2023年 第39卷 第6期
2023, 39(6): 799-806.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.069
摘要:
雷达回波外推是短临降水预报的一种重要方法。针对雷达回波外推中随着外推时间的增加而出现回波演变信息丢失这一问题，本文提出一种多尺度特征融合的深度学习短临降水预报模型(以下简称为MSF2)。首先，采用多尺度的卷积核对网络的浅层信息进行特征提取，弥补单一特征检测带来的不足。其次，将不同维度的特征信息进行拼接及通道混洗，进一步增强特征图通道之间的信息流通和信息表达能力。最后，将特征图中的多尺度信息进行融合，从而有效保留不同尺度的特征信息。利用华南雷达回波拼图资料数据，在3种不同降水强度（5 mm/h、10 mm/h和25 mm/h）下进行降水预报研究，并与光流法和ConvLSTM两种主流算法进行了对比。结果显示，在3种不同降水强度条件下，MSF2在所有评价指标（命中率POD、临界成功指数CSI、误报率FAR）中表现最优，这表明引入多尺度机制能改善模型的特征提取能力。相比于目前主流的光流法和ConvLSTM，本文提出的模型对于短临降水预报具有较好的适用性和较高的预报精度, 而且实现了业务化运行。
雷达回波外推是短临降水预报的一种重要方法。针对雷达回波外推中随着外推时间的增加而出现回波演变信息丢失这一问题，本文提出一种多尺度特征融合的深度学习短临降水预报模型(以下简称为MSF2)。首先，采用多尺度的卷积核对网络的浅层信息进行特征提取，弥补单一特征检测带来的不足。其次，将不同维度的特征信息进行拼接及通道混洗，进一步增强特征图通道之间的信息流通和信息表达能力。最后，将特征图中的多尺度信息进行融合，从而有效保留不同尺度的特征信息。利用华南雷达回波拼图资料数据，在3种不同降水强度（5 mm/h、10 mm/h和25 mm/h）下进行降水预报研究，并与光流法和ConvLSTM两种主流算法进行了对比。结果显示，在3种不同降水强度条件下，MSF2在所有评价指标（命中率POD、临界成功指数CSI、误报率FAR）中表现最优，这表明引入多尺度机制能改善模型的特征提取能力。相比于目前主流的光流法和ConvLSTM，本文提出的模型对于短临降水预报具有较好的适用性和较高的预报精度, 而且实现了业务化运行。
2023, 39(6): 807-824.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.070
摘要:
2020年5月底至6月上旬广西出现了12天的严重致灾持续性暴雨过程，由于其形成的极端复杂性，有必要进行深度剖析，揭示其特征和成因。利用欧洲中期天气预报中心（EC）ERA5 0.25 °×0.25 °逐小时再分析及实况资料，对该次过程进行了多尺度综合分析。中期天气预报：（1）该次过程具有强降雨持续时间长、范围广、强度强、累积雨量大、多地24 h雨量破历史记录及灾情特别重等特点。（2）该次过程发生在中高纬度环流、副热带高压、孟加拉湾低槽、低空急流及南亚高压有利配置的环流背景下。南亚高压过渡层与副热带高压不形成稳定对峙，中高纬经向型环流重建向纬向型环流转换，冷空气影响华南地区具有波动式特点，造成冷锋、静止锋及暖区交替影响，从而形成局地性、区域性及全省性暴雨交替，具有与以往持续性暴雨明显不同的特点。（3）大气聚积较大能量，锋面和暖区暴雨前聚积巨大能量，能量聚积及有效释放与最大小时降雨量成正相关。低层大气高温高湿且整层大气湿层深厚及较小的CIN和较低的TCL_P有利于能量的积聚和对流触发，暖区和静止锋暴雨具有更易于触发的环境条件。能量、动力及水汽辐合的极端性造成了降雨极端性。（4）锋面暴雨由地面中尺度锋区、切变线及地形触发，系统的合并及低空环境风场的增强，组织了对流发展。暖区暴雨由边界层急流轴左侧气旋性切变、低空急流出口辐合及地形抬升触发，急流的脉动增强组织对流发展。（5）锋面暴雨为移动性云带，暖区暴雨为少动性云团，云顶亮温越低，最大小时雨量越大，云顶亮温低于200 K可作为最大小时雨量大于50 mm/h判据，最大小时雨量出现在最低云顶亮温达最小值之后。强降雨开始于雷达RCS最大值≥45 dBZ，维持期间≥50 dBZ。锋面为高质心冷云回波，暖区为低质心暖云回波。（6）地形对暴雨触发和维持起重要作用，对暖区暴雨作用更明显。（7）观测与再分析资料对弱冷空气的渗透分析存在差异，前者更容易捕捉到对流触发。
2020年5月底至6月上旬广西出现了12天的严重致灾持续性暴雨过程，由于其形成的极端复杂性，有必要进行深度剖析，揭示其特征和成因。利用欧洲中期天气预报中心（EC）ERA5 0.25 °×0.25 °逐小时再分析及实况资料，对该次过程进行了多尺度综合分析。中期天气预报：（1）该次过程具有强降雨持续时间长、范围广、强度强、累积雨量大、多地24 h雨量破历史记录及灾情特别重等特点。（2）该次过程发生在中高纬度环流、副热带高压、孟加拉湾低槽、低空急流及南亚高压有利配置的环流背景下。南亚高压过渡层与副热带高压不形成稳定对峙，中高纬经向型环流重建向纬向型环流转换，冷空气影响华南地区具有波动式特点，造成冷锋、静止锋及暖区交替影响，从而形成局地性、区域性及全省性暴雨交替，具有与以往持续性暴雨明显不同的特点。（3）大气聚积较大能量，锋面和暖区暴雨前聚积巨大能量，能量聚积及有效释放与最大小时降雨量成正相关。低层大气高温高湿且整层大气湿层深厚及较小的CIN和较低的TCL_P有利于能量的积聚和对流触发，暖区和静止锋暴雨具有更易于触发的环境条件。能量、动力及水汽辐合的极端性造成了降雨极端性。（4）锋面暴雨由地面中尺度锋区、切变线及地形触发，系统的合并及低空环境风场的增强，组织了对流发展。暖区暴雨由边界层急流轴左侧气旋性切变、低空急流出口辐合及地形抬升触发，急流的脉动增强组织对流发展。（5）锋面暴雨为移动性云带，暖区暴雨为少动性云团，云顶亮温越低，最大小时雨量越大，云顶亮温低于200 K可作为最大小时雨量大于50 mm/h判据，最大小时雨量出现在最低云顶亮温达最小值之后。强降雨开始于雷达RCS最大值≥45 dBZ，维持期间≥50 dBZ。锋面为高质心冷云回波，暖区为低质心暖云回波。（6）地形对暴雨触发和维持起重要作用，对暖区暴雨作用更明显。（7）观测与再分析资料对弱冷空气的渗透分析存在差异，前者更容易捕捉到对流触发。
2023, 39(6): 825-837.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.071
摘要:
近年来我国极端灾害性天气频发，造成了重大人员伤亡和财产损失，随着防灾减灾工作的推进，龙卷等中小尺度强对流灾害性天气的预警预报工作的关注度正逐步提升。现有龙卷检测算法基于对新一代天气雷达基数据在多个仰角和体积扫描中进行阈值判断得到龙卷涡旋特征TVS，在自适应协同观测背景下表现为自适应策略同步较慢，预警预报准确率不高，提前预警时间短。使用机器学习算法结合龙卷在雷达反射率、径向速度和速度谱宽的多重特征能有效提高龙卷识别的准确率和预警时间，能提高组网雷达的协同观测能力。基于随机森林的龙卷检测算法（TDA-RF），使用CINRAD雷达历史龙卷数据作为训练集，通过随机森林算法对训练集进行分类学习得到龙卷预测模型，使用预测模型对实时雷达数据进行龙卷检测。试验结果表明，TDA-RF算法能有效识别不同强度的龙卷，较TVS龙卷检测算法能给出龙卷区域的分类概率值，无需对龙卷特征时空连续性进行判断；TDA-RF算法对多个特征进行综合判断具有较好的抗干扰能力，使基于组网雷达的龙卷预警时间最高可达18分钟。
近年来我国极端灾害性天气频发，造成了重大人员伤亡和财产损失，随着防灾减灾工作的推进，龙卷等中小尺度强对流灾害性天气的预警预报工作的关注度正逐步提升。现有龙卷检测算法基于对新一代天气雷达基数据在多个仰角和体积扫描中进行阈值判断得到龙卷涡旋特征TVS，在自适应协同观测背景下表现为自适应策略同步较慢，预警预报准确率不高，提前预警时间短。使用机器学习算法结合龙卷在雷达反射率、径向速度和速度谱宽的多重特征能有效提高龙卷识别的准确率和预警时间，能提高组网雷达的协同观测能力。基于随机森林的龙卷检测算法（TDA-RF），使用CINRAD雷达历史龙卷数据作为训练集，通过随机森林算法对训练集进行分类学习得到龙卷预测模型，使用预测模型对实时雷达数据进行龙卷检测。试验结果表明，TDA-RF算法能有效识别不同强度的龙卷，较TVS龙卷检测算法能给出龙卷区域的分类概率值，无需对龙卷特征时空连续性进行判断；TDA-RF算法对多个特征进行综合判断具有较好的抗干扰能力，使基于组网雷达的龙卷预警时间最高可达18分钟。
2023, 39(6): 838-847.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.072
摘要:
基于山东济宁S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据，结合探空和地面实况资料，对2021年6月14日发生在山东单县一带的强降水超级单体双偏振参量特征和微物理特征进行了分析。结果表明：环境整层湿度较大，CAPE较强，0 ℃层高度较高，利于强降水产生，0~6 km具有中等强度垂直风切变，利于超级单体风暴产生与维持。单县超级单体风暴旺盛阶段强度在60~65 dBZ，强中心高度基本位于0 ℃层高度之下，质心偏低。KDP柱的高度与宽度明显大于ZDR柱，强盛宽阔的上升气流将一定浓度、小的液态粒子带至较高高度并持续较长时间。风暴低层左侧一直存在KDP大值区，同时也存在3 °/km以上的KDP高值区，液态粒子浓度较高，最大分钟降水量维持在3 mm以上。风暴低层右侧有明显的入流缺口，有明显的ZDR弧，表现为偏大的液态粒子。环境0 ℃层高度以上较厚的厚度内含有丰富的液态粒子和冰相粒子，丰富的冰相粒子下降到0 ℃层高度之下出现明显融化，在低层强切变的“筛选”作用下，风暴右侧入流与下沉气流结合区以大的液态粒子为主，浓度小，降水强度较弱。风暴左侧低层为高浓度液态粒子，从而产生高强度降水。
基于山东济宁S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据，结合探空和地面实况资料，对2021年6月14日发生在山东单县一带的强降水超级单体双偏振参量特征和微物理特征进行了分析。结果表明：环境整层湿度较大，CAPE较强，0 ℃层高度较高，利于强降水产生，0~6 km具有中等强度垂直风切变，利于超级单体风暴产生与维持。单县超级单体风暴旺盛阶段强度在60~65 dBZ，强中心高度基本位于0 ℃层高度之下，质心偏低。KDP柱的高度与宽度明显大于ZDR柱，强盛宽阔的上升气流将一定浓度、小的液态粒子带至较高高度并持续较长时间。风暴低层左侧一直存在KDP大值区，同时也存在3 °/km以上的KDP高值区，液态粒子浓度较高，最大分钟降水量维持在3 mm以上。风暴低层右侧有明显的入流缺口，有明显的ZDR弧，表现为偏大的液态粒子。环境0 ℃层高度以上较厚的厚度内含有丰富的液态粒子和冰相粒子，丰富的冰相粒子下降到0 ℃层高度之下出现明显融化，在低层强切变的“筛选”作用下，风暴右侧入流与下沉气流结合区以大的液态粒子为主，浓度小，降水强度较弱。风暴左侧低层为高浓度液态粒子，从而产生高强度降水。
2023, 39(6): 848-856.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.073
摘要:
利用1970—2021年粤北和珠三角地区30个气象站的逐日地面温度和气温资料，分析了地气温差(地面温度-气温)空间分布、季节变化及气候变化背景下的年际变化趋势。(1) 近50年来粤北和珠三角年平均地气温差介于1.97~3.21 ℃之间，总体呈现北高南低的纬向型分布格局。(2) 夏季地气温差最大为3.25 ℃，冬季最小为1.71 ℃；其中冬季珠三角地气温差比粤北大，夏季则相反。(3) 珠三角的东莞在冬、夏两季均为下降趋势最明显的城市，降速为0.35 ℃/(10 a)和0.66 ℃/(10 a)；上升最明显位于珠三角的增城和粤北的仁化分别为0.30 ℃/(10 a)和0.32 ℃/(10 a)。(4) 近50年粤北和珠三角年平均地气温差呈不显著的下降趋势，降速为0.061 ℃/(10 a)；其中粤北呈上升趋势，升速为0.3 ℃/(10 a)；珠三角则呈下降趋势，降速为0.16 ℃/(10 a)；两者变化趋势呈南北反相分布态势。(5) 粤北地气温差月变化呈单峰型结构，珠三角则呈双峰型结构；两地地气温差最小值在汛期前的3月，粤北峰值在7月，珠三角峰值在7月和10月。此外，珠三角年平均气温及夏季地气温差均在1992年发生突变。粤北和珠三角地气温差在时空分布上存在不同程度的差异。
利用1970—2021年粤北和珠三角地区30个气象站的逐日地面温度和气温资料，分析了地气温差(地面温度-气温)空间分布、季节变化及气候变化背景下的年际变化趋势。(1) 近50年来粤北和珠三角年平均地气温差介于1.97~3.21 ℃之间，总体呈现北高南低的纬向型分布格局。(2) 夏季地气温差最大为3.25 ℃，冬季最小为1.71 ℃；其中冬季珠三角地气温差比粤北大，夏季则相反。(3) 珠三角的东莞在冬、夏两季均为下降趋势最明显的城市，降速为0.35 ℃/(10 a)和0.66 ℃/(10 a)；上升最明显位于珠三角的增城和粤北的仁化分别为0.30 ℃/(10 a)和0.32 ℃/(10 a)。(4) 近50年粤北和珠三角年平均地气温差呈不显著的下降趋势，降速为0.061 ℃/(10 a)；其中粤北呈上升趋势，升速为0.3 ℃/(10 a)；珠三角则呈下降趋势，降速为0.16 ℃/(10 a)；两者变化趋势呈南北反相分布态势。(5) 粤北地气温差月变化呈单峰型结构，珠三角则呈双峰型结构；两地地气温差最小值在汛期前的3月，粤北峰值在7月，珠三角峰值在7月和10月。此外，珠三角年平均气温及夏季地气温差均在1992年发生突变。粤北和珠三角地气温差在时空分布上存在不同程度的差异。
2023, 39(6): 857-871.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.074
摘要:
基于地面常规\加密观测及ERA5再分析、热带气旋最佳路径、雷达卫星等资料，利用天气诊断方法探讨了2020年4号台风“黑格比”在登陆北上减弱后南侧滞留的降水云团引发浙东北暴雨成因。受对流层中层副高西脊点偏西及台风北侧高层急流出口区右侧辐合下沉影响，台风云系不对称结构明显，主要分布在南侧。中层冷空气从台风西侧入侵触发中小尺度对流系统，小尺度云团在台风环流内逆时针移动至台风东侧并发展滞留，在浙东北引发强降水。期间冷暖气团(中层MPV1正值和低层MPV2负值)交汇区及中低层锋生大值均可指示暴雨落区，垂直螺旋度也可体现冷空气入侵后台风后倾的垂直结构演变特征；台风东侧持续的西南急流水汽输送有利于夜间浙东北对流降水的维持发展，且水汽低层辐散区对强降水落区有6 h左右的预报提前量。基于SAL定量降水检验证实：大尺度模式由于模拟对流降水演变的欠缺，无法预报出夜间滞后型暴雨增幅；中小尺度模式虽然对暴雨强度刻画相对准确，但大值雨区偏移；ECMWF 3日20:00起报场预报过程累积雨量误差小，较4日08:00起报预报结果更接近实况，但短时暴雨出现时间偏早3~6 h，不利于此类滞后型区域暴雨的预报参考。
基于地面常规\加密观测及ERA5再分析、热带气旋最佳路径、雷达卫星等资料，利用天气诊断方法探讨了2020年4号台风“黑格比”在登陆北上减弱后南侧滞留的降水云团引发浙东北暴雨成因。受对流层中层副高西脊点偏西及台风北侧高层急流出口区右侧辐合下沉影响，台风云系不对称结构明显，主要分布在南侧。中层冷空气从台风西侧入侵触发中小尺度对流系统，小尺度云团在台风环流内逆时针移动至台风东侧并发展滞留，在浙东北引发强降水。期间冷暖气团(中层MPV1正值和低层MPV2负值)交汇区及中低层锋生大值均可指示暴雨落区，垂直螺旋度也可体现冷空气入侵后台风后倾的垂直结构演变特征；台风东侧持续的西南急流水汽输送有利于夜间浙东北对流降水的维持发展，且水汽低层辐散区对强降水落区有6 h左右的预报提前量。基于SAL定量降水检验证实：大尺度模式由于模拟对流降水演变的欠缺，无法预报出夜间滞后型暴雨增幅；中小尺度模式虽然对暴雨强度刻画相对准确，但大值雨区偏移；ECMWF 3日20:00起报场预报过程累积雨量误差小，较4日08:00起报预报结果更接近实况，但短时暴雨出现时间偏早3~6 h，不利于此类滞后型区域暴雨的预报参考。
2023, 39(6): 872-882.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.075
摘要:
选取1961—2021年贵州省84个国家站冰雹观测资料，运用回归分析、小波分析和EOF分解对贵州省近61年冰雹发生的时空分布特征进行研究，并通过分析大气环流和外强迫因子的异常，探究冰雹日数极端年份的成因。结果表明：贵州省一年四季均有冰雹，春季最多，秋季最少。冰雹出现时间以14—01时的午后到夜间为主。贵州省冰雹的发生有14年和8年的周期，1995年后主周期变短，出现频次减少。冰雹主要分布在中西部，年均冰雹频次与海拔呈正相关，EOF分解后，贵州省冰雹空间分布前两个模态在空间向量场上呈现为全省一致型和东西相反型，受大尺度环流及地形影响产生的冰雹为减少的趋势，1991年后贵州省中部以东受地形激发及局地对流产生的冰雹有略微上升的趋势，但其方差贡献率较小，因此贵州省整体冰雹日数为下降趋势。通过极端冰雹年的大气环流和外强迫因子的分析，发现La Niña年海温的异常激发了热带西北太平洋异常气旋，导致该地区副高偏弱，进一步影响到贵州及其周边的位势高度有负异常，不利于贵州省冰雹的发生，对应贵州的少雹年，而El Niño年则相反，对应贵州省的多雹年。
选取1961—2021年贵州省84个国家站冰雹观测资料，运用回归分析、小波分析和EOF分解对贵州省近61年冰雹发生的时空分布特征进行研究，并通过分析大气环流和外强迫因子的异常，探究冰雹日数极端年份的成因。结果表明：贵州省一年四季均有冰雹，春季最多，秋季最少。冰雹出现时间以14—01时的午后到夜间为主。贵州省冰雹的发生有14年和8年的周期，1995年后主周期变短，出现频次减少。冰雹主要分布在中西部，年均冰雹频次与海拔呈正相关，EOF分解后，贵州省冰雹空间分布前两个模态在空间向量场上呈现为全省一致型和东西相反型，受大尺度环流及地形影响产生的冰雹为减少的趋势，1991年后贵州省中部以东受地形激发及局地对流产生的冰雹有略微上升的趋势，但其方差贡献率较小，因此贵州省整体冰雹日数为下降趋势。通过极端冰雹年的大气环流和外强迫因子的分析，发现La Niña年海温的异常激发了热带西北太平洋异常气旋，导致该地区副高偏弱，进一步影响到贵州及其周边的位势高度有负异常，不利于贵州省冰雹的发生，对应贵州的少雹年，而El Niño年则相反，对应贵州省的多雹年。
2023, 39(6): 883-897.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.076
摘要:
2019年第9号台风“利奇马”(1909)在8月9—11日影响上海期间造成了严重的风雨影响。基于ERA5逐小时再分析资料和上海区域高时空分辨率的地面观测资料，采用非地转 Q 矢量分解等方法诊断分析了此次强降水成因。结果表明，台风“利奇马”在上海造成的强降水主要来自台风东侧的螺旋雨带。强降水区东南西北各边界的相对湿度在垂直方向上随时间的变化差异明显，水汽的垂直输送和大气整层水汽含量在台风强降水中起重要作用。进一步利用非地转 Q 矢量分解方法揭示了东边界的大尺度和北边界的中尺度系统在强降水中起主要作用。台风登陆时呈现出整层大气被抬升之后最大强迫中心由高层向低层下传的态势，且此下传效应中尺度比大尺度强迫更加明显，从而有利于强降水的发生。
2019年第9号台风“利奇马”(1909)在8月9—11日影响上海期间造成了严重的风雨影响。基于ERA5逐小时再分析资料和上海区域高时空分辨率的地面观测资料，采用非地转 Q 矢量分解等方法诊断分析了此次强降水成因。结果表明，台风“利奇马”在上海造成的强降水主要来自台风东侧的螺旋雨带。强降水区东南西北各边界的相对湿度在垂直方向上随时间的变化差异明显，水汽的垂直输送和大气整层水汽含量在台风强降水中起重要作用。进一步利用非地转 Q 矢量分解方法揭示了东边界的大尺度和北边界的中尺度系统在强降水中起主要作用。台风登陆时呈现出整层大气被抬升之后最大强迫中心由高层向低层下传的态势，且此下传效应中尺度比大尺度强迫更加明显，从而有利于强降水的发生。
2023, 39(6): 898-914.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.077
摘要:
基于广东省茂名近海海洋浮标站、近岸海上平台站以及陆地电白基准站1年的观测数据，对比分析了风速、风向、温度和湿度的变化特征。(1) 三个站点全年的主导风向均呈双峰状，只是主导风向有差异，海洋浮标站和海上平台站以东北风为主，偏南风为辅；而电白基准站主要是东北风和东南风。三个站点的月平均风速最小值都是在8月；最大值海洋浮标站出现在1月，海上平台站为11月，而电白基准站为4月。(2) 电白基准站和海上平台站温度年平均日变化呈现出“一谷一峰”型特征；海上浮标站早上有一个低谷，但是峰值不太明显。三个站点月平均温度都是上半年呈上升趋势，下半年呈下降趋势。海洋浮标站纬度更南，受到陆地影响最小，全年高温持续时间最长。(3) 三个站点的湿度年平均日变化都是呈“一峰一谷”型，即早晚湿度高，中午到下午低。从日变化振幅上看，电白基准站最大，海上平台站次之，海洋浮标站最小。三个站点湿度月平均都是2—8月湿度较大，最低月份出现在东北季风盛行的11—12月。海洋浮标站出现高湿度的月份最长；海上平台站因为受到陆地的影响，在中午和下午会出现较明显的低值区域。(4) 受下垫面的影响，三个站点的风速、温度和湿度的日较差全年平均值，最大值都是电白基准站，其次是海上平台站，最小是海洋浮标站。
基于广东省茂名近海海洋浮标站、近岸海上平台站以及陆地电白基准站1年的观测数据，对比分析了风速、风向、温度和湿度的变化特征。(1) 三个站点全年的主导风向均呈双峰状，只是主导风向有差异，海洋浮标站和海上平台站以东北风为主，偏南风为辅；而电白基准站主要是东北风和东南风。三个站点的月平均风速最小值都是在8月；最大值海洋浮标站出现在1月，海上平台站为11月，而电白基准站为4月。(2) 电白基准站和海上平台站温度年平均日变化呈现出“一谷一峰”型特征；海上浮标站早上有一个低谷，但是峰值不太明显。三个站点月平均温度都是上半年呈上升趋势，下半年呈下降趋势。海洋浮标站纬度更南，受到陆地影响最小，全年高温持续时间最长。(3) 三个站点的湿度年平均日变化都是呈“一峰一谷”型，即早晚湿度高，中午到下午低。从日变化振幅上看，电白基准站最大，海上平台站次之，海洋浮标站最小。三个站点湿度月平均都是2—8月湿度较大，最低月份出现在东北季风盛行的11—12月。海洋浮标站出现高湿度的月份最长；海上平台站因为受到陆地的影响，在中午和下午会出现较明显的低值区域。(4) 受下垫面的影响，三个站点的风速、温度和湿度的日较差全年平均值，最大值都是电白基准站，其次是海上平台站，最小是海洋浮标站。
2023, 39(6): 915-928.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.078
摘要:
2020年5月22日凌晨粤港澳大湾区发生了一次极端强降水过程，最大小时雨量和3小时雨量打破广东省内“龙舟水”期间的历史最高纪录。利用多源观测数据以及ERA5再分析资料对引发局地极端降水的中尺度对流系统(MCS)的演变过程与中尺度特征开展研究。(1) 此次强降水过程主要集中在凌晨时段，具有持续时间短、局地雨强极端、累积雨量大等特点，在3小时的降水过程中出现了两个降水峰值。(2) 这次过程为一次暖区暴雨过程，低层西南季风提供了充足的暖湿水汽，低涡切变线提供了良好的抬升条件。中α尺度季风云团呈准静止状态并升尺度增长为MCC(中尺度对流复合体)的过程引发了大湾区夜间局地的极端降水。(3) 过程中两个阶段的峰值降水与中γ尺度对流单体生消发展期间的传播与移动矢量发生的改变有密切联系。数个中γ尺度对流单体构成多单体风暴形态，呈西北-东南侧向排列，这些单体先后触发发展并有着各自的地面辐合线。对流单体在环境风引导下向偏东南方向移动引发第一阶段峰值降水。随后不同单体的辐合线连接，对流向西南方向传播显著加快，使对流系统移动矢量发生改变，因而造成第二阶段峰值降水。(4) 造成两段峰值降水的中γ尺度对流单体结构存在明显差异。第一阶段峰值降水的强回波延伸高度更高，具备倾斜、入流缺口和回波垂悬等类超级单体结构特征，第二阶段峰值降水回波则具有显著的热带对流低质心特征，造成了局地更极端的短历时强降水。
2020年5月22日凌晨粤港澳大湾区发生了一次极端强降水过程，最大小时雨量和3小时雨量打破广东省内“龙舟水”期间的历史最高纪录。利用多源观测数据以及ERA5再分析资料对引发局地极端降水的中尺度对流系统(MCS)的演变过程与中尺度特征开展研究。(1) 此次强降水过程主要集中在凌晨时段，具有持续时间短、局地雨强极端、累积雨量大等特点，在3小时的降水过程中出现了两个降水峰值。(2) 这次过程为一次暖区暴雨过程，低层西南季风提供了充足的暖湿水汽，低涡切变线提供了良好的抬升条件。中α尺度季风云团呈准静止状态并升尺度增长为MCC(中尺度对流复合体)的过程引发了大湾区夜间局地的极端降水。(3) 过程中两个阶段的峰值降水与中γ尺度对流单体生消发展期间的传播与移动矢量发生的改变有密切联系。数个中γ尺度对流单体构成多单体风暴形态，呈西北-东南侧向排列，这些单体先后触发发展并有着各自的地面辐合线。对流单体在环境风引导下向偏东南方向移动引发第一阶段峰值降水。随后不同单体的辐合线连接，对流向西南方向传播显著加快，使对流系统移动矢量发生改变，因而造成第二阶段峰值降水。(4) 造成两段峰值降水的中γ尺度对流单体结构存在明显差异。第一阶段峰值降水的强回波延伸高度更高，具备倾斜、入流缺口和回波垂悬等类超级单体结构特征，第二阶段峰值降水回波则具有显著的热带对流低质心特征，造成了局地更极端的短历时强降水。
2023, 39(6): 929-939.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.079
摘要:
针对广东省2010—2019年4—9月有雷暴大风和没有雷暴大风天气的个例进行研究，通过箱线图的形式分析了产生雷暴大风天气相关环境参数的分布特征并建立3小时、6小时和12小时三个时间段的雷暴大风潜势预报模型，利用贝叶斯方法对2020年4—9月的天气过程进行检验，结果表明：雷暴大风天气的发生对应地面较高的露点温度，较大的不稳定能量、上下层温差以及全总指数等物理量；从检验结果来看，贝叶斯方法对雷暴大风天气的识别具有一定的可行性，三个时段的潜势预报模型识别雷暴大风的命中率均在80%以上, 但存在一定的空报，需今后改进与完善。
针对广东省2010—2019年4—9月有雷暴大风和没有雷暴大风天气的个例进行研究，通过箱线图的形式分析了产生雷暴大风天气相关环境参数的分布特征并建立3小时、6小时和12小时三个时间段的雷暴大风潜势预报模型，利用贝叶斯方法对2020年4—9月的天气过程进行检验，结果表明：雷暴大风天气的发生对应地面较高的露点温度，较大的不稳定能量、上下层温差以及全总指数等物理量；从检验结果来看，贝叶斯方法对雷暴大风天气的识别具有一定的可行性，三个时段的潜势预报模型识别雷暴大风的命中率均在80%以上, 但存在一定的空报，需今后改进与完善。
2023, 39(6): 940-954.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.080
摘要:
使用柏林自由大学发布的1980—2020年近赤道站点探空月平均纬向风资料，首先评估ERA5赤道地区平流层中低层纬向风，然后结合ERA5、NCEP1、NCEP2、CFSR、JRA55和MERRA2等六套再分析资料和探空资料，分析了热带平流层准两年振荡（Quasi-Biennial Oscillation，QBO）位相转换时间、周期和振幅的年际变化以及QBO周期和振幅的长期变化趋势。结果表明，ERA5的赤道平流层中低层纬向风存在明显的QBO信号，且ERA5的各层纬向风与探空资料的相关系数都大于0.97，除10 hPa外，均方根误差（RMSE）都小于3；再分析资料与探空资料的QBO位相转换时间的差异主要为超前或滞后1个月，总体上，ERA5和MERRA2与探空资料最接近；再分析资料与探空资料QBO周期以及东、西风位相持续时间都很接近，相关系数高达0.97以上，RMSE几乎都小于1，且几乎都无显著长期变化趋势，但都表现出随时间越来越不稳定的特征，其中ERA5和MERRA2同样与探空资料更接近；探空资料的QBO振幅在10 hPa和50 hPa显著减弱，30 hPa和70 hPa显著增强，但在20 hPa变化趋势不明显，ERA5的QBO振幅变化趋势和年际变化与探空资料最接近，其次是JRA55和MERRA2。
使用柏林自由大学发布的1980—2020年近赤道站点探空月平均纬向风资料，首先评估ERA5赤道地区平流层中低层纬向风，然后结合ERA5、NCEP1、NCEP2、CFSR、JRA55和MERRA2等六套再分析资料和探空资料，分析了热带平流层准两年振荡（Quasi-Biennial Oscillation，QBO）位相转换时间、周期和振幅的年际变化以及QBO周期和振幅的长期变化趋势。结果表明，ERA5的赤道平流层中低层纬向风存在明显的QBO信号，且ERA5的各层纬向风与探空资料的相关系数都大于0.97，除10 hPa外，均方根误差（RMSE）都小于3；再分析资料与探空资料的QBO位相转换时间的差异主要为超前或滞后1个月，总体上，ERA5和MERRA2与探空资料最接近；再分析资料与探空资料QBO周期以及东、西风位相持续时间都很接近，相关系数高达0.97以上，RMSE几乎都小于1，且几乎都无显著长期变化趋势，但都表现出随时间越来越不稳定的特征，其中ERA5和MERRA2同样与探空资料更接近；探空资料的QBO振幅在10 hPa和50 hPa显著减弱，30 hPa和70 hPa显著增强，但在20 hPa变化趋势不明显，ERA5的QBO振幅变化趋势和年际变化与探空资料最接近，其次是JRA55和MERRA2。
2023, 39(6): 955-964.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.081
摘要:
在中小流域，有效的洪水预见期对调度决策、防洪减灾尤其重要。以漳河流域为研究区域，基于WRF模式和WRF-Hydro水文模型建立WRF/WRF-Hydro气象-水文耦合模式，探讨不同预见期WRF模式预报降雨对径流预报效果的影响，以及气象-水文模型之间的误差传递特征。（1）不同预见期下WRF模式预报的降雨峰值随预见期增长偏差越大。预见期为06 h和12 h时较预见期较长时（24 h、48 h），降雨量和峰值出现时间预报误差较小，降雨落区预报明显较好。（2）基于WRF/WRF-Hydro气象-水文耦合的径流预报结果表明，预见期越长洪峰流量及径流总量偏差越大。06 h和12 h预见期下的径流预报结果都较好，平均相关系数、平均纳什系数分别提高0.15、0.69。（3）模式之间的误差传递会因预见期长短和降雨预报效果有一定的差异。预见期为06 h和12 h时，数值天气预报误差传递给水文模型后有放大、有缩小。预见期较长时（24 h、48 h）随预见期加长，水文模型放大数值天气预报误差的程度越大，但是通过定量分析发现降雨误差和径流误差之间没有明显的线性关系。
在中小流域，有效的洪水预见期对调度决策、防洪减灾尤其重要。以漳河流域为研究区域，基于WRF模式和WRF-Hydro水文模型建立WRF/WRF-Hydro气象-水文耦合模式，探讨不同预见期WRF模式预报降雨对径流预报效果的影响，以及气象-水文模型之间的误差传递特征。（1）不同预见期下WRF模式预报的降雨峰值随预见期增长偏差越大。预见期为06 h和12 h时较预见期较长时（24 h、48 h），降雨量和峰值出现时间预报误差较小，降雨落区预报明显较好。（2）基于WRF/WRF-Hydro气象-水文耦合的径流预报结果表明，预见期越长洪峰流量及径流总量偏差越大。06 h和12 h预见期下的径流预报结果都较好，平均相关系数、平均纳什系数分别提高0.15、0.69。（3）模式之间的误差传递会因预见期长短和降雨预报效果有一定的差异。预见期为06 h和12 h时，数值天气预报误差传递给水文模型后有放大、有缩小。预见期较长时（24 h、48 h）随预见期加长，水文模型放大数值天气预报误差的程度越大，但是通过定量分析发现降雨误差和径流误差之间没有明显的线性关系。
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