2023年 第39卷 第4期
2023, 39(4): 433-442.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.039
摘要:
利用NCEP FNL 1 °×1 °再分析、地面观测、FY-2G卫星和多普勒天气雷达等资料，对广西防城港沿海地区2020年6月16日出现的特大暴雨过程进行成因分析以及触发维持机制探讨。(1) 此次极端降雨过程是一次暖区暴雨过程，降雨过程主要分为两个阶段，具有局地性强，雨势猛，强度大，降水难预报和突发性等特点。(2) 暴雨在弱环流背景条件下发生，暴雨区有深厚的水汽和较强的不稳定能量，但天气尺度系统上升运动不深厚强度也不强，因而预报难度大。(3) 初始对流在防城港南部近海海面触发，靠近海岸线时迅速发展加强，在防城港沿海地区演变成一个较大尺度的MβCS，其西侧和南侧出现一连串强度45~55 dBZ γ中尺度对流系统，不断经过暴雨区上空，形成列车效应最终导致极端降雨的发生。(4) 天气尺度背景为北部湾近海海面出现对流提供了有利条件，低空急流的显著加强触发防城港市近海海面初始对流生成；不同性质下垫面的热力差异和MβCS冷池出流造成防城港沿海地区出现中尺度低压及中尺度辐合线，致使对流在防城港沿海地区增强和长时间维持。(5) 高温高湿环境中尺度扰动可能处于暖湿不稳定层结，微小的扰动也可以触发对流；预报服务中要利用多种新型高时空分辨率观测资料，及时判断分析沿海地区是否会出现海陆风或冷池出流等形成中尺度低压或辐合线。
利用NCEP FNL 1 °×1 °再分析、地面观测、FY-2G卫星和多普勒天气雷达等资料，对广西防城港沿海地区2020年6月16日出现的特大暴雨过程进行成因分析以及触发维持机制探讨。(1) 此次极端降雨过程是一次暖区暴雨过程，降雨过程主要分为两个阶段，具有局地性强，雨势猛，强度大，降水难预报和突发性等特点。(2) 暴雨在弱环流背景条件下发生，暴雨区有深厚的水汽和较强的不稳定能量，但天气尺度系统上升运动不深厚强度也不强，因而预报难度大。(3) 初始对流在防城港南部近海海面触发，靠近海岸线时迅速发展加强，在防城港沿海地区演变成一个较大尺度的MβCS，其西侧和南侧出现一连串强度45~55 dBZ γ中尺度对流系统，不断经过暴雨区上空，形成列车效应最终导致极端降雨的发生。(4) 天气尺度背景为北部湾近海海面出现对流提供了有利条件，低空急流的显著加强触发防城港市近海海面初始对流生成；不同性质下垫面的热力差异和MβCS冷池出流造成防城港沿海地区出现中尺度低压及中尺度辐合线，致使对流在防城港沿海地区增强和长时间维持。(5) 高温高湿环境中尺度扰动可能处于暖湿不稳定层结，微小的扰动也可以触发对流；预报服务中要利用多种新型高时空分辨率观测资料，及时判断分析沿海地区是否会出现海陆风或冷池出流等形成中尺度低压或辐合线。
2023, 39(4): 443-452.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.040
摘要:
利用常规高空观测资料、浙江多普勒雷达产品、ERA5逐小时再分析资料(0.25 °×0.25 °)，统计分析了2015—2021年浙江夏季(6—8月)弱天气尺度强迫背景下午后局地热对流(根据移动速度分为移动型和少动型两类)的时空分布特征、生命周期特征、环境参数特征等。(1) 两类热对流触发频次相当，年际变化均较大，但年、月、日变化趋势基本一致，午后出现少动型局地热对流的可能性更大，而傍晚出现移动型局地热对流的可能性更大。(2) 局地热对流的触发与地形密切相关，对流高频区位于浙东沿海、浙西北、浙西南山区，浙中北平原和盆地均为低频区，热对流触发频次均随高度增加而减少，多触发于山脉及其附近的中低海拔处，中高海拔地区更容易触发少动型局地热对流。(3) 两类对流均在弱垂直风切变环境下即可触发，移动型单体更容易得到发展。
利用常规高空观测资料、浙江多普勒雷达产品、ERA5逐小时再分析资料(0.25 °×0.25 °)，统计分析了2015—2021年浙江夏季(6—8月)弱天气尺度强迫背景下午后局地热对流(根据移动速度分为移动型和少动型两类)的时空分布特征、生命周期特征、环境参数特征等。(1) 两类热对流触发频次相当，年际变化均较大，但年、月、日变化趋势基本一致，午后出现少动型局地热对流的可能性更大，而傍晚出现移动型局地热对流的可能性更大。(2) 局地热对流的触发与地形密切相关，对流高频区位于浙东沿海、浙西北、浙西南山区，浙中北平原和盆地均为低频区，热对流触发频次均随高度增加而减少，多触发于山脉及其附近的中低海拔处，中高海拔地区更容易触发少动型局地热对流。(3) 两类对流均在弱垂直风切变环境下即可触发，移动型单体更容易得到发展。
2023, 39(4): 453-461.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.041
摘要:
为准确预报臭氧浓度等级，基于EC_THIN全球天气模式产品和我国自主研发的CMA_GFS全球天气数值预报产品以及华南GRACEs大气成分模式输出产品，融合气象和环境观测数据，使用6种机器学习智能算法，构建耦合数值预报模式和机器学习的混合模型，旨在充分发挥数值预报与机器学习智能算法的优势和互补协同作用，实现臭氧浓度等级预报准确度的跨越式提升。共设置4个控制试验，选取不同的特征产品，依次使用机器学习经典分类算法对长沙市未来4天的臭氧浓度等级进行分类预报，取测试准确度最高的模型输出结果作为结果统计。发现：最优模型1~4天的测试准确度分别为81.7%、81.7%、78.3%、60.9%，大大高于大气成分模式预报和预报员经验，达到预期设计目标；高质量的天气模式产品对模型贡献大，而大气成分模式产品对模型贡献有限；模型3天以内预测性能较好，低等级预测性能较好，高等级预测性能一般。提出解决方案供讨论：增加高等级样本数量，增强模型对此类事件的识别能力；加强高等级臭氧污染的机理分析，组合出更精炼的因子供模型使用。
为准确预报臭氧浓度等级，基于EC_THIN全球天气模式产品和我国自主研发的CMA_GFS全球天气数值预报产品以及华南GRACEs大气成分模式输出产品，融合气象和环境观测数据，使用6种机器学习智能算法，构建耦合数值预报模式和机器学习的混合模型，旨在充分发挥数值预报与机器学习智能算法的优势和互补协同作用，实现臭氧浓度等级预报准确度的跨越式提升。共设置4个控制试验，选取不同的特征产品，依次使用机器学习经典分类算法对长沙市未来4天的臭氧浓度等级进行分类预报，取测试准确度最高的模型输出结果作为结果统计。发现：最优模型1~4天的测试准确度分别为81.7%、81.7%、78.3%、60.9%，大大高于大气成分模式预报和预报员经验，达到预期设计目标；高质量的天气模式产品对模型贡献大，而大气成分模式产品对模型贡献有限；模型3天以内预测性能较好，低等级预测性能较好，高等级预测性能一般。提出解决方案供讨论：增加高等级样本数量，增强模型对此类事件的识别能力；加强高等级臭氧污染的机理分析，组合出更精炼的因子供模型使用。
2023, 39(4): 462-473.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.042
摘要:
海洋是地表环境中最重要的碳库，准确估算CO2在海洋与大气之间的交换对于进一步阐明其变化过程机理具有重要意义。利用南海2011—2020年的海温、风速、海平面气压等多种遥感反演数据，基于海-气分压差算法，构建了海-气CO2通量遥感估算模型，并分析其时空变化特征。结果表明：(1) 遥感估算模型在整个南海海域具有较好的通用性，对比实测区域数据，估算结果的平均绝对误差和均方根误差分别为1.04和1.37 mmol/(m2·d)；对于源汇区的识别准确率达到90.63%。(2) 南海总体表现为弱碳源，CO2通量的季节变化呈现出夏秋季高、冬春季低的特征，夏季和冬季分别为全年最高和最低。空间分布特征为南北部差异大。碳汇高值区始终位于北部，且冬季为强碳汇，而碳源高值区夏季出现在中南半岛东南部，秋季则转移到南海东北部。(3) 南海三种典型区(北部陆架陆坡、中部海盆、南部陆坡)的CO2通量随时间推移均呈现降低的趋势，且北部下降速度最快。2011—2020年，南海年均向大气净释放碳1.51×107 t，但其碳释放量呈降低趋势，降低速度为2.03×106 t/a，南海总体的“碳源”强度有所减弱。研究结果可为制定碳排放及碳交易政策提供科学参考。
海洋是地表环境中最重要的碳库，准确估算CO2在海洋与大气之间的交换对于进一步阐明其变化过程机理具有重要意义。利用南海2011—2020年的海温、风速、海平面气压等多种遥感反演数据，基于海-气分压差算法，构建了海-气CO2通量遥感估算模型，并分析其时空变化特征。结果表明：(1) 遥感估算模型在整个南海海域具有较好的通用性，对比实测区域数据，估算结果的平均绝对误差和均方根误差分别为1.04和1.37 mmol/(m2·d)；对于源汇区的识别准确率达到90.63%。(2) 南海总体表现为弱碳源，CO2通量的季节变化呈现出夏秋季高、冬春季低的特征，夏季和冬季分别为全年最高和最低。空间分布特征为南北部差异大。碳汇高值区始终位于北部，且冬季为强碳汇，而碳源高值区夏季出现在中南半岛东南部，秋季则转移到南海东北部。(3) 南海三种典型区(北部陆架陆坡、中部海盆、南部陆坡)的CO2通量随时间推移均呈现降低的趋势，且北部下降速度最快。2011—2020年，南海年均向大气净释放碳1.51×107 t，但其碳释放量呈降低趋势，降低速度为2.03×106 t/a，南海总体的“碳源”强度有所减弱。研究结果可为制定碳排放及碳交易政策提供科学参考。
2023, 39(4): 474-483.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.043
摘要:
基于2014—2020年潮州市区空气质量监测数据和气象观测数据，应用统计分析、聚类分析等方法，分析了O3浓度的时间变化特征，及其与NOx浓度、气象因子的关系。结果表明：潮州市区O3污染有改善趋势，但是浓度下降速度较缓慢；呈双峰型的月变化特征，主峰在10月份；污染强度呈春季高于秋季的趋势；日变化呈单峰变化，07时出现最低值，随后迅速上升，最大值出现在午后15时，之后浓度又逐渐降低。NO2、NOx浓度与O3浓度变化呈反位相关系，早晨峰值比O3浓度低谷时间推迟1 h；下午低谷比O3的峰值提前1 h。潮州市区在最高气温＞25 ℃、无降水、光照充足（＞8 h）、相对湿度＜80%、风速为1.5~2.0 m/s，吹偏西风和偏东风时发生O3污染的几率较大。O3超标出现在中午到上半夜，中度以上污染出现在下午。上午时段日出后的日照及积温是影响O3浓度增长的主要气象因子，到下午时段，日出后的日照和相对湿度成为影响O3浓度增长的主要因子。NO2浓度对O3浓度变化有较明显的影响。聚类分析表明潮州市区O3污染主要受东北和偏东方向的较远距离传输影响和东南方向的近距离传输影响。
基于2014—2020年潮州市区空气质量监测数据和气象观测数据，应用统计分析、聚类分析等方法，分析了O3浓度的时间变化特征，及其与NOx浓度、气象因子的关系。结果表明：潮州市区O3污染有改善趋势，但是浓度下降速度较缓慢；呈双峰型的月变化特征，主峰在10月份；污染强度呈春季高于秋季的趋势；日变化呈单峰变化，07时出现最低值，随后迅速上升，最大值出现在午后15时，之后浓度又逐渐降低。NO2、NOx浓度与O3浓度变化呈反位相关系，早晨峰值比O3浓度低谷时间推迟1 h；下午低谷比O3的峰值提前1 h。潮州市区在最高气温＞25 ℃、无降水、光照充足（＞8 h）、相对湿度＜80%、风速为1.5~2.0 m/s，吹偏西风和偏东风时发生O3污染的几率较大。O3超标出现在中午到上半夜，中度以上污染出现在下午。上午时段日出后的日照及积温是影响O3浓度增长的主要气象因子，到下午时段，日出后的日照和相对湿度成为影响O3浓度增长的主要因子。NO2浓度对O3浓度变化有较明显的影响。聚类分析表明潮州市区O3污染主要受东北和偏东方向的较远距离传输影响和东南方向的近距离传输影响。
2023, 39(4): 484-496.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.044
摘要:
21世纪以来，云南频繁发生全省性干旱过程，造成严重的灾害。未来在气候变化背景下云南全省性干旱过程将如何变化尚未得到充分研究。基于16个第六次耦合模式比较计划(CMIP6)的模式结果和区域性干旱过程监测评估方法，研究了云南省区域性干旱过程历史时期的特征和未来不同排放情景下的可能变化。结果显示，适当订正后的CMIP6模式能较好地模拟出近54年云南省区域干旱事件的特征，模式偏差主要表现为夏季降水偏多、10—11月降水偏少。未来54年在三种排放情景下，云南省区域性干旱过程发生次数将增加1.1~4.7次，持续日数将增加2.6~4.0日，影响范围将增加0.2~0.6站，累计强度将增加0.1~0.2。未来发生在干季内的干旱过程次数将减少，但持续日数、影响范围、累计强度都将增加；由干季延伸至雨季的干旱过程次数、持续时间、累计强度都将增加；发生在雨季内的干旱过程次数和影响范围将增加、累计强度将减小。滇西北、滇东北等受干旱过程影响较轻的地区未来也将更容易受到干旱过程的影响。上述结果表明未来云南省全省性干旱过程将加强。
21世纪以来，云南频繁发生全省性干旱过程，造成严重的灾害。未来在气候变化背景下云南全省性干旱过程将如何变化尚未得到充分研究。基于16个第六次耦合模式比较计划(CMIP6)的模式结果和区域性干旱过程监测评估方法，研究了云南省区域性干旱过程历史时期的特征和未来不同排放情景下的可能变化。结果显示，适当订正后的CMIP6模式能较好地模拟出近54年云南省区域干旱事件的特征，模式偏差主要表现为夏季降水偏多、10—11月降水偏少。未来54年在三种排放情景下，云南省区域性干旱过程发生次数将增加1.1~4.7次，持续日数将增加2.6~4.0日，影响范围将增加0.2~0.6站，累计强度将增加0.1~0.2。未来发生在干季内的干旱过程次数将减少，但持续日数、影响范围、累计强度都将增加；由干季延伸至雨季的干旱过程次数、持续时间、累计强度都将增加；发生在雨季内的干旱过程次数和影响范围将增加、累计强度将减小。滇西北、滇东北等受干旱过程影响较轻的地区未来也将更容易受到干旱过程的影响。上述结果表明未来云南省全省性干旱过程将加强。
2023, 39(4): 497-506.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.045
摘要:
为了深入研究雷电产生的微波热辐射特征，从2016年初夏开始利用地基微波辐射计在中国气象局雷电野外科学实验基地开展了连续4年的观测实验，根据雷电热效应的特征，制定了观测方案，并为地基微波辐射计设置了“引雷观测模式”。结果表明，地基微波辐射计具有对雷电热效应产生响应的能力。2017—2019年，辐射计一共成功捕获了30次人工触发闪电，观测效率逐年增长，平均为71.4 %；微波亮温脉冲幅度的最大值约125 K。结合其中28次触发事件的雷电流数据，分析了亮温脉冲幅度和雷电流积分量之间的相关性，并发现了最大亮温脉冲幅度与总电流作用积分之间可能存在指数关系。根据亮温观测数据估算了雷电热效应的持续时间，平均约0.5 s，其中25次触发事件的雷电流热效应持续时间与雷电流持续时间变化较为一致，相关系数约0.73。
为了深入研究雷电产生的微波热辐射特征，从2016年初夏开始利用地基微波辐射计在中国气象局雷电野外科学实验基地开展了连续4年的观测实验，根据雷电热效应的特征，制定了观测方案，并为地基微波辐射计设置了“引雷观测模式”。结果表明，地基微波辐射计具有对雷电热效应产生响应的能力。2017—2019年，辐射计一共成功捕获了30次人工触发闪电，观测效率逐年增长，平均为71.4 %；微波亮温脉冲幅度的最大值约125 K。结合其中28次触发事件的雷电流数据，分析了亮温脉冲幅度和雷电流积分量之间的相关性，并发现了最大亮温脉冲幅度与总电流作用积分之间可能存在指数关系。根据亮温观测数据估算了雷电热效应的持续时间，平均约0.5 s，其中25次触发事件的雷电流热效应持续时间与雷电流持续时间变化较为一致，相关系数约0.73。
2023, 39(4): 507-521.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.046
摘要:
2017年8月11日下午，三个EF4级龙卷袭击了内蒙古自治区赤峰市的地形复杂地区，造成5人死亡，58人受伤。这是1961年以来中国有记录的最强山地龙卷事件。首先给出了此次龙卷过程的灾情调查结果，接下来分析了此次龙卷母体风暴-龙卷超级单体产生的天气背景、关键环境参数以及多普勒天气雷达观测特征。本次龙卷事件发生在东北冷涡东南象限的地面锋前和干线向湿侧发展处，CAPE(对流有效位能)值为1 800 J/kg，0~6 km风垂直切变为12.9 m/s，0~1 km风垂直切变达到10.8 m/s；同时，0~1 km相对风暴螺旋度达到67.3 m2/s2，接近美国龙卷发生环境的中位数，有利于超级单体龙卷的发生。现场灾害调查发现，灾害路径具有多涡旋和不连续的特点，可能与当地的复杂地形有关。基于多普勒天气雷达相对径向速度图识别出三个龙卷涡旋特征(TVS)，TVS径向速度差最大达到38 m/s。三个龙卷及对应TVS出自同一个超级单体的同一个中气旋，其中两个TVS出现时间重叠。
2017年8月11日下午，三个EF4级龙卷袭击了内蒙古自治区赤峰市的地形复杂地区，造成5人死亡，58人受伤。这是1961年以来中国有记录的最强山地龙卷事件。首先给出了此次龙卷过程的灾情调查结果，接下来分析了此次龙卷母体风暴-龙卷超级单体产生的天气背景、关键环境参数以及多普勒天气雷达观测特征。本次龙卷事件发生在东北冷涡东南象限的地面锋前和干线向湿侧发展处，CAPE(对流有效位能)值为1 800 J/kg，0~6 km风垂直切变为12.9 m/s，0~1 km风垂直切变达到10.8 m/s；同时，0~1 km相对风暴螺旋度达到67.3 m2/s2，接近美国龙卷发生环境的中位数，有利于超级单体龙卷的发生。现场灾害调查发现，灾害路径具有多涡旋和不连续的特点，可能与当地的复杂地形有关。基于多普勒天气雷达相对径向速度图识别出三个龙卷涡旋特征(TVS)，TVS径向速度差最大达到38 m/s。三个龙卷及对应TVS出自同一个超级单体的同一个中气旋，其中两个TVS出现时间重叠。
2023, 39(4): 522-535.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.047
摘要:
运用多种观测数据，结合WRF模式分析了2013年3月19日发生在黔湘地区一次飑线形成期的中尺度特征。（1）此次飑线发生在高空500 hPa槽前的西南气流中，地面冷锋附近。环境风为西南向，且垂直于飑线长轴的分量小于沿着飑线长轴的分量。（2）飑线东、西两段存在显著差异：东段所在环境干燥，下沉对流有效位能DCAPE大，故雷暴大风强而短时强降水弱，对流单体初始于锋区及冷空气一侧，呈碎块状分布；西段环境湿润，短时强降水和冰雹集中，对流单体出现于地面锋区附近中尺度辐合线内，辐合线持久，其上辐合中心处不断有单体新生。（3）此次过程有重力波作用，且飑线西段重力波特征更明显。急流中的波动与中尺度辐合线相交，波动上升气流叠加辐合线上升运动，引起对流发生并迅猛发展，使得对流单体趋向于沿着波动等振幅面排列成带状，进而形成飑线。（4）旧单体南、北两侧均有新对流单体发生：北侧新单体高、低层重力波反相位叠加，对流受到抑制；南侧的新单体高、低层波动同相，上升气流加强，对流得以发展；新旧单体不断迭代更新，飑线整体向东南传播。
运用多种观测数据，结合WRF模式分析了2013年3月19日发生在黔湘地区一次飑线形成期的中尺度特征。（1）此次飑线发生在高空500 hPa槽前的西南气流中，地面冷锋附近。环境风为西南向，且垂直于飑线长轴的分量小于沿着飑线长轴的分量。（2）飑线东、西两段存在显著差异：东段所在环境干燥，下沉对流有效位能DCAPE大，故雷暴大风强而短时强降水弱，对流单体初始于锋区及冷空气一侧，呈碎块状分布；西段环境湿润，短时强降水和冰雹集中，对流单体出现于地面锋区附近中尺度辐合线内，辐合线持久，其上辐合中心处不断有单体新生。（3）此次过程有重力波作用，且飑线西段重力波特征更明显。急流中的波动与中尺度辐合线相交，波动上升气流叠加辐合线上升运动，引起对流发生并迅猛发展，使得对流单体趋向于沿着波动等振幅面排列成带状，进而形成飑线。（4）旧单体南、北两侧均有新对流单体发生：北侧新单体高、低层重力波反相位叠加，对流受到抑制；南侧的新单体高、低层波动同相，上升气流加强，对流得以发展；新旧单体不断迭代更新，飑线整体向东南传播。
2023, 39(4): 536-550.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.048
摘要:
地形对暖区暴雨的发生发展有着重要影响。以粤北一次暖区暴雨为例，从大尺度背景、中尺度特征及预报难点等方面分析了地形的作用，并利用CMA-GD模式进行了地形敏感性试验。结果表明: 此次暴雨在副高与西风槽之间的双低空急流下发生，南岭地形对低空急流的动力作用、对θse舌和水汽的阻滞拦截作用，为暴雨出现在粤北创造有利条件；地形热力作用下产生的中尺度辐合线是对流触发的机制。敏感性试验显示南岭地形对暖区暴雨的落区影响显著，降水落区随南岭地形升高（降低）而往南（北）偏移。西南急流在经过南岭时，低层风速、散度、温度以及垂直速度都会随地形改变而发生明显变化。当南岭地形高度降低时，正面阻挡和摩擦作用减弱，急流、辐合及上升运动区向北推进到西风槽附近，导致雨区往北偏移；南岭地形高度升高时，地形阻挡和摩擦作用增强，辐合及上升运动区被阻隔在南岭南侧，暖区对流提前触发，雨区发生在粤北。可见，此次暴雨过程主要来自大尺度环流背景的影响，但其落区与南岭地形密切相关。
地形对暖区暴雨的发生发展有着重要影响。以粤北一次暖区暴雨为例，从大尺度背景、中尺度特征及预报难点等方面分析了地形的作用，并利用CMA-GD模式进行了地形敏感性试验。结果表明: 此次暴雨在副高与西风槽之间的双低空急流下发生，南岭地形对低空急流的动力作用、对θse舌和水汽的阻滞拦截作用，为暴雨出现在粤北创造有利条件；地形热力作用下产生的中尺度辐合线是对流触发的机制。敏感性试验显示南岭地形对暖区暴雨的落区影响显著，降水落区随南岭地形升高（降低）而往南（北）偏移。西南急流在经过南岭时，低层风速、散度、温度以及垂直速度都会随地形改变而发生明显变化。当南岭地形高度降低时，正面阻挡和摩擦作用减弱，急流、辐合及上升运动区向北推进到西风槽附近，导致雨区往北偏移；南岭地形高度升高时，地形阻挡和摩擦作用增强，辐合及上升运动区被阻隔在南岭南侧，暖区对流提前触发，雨区发生在粤北。可见，此次暴雨过程主要来自大尺度环流背景的影响，但其落区与南岭地形密切相关。
2023, 39(4): 551-566.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.049
摘要:
利用位于贵州威宁雪山镇的X波段双偏振雷达，在观测资料质量控制的基础上，结合基于模糊逻辑的水凝物粒子识别算法(HID)以及中尺度数值模式WRF，对2018年6月28日贵州威宁羊街镇的一次强雹暴天气过程进行分析。结果表明：此次冰雹过程，观测识别与模式模拟结果具有较好的一致性，主要经历发展、成熟(孕育)、成熟(降雹)、衰减(消亡)四个阶段。(1) 发展阶段：低密度霰(LDG)初生于-20 ℃层附近(5.0~6.8 km)，是冰晶(CR)与周围过冷云水的凇附作用所致；高密度霰(HDG)初生于2.6~4.2 km，由聚合物(AG)凇附周围过冷云水所形成。(2) 成熟(孕育)阶段：LDG、HDG以AG粒子为主要霰胚源进行凇附增长；雨夹雹(RH)初始形成在-20 ℃层附近(4.2~6.8 km)，由周围少量HDG为雹胚源碰冻过冷云水所致。(3) 成熟(降雹)阶段：LDG通过碰并作用大量形成，HDG产生有两种源项，一是由AG粒子(3.4~6.0 km)为高密度霰胚源的凇附作用，二是由上方的LDG粒子(6.8~9.3 km)，因重力沉降作用，在下沉中撞冻过冷水所形成，并最终由HDG为主要雹胚源形成RH。(4)衰减(消亡)阶段：在0 ℃层附近(3.4 km)，零星HDG撞冻过冷雨水(RN)保持缓慢增长，继续下沉的LDG、HDG因融化作用明显，逐步转变为液态降水。
利用位于贵州威宁雪山镇的X波段双偏振雷达，在观测资料质量控制的基础上，结合基于模糊逻辑的水凝物粒子识别算法(HID)以及中尺度数值模式WRF，对2018年6月28日贵州威宁羊街镇的一次强雹暴天气过程进行分析。结果表明：此次冰雹过程，观测识别与模式模拟结果具有较好的一致性，主要经历发展、成熟(孕育)、成熟(降雹)、衰减(消亡)四个阶段。(1) 发展阶段：低密度霰(LDG)初生于-20 ℃层附近(5.0~6.8 km)，是冰晶(CR)与周围过冷云水的凇附作用所致；高密度霰(HDG)初生于2.6~4.2 km，由聚合物(AG)凇附周围过冷云水所形成。(2) 成熟(孕育)阶段：LDG、HDG以AG粒子为主要霰胚源进行凇附增长；雨夹雹(RH)初始形成在-20 ℃层附近(4.2~6.8 km)，由周围少量HDG为雹胚源碰冻过冷云水所致。(3) 成熟(降雹)阶段：LDG通过碰并作用大量形成，HDG产生有两种源项，一是由AG粒子(3.4~6.0 km)为高密度霰胚源的凇附作用，二是由上方的LDG粒子(6.8~9.3 km)，因重力沉降作用，在下沉中撞冻过冷水所形成，并最终由HDG为主要雹胚源形成RH。(4)衰减(消亡)阶段：在0 ℃层附近(3.4 km)，零星HDG撞冻过冷雨水(RN)保持缓慢增长，继续下沉的LDG、HDG因融化作用明显，逐步转变为液态降水。
2023, 39(4): 567-580.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.050
摘要:
利用全国综合气象信息共享平台(CIMISS)地面站点降水资料、欧洲中期天气预报中心逐小时再分析资料，分析“黑格比”台风登陆后在浙江嘉兴、上海金山交界地区(简称“关注区”)产生的极端降水及相关物理量特征，结果表明：(1) 此次降水过程的小时雨强、日降水和过程降水均具有很强的极端性，部分测站达十年一遇甚至是百年一遇标准，杭州湾北岸强降水的极端性比南岸更显著；(2) 关注区对流层低层充足的水汽，以及高低层冷、暖平流的叠加，为极端降水发生发展提供了有利的水汽条件和不稳定条件；(3) 根据物理量的逐小时演变，呈现出低层辐散、高层辐合的环流增强，以及低层强烈的涡旋运动，关注区强降水也随之发生；(4) 此次极端暴雨过程850 hPa第二类热成风螺旋度极值和地面散度经极值排序后呈现较高的百分位置，在相似台风中均具有显著的极端性，对类似路径、小体积台风极端降水的发生具有较好的指示意义。
利用全国综合气象信息共享平台(CIMISS)地面站点降水资料、欧洲中期天气预报中心逐小时再分析资料，分析“黑格比”台风登陆后在浙江嘉兴、上海金山交界地区(简称“关注区”)产生的极端降水及相关物理量特征，结果表明：(1) 此次降水过程的小时雨强、日降水和过程降水均具有很强的极端性，部分测站达十年一遇甚至是百年一遇标准，杭州湾北岸强降水的极端性比南岸更显著；(2) 关注区对流层低层充足的水汽，以及高低层冷、暖平流的叠加，为极端降水发生发展提供了有利的水汽条件和不稳定条件；(3) 根据物理量的逐小时演变，呈现出低层辐散、高层辐合的环流增强，以及低层强烈的涡旋运动，关注区强降水也随之发生；(4) 此次极端暴雨过程850 hPa第二类热成风螺旋度极值和地面散度经极值排序后呈现较高的百分位置，在相似台风中均具有显著的极端性，对类似路径、小体积台风极端降水的发生具有较好的指示意义。
2023, 39(4): 581-592.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.051
摘要:
基于JRA55再分析资料、观测的降水量和海表温度等数据，利用统计诊断方法分析了华南冬季气候准静止锋的主要变异特征，并探讨了其与环流、海温及东亚气候的联系。华南冬季气候准静止锋的主要变异模态表现为强度变异模态和经向位置变异模态，它们以年际变化为主。类东部型ENSO海温异常及热带中西印度洋海温异常对华南准静止锋强度的年际变异有显著影响；而类中部型ENSO海温异常型显著影响着华南气候准静止锋的南北位置。华南冬季准静止锋的强度变异对东亚副热带地区的降水、以及我国东部内陆地区的近地面气温有显著影响；华南冬季准静止锋南北位置变异则显著影响我国江淮流域降水、以及我国华南至东南沿海一带的近地面气温。华南冬季准静止锋的强度变异模态对东亚的降水和近地面气温的影响范围较位置变异模态都要大。
基于JRA55再分析资料、观测的降水量和海表温度等数据，利用统计诊断方法分析了华南冬季气候准静止锋的主要变异特征，并探讨了其与环流、海温及东亚气候的联系。华南冬季气候准静止锋的主要变异模态表现为强度变异模态和经向位置变异模态，它们以年际变化为主。类东部型ENSO海温异常及热带中西印度洋海温异常对华南准静止锋强度的年际变异有显著影响；而类中部型ENSO海温异常型显著影响着华南气候准静止锋的南北位置。华南冬季准静止锋的强度变异对东亚副热带地区的降水、以及我国东部内陆地区的近地面气温有显著影响；华南冬季准静止锋南北位置变异则显著影响我国江淮流域降水、以及我国华南至东南沿海一带的近地面气温。华南冬季准静止锋的强度变异模态对东亚的降水和近地面气温的影响范围较位置变异模态都要大。
2023, 39(4): 593-602.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.016
摘要:
双偏振雷达的主要用途之一就是降水粒子识别，目前主流的方法为模糊逻辑分类(FL)，但是该方法仅使用单个距离库的信息，易受到噪声的影响。基于模糊逻辑方法的不足，利用聚类分析，提出了一种面向对象的降水粒子分类方法，即在模糊逻辑分类基础上考虑距离库与不同降水粒子的距离以及周围距离库类别信息。基于广州S波段双偏振雷达的观测数据进行降水粒子识别验证，结果表明使用的面向对象的降水粒子识别方法可有效地降低噪声对分类结果的影响，且符合降水粒子的微物理特征。
双偏振雷达的主要用途之一就是降水粒子识别，目前主流的方法为模糊逻辑分类(FL)，但是该方法仅使用单个距离库的信息，易受到噪声的影响。基于模糊逻辑方法的不足，利用聚类分析，提出了一种面向对象的降水粒子分类方法，即在模糊逻辑分类基础上考虑距离库与不同降水粒子的距离以及周围距离库类别信息。基于广州S波段双偏振雷达的观测数据进行降水粒子识别验证，结果表明使用的面向对象的降水粒子识别方法可有效地降低噪声对分类结果的影响，且符合降水粒子的微物理特征。
2023, 39(4): 603-613.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.052
摘要:
利用中国气象局国家气象信息中心整编的站点观测资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料，对云贵高原1979—2019年夏季区域性极端日降水事件的异常环流进行了分析。云贵高原99% 分位上的夏季(6—8月)极端日降水事件(以下简称降水事件)降水阈值为20.0 mm/d，在近41年里共发生了35次降水事件，其中7月上旬发生次数最多，7月下旬次之，8月中旬最少；35次降水事件中有4次为热带气旋系统影响，降水中心位于广西西南部及沿海地区，中心值超过75 mm，其余31次的降水中心主要集中在贵州中南部和广西北部，且降水中心强度明显低于热带气旋系统所带来的强度；受欧亚大陆中纬度(30~50 °N)地区的纬向扰动波列和低纬地区异常垂直环流圈控制，云贵高原上空对流层中建立了深厚的异常上升运动，配合500 hPa副热带地区的异常反气旋式环流将南海和孟加拉湾的水汽输送至云贵高原并在当地沿地形辐合抬升，为云贵高原极端降水的形成提供有利的动力条件和水汽条件，同时周边地区异常冷却所带来的加热场梯度还进一步加强了云贵高原上空的气流入流，更加有利于强降水的产生和维持。此外，降水事件还与乌拉尔山至我国东北地区的低值系统活动和源自北大西洋及热带低纬地区的波扰能量传播有关。
利用中国气象局国家气象信息中心整编的站点观测资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料，对云贵高原1979—2019年夏季区域性极端日降水事件的异常环流进行了分析。云贵高原99% 分位上的夏季(6—8月)极端日降水事件(以下简称降水事件)降水阈值为20.0 mm/d，在近41年里共发生了35次降水事件，其中7月上旬发生次数最多，7月下旬次之，8月中旬最少；35次降水事件中有4次为热带气旋系统影响，降水中心位于广西西南部及沿海地区，中心值超过75 mm，其余31次的降水中心主要集中在贵州中南部和广西北部，且降水中心强度明显低于热带气旋系统所带来的强度；受欧亚大陆中纬度(30~50 °N)地区的纬向扰动波列和低纬地区异常垂直环流圈控制，云贵高原上空对流层中建立了深厚的异常上升运动，配合500 hPa副热带地区的异常反气旋式环流将南海和孟加拉湾的水汽输送至云贵高原并在当地沿地形辐合抬升，为云贵高原极端降水的形成提供有利的动力条件和水汽条件，同时周边地区异常冷却所带来的加热场梯度还进一步加强了云贵高原上空的气流入流，更加有利于强降水的产生和维持。此外，降水事件还与乌拉尔山至我国东北地区的低值系统活动和源自北大西洋及热带低纬地区的波扰能量传播有关。
2023, 39(4): 614-621.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.053
摘要:
以地面雨量站观测资料为基准，选取2021年6—8月的6个强降水过程，利用珠海4部X波段双偏振相控阵雷达QPE组网产品和对应区域雨量站逐小时降水资料，使用相关系数(CC，Correlation Coefficient)、相对偏差（RB，Relative Bias）、相对平均绝对误差（RMAE，Mean Relative Absolute Error）、均方根误差(RMSE，Root Mean Squared Error)、探测率（POD，Probability of Detection）、误报率（FAR，False Alarm Ratio）、临界成功指数（CSI，Critical Success Index），对相控阵雷达QPE产品质量进行评估。结果表明：QPE产品总体CC、RB、RMAE、RMSE分别为0.83、1.62%、47.59%、6.68 mm。有无降水探测率为88.66%，FAR为12.03%，CSI为83.99%；能够准确捕捉强降水落区、把握小时雨强变化趋势，雨强峰值谷值出现的时间匹配的较好。小时降水分级检验结果显示，QPE产品对于大雨强的评估效果相对较好，小时雨量≥16.1 mm时CC、POD、CSI均最大；雨强较小时，QPE产品明显高估降水强度，当小时雨强超过16.0 mm时，低估降水强度；RMAE随着雨强的增大逐渐减小，当雨强≥8.1 mm时，RMAE趋于稳定，为34% 左右。
以地面雨量站观测资料为基准，选取2021年6—8月的6个强降水过程，利用珠海4部X波段双偏振相控阵雷达QPE组网产品和对应区域雨量站逐小时降水资料，使用相关系数(CC，Correlation Coefficient)、相对偏差（RB，Relative Bias）、相对平均绝对误差（RMAE，Mean Relative Absolute Error）、均方根误差(RMSE，Root Mean Squared Error)、探测率（POD，Probability of Detection）、误报率（FAR，False Alarm Ratio）、临界成功指数（CSI，Critical Success Index），对相控阵雷达QPE产品质量进行评估。结果表明：QPE产品总体CC、RB、RMAE、RMSE分别为0.83、1.62%、47.59%、6.68 mm。有无降水探测率为88.66%，FAR为12.03%，CSI为83.99%；能够准确捕捉强降水落区、把握小时雨强变化趋势，雨强峰值谷值出现的时间匹配的较好。小时降水分级检验结果显示，QPE产品对于大雨强的评估效果相对较好，小时雨量≥16.1 mm时CC、POD、CSI均最大；雨强较小时，QPE产品明显高估降水强度，当小时雨强超过16.0 mm时，低估降水强度；RMAE随着雨强的增大逐渐减小，当雨强≥8.1 mm时，RMAE趋于稳定，为34% 左右。
2023, 39(4): 622-631.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.054
摘要:
使用1998—2016年大西洋40个飓风2 032个GPS下投式探空仪观测数据，以距离海岸线300 km为界分为近海和远洋两组，利用合成分析方法探讨了飓风边界层特征高度的差异。边界层特征高度的定义方法包括最大切向风高度、入流层高度、混合层高度和理查森数法高度。对比分析不同定义方法下近海和远洋边界层高度，结果表明：根据最大切向风和入流层强度定义的边界层高度，近海边界层高度低于远洋边界层高度，且近海边界层高度随径向增加至2倍最大风速半径后趋于稳定；基于混合层定义的边界层高度明显低于动力边界层高度，且近海与远洋混合边界层特征高度无明显差异；近海理查森数边界层高度在最大风速半径内与远洋的无明显差异，而在最大风速半径外略高于远洋的。
使用1998—2016年大西洋40个飓风2 032个GPS下投式探空仪观测数据，以距离海岸线300 km为界分为近海和远洋两组，利用合成分析方法探讨了飓风边界层特征高度的差异。边界层特征高度的定义方法包括最大切向风高度、入流层高度、混合层高度和理查森数法高度。对比分析不同定义方法下近海和远洋边界层高度，结果表明：根据最大切向风和入流层强度定义的边界层高度，近海边界层高度低于远洋边界层高度，且近海边界层高度随径向增加至2倍最大风速半径后趋于稳定；基于混合层定义的边界层高度明显低于动力边界层高度，且近海与远洋混合边界层特征高度无明显差异；近海理查森数边界层高度在最大风速半径内与远洋的无明显差异，而在最大风速半径外略高于远洋的。
2023, 39(4): 632-642.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.055
摘要:
选用2000—2020年自动站降水资料、热带气旋最佳路径数据集（CMA-STI）以及欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料，发现不到半数的热带气旋活动伴随江淮地区暴雨发生，且仅有3成的热带气旋存在时，江淮地区日降水达到当年梅雨期日均降水。除个别“转向型”及登陆后继续东移、北上的“西北型”热带气旋外，七成左右的热带气旋大多伴随有梅雨减弱现象，并利用WRF模式及热带气旋Bogus方法对2017年热带气旋“苗柏”和2019年热带气旋“丹娜丝”进行数值模拟，分析热带气旋的存在对梅雨季节降水的影响机制。结果表明：在模式能较好地模拟出两个热带气旋的路径及降水落区、强度的基础上，对比移除热带气旋前后的试验，西北路径的热带气旋“苗柏”登陆前，南缘偏西气流加强低空急流，江淮地区切变线加强，登陆后低压北抬，副高稳定，形成有利于降水的环流形势；剔除“苗柏”后，低空急流断裂，副高南退，水汽输送带南移，长江中下游地区降水减少。转向型热带气旋“丹娜丝”北移，伴随副高北抬，对流性不稳定减小，垂直上升运动减弱，西太平洋的水汽被大量输送到热带气旋中心附近，故输送至江淮地区的水汽减弱，降水减少，促使梅雨提前结束；而剔除“丹娜丝”影响后，副高稳定，东部降水增加，梅雨季尚能持续。
选用2000—2020年自动站降水资料、热带气旋最佳路径数据集（CMA-STI）以及欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料，发现不到半数的热带气旋活动伴随江淮地区暴雨发生，且仅有3成的热带气旋存在时，江淮地区日降水达到当年梅雨期日均降水。除个别“转向型”及登陆后继续东移、北上的“西北型”热带气旋外，七成左右的热带气旋大多伴随有梅雨减弱现象，并利用WRF模式及热带气旋Bogus方法对2017年热带气旋“苗柏”和2019年热带气旋“丹娜丝”进行数值模拟，分析热带气旋的存在对梅雨季节降水的影响机制。结果表明：在模式能较好地模拟出两个热带气旋的路径及降水落区、强度的基础上，对比移除热带气旋前后的试验，西北路径的热带气旋“苗柏”登陆前，南缘偏西气流加强低空急流，江淮地区切变线加强，登陆后低压北抬，副高稳定，形成有利于降水的环流形势；剔除“苗柏”后，低空急流断裂，副高南退，水汽输送带南移，长江中下游地区降水减少。转向型热带气旋“丹娜丝”北移，伴随副高北抬，对流性不稳定减小，垂直上升运动减弱，西太平洋的水汽被大量输送到热带气旋中心附近，故输送至江淮地区的水汽减弱，降水减少，促使梅雨提前结束；而剔除“丹娜丝”影响后，副高稳定，东部降水增加，梅雨季尚能持续。
2023, 39(4): 643-654.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.056
摘要:
2020年12月，广东省ADTD(Advanced TOA and Direction)闪电定位系统升级改造为DDW1全闪三维闪电定位系统，于2021年1月业务运行，使得广东省拥有了闪电三维定位业务观测能力。DDW1闪电定位系统不仅在硬件性能、数据处理、探测效率和定位算法等方面有提高，同时还新增了闪电辐射源的三维定位功能。基于DDW1闪电定位系统观测数据和广州S波段双极化天气雷达资料，分别对广东省2021年闪电时空分布以及一次飑线系统云闪三维分布特征进行分析。分析结果表明，闪电活动主要出现在5—9月，占总数92.9%，闪电活动多发时段为13—18时，占总数53.1%；广东省闪电聚集区分布在地势较低的珠三角和粤西地区，地势高的山地地区闪电活动相对较少；云闪辐射源主要出现在强对流区底部，高度主要分布在1~5 km，占总数61.3%，一定程度上刻画了雷暴云中电荷区的分布情况。全闪定位结果与对应时刻雷达回波具有高度一致性。
2020年12月，广东省ADTD(Advanced TOA and Direction)闪电定位系统升级改造为DDW1全闪三维闪电定位系统，于2021年1月业务运行，使得广东省拥有了闪电三维定位业务观测能力。DDW1闪电定位系统不仅在硬件性能、数据处理、探测效率和定位算法等方面有提高，同时还新增了闪电辐射源的三维定位功能。基于DDW1闪电定位系统观测数据和广州S波段双极化天气雷达资料，分别对广东省2021年闪电时空分布以及一次飑线系统云闪三维分布特征进行分析。分析结果表明，闪电活动主要出现在5—9月，占总数92.9%，闪电活动多发时段为13—18时，占总数53.1%；广东省闪电聚集区分布在地势较低的珠三角和粤西地区，地势高的山地地区闪电活动相对较少；云闪辐射源主要出现在强对流区底部，高度主要分布在1~5 km，占总数61.3%，一定程度上刻画了雷暴云中电荷区的分布情况。全闪定位结果与对应时刻雷达回波具有高度一致性。
粤公网安备 4401069904700003号