梅雨锋暴雨是我国长江流域及东亚区域所特有的强降水天气现象，开展梅雨锋暴雨野外科学试验，深入研究梅雨锋暴雨热动力过程、水汽输送、微物理结构及其演变机理，具有重要的科学价值。夏季长江流域降水过程超过40%以上的水汽来自南亚的印度洋—孟加拉湾，且存在一支来自青藏高原的水汽通道，60%以上降水又与高原及高原东侧系统有密切联系，因此，对南亚水汽向长江流域输送通道观测及高原东移云团垂直结构演变观测的研究十分重要。为此，中国气象局武汉暴雨研究所对南亚及青藏高原南坡水汽向长江流域输送、高原东移云团影响梅雨锋暴雨、梅雨锋锋面结构、云微物理过程以及梅雨锋系统上下游效应机理进行深入研究，建立了从水汽源头、高原系统源地至长江中下游的暴雨野外科学试验体系，开展了梅雨锋锋面和暴雨中尺度系统观测、典型山地暴雨观测、高原东移云团垂直结构观测、雅鲁藏布大峡谷水汽通道特征和演变观测、极端暴雨系统的跟踪观测等一系列暴雨野外科学试验，研究结果可为今后组织同类试验提供有益的借鉴。

为研究珠穆朗玛地区对流云降水特征，基于第二次青藏高原综合科学考察研究项目，采用多源遥感探测设备首次在珠穆朗玛峰北坡开展为期近6年的对流云降水综合观测。采用数据质量控制、反演和统计等方法开展对比分析，研究结果表明珠穆朗玛地区相较于其他地区具有独特的对流云降水结构特征：宏观特征方面，降水发生频次高但持续时间短，多为孤立对流单体且降水云水平尺度和垂直延展厚度远小于其他地区，边界层的雨强较弱；微观特征方面，在不同大气垂直温度廓线分布条件下，降水在边界层出现霰和液态雨滴两种相态，雨滴谱较窄，降水粒子数浓度较高，降水粒子等效直径较小。此次科学考察填补了珠穆朗玛地区对流云降水特征精细化观测空白。

2023年7月12日夜间，山东费县附近受强降水超级单体影响，出现罕见的特大暴雨事件，综合利用多源观测资料和ERA5再分析资料，深入探讨了此次极端降水的环流背景、高低空急流耦合机制、中小尺度天气系统活动特征及降水的微物理特征。结果表明，此次降水过程受多尺度系统协同作用，有利的环流形势、环境风场、水汽传输为短时强降水产生提供大尺度背景条件。迅速发展的西南边界层急流（SW-BLJ）与天气尺度西南低空急流（SW-LLJ）在山东南部地区耦合，增强了对流层中低层的上升运动；同时，对流层中低层的辐合与南亚高压东北侧的高空辐散区配合进一步增强了深层上升运动。受双低空急流的共同影响，山东南部地区中尺度对流系统强烈发展，促进了极端强降水的发生。极端强降水与暖云层厚度、最大液态水混合比含量大值中心呈显著正相关。此次极端强降水兼具热带海洋性与大陆对流性混合型降水特征，降水初期，雨滴数浓度急剧增加且雨滴直径显著增大。降水强盛时段，降水粒子直径Dm＜2 mm的占比接近85.00%，但大雨滴数量随雨强的增大而增多。从对降水的贡献率来看，尽管2～3 mm的中粒子仅占11.77%，但对降水贡献率最大，达32.74%，其次是1～2 mm 的小粒子，Dm＜1 mm的粒子数量虽然多，占43.35%，但是对降水的贡献率不足4.00%。强降水超级单体影响阶段呈现升尺度特征，3~4 mm粒子占比虽不足6.00%，但对降水贡献率最大，达30.04%，Dm＞6 mm的特大粒子对降水贡献率达8.81%。

利用2021—2023年暖季（5—9月）华北区域雷达组合反射率因子拼图产品、地面观测和单站雷达资料以及ERA5再分析资料，对晋北地区飑线下山变化特征进行统计分析，最终筛选出29条飑线。根据飑线移来方向分为四种类型：偏西移来型、西北移来型、偏北移来型、盆地新生型；根据飑线下山强度变化分为三种类型：下山增强型、下山减弱型和下山维持型，其中下山减弱型最多(占比67%)。同时发现,偏西移来型均是下山减弱型，偏北移来型均是下山增强型，而西北移来型包含下山增强型、减弱型和维持型。通过对西北移来型中的下山增强型和减弱型飑线下山移动前方的环境背景对比发现，下山增强型相比下山减弱型在动力条件上稍强，而在水汽条件、对流有效位能和垂直风切变条件上相当或略差。因此根据飑线移动前方的环境条件很难准确判断飑线下山增强还是减弱。在短时临近预报中可以根据雷达资料提前判断飑线下山增强还是减弱。下山增强型飑线回波强度较强，移速在17 m·s-1左右，反射率因子梯度大值区出现在飑线前部，飑线整体形态呈弓形，伴随有阵风锋，径向速度剖面图可显示出明显的前侧入流沿着后侧入流倾斜上升的组织结构。下山减弱型飑线回波强度较弱或中等，移速在10 m·s-1以下，反射率因子梯度大值区出现在飑线后部，飑线整体形态较平直，没有伴随阵风锋，径向速度剖面图未能显示明显的前侧入流沿着后侧入流倾斜上升的组织结构。

传统相似预报方法存在一些不足：单一层次的相似缺乏三维空间信息，预报效果较差；单一相似判据性能不稳定；天气系统“形”和“值”之间相互干扰较多。为克服上述问题并探究深度学习模型在天气形势识别与预报中的可行性，首先利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第五代全球大气再分析资料（ERA5），基于卷积神经网络和Transformer模块构建了一种包含自注意力机制的深度学习自编码器模型，并对该模型进行训练和优化，检验结果表明，该模型能有效准确地提取天气形势的三维空间信息，然后利用特征向量，结合偏重“形”的皮尔逊相关、侧重“值”的欧氏距离和综合考虑了“形和值”的切比雪夫相似判据，设计出一种新的相似天气形势预报方法：Synoptic Similarity Net，最后对其实际业务效果进行了详细的检验评估，结果表明：该方法平均的结构相似指数（SSIM）最高，同时均方误差（MSE）最低，且相较于传统方法SSIM提升、MSE降低的幅度明显；不同季节的灾害性天气个例分析结果显示，该方法所找到的历史最佳相似个例在绝大多数情况下，不仅数值上更加接近原始场，而且空间分布也最为吻合，展现出良好的应用前景。

利用2018—2022年四川盆地3月1日至9月30日雷暴大风历史个例，结合雷达三维拼图数据和地面极大风观测，构建了雷暴大风样本集，并建立了格点大风预警模型。对2023年雷暴大风过程进行独立检验，评估4种模型的预警效果。结果表明， LightGBM模型具有最高的命中率(POD)，在15 min预警时效、10 km评分半径下达0.536，但其空报率(FAR)也最高；随机森林模型则展现出最佳的综合性能，其临界成功指数(CSI)在30 min时效、10 km评分半径下最高为0.306。CSI和POD均随预警时效延长或评分半径减小而显著下降，时效从30 min延长至45 min时CSI降幅尤为显著。天气背景显著影响预警效果，明显冷空气影响下，回波强度、回波顶高、45 dBz回波顶高等更易出现高值，有利于对流强烈发展，但对流前缘新生雷暴易导致漏报增加；无强冷空气时，雷暴大风主要出现在对流主体前沿，POD较高。垂直积分液态水含量的时间变化量对模型决策贡献度最高，其次是垂直积分液态水含量密度、回波顶高及最大反射率因子，凸显深对流过程是雷暴大风的核心机制，无冷空气时，下沉气流对雷暴大风的预警起主导作用。关键特征值样本及高SHAP值分析揭示，对流回波的时间变化量是预警的关键，回波追踪风场大值样本多对应正SHAP值，表明回波移速加快时对流性大风发生概率增大。

以2022年4月至2024年6月福州、厦门、龙岩双偏振雷达粒子分类产品、地闪定位数据为基础，遴选了有、无地闪发生的54个对流体样本，对样本发展过程中的霰粒子层厚度时序变化规律进行了研究。结果表明，有地闪发生的对流体在首次地闪初生时霰粒子层厚度至少达到2.26 km，无地闪发生的对流体在生命周期内霰粒子层厚度有95%样本小于2.2 km，在综合考虑地闪初生预报提前时间和准确率的条件下，提出采用霰粒子层厚度大于2 km作为福建省对流体地闪初生的预报指标，对其预报潜力进行了评价，计算得到样本TS评分为0.864，平均预报提前时间为28.13 min。以2022年6月14日福建省南部的4个对流体为例对上述预报指标进行了实例应用与分析，结果显示，该预报指标对4个对流体未来是否发生地闪均做出正确预报，地闪初生的预报提前时间为6 min。

低空飞行活动极易受到复杂风场影响，故低空风精细化监测预警技术被民航气象部门高度关注。利用激光测风雷达、机场自动观测设备及再分析资料对广汉机场2021年12月26日一次锋面大风过程进行分析。结果表明，激光测风雷达能够清晰反映出冷空气影响机场时，地面大风在低空急流减弱后约4~6 h出现，动量下传与垂直运动变化具有明显的不均匀性。下沉运动有利于低空急流动量下传导致地面风速增大，上升运动阻碍动量下传导致地面大风间歇。激光测风雷达12°仰角PPI扫描可以提前1.0~1.5 h对机场下滑道及地面可能出现的大风进行预警。锋后残余冷空气的入侵造成了机场二次起风，预报大风时需加以关注。激光测风雷达能显著提升低空风场演变过程的监测精细度，本研究可为保障低空飞行安全和效率提供参考。

2025年，全球地表平均温度较工业化前水平偏高1.40℃，较常年值（1991—2020年平均）偏高0.52℃，位列有气象记录以来最暖年份前三位。全球海洋热含量再创新高，3月北极海冰范围的年度最大值创有卫星观测以来的历史新低。在此背景下，全球多地频发极端天气气候事件，致灾严重。暴雨洪涝灾害重创苏丹、尼日利亚、印度尼西亚、斯里兰卡及菲律宾等地，引发特大洪水与泥石流；高温热浪席卷北美、东亚及南欧多地，并诱发严重森林火灾；热带气旋袭击菲律宾、越南及加勒比海地区；北美与东亚遭遇剧烈冬季风暴；美国发生多起致灾严重的龙卷事件。

利用台站观测数据和再分析资料对我国2025年气候特征进行了总结，结果表明：2025年我国气候暖湿特征明显。全国平均气温为10.9℃，较常年偏高1.0℃，与2024年并列为1951年以来历史最高。全国平均降水量为668.0 mm，较常年偏多4.5%。2025年主要天气气候事件有：夏季华北、东北地区及内蒙古等地出现特强暴雨过程；中东部地区出现1961年以来第四强高温过程；秋季台风频繁影响华南地区；气象干旱区域性和阶段性特征明显；寒潮过程偏多；大风日数多，强对流天气局地致灾严重；春季沙尘过程偏多。

2025年12月大气环流的主要特征为北半球极涡呈偶极型分布，极涡强度偏强，中高纬度环流呈四波型，欧亚大陆整体为“西高东低”环流形势。全国平均降水量为8.6 mm，较常年同期偏少28%，降水量距平百分率呈现“北偏多南偏少”的空间分布。全国平均气温为-1.2℃，较常年同期偏高1.8℃，为1961年以来第二高。月内冷空气活动虽频繁，但整体表现为“多股、分阶段、强度偏弱”的特征；全国共出现4次冷空气过程，中旬全国型寒潮过程造成冬季首场大范围较强雨雪天气及沙尘过程；中下旬在冷空气间歇期出现2次雾-霾过程。

梅雨锋暴雨是我国长江流域及东亚区域所特有的强降水天气现象，开展梅雨锋暴雨野外科学试验，深入研究梅雨锋暴雨热动力过程、水汽输送、微物理结构及其演变机理，具有重要的科学价值。夏季长江流域降水过程超过40%以上的水汽来自南亚的印度洋—孟加拉湾，且存在一支来自青藏高原的水汽通道，60%以上降水又与高原及高原东侧系统有密切联系，因此，对南亚水汽向长江流域输送通道观测及高原东移云团垂直结构演变观测的研究十分重要。为此，中国气象局武汉暴雨研究所对南亚及青藏高原南坡水汽向长江流域输送、高原东移云团影响梅雨锋暴雨、梅雨锋锋面结构、云微物理过程以及梅雨锋系统上下游效应机理进行深入研究，建立了从水汽源头、高原系统源地至长江中下游的暴雨野外科学试验体系，开展了梅雨锋锋面和暴雨中尺度系统观测、典型山地暴雨观测、高原东移云团垂直结构观测、雅鲁藏布大峡谷水汽通道特征和演变观测、极端暴雨系统的跟踪观测等一系列暴雨野外科学试验，研究结果可为今后组织同类试验提供有益的借鉴。

为研究珠穆朗玛地区对流云降水特征，基于第二次青藏高原综合科学考察研究项目，采用多源遥感探测设备首次在珠穆朗玛峰北坡开展为期近6年的对流云降水综合观测。采用数据质量控制、反演和统计等方法开展对比分析，研究结果表明珠穆朗玛地区相较于其他地区具有独特的对流云降水结构特征：宏观特征方面，降水发生频次高但持续时间短，多为孤立对流单体且降水云水平尺度和垂直延展厚度远小于其他地区，边界层的雨强较弱；微观特征方面，在不同大气垂直温度廓线分布条件下，降水在边界层出现霰和液态雨滴两种相态，雨滴谱较窄，降水粒子数浓度较高，降水粒子等效直径较小。此次科学考察填补了珠穆朗玛地区对流云降水特征精细化观测空白。

2023年7月12日夜间，山东费县附近受强降水超级单体影响，出现罕见的特大暴雨事件，综合利用多源观测资料和ERA5再分析资料，深入探讨了此次极端降水的环流背景、高低空急流耦合机制、中小尺度天气系统活动特征及降水的微物理特征。结果表明，此次降水过程受多尺度系统协同作用，有利的环流形势、环境风场、水汽传输为短时强降水产生提供大尺度背景条件。迅速发展的西南边界层急流（SW-BLJ）与天气尺度西南低空急流（SW-LLJ）在山东南部地区耦合，增强了对流层中低层的上升运动；同时，对流层中低层的辐合与南亚高压东北侧的高空辐散区配合进一步增强了深层上升运动。受双低空急流的共同影响，山东南部地区中尺度对流系统强烈发展，促进了极端强降水的发生。极端强降水与暖云层厚度、最大液态水混合比含量大值中心呈显著正相关。此次极端强降水兼具热带海洋性与大陆对流性混合型降水特征，降水初期，雨滴数浓度急剧增加且雨滴直径显著增大。降水强盛时段，降水粒子直径Dm＜2 mm的占比接近85.00%，但大雨滴数量随雨强的增大而增多。从对降水的贡献率来看，尽管2～3 mm的中粒子仅占11.77%，但对降水贡献率最大，达32.74%，其次是1～2 mm 的小粒子，Dm＜1 mm的粒子数量虽然多，占43.35%，但是对降水的贡献率不足4.00%。强降水超级单体影响阶段呈现升尺度特征，3~4 mm粒子占比虽不足6.00%，但对降水贡献率最大，达30.04%，Dm＞6 mm的特大粒子对降水贡献率达8.81%。

利用2021—2023年暖季（5—9月）华北区域雷达组合反射率因子拼图产品、地面观测和单站雷达资料以及ERA5再分析资料，对晋北地区飑线下山变化特征进行统计分析，最终筛选出29条飑线。根据飑线移来方向分为四种类型：偏西移来型、西北移来型、偏北移来型、盆地新生型；根据飑线下山强度变化分为三种类型：下山增强型、下山减弱型和下山维持型，其中下山减弱型最多(占比67%)。同时发现,偏西移来型均是下山减弱型，偏北移来型均是下山增强型，而西北移来型包含下山增强型、减弱型和维持型。通过对西北移来型中的下山增强型和减弱型飑线下山移动前方的环境背景对比发现，下山增强型相比下山减弱型在动力条件上稍强，而在水汽条件、对流有效位能和垂直风切变条件上相当或略差。因此根据飑线移动前方的环境条件很难准确判断飑线下山增强还是减弱。在短时临近预报中可以根据雷达资料提前判断飑线下山增强还是减弱。下山增强型飑线回波强度较强，移速在17 m·s-1左右，反射率因子梯度大值区出现在飑线前部，飑线整体形态呈弓形，伴随有阵风锋，径向速度剖面图可显示出明显的前侧入流沿着后侧入流倾斜上升的组织结构。下山减弱型飑线回波强度较弱或中等，移速在10 m·s-1以下，反射率因子梯度大值区出现在飑线后部，飑线整体形态较平直，没有伴随阵风锋，径向速度剖面图未能显示明显的前侧入流沿着后侧入流倾斜上升的组织结构。

传统相似预报方法存在一些不足：单一层次的相似缺乏三维空间信息，预报效果较差；单一相似判据性能不稳定；天气系统“形”和“值”之间相互干扰较多。为克服上述问题并探究深度学习模型在天气形势识别与预报中的可行性，首先利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第五代全球大气再分析资料（ERA5），基于卷积神经网络和Transformer模块构建了一种包含自注意力机制的深度学习自编码器模型，并对该模型进行训练和优化，检验结果表明，该模型能有效准确地提取天气形势的三维空间信息，然后利用特征向量，结合偏重“形”的皮尔逊相关、侧重“值”的欧氏距离和综合考虑了“形和值”的切比雪夫相似判据，设计出一种新的相似天气形势预报方法：Synoptic Similarity Net，最后对其实际业务效果进行了详细的检验评估，结果表明：该方法平均的结构相似指数（SSIM）最高，同时均方误差（MSE）最低，且相较于传统方法SSIM提升、MSE降低的幅度明显；不同季节的灾害性天气个例分析结果显示，该方法所找到的历史最佳相似个例在绝大多数情况下，不仅数值上更加接近原始场，而且空间分布也最为吻合，展现出良好的应用前景。

利用2018—2022年四川盆地3月1日至9月30日雷暴大风历史个例，结合雷达三维拼图数据和地面极大风观测，构建了雷暴大风样本集，并建立了格点大风预警模型。对2023年雷暴大风过程进行独立检验，评估4种模型的预警效果。结果表明， LightGBM模型具有最高的命中率(POD)，在15 min预警时效、10 km评分半径下达0.536，但其空报率(FAR)也最高；随机森林模型则展现出最佳的综合性能，其临界成功指数(CSI)在30 min时效、10 km评分半径下最高为0.306。CSI和POD均随预警时效延长或评分半径减小而显著下降，时效从30 min延长至45 min时CSI降幅尤为显著。天气背景显著影响预警效果，明显冷空气影响下，回波强度、回波顶高、45 dBz回波顶高等更易出现高值，有利于对流强烈发展，但对流前缘新生雷暴易导致漏报增加；无强冷空气时，雷暴大风主要出现在对流主体前沿，POD较高。垂直积分液态水含量的时间变化量对模型决策贡献度最高，其次是垂直积分液态水含量密度、回波顶高及最大反射率因子，凸显深对流过程是雷暴大风的核心机制，无冷空气时，下沉气流对雷暴大风的预警起主导作用。关键特征值样本及高SHAP值分析揭示，对流回波的时间变化量是预警的关键，回波追踪风场大值样本多对应正SHAP值，表明回波移速加快时对流性大风发生概率增大。

以2022年4月至2024年6月福州、厦门、龙岩双偏振雷达粒子分类产品、地闪定位数据为基础，遴选了有、无地闪发生的54个对流体样本，对样本发展过程中的霰粒子层厚度时序变化规律进行了研究。结果表明，有地闪发生的对流体在首次地闪初生时霰粒子层厚度至少达到2.26 km，无地闪发生的对流体在生命周期内霰粒子层厚度有95%样本小于2.2 km，在综合考虑地闪初生预报提前时间和准确率的条件下，提出采用霰粒子层厚度大于2 km作为福建省对流体地闪初生的预报指标，对其预报潜力进行了评价，计算得到样本TS评分为0.864，平均预报提前时间为28.13 min。以2022年6月14日福建省南部的4个对流体为例对上述预报指标进行了实例应用与分析，结果显示，该预报指标对4个对流体未来是否发生地闪均做出正确预报，地闪初生的预报提前时间为6 min。

低空飞行活动极易受到复杂风场影响，故低空风精细化监测预警技术被民航气象部门高度关注。利用激光测风雷达、机场自动观测设备及再分析资料对广汉机场2021年12月26日一次锋面大风过程进行分析。结果表明，激光测风雷达能够清晰反映出冷空气影响机场时，地面大风在低空急流减弱后约4~6 h出现，动量下传与垂直运动变化具有明显的不均匀性。下沉运动有利于低空急流动量下传导致地面风速增大，上升运动阻碍动量下传导致地面大风间歇。激光测风雷达12°仰角PPI扫描可以提前1.0~1.5 h对机场下滑道及地面可能出现的大风进行预警。锋后残余冷空气的入侵造成了机场二次起风，预报大风时需加以关注。激光测风雷达能显著提升低空风场演变过程的监测精细度，本研究可为保障低空飞行安全和效率提供参考。

2025年，全球地表平均温度较工业化前水平偏高1.40℃，较常年值（1991—2020年平均）偏高0.52℃，位列有气象记录以来最暖年份前三位。全球海洋热含量再创新高，3月北极海冰范围的年度最大值创有卫星观测以来的历史新低。在此背景下，全球多地频发极端天气气候事件，致灾严重。暴雨洪涝灾害重创苏丹、尼日利亚、印度尼西亚、斯里兰卡及菲律宾等地，引发特大洪水与泥石流；高温热浪席卷北美、东亚及南欧多地，并诱发严重森林火灾；热带气旋袭击菲律宾、越南及加勒比海地区；北美与东亚遭遇剧烈冬季风暴；美国发生多起致灾严重的龙卷事件。

利用台站观测数据和再分析资料对我国2025年气候特征进行了总结，结果表明：2025年我国气候暖湿特征明显。全国平均气温为10.9℃，较常年偏高1.0℃，与2024年并列为1951年以来历史最高。全国平均降水量为668.0 mm，较常年偏多4.5%。2025年主要天气气候事件有：夏季华北、东北地区及内蒙古等地出现特强暴雨过程；中东部地区出现1961年以来第四强高温过程；秋季台风频繁影响华南地区；气象干旱区域性和阶段性特征明显；寒潮过程偏多；大风日数多，强对流天气局地致灾严重；春季沙尘过程偏多。

2025年12月大气环流的主要特征为北半球极涡呈偶极型分布，极涡强度偏强，中高纬度环流呈四波型，欧亚大陆整体为“西高东低”环流形势。全国平均降水量为8.6 mm，较常年同期偏少28%，降水量距平百分率呈现“北偏多南偏少”的空间分布。全国平均气温为-1.2℃，较常年同期偏高1.8℃，为1961年以来第二高。月内冷空气活动虽频繁，但整体表现为“多股、分阶段、强度偏弱”的特征；全国共出现4次冷空气过程，中旬全国型寒潮过程造成冬季首场大范围较强雨雪天气及沙尘过程；中下旬在冷空气间歇期出现2次雾-霾过程。