和监测预警昌江流域特大暴雨的短时强降水回波特征及预报提供了参考依据。
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  • 施丽娟,冯婉悦,雷勇,王智敏,郑清
    2022,48(11):1428-1438[摘要(6)][PDF(36)5.04 M][HTML()]

    以中国2423个地面气象站点的降水传感器观测数据为基准,采用定量统计指标(相关系数R、均方根误差RMSE、平均绝对误差MAE、相对误差RE)以及分类统计指标(探测率POD、误报率FAR、虚报漏报率Bias、风险评分ETS),从不同空间尺度、不同时间尺度和不同降水强度三个维度,分析了GPM降水产品的观测准确性,以探究GPM卫星降水产品在中国大陆的适用性。结果表明:从不同空间尺度特征看,GPM降水在全国范围均呈现较高的观测准确性,72%的站点R值超过0.7,在华东地区最好,西北区相对较差;全国大部分区域都为正的相对误差,各区RE集中分布在0~20%。不同高程带内的准确性显示,GPM产品对降水的高估情况在低海拔(<2000 m)、高海拔(>4000 m)地区较为明显,在中海拔地区(2000~4000 m)GPM降水数据适用性相对较好。从不同时间尺度特征看,GPM降水产品与降水传感器实测降水年总量分布上较为一致,两者的R为0.75,但在量值上存在一定程度的偏差,RMSE为6.15 mm·d-1。从逐月结果看,GPM降水产品与地面降水传感器的一致性在1—10月表现较好,R均在0.7以上,11、12月略低,夏季误差值比冬季大。从不同降水强度特征看,POD随着降水强度的增加而降低,GPM降水产品对“中雨”强度降水事件的整体探测能力较优,而在“小雨”和“暴雨”的探测能力稍弱。
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  • 那莹,王冀,张英娟,张培群,陆日宇
    2022,48(11):1439-1448[摘要(7)][PDF(56)12.15 M][HTML()]

    由于西太平洋副热带高压(简称副高)东西部分的经向位置对我国气候有着不同影响,定义了西段、东段副高位置指数:分别为10°~60°N、110°~130°E和10°~60°N、130°~150°E范围内子午线上500 hPa位势高度最大值所在的平均纬度,并将两者平均值定义为副高中心位置指数。这些指数与我国东部夏季降水的相关性较业务副高脊线指数有所提高,尤其是西段副高位置指数与华北平原夏季降水的正相关关系,同时副高位置指数基本维持了业务副高脊线指数与长江流域降水的负相关关系和与华南降水的正相关关系。西段副高位置指数偏北时,对应西北太平洋上500 hPa出现反气旋环流,反气旋中心位于38°N、130°E附近;而东段副高位置指数偏北对应的反气旋中心位置偏东偏北,位于40°N、145°E附近。此外,西段、东段副高位置指数偏南、偏北的不同配置对应我国雨带分布的四种类型。分段副高位置指数与我国夏季降水年际变化较好的相关性将为降水季节预测和季节内雨带移动的研究提供更多的指示意义。
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  • 王俊,丛春华,王洪,张秋晨
    2022,48(11):1449-1459[摘要(7)][PDF(32)4.36 M][HTML()]

    利用河南商丘、山东肥城和寿光、辽宁旅顺和长海5个观测点的Parsivel型降水天气现象仪观测资料,分析了2018年登陆台风温比亚深入内陆后的雨滴谱演变特征,主要结果为:商丘、肥城和寿光不同雨强的平均雨滴谱类似,小雨滴浓度较高、大雨滴浓度偏低,部分平均谱具有平衡雨滴谱特征;旅顺和长海的平均雨滴谱则相反,小雨滴浓度较低、大雨滴浓度偏高,平均雨滴谱具有冰相控制雨滴谱特征。商丘、肥城和寿光的雷达反射率-雨强(Z-R)关系类似,旅顺和长海的Z-R关系类似,这两者的指数有较大差异,表明降水的微物理特征有明显不同。雨滴谱参数分布显示,商丘、肥城和寿光对流降水具有海洋性对流降水雨滴谱特征,云中微物理过程主要是碰并增长为主的暖雨过程,以及暖雨-冰相混合过程;旅顺和长海的对流降水具有大陆性对流降水雨滴谱特征,云中微物理过程主要以暖雨-冰相混合和冰相两类为主。表明“温比亚”在河南、山东虽然不断受冷空气的影响,云中微物理特征没有明显变化,但减弱成温带气旋后在辽宁沿海的云中微物理过程发生了显著改变。
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  • 张祖莲,毛炜峄,张山清,王命全,唐冶,艾代吐力·木沙江,吐尔公·玉素甫
    2022,48(11):1460-1474[摘要(6)][PDF(52)21.35 M][HTML()]

    选用中国气象局下发的0.05°×0.05°的气温格点预报指导产品和陆面数据同化系统(CLDAS)逐时气温实况数据资料,设计了三种基于平均滤波的温度智能网格预报订正算法,对2019年4—5月北疆平原地区逐日20时起报的未来240 h的逐3 h气温预报产品进行订正,并对比分析检验三种订正后产品和下发的指导预报共四种产品的预报效果。结果表明:经过三种滤波订正后,气温和霜冻预报准确率及稳定性明显提高。在分时效检验结果中,三种订正产品较原指导预报产品的气温均方根误差分别减小了0.79、0.85、0.88℃,气温预报准确率分别提高了6.11%、6.38%、6.46%,霜冻预报准确率分别提高了3.00%、5.81%、7.31%,霜冻逐24 h持续时间预报均方根误差降低了4.21、4.41、4.35 h。在分区域检验结果中,三种订正产品较原指导预报产品的气温均方根误差分别降低了0.66、0.71、0.90℃,气温预报准确率分别提高了5.7%、6.1%、6.1%,霜冻预报准确率在准噶尔盆地东南部海拔高度600~1200 m区域提高明显,分别提高了2.5%、4.8%、5.4%,其他霜冻区域提高不明显。霜冻逐24 h持续时间预报均方根误差平均降低了0.81、0.63、0.56 h。相较而言,最优集成算法的订正预报效果最好。
    DOI

  • 高安春,申高航
    2022,48(11):1475-1486[摘要(9)][PDF(55)29.18 M][HTML()]

    受西风槽、副热带高压和台风利奇马外围风场的共同影响,2019年8月9日20时至10日08时(北京时),位于鲁西平原的山东省高唐县出现了局地大暴雨。以FY-4A卫星云图和ECMWF数值预报产品为参考,综合利用双偏振多普勒雷达、ADTD雷电定位数据、分钟降水量、雨滴谱等资料,参考北京3 km区域模式产品,分析了高唐局地大暴雨过程的中小尺度天气系统活动及降水的微物理特征,主要结论如下:局地大暴雨前,西风槽云带出现明显的断裂,断裂处底层有冷空气扩散到槽前,并与槽前暖湿气流形成了一条α中尺度的低空切变线。局地大暴雨前期,低空切变线触发的强对流下沉气流出流与底层扩散的冷空气叠加,出流边界回波带很快远离母体,使其后切变线触发的对流置于底层冷空气垫上,回波很快减弱。出流边界触发的对流降水及暖湿气流向西北推进形成的准线形对流降水,虽然降水强度大,但持续时间短,累计降水量较小,且由于底层性质的不同,其降水的雨滴谱分布存在明显差异。低空切变线长时间维持,使暖湿空气不断积聚,在切变线暖区一侧形成了假相当位温θse大值区;强降水开始时,切变线上垂直上升运动明显增强,925 hPa最大上升速度大于1.5 Pa·s-1,形成两个β中尺度的气旋性辐合中心;辐合中心在500 hPa槽前正涡度平流的作用下进一步加强,触发了环境不稳定能量的释放和深厚湿对流的产生;对流云团在高空槽前西南气流的引导下,沿切变线向东北方向逐次移过高唐,产生“列车效应”,导致高唐附近的较强降水。西风槽和切变线回波结合到一起后,在高唐上空6~10 km持续维持较丰富的过冷却水,促进了冰晶的繁生和降水质点的增长,在对应时间段内雨滴数(特别是大雨滴数)明显增多,降水强度变大,强降水峰变宽,地面累计雨量明显变大。鲁西局地大暴雨过程中,地面雨滴尺度谱存在明显的双峰结构,雨滴直径为1.2 mm 处峰的位置比较稳定,另一个峰位于0.3~0.5 mm的小雨滴端;统计分析表明,大雨滴数序列与分钟降水量序时间同步,相关系数达到0.9867;小雨滴数时间序列滞后分钟降水量时间序列2 min。
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  • 王皘,董林
    2022,48(11):1487-1496[摘要(8)][PDF(103)5.01 M][HTML()]

    2022年8月大气环流的主要特征是北半球极涡呈偶极型分布且较常年同期强度偏强,欧亚地区中高纬环流呈纬向型,里海北部高压脊异常偏强。西太平洋副热带高压较常年异常偏西偏强。8月,全国平均气温为22.4℃,较常年同期(21.1℃)偏高1.3℃;全国平均降水量为82.4 mm,比常年同期(107.1 mm)偏少23.1%。月内,高温日数异常偏多,区域高温过程持续影响我国,长江流域等地气象干旱持续发展,我国出现8次暴雨过程。8月共有5个热带气旋在南海和西北太平洋活动,其中2207号台风木兰和2209号台风马鞍登陆我国,生成和登陆个数较常年偏少。强对流天气多发,局地受灾重。
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