2023年 第39卷 第5期
2023, 39(5): 653-663.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.057
摘要:
临近天气预报是气象研究中的热点问题，雷达回波外推技术作为处理临近天气预报的有效手段，具有重要的应用价值。近年来，深度学习技术被应用于处理这一任务，但提高雷达回波外推的预报准确率仍然是一个具有挑战性的问题。在ST-LSTM网络基础上，本文提出一种AFR-LSTM网络，以进一步提高雷达回波外推的预报准确率。首先提出一种注意力融合的时空长短期记忆网络的方法，以关联更多的历史信息，保证信息在传递过程中能够充分关联，减少信息丢失。同时，考虑编码过程中信息丢失问题，在编码器与解码器之间构建信息回忆模块，进一步保存雷达回波预测细节。通过在真实的雷达回波数据集（2019—2021江苏气象雷达数据）上进行消融实验，AFR-LSTM整体效果较好。此外，对该雷达回波数据集进行对比实验，结果表明AFRLSTM在雷达回波预测中评分函数临界成功指数(CSI)值为0.520 9、Heidke Skill Score(HSS)值为0.532 4，并且能较好地保留强回波和位置准确度，优于现有方法，证明了该方法能够获得更准确的预测准确度。
临近天气预报是气象研究中的热点问题，雷达回波外推技术作为处理临近天气预报的有效手段，具有重要的应用价值。近年来，深度学习技术被应用于处理这一任务，但提高雷达回波外推的预报准确率仍然是一个具有挑战性的问题。在ST-LSTM网络基础上，本文提出一种AFR-LSTM网络，以进一步提高雷达回波外推的预报准确率。首先提出一种注意力融合的时空长短期记忆网络的方法，以关联更多的历史信息，保证信息在传递过程中能够充分关联，减少信息丢失。同时，考虑编码过程中信息丢失问题，在编码器与解码器之间构建信息回忆模块，进一步保存雷达回波预测细节。通过在真实的雷达回波数据集（2019—2021江苏气象雷达数据）上进行消融实验，AFR-LSTM整体效果较好。此外，对该雷达回波数据集进行对比实验，结果表明AFRLSTM在雷达回波预测中评分函数临界成功指数(CSI)值为0.520 9、Heidke Skill Score(HSS)值为0.532 4，并且能较好地保留强回波和位置准确度，优于现有方法，证明了该方法能够获得更准确的预测准确度。
2023, 39(5): 664-679.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.058
摘要:
利用石家庄新乐SA型多普勒天气雷达资料、雄安新区安新东白庄X波段相控阵多普勒天气雷达资料、ERA5再分析资料和常规观测资料对2021年7月21日河北省保定市清苑区东闾村龙卷过程进行了详细分析。结果如下：（1）龙卷于15时43分开始，历时22分钟，根据灾情判定此次龙卷为EF2级。造成此次龙卷的影响系统不典型，500 hPa及以下为切变或风速辐合区，700 hPa急流不仅输送了暖湿空气，加强了不稳定，还加大了垂直风切变，有利于强对流的生成和发展。（2）造成龙卷的微型超级单体风暴环境场特征：CAPE达到1 680.3 J/kg，0~3 km垂直风切变较大为17.1 m/s，0~1 km垂直风切变为7.1 m/s，0~6 km垂直风切变较小为7 m/s，湿层相对深厚，抬升凝结高度为316.1 m。（3）SA型多普勒天气雷达和X波段相控阵雷达观测到的1 km以上中气旋起止时间、强度、伸展高度和演变趋势基本一致。（4）X波段相控阵雷达径向分辨率很高，同时龙卷距离雷达较近，因而方位角方向分辨率也很高，观测更精细。X波段相控阵雷达在龙卷发生前5分钟到龙卷结束持续观测到1 km以下的低层中气旋，对发布龙卷预警有很好的指示意义。X波段相控阵雷达清晰地观测到钩状回波顶点附近低层的辐合流场，辐合高度可达2 km以上，证实了沿龙卷路径地面是辐合流场的结论。（5）在龙卷形成前14分钟X波段相控阵雷达观测到超单体风暴后侧下沉气流，后侧下沉气流温度低于环境温度，同时在龙卷形成位置中低层观测到强的辐合上升运动，这些观测特征验证了美国学者关于低层中气旋的形成机理。（6）低层中气旋生成后，X波段相控阵雷达观测到低层辐合迅速加强，达到最强时龙卷形成，验证了美国学者关于低层中气旋形成后还需要低层强辐合以及中层强上升气流的向上垂直拉升，龙卷才能形成的机理。
利用石家庄新乐SA型多普勒天气雷达资料、雄安新区安新东白庄X波段相控阵多普勒天气雷达资料、ERA5再分析资料和常规观测资料对2021年7月21日河北省保定市清苑区东闾村龙卷过程进行了详细分析。结果如下：（1）龙卷于15时43分开始，历时22分钟，根据灾情判定此次龙卷为EF2级。造成此次龙卷的影响系统不典型，500 hPa及以下为切变或风速辐合区，700 hPa急流不仅输送了暖湿空气，加强了不稳定，还加大了垂直风切变，有利于强对流的生成和发展。（2）造成龙卷的微型超级单体风暴环境场特征：CAPE达到1 680.3 J/kg，0~3 km垂直风切变较大为17.1 m/s，0~1 km垂直风切变为7.1 m/s，0~6 km垂直风切变较小为7 m/s，湿层相对深厚，抬升凝结高度为316.1 m。（3）SA型多普勒天气雷达和X波段相控阵雷达观测到的1 km以上中气旋起止时间、强度、伸展高度和演变趋势基本一致。（4）X波段相控阵雷达径向分辨率很高，同时龙卷距离雷达较近，因而方位角方向分辨率也很高，观测更精细。X波段相控阵雷达在龙卷发生前5分钟到龙卷结束持续观测到1 km以下的低层中气旋，对发布龙卷预警有很好的指示意义。X波段相控阵雷达清晰地观测到钩状回波顶点附近低层的辐合流场，辐合高度可达2 km以上，证实了沿龙卷路径地面是辐合流场的结论。（5）在龙卷形成前14分钟X波段相控阵雷达观测到超单体风暴后侧下沉气流，后侧下沉气流温度低于环境温度，同时在龙卷形成位置中低层观测到强的辐合上升运动，这些观测特征验证了美国学者关于低层中气旋的形成机理。（6）低层中气旋生成后，X波段相控阵雷达观测到低层辐合迅速加强，达到最强时龙卷形成，验证了美国学者关于低层中气旋形成后还需要低层强辐合以及中层强上升气流的向上垂直拉升，龙卷才能形成的机理。
2023, 39(5): 680-688.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.059
摘要:
在2020年3月—2021年7月福建漳州沿海地区融合实况资料与欧洲中心细网格模式预报产品的基础上，应用集成学习中的LightGBM（Light Gradient Boosting Machine）算法建立分类预报模型以预测低能见度天气。针对样本极端不均衡的问题，在建模与检验中分别采用Bagging（Bootstrap Aggregating）技术和AUC（Area Under Curve）评分进行解决。根据有无新特征构造和模型融合划分为四种方案进行试验，同时将逻辑回归建模方案作为对比。结果表明：（1）在所有特征中，2 m露点对判断低能见度天气发生发展最为重要，2 m与1 000 hPa温差的重要性次之；（2）所有建模方案均能改善模式原始预报，其中LightGBM模型总体效果优于逻辑回归模型，两者命中率相似，但前者空报率显著降低；（3）新特征构造与模型融合的技巧能够进一步改善预测性能，包含这两者的建模方案在测试集上表现更佳，其中新特征构造对模型的提升幅度更为突出。
在2020年3月—2021年7月福建漳州沿海地区融合实况资料与欧洲中心细网格模式预报产品的基础上，应用集成学习中的LightGBM（Light Gradient Boosting Machine）算法建立分类预报模型以预测低能见度天气。针对样本极端不均衡的问题，在建模与检验中分别采用Bagging（Bootstrap Aggregating）技术和AUC（Area Under Curve）评分进行解决。根据有无新特征构造和模型融合划分为四种方案进行试验，同时将逻辑回归建模方案作为对比。结果表明：（1）在所有特征中，2 m露点对判断低能见度天气发生发展最为重要，2 m与1 000 hPa温差的重要性次之；（2）所有建模方案均能改善模式原始预报，其中LightGBM模型总体效果优于逻辑回归模型，两者命中率相似，但前者空报率显著降低；（3）新特征构造与模型融合的技巧能够进一步改善预测性能，包含这两者的建模方案在测试集上表现更佳，其中新特征构造对模型的提升幅度更为突出。
2023, 39(5): 689-696.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.060
摘要:
基于水动力方法构建的广州城市暴雨内涝模型，结合精细化降水预报，对内涝点的积水深度及风险等级进行模拟，结果表明，模型对近两年内涝点内涝风险等级命中率达65%，对总降水量为50~100 mm的降水过程命中率最高为72.8%。模型对2020年“5.22”特大暴雨过程模拟的积水深度和实况相比偏弱，误差主要分布在30 cm以内，大约占64%，大部分模型模拟积水深度偏小，主要位于广州中北部地区；此外，模型对积水1m以下内涝点的积水有不错的模拟能力，而对2m左右的深积水模拟能力还有限。不同重现期雨情下，广州中心城区的降雨量和历时越大，积水面积越大。1 h重现期雨情下，积水深度一般在20 cm以下，部分在20~59 cm；3 h降雨情景下，积水明显加深，积水深度一般在20~59 cm，部分在0~20 cm和60~119 cm。总体而言，模型模拟结果与实测内涝积水情况基本一致，模型准确度可满足业务需求。
基于水动力方法构建的广州城市暴雨内涝模型，结合精细化降水预报，对内涝点的积水深度及风险等级进行模拟，结果表明，模型对近两年内涝点内涝风险等级命中率达65%，对总降水量为50~100 mm的降水过程命中率最高为72.8%。模型对2020年“5.22”特大暴雨过程模拟的积水深度和实况相比偏弱，误差主要分布在30 cm以内，大约占64%，大部分模型模拟积水深度偏小，主要位于广州中北部地区；此外，模型对积水1m以下内涝点的积水有不错的模拟能力，而对2m左右的深积水模拟能力还有限。不同重现期雨情下，广州中心城区的降雨量和历时越大，积水面积越大。1 h重现期雨情下，积水深度一般在20 cm以下，部分在20~59 cm；3 h降雨情景下，积水明显加深，积水深度一般在20~59 cm，部分在0~20 cm和60~119 cm。总体而言，模型模拟结果与实测内涝积水情况基本一致，模型准确度可满足业务需求。
2023, 39(5): 697-710.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.061
摘要:
2020年3月27日华南地区发生一次典型的锋前暖区暴雨过程，过程持续超过15 h，出现中尺度对流系统MCS-A、MCS-B与MCS-C并产生多次分裂与重组。利用地面自动站数据、多普勒天气雷达资料、ECMWF-ERA5地面和高空再分析场资料，结合中尺度CMA-GD模式对此次暖区暴雨过程环流形势与中尺度对流系统组织特征和触发条件等方面进行分析。结果表明：（1）高低空环流包括500 hPa高空槽、200 hPa西风急流与锋前低槽等系统的有利配置且稳定少动是暖区暴雨长时间维持的重要原因。持续维持的低空急流为对流发生发展提供了有利的条件性不稳定和对流有效位能。（2）伴随自由对流高度降低与CIN抑制能量减小，贺州至怀集一带的关键区域1处对流在地面得以触发，而距离1处南向约80 km的关键区域2中1 500 m高度处风速辐合与冷池作用使得对流发生。（3）MCS-A与MCS-B在关键区域1处触发，呈现前向与后向传播，MCS-C在关键区域2处触发后以后向传播为主。此外，MCS-B与MCS-C表现为多条平行排列的南北向短雨带并产生向东移动的“列车带效应”，而MCS-A与MCS-B则表现为多次分裂与重组后形成向东南移动的“列车带效应”。（4）中β尺度次级环流的上升支抬升西南暖湿气流，使其倾斜上升凝结潜热释放，造成后向传播对流系统的发生发展。同时由于强降水拖曳作用，850 hPa以下转下沉气流造成一定厚度的冷池后与暖湿入流叠加，触发新对流单体，也影响后向传播。（5）上游MCSs发生后在地面形成冷池出流，与暖湿气流辐合抬升，造成前端对流触发。
2020年3月27日华南地区发生一次典型的锋前暖区暴雨过程，过程持续超过15 h，出现中尺度对流系统MCS-A、MCS-B与MCS-C并产生多次分裂与重组。利用地面自动站数据、多普勒天气雷达资料、ECMWF-ERA5地面和高空再分析场资料，结合中尺度CMA-GD模式对此次暖区暴雨过程环流形势与中尺度对流系统组织特征和触发条件等方面进行分析。结果表明：（1）高低空环流包括500 hPa高空槽、200 hPa西风急流与锋前低槽等系统的有利配置且稳定少动是暖区暴雨长时间维持的重要原因。持续维持的低空急流为对流发生发展提供了有利的条件性不稳定和对流有效位能。（2）伴随自由对流高度降低与CIN抑制能量减小，贺州至怀集一带的关键区域1处对流在地面得以触发，而距离1处南向约80 km的关键区域2中1 500 m高度处风速辐合与冷池作用使得对流发生。（3）MCS-A与MCS-B在关键区域1处触发，呈现前向与后向传播，MCS-C在关键区域2处触发后以后向传播为主。此外，MCS-B与MCS-C表现为多条平行排列的南北向短雨带并产生向东移动的“列车带效应”，而MCS-A与MCS-B则表现为多次分裂与重组后形成向东南移动的“列车带效应”。（4）中β尺度次级环流的上升支抬升西南暖湿气流，使其倾斜上升凝结潜热释放，造成后向传播对流系统的发生发展。同时由于强降水拖曳作用，850 hPa以下转下沉气流造成一定厚度的冷池后与暖湿入流叠加，触发新对流单体，也影响后向传播。（5）上游MCSs发生后在地面形成冷池出流，与暖湿气流辐合抬升，造成前端对流触发。
2023, 39(5): 711-725.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.062
摘要:
利用ERA5再分析、地面观测和雷达资料等，对广东省深圳汕尾特别合作区(下称“深汕区”)2020年5月20—22日(简称过程1)和2020年6月6—8日(简称过程2)两次极端性的特大暴雨过程中的降雨实况、环流形势、物理量、雷达回波特征等进行对比分析。结果表明：两次过程均是在有利的大尺度环流背景下发生，低层的西南急流持续带来充沛的水汽，同时低空暖湿气流的输送使暴雨落区低层长时间处于高能高湿区控制，强烈的辐合上升运动也提供了很好的动力条件，并在海上暖湿气流北推与陆上偏冷气流沿汕尾莲花山脉南下共同作用下形成地面辐合线，且特殊地形起到滞留作用。不同点是过程1暴雨落区低层风速更大，加强更明显，中尺度能量锋区强度更强，回波形态为海上北移至深汕区南侧辐合线附近迅速发展加强的强单体回波，稳定少动并伴有中γ尺度涡旋特征。过程2中水汽通量大值区较偏北，暴雨落区大气层结不稳定状态维持更长时间，垂直运动大值区高度范围更宽，回波形态为强降水回波在长时间维持的地面辐合线附近不断触发并形成列车效应的线状强回波带。
利用ERA5再分析、地面观测和雷达资料等，对广东省深圳汕尾特别合作区(下称“深汕区”)2020年5月20—22日(简称过程1)和2020年6月6—8日(简称过程2)两次极端性的特大暴雨过程中的降雨实况、环流形势、物理量、雷达回波特征等进行对比分析。结果表明：两次过程均是在有利的大尺度环流背景下发生，低层的西南急流持续带来充沛的水汽，同时低空暖湿气流的输送使暴雨落区低层长时间处于高能高湿区控制，强烈的辐合上升运动也提供了很好的动力条件，并在海上暖湿气流北推与陆上偏冷气流沿汕尾莲花山脉南下共同作用下形成地面辐合线，且特殊地形起到滞留作用。不同点是过程1暴雨落区低层风速更大，加强更明显，中尺度能量锋区强度更强，回波形态为海上北移至深汕区南侧辐合线附近迅速发展加强的强单体回波，稳定少动并伴有中γ尺度涡旋特征。过程2中水汽通量大值区较偏北，暴雨落区大气层结不稳定状态维持更长时间，垂直运动大值区高度范围更宽，回波形态为强降水回波在长时间维持的地面辐合线附近不断触发并形成列车效应的线状强回波带。
2023, 39(5): 726-741.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.063
摘要:
海基（浮标站、海岛站、平台站）现场观测作为海洋观测的主要来源，对大气和海洋科学的发展起到重要作用。探讨了南海及沿岸海基观测资料同化对华南前汛期暴雨预报的潜在影响。在地面站观测资料同化基础上，增加海基观测资料同化，并进行了连续循环同化试验。试验结果表明，连续循环同化方案显著优于冷启动同化方案的降水预报，通过连续循环同化海基观测资料可以有效改善分析场低层的湿度场和风场，进而改善了华南上游南海区域的水汽输送和动力条件。在降水预报方面，同化海基观测资料对陆地区域的降水预报改善不明显，但对沿岸及海上区域的降水预报改善显著，尤其是18 h和24 h的强降水预报。总体来看，增加海基观测资料同化对华南前汛期南海沿岸及海上区域暴雨预报产生了积极的正贡献，本研究对CMA-MESO模式实现更多海基观测资料业务同化、提高华南前汛期暴雨预报水平和开展南海海洋观测试验提供了重要依据。
海基（浮标站、海岛站、平台站）现场观测作为海洋观测的主要来源，对大气和海洋科学的发展起到重要作用。探讨了南海及沿岸海基观测资料同化对华南前汛期暴雨预报的潜在影响。在地面站观测资料同化基础上，增加海基观测资料同化，并进行了连续循环同化试验。试验结果表明，连续循环同化方案显著优于冷启动同化方案的降水预报，通过连续循环同化海基观测资料可以有效改善分析场低层的湿度场和风场，进而改善了华南上游南海区域的水汽输送和动力条件。在降水预报方面，同化海基观测资料对陆地区域的降水预报改善不明显，但对沿岸及海上区域的降水预报改善显著，尤其是18 h和24 h的强降水预报。总体来看，增加海基观测资料同化对华南前汛期南海沿岸及海上区域暴雨预报产生了积极的正贡献，本研究对CMA-MESO模式实现更多海基观测资料业务同化、提高华南前汛期暴雨预报水平和开展南海海洋观测试验提供了重要依据。
2023, 39(5): 742-750.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.064
摘要:
2020年4月22日发生在海南岛的一次长生命史飑线系统导致海南岛中北部地区遭受大风、强降雨等气象灾害影响。结合常规气象资料及双偏振雷达等探测数据对该次飑线天气系统的演变发展过程进行分析，结果表明：该次飑线天气过程发生在副热带高压带西北边缘地区，地面受准静止锋控制，冷空气强度偏弱，主要受西南暖湿气流影响，配合地面辐合线及合适的热力条件提供较好的环境触发因素。在飑线成形至后续发展演变过程中，雷达反射率因子始终保持较强盛状态（大片云体超过55 dBZ）；在飑线初始阶段（16:20— 16:43），云系内部的差分反射率因子（ZDR）出现大片区域超过5 dB（垂直方向伸展至8~9 km）；在飑线影响过程中海口站和文昌站上空的ZDR均在降水前期达到最大值，随后伴随降水的逐渐增大而进入减弱阶段，差分传播相移率（KDP）基本与降水强度的变化呈现同升同降趋势。此外，地闪频数在降水前期15~20 min内有明显跃升趋势，并且较ZDR提前6~12 min左右达到最大值，比KDP提前24~48分钟左右达到最大值。
2020年4月22日发生在海南岛的一次长生命史飑线系统导致海南岛中北部地区遭受大风、强降雨等气象灾害影响。结合常规气象资料及双偏振雷达等探测数据对该次飑线天气系统的演变发展过程进行分析，结果表明：该次飑线天气过程发生在副热带高压带西北边缘地区，地面受准静止锋控制，冷空气强度偏弱，主要受西南暖湿气流影响，配合地面辐合线及合适的热力条件提供较好的环境触发因素。在飑线成形至后续发展演变过程中，雷达反射率因子始终保持较强盛状态（大片云体超过55 dBZ）；在飑线初始阶段（16:20— 16:43），云系内部的差分反射率因子（ZDR）出现大片区域超过5 dB（垂直方向伸展至8~9 km）；在飑线影响过程中海口站和文昌站上空的ZDR均在降水前期达到最大值，随后伴随降水的逐渐增大而进入减弱阶段，差分传播相移率（KDP）基本与降水强度的变化呈现同升同降趋势。此外，地闪频数在降水前期15~20 min内有明显跃升趋势，并且较ZDR提前6~12 min左右达到最大值，比KDP提前24~48分钟左右达到最大值。
2023, 39(5): 751-763.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.065
摘要:
为了揭示外来输送对浙江舟山城区PM2.5污染的影响，在对2016年3月—2019年2月舟山城区PM2.5日均质量浓度季节变化分析的基础上，利用后向轨迹聚类分析、潜在源分析函数和浓度权重轨迹分析方法，对比分析了影响舟山城区PM2.5外来输送路径和潜在外来源区的季节特征。结果表明：春季和秋季以东北偏北和局地偏南路径占比最大，夏季以偏南路径占比最大，冬季以西北路径占比最大。春季西北路径和局地偏南路径分别对PM2.5质量浓度平均值和最大值贡献最大，夏季西北偏北路径和偏南路径分别对PM2.5质量浓度平均值和最大值贡献最大，秋季局地偏南路径对PM2.5质量浓度平均值和最大值贡献最大，冬季西北路径对PM2.5质量浓度平均值和最大值贡献最大。春季的潜在源区主要分布在安徽中北部到东南部、河南东部和福建北部沿海。夏季和秋季的潜在源区主要分布在安徽东南部、江苏南部和浙江西南部。冬季的潜在源区主要分布在山东西南部、江苏西北部、浙江北部、安徽东北部和河南东部。与2013—2016年数据的研究结果相比，不同季节主要输送路径的传输方向较一致，夏季和冬季仍分别主要受偏南路径和西北路径气流的影响。不同之处在于舟山夏季PM2.5受西北偏北路径输送的影响增多，春季和秋季PM2.5受来自浙江省内局地偏南路径输送的影响较明显。安徽、江苏、山东和浙江的部分地区仍是舟山PM2.5主要的潜在源区，但浙江北部和江苏的分布范围有所减小，并有向山东西北部、浙江西南部和福建北部沿海延伸的趋势。
为了揭示外来输送对浙江舟山城区PM2.5污染的影响，在对2016年3月—2019年2月舟山城区PM2.5日均质量浓度季节变化分析的基础上，利用后向轨迹聚类分析、潜在源分析函数和浓度权重轨迹分析方法，对比分析了影响舟山城区PM2.5外来输送路径和潜在外来源区的季节特征。结果表明：春季和秋季以东北偏北和局地偏南路径占比最大，夏季以偏南路径占比最大，冬季以西北路径占比最大。春季西北路径和局地偏南路径分别对PM2.5质量浓度平均值和最大值贡献最大，夏季西北偏北路径和偏南路径分别对PM2.5质量浓度平均值和最大值贡献最大，秋季局地偏南路径对PM2.5质量浓度平均值和最大值贡献最大，冬季西北路径对PM2.5质量浓度平均值和最大值贡献最大。春季的潜在源区主要分布在安徽中北部到东南部、河南东部和福建北部沿海。夏季和秋季的潜在源区主要分布在安徽东南部、江苏南部和浙江西南部。冬季的潜在源区主要分布在山东西南部、江苏西北部、浙江北部、安徽东北部和河南东部。与2013—2016年数据的研究结果相比，不同季节主要输送路径的传输方向较一致，夏季和冬季仍分别主要受偏南路径和西北路径气流的影响。不同之处在于舟山夏季PM2.5受西北偏北路径输送的影响增多，春季和秋季PM2.5受来自浙江省内局地偏南路径输送的影响较明显。安徽、江苏、山东和浙江的部分地区仍是舟山PM2.5主要的潜在源区，但浙江北部和江苏的分布范围有所减小，并有向山东西北部、浙江西南部和福建北部沿海延伸的趋势。
2023, 39(5): 764-773.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.066
摘要:
已有研究表明热带气旋强度变化与雨带分布间存在紧密联系，然而其在西北太平洋区域的量化特征尚待揭示。利用2000—2018年6—9月的中国气象局（CMA）热带气旋最佳路径数据集和全球测雨计划（GPM）格点级降水数据（IMERG）降水数据，建立了西北太平洋区域热带气旋移动坐标系，并根据气旋中心气压变化将热带气旋分为初生、缓慢增强、快速增强、稳定和消散共五类，在此基础上研究了各类气旋的降水分布及变化特征。结果表明，初生型气旋的降水率在距离气旋中心10 km和40 km处分别存在两个峰值；快速增强型气旋也存在两个峰值，分别出现在10 km和30 km处；缓慢增强和减弱型气旋的降水率随径向距离的变化均呈现出单峰分布，峰值分别出现在40 km和60 km处。气旋内雨带降水变化与气旋强度变化间存在显著的正相关关系；而外雨带降水变化与气旋强度变化间则存在负相关关系。气旋各个方位降水变化对强度变化的响应不同，减弱型热带气旋的降水率减小主要发生在气旋西侧，应与热带气旋登陆过程有关。研究结果可为西北太平洋热带气旋强度及降水模拟提供事实依据。
已有研究表明热带气旋强度变化与雨带分布间存在紧密联系，然而其在西北太平洋区域的量化特征尚待揭示。利用2000—2018年6—9月的中国气象局（CMA）热带气旋最佳路径数据集和全球测雨计划（GPM）格点级降水数据（IMERG）降水数据，建立了西北太平洋区域热带气旋移动坐标系，并根据气旋中心气压变化将热带气旋分为初生、缓慢增强、快速增强、稳定和消散共五类，在此基础上研究了各类气旋的降水分布及变化特征。结果表明，初生型气旋的降水率在距离气旋中心10 km和40 km处分别存在两个峰值；快速增强型气旋也存在两个峰值，分别出现在10 km和30 km处；缓慢增强和减弱型气旋的降水率随径向距离的变化均呈现出单峰分布，峰值分别出现在40 km和60 km处。气旋内雨带降水变化与气旋强度变化间存在显著的正相关关系；而外雨带降水变化与气旋强度变化间则存在负相关关系。气旋各个方位降水变化对强度变化的响应不同，减弱型热带气旋的降水率减小主要发生在气旋西侧，应与热带气旋登陆过程有关。研究结果可为西北太平洋热带气旋强度及降水模拟提供事实依据。
2023, 39(5): 774-784.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.067
摘要:
基于卫星降水数据和再分析资料，识别了台风“山竹”的降水非对称特征及其与垂直风切变的相关性，并进一步使用WRF模式数值模拟探究了非对称降水引发的热带气旋内部动力过程对环境流场的反馈作用。(1) 台风“山竹”降水分布表现出明显的非对称性，强降水主要集中在南侧，而台风的平均风切变指向西南侧，强降水总是位于顺风切变的左侧。(2) 台风发展初期风切变指向强降水方位，之后逆时针旋转并不断增大，转至指向南侧时达到最大值，之后逐渐减小。(3) 非对称降水位置的改变伴随着非对称风场的改变，并影响着非对称温压场变化，而温压场的变化又进一步改变非对称风和降水，所以台风与环境流场存在着相互影响的反馈关系。
基于卫星降水数据和再分析资料，识别了台风“山竹”的降水非对称特征及其与垂直风切变的相关性，并进一步使用WRF模式数值模拟探究了非对称降水引发的热带气旋内部动力过程对环境流场的反馈作用。(1) 台风“山竹”降水分布表现出明显的非对称性，强降水主要集中在南侧，而台风的平均风切变指向西南侧，强降水总是位于顺风切变的左侧。(2) 台风发展初期风切变指向强降水方位，之后逆时针旋转并不断增大，转至指向南侧时达到最大值，之后逐渐减小。(3) 非对称降水位置的改变伴随着非对称风场的改变，并影响着非对称温压场变化，而温压场的变化又进一步改变非对称风和降水，所以台风与环境流场存在着相互影响的反馈关系。
2023, 39(5): 785-798.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.068
摘要:
为深入挖掘VLF/LF三维闪电监测网在雷电临近预警中的应用效益，提出一种基于VLF/LF闪电数据的多算法融合雷暴系统识别技术，首先对OPTICS聚类法进行参数自适应改进，即基于VLF/LF闪电数据的空间分布特征，利用双总体t检验法实时计算初始输入参数Min_ρ，使其自适应于待处理的闪电数据；而后与K-Means聚类法融合应用，利用K-Means法通过迭代计算聚类中心的优势，改进仅凭OPTICS法无法准确定位雷暴体的中心点的缺陷。经不同尺度雷暴天气过程检验，该技术有效改善OPTICS法等常规的密度聚类法无法适用于三维闪电数据聚类处理、无法识别区分密度差异不大的相邻雷暴体的缺陷，能实现任意尺度形状雷暴体的识别及中心点的精准计算，可为雷暴追踪及趋势外推工作提供优于传统聚类技术的雷暴系统识别结果，也能为雷暴灾害天气的预报及雷电预警模型的训练提供有效的知识库支撑。
为深入挖掘VLF/LF三维闪电监测网在雷电临近预警中的应用效益，提出一种基于VLF/LF闪电数据的多算法融合雷暴系统识别技术，首先对OPTICS聚类法进行参数自适应改进，即基于VLF/LF闪电数据的空间分布特征，利用双总体t检验法实时计算初始输入参数Min_ρ，使其自适应于待处理的闪电数据；而后与K-Means聚类法融合应用，利用K-Means法通过迭代计算聚类中心的优势，改进仅凭OPTICS法无法准确定位雷暴体的中心点的缺陷。经不同尺度雷暴天气过程检验，该技术有效改善OPTICS法等常规的密度聚类法无法适用于三维闪电数据聚类处理、无法识别区分密度差异不大的相邻雷暴体的缺陷，能实现任意尺度形状雷暴体的识别及中心点的精准计算，可为雷暴追踪及趋势外推工作提供优于传统聚类技术的雷暴系统识别结果，也能为雷暴灾害天气的预报及雷电预警模型的训练提供有效的知识库支撑。
粤公网安备 4401069904700003号