2024年 第40卷 第2期
2024, 40(2): 169-177.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.016
摘要:
利用1949—2021年中国气象局上海台风研究所热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA重构的海表温度资料(SST)和大气向外长波辐射(OLR)资料，采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验等方法分析了近73年7—9月登陆华南热带气旋频数的变化特征。采用合成分析的方法研究7—9月登陆华南热带气旋频数异常与同期大气环流和海温的关系。结果表明，1949—2021年7—9月，登陆华南热带气旋有243个，年均3.3个，占全年登陆总数的70.2%。登陆华南热带气旋频数具有显著的年际和年代际变化特征。1973年最多(7个)，1950年最少(0个)；在1990年代中期由前期偏多转为后期偏少，但没有突变发生。近73年7—9月登陆华南热带气旋频数以0.1(10 a)-1的速率减少。7—9月登陆华南热带气旋频数异常与大气环流和海温异常密切相关，在异常多、少年同期：(1)大气环流差值场上，南亚高压偏强、偏东、偏北，副高偏西、偏北、偏强，110 °E以东的赤道东风引导气流偏强，季风槽加强，北半球中低纬海平面气压场东高西低，北高南低，同时南海、热带西太平洋对流活动加强。(2)海温差值场上，赤道中东太平洋偏冷，西太平洋暖池偏暖，沃克环流加强。高中低层大气环流和海温这种差异可能是导致登陆华南热带气旋频数异常的原因。
利用1949—2021年中国气象局上海台风研究所热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA重构的海表温度资料(SST)和大气向外长波辐射(OLR)资料，采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验等方法分析了近73年7—9月登陆华南热带气旋频数的变化特征。采用合成分析的方法研究7—9月登陆华南热带气旋频数异常与同期大气环流和海温的关系。结果表明，1949—2021年7—9月，登陆华南热带气旋有243个，年均3.3个，占全年登陆总数的70.2%。登陆华南热带气旋频数具有显著的年际和年代际变化特征。1973年最多(7个)，1950年最少(0个)；在1990年代中期由前期偏多转为后期偏少，但没有突变发生。近73年7—9月登陆华南热带气旋频数以0.1(10 a)-1的速率减少。7—9月登陆华南热带气旋频数异常与大气环流和海温异常密切相关，在异常多、少年同期：(1)大气环流差值场上，南亚高压偏强、偏东、偏北，副高偏西、偏北、偏强，110 °E以东的赤道东风引导气流偏强，季风槽加强，北半球中低纬海平面气压场东高西低，北高南低，同时南海、热带西太平洋对流活动加强。(2)海温差值场上，赤道中东太平洋偏冷，西太平洋暖池偏暖，沃克环流加强。高中低层大气环流和海温这种差异可能是导致登陆华南热带气旋频数异常的原因。
2024, 40(2): 178-188.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.017
摘要:
位居世界第二大的白鹤滩水电站地处金沙江下游峡谷区，频繁的大风给水电站建设和运行带来了严重影响。掌握水电站坝区大风变化规律，评估峡谷地形对风速的作用，有利于基于周围风场监测和预警峡谷区大风。根据水电站及周边观测资料，对坝区风的变化特征和峡谷地形作用进行了分析。(1) 峡谷区最高频率的风向和最大平均风速的风向均为顺着峡谷的偏南风或偏北风，且偏北风频率达55%以上，峡谷锁定了流经气流。(2) 坝区大风多发生在干季11月—次年5月，且夜间至清晨大风频率比日间高。干季峡谷风效应强，尤其在19时—次日08时。雨季峡谷风效应降低，局地山谷风增强，表现为山风比谷风持续时间长，08时和18时是山风和谷风交替时间。对应干季和夜晚大风频繁，说明峡谷风效应是影响大风的关键因子。(3) 通过狭管效应分析马脖子和葫芦口大桥两个站之间的风速关系，表明峡谷地形使马脖子站风速加强为葫芦口大桥站的1.27倍。利用多种拟合方法建立的两站风速关系表明，当葫芦口大桥站为5 m·s-1以下低风速，各方法都难以拟合峡谷区的风速，当风速在5.0~11.5 m ·s-1时，狭管效应对风速拟合最优，准确率超过70%，对11.5 m ·s-1以上强风速，多项式拟合效果较优，准确率接近65%。
位居世界第二大的白鹤滩水电站地处金沙江下游峡谷区，频繁的大风给水电站建设和运行带来了严重影响。掌握水电站坝区大风变化规律，评估峡谷地形对风速的作用，有利于基于周围风场监测和预警峡谷区大风。根据水电站及周边观测资料，对坝区风的变化特征和峡谷地形作用进行了分析。(1) 峡谷区最高频率的风向和最大平均风速的风向均为顺着峡谷的偏南风或偏北风，且偏北风频率达55%以上，峡谷锁定了流经气流。(2) 坝区大风多发生在干季11月—次年5月，且夜间至清晨大风频率比日间高。干季峡谷风效应强，尤其在19时—次日08时。雨季峡谷风效应降低，局地山谷风增强，表现为山风比谷风持续时间长，08时和18时是山风和谷风交替时间。对应干季和夜晚大风频繁，说明峡谷风效应是影响大风的关键因子。(3) 通过狭管效应分析马脖子和葫芦口大桥两个站之间的风速关系，表明峡谷地形使马脖子站风速加强为葫芦口大桥站的1.27倍。利用多种拟合方法建立的两站风速关系表明，当葫芦口大桥站为5 m·s-1以下低风速，各方法都难以拟合峡谷区的风速，当风速在5.0~11.5 m ·s-1时，狭管效应对风速拟合最优，准确率超过70%，对11.5 m ·s-1以上强风速，多项式拟合效果较优，准确率接近65%。
2024, 40(2): 189-197.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.018
摘要:
本文探讨了一种基于组网多普勒雷达径向速度零速度线(区)对福建近海台风中心定位的方法，该方法利用了台风中心位于雷达径向速度产品中零速度线(区)上的特征，理论上可以将两部(或以上)多普勒雷达零速度线(区)的重合点(或区域)认定为台风中心，并利用空间密度聚类法和线性回归分析对台风零速度线(区)弯曲、不连续以及重合点不唯一等情况做进一步中心定位判定。研究发现，该方法时空分辨率高、定位精准，可以对发展形态不规则、速度模糊、临近登陆或登陆后的台风实现定位，对台风实时业务定位和路径预报等具有一定的参考价值，同时具有简单易行、适用范围广的优势。
本文探讨了一种基于组网多普勒雷达径向速度零速度线(区)对福建近海台风中心定位的方法，该方法利用了台风中心位于雷达径向速度产品中零速度线(区)上的特征，理论上可以将两部(或以上)多普勒雷达零速度线(区)的重合点(或区域)认定为台风中心，并利用空间密度聚类法和线性回归分析对台风零速度线(区)弯曲、不连续以及重合点不唯一等情况做进一步中心定位判定。研究发现，该方法时空分辨率高、定位精准，可以对发展形态不规则、速度模糊、临近登陆或登陆后的台风实现定位，对台风实时业务定位和路径预报等具有一定的参考价值，同时具有简单易行、适用范围广的优势。
2024, 40(2): 198-207.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.019
摘要:
以山东济南和滨州两部S波段多普勒雷达的观测数据为基础，采用直接合成的方法，反演台风“利奇马”和西风槽相遇引发极端降水过程的中尺度系统三维风场。(1)冷暖空气交汇产生的切变线长时间维持是西风槽与台风相互作用过程中产生极端降水的关键，暖空气先进后退，表现为东南气流和西北气流先后越过雷达站，垂直方向出现复合切变；(2)最强上升运动出现在对流单体回波梯度最大的区域，最大下沉运动出现在回波顶下风方，中低层回波中心均为弱风速区；(3)发展中的对流单体各层均有气旋式入流，成熟的对流单体高层出流有反气旋式出流；(4)风垂直切变是雨团降水增幅的主要影响因素，成熟期的雨团具有低质心对流单体风暴的结构形态，垂直运动达到最强。
以山东济南和滨州两部S波段多普勒雷达的观测数据为基础，采用直接合成的方法，反演台风“利奇马”和西风槽相遇引发极端降水过程的中尺度系统三维风场。(1)冷暖空气交汇产生的切变线长时间维持是西风槽与台风相互作用过程中产生极端降水的关键，暖空气先进后退，表现为东南气流和西北气流先后越过雷达站，垂直方向出现复合切变；(2)最强上升运动出现在对流单体回波梯度最大的区域，最大下沉运动出现在回波顶下风方，中低层回波中心均为弱风速区；(3)发展中的对流单体各层均有气旋式入流，成熟的对流单体高层出流有反气旋式出流；(4)风垂直切变是雨团降水增幅的主要影响因素，成熟期的雨团具有低质心对流单体风暴的结构形态，垂直运动达到最强。
2024, 40(2): 208-216.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.020
摘要:
基于触发闪电技术，研究了2019年夏季8次触发闪电44次回击、5次初始连续电流脉冲(ICCP)和24次M分量对冲击接地电阻的影响，探索了冲击接地电阻随雷电流注入的动态变化规律。结果发现：闪电放电ICCP、M分量和回击过程冲击接地电阻均小于工频接地电阻，ICCP和叠加在回击回落之后连续电流上的M分量冲击接地电阻略大于回击过程，平均值分别为11.2 Ω和10.8 Ω。叠加在回击下降沿上的M分量冲击接地电阻平均值7.8 Ω，明显小于回击过程，最小值可达2.4 Ω。ICCP和M分量冲击接地电阻随电流增加而减小，回击过程与电流峰值没有明显的相关性。叠加在回击下降沿上的M分量冲击接地电阻随雷电流峰值、背景电流值的增加呈指数衰减关系，还与之前回击电流峰值成一定的反比例关系。随着闪电回击电流的注入，冲击接地电阻呈现动态变化过程，小电流在回击峰值下降后出现一个缓慢增长的过程，大电流在回击峰值下降后出现一个快速下降的过程。闪电不同物理过程火花和电感效应的作用是不同的，两者共同作用决定了土壤的电离程度，从而决定了冲击接地电阻的大小和变化。
基于触发闪电技术，研究了2019年夏季8次触发闪电44次回击、5次初始连续电流脉冲(ICCP)和24次M分量对冲击接地电阻的影响，探索了冲击接地电阻随雷电流注入的动态变化规律。结果发现：闪电放电ICCP、M分量和回击过程冲击接地电阻均小于工频接地电阻，ICCP和叠加在回击回落之后连续电流上的M分量冲击接地电阻略大于回击过程，平均值分别为11.2 Ω和10.8 Ω。叠加在回击下降沿上的M分量冲击接地电阻平均值7.8 Ω，明显小于回击过程，最小值可达2.4 Ω。ICCP和M分量冲击接地电阻随电流增加而减小，回击过程与电流峰值没有明显的相关性。叠加在回击下降沿上的M分量冲击接地电阻随雷电流峰值、背景电流值的增加呈指数衰减关系，还与之前回击电流峰值成一定的反比例关系。随着闪电回击电流的注入，冲击接地电阻呈现动态变化过程，小电流在回击峰值下降后出现一个缓慢增长的过程，大电流在回击峰值下降后出现一个快速下降的过程。闪电不同物理过程火花和电感效应的作用是不同的，两者共同作用决定了土壤的电离程度，从而决定了冲击接地电阻的大小和变化。
2024, 40(2): 217-225.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.021
摘要:
收集广东地区1404组包括四个预警类型历史雷暴过程数据样本。结合目标点周围雷电发生的物理特征、雷电灾害的孕灾环境和承灾体特征的7个预报因子，利用四种机器学习算法训练得到面向目标点的雷电安全风险分级预警模型，并开展多指标对各模型进行评价分析，发现无等级模型和四级等级模型中都是随机森林算法的预警准确率最好，分别是95%和73%，而传统的卷积神经网络模型效果不佳。并选取广州塔作为目标点进行模型验证方法可行性，最终得到适应于广东雷暴特征的雷电安全风险预警分级模型。同时，根据本研究过程中可能存在不足提出下一步优化升级思路和方法。
收集广东地区1404组包括四个预警类型历史雷暴过程数据样本。结合目标点周围雷电发生的物理特征、雷电灾害的孕灾环境和承灾体特征的7个预报因子，利用四种机器学习算法训练得到面向目标点的雷电安全风险分级预警模型，并开展多指标对各模型进行评价分析，发现无等级模型和四级等级模型中都是随机森林算法的预警准确率最好，分别是95%和73%，而传统的卷积神经网络模型效果不佳。并选取广州塔作为目标点进行模型验证方法可行性，最终得到适应于广东雷暴特征的雷电安全风险预警分级模型。同时，根据本研究过程中可能存在不足提出下一步优化升级思路和方法。
2024, 40(2): 226-236.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.022
摘要:
本文阐述了海上漂浮式测风设备对数据的测量方式和校准方法后，利用三部漂浮式测风激光雷达50、80和100m三个高度的风速数据，对同地点和高度的GFS全球天气预报模式的风速数据进行预报订正。结果表明，直接采用滑动自适应权重的Kalman滤波方法产生累积的滞后平均偏差对风速进行订正的结果并不理想，统计发现通过降低预报订正公式中的滞后平均偏差项的比值，可以获得更好的标准偏差结果。滞后平均偏差比值减小至0.1~0.5后经Kalman滤波方法订正后的风速标准偏差整体要低于订正前的风速标准偏差，其中最佳的比值为0.3。利用这一滞后偏差比值对三部雷达不同预报时刻和预报时效的风速样本组进行订正后发现，除了个别数据样本组外，超过90%数据样本组的风速标准偏差较订正前是减小的。经改进的算法订正后各高度层风速预报值的改善率大致在5~20%范围内。
本文阐述了海上漂浮式测风设备对数据的测量方式和校准方法后，利用三部漂浮式测风激光雷达50、80和100m三个高度的风速数据，对同地点和高度的GFS全球天气预报模式的风速数据进行预报订正。结果表明，直接采用滑动自适应权重的Kalman滤波方法产生累积的滞后平均偏差对风速进行订正的结果并不理想，统计发现通过降低预报订正公式中的滞后平均偏差项的比值，可以获得更好的标准偏差结果。滞后平均偏差比值减小至0.1~0.5后经Kalman滤波方法订正后的风速标准偏差整体要低于订正前的风速标准偏差，其中最佳的比值为0.3。利用这一滞后偏差比值对三部雷达不同预报时刻和预报时效的风速样本组进行订正后发现，除了个别数据样本组外，超过90%数据样本组的风速标准偏差较订正前是减小的。经改进的算法订正后各高度层风速预报值的改善率大致在5~20%范围内。
2024, 40(2): 237-247.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.023
摘要:
探究台风“灿都”经过吕宋海峡附近时的海洋变化过程及其对黑潮入侵吕宋海峡的影响。基于涡尺度海洋再分析资料和中国气象局台风最佳路径数据，研究台风“灿都”经过吕宋海峡附近时海洋热力和动力结构的变化，及吕宋海峡输运对台风的响应。台风“灿都”经过菲律宾东部海域的次表层暖涡维持其强度并发展至巅峰阶段，沿途造成海温降低、海表高度降低、混合层加深等。台风位于吕宋海峡中线附近时，其右侧的暖涡与其发生相互作用，暖涡整体结构被打破。台风到达台湾岛东侧时，遇到其东侧的冷涡并使其加强，强化的负反馈机制使台风强度迅速减弱。在吕宋海峡附近，台风增强了从南海的输出流，抑制了黑潮向南海的入侵流。海峡剖面热能输送的变化与水体输运的变化较一致，而热含量的变化主要受到台风引起的输运异常的间接影响。中尺度涡旋在台风“灿都”发展过程中发挥着重要的作用，台风与暖涡的作用可能打破暖涡结构，与冷涡相遇则会使其加强。台风改变吕宋海峡输运结构主要是抑制中部入侵流和促进南侧输出流，激发出的海峡剖面上的输运异常波动在深层领先于浅层。
探究台风“灿都”经过吕宋海峡附近时的海洋变化过程及其对黑潮入侵吕宋海峡的影响。基于涡尺度海洋再分析资料和中国气象局台风最佳路径数据，研究台风“灿都”经过吕宋海峡附近时海洋热力和动力结构的变化，及吕宋海峡输运对台风的响应。台风“灿都”经过菲律宾东部海域的次表层暖涡维持其强度并发展至巅峰阶段，沿途造成海温降低、海表高度降低、混合层加深等。台风位于吕宋海峡中线附近时，其右侧的暖涡与其发生相互作用，暖涡整体结构被打破。台风到达台湾岛东侧时，遇到其东侧的冷涡并使其加强，强化的负反馈机制使台风强度迅速减弱。在吕宋海峡附近，台风增强了从南海的输出流，抑制了黑潮向南海的入侵流。海峡剖面热能输送的变化与水体输运的变化较一致，而热含量的变化主要受到台风引起的输运异常的间接影响。中尺度涡旋在台风“灿都”发展过程中发挥着重要的作用，台风与暖涡的作用可能打破暖涡结构，与冷涡相遇则会使其加强。台风改变吕宋海峡输运结构主要是抑制中部入侵流和促进南侧输出流，激发出的海峡剖面上的输运异常波动在深层领先于浅层。
2024, 40(2): 248-257.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.024
摘要:
为了进一步评估和提高区域模式对西南地区东部高分辨率气候的模拟能力，利用WRF模式，采用多种边界层参数化方案（下称“不同方案”）对西南地区东部1998—2019年夏季降水和气温进行双重嵌套模拟（外层为D01，内层为D02）。对比不同方案模拟结果表明：多年平均降水量在D01中基本为湿偏差；D02中在四川盆地和重庆低海拔地区为干偏差，湿偏差主要位于贵州和重庆的城口、石柱和武隆一带的地形复杂区；总体上D01中ACM2方案误差最小，D02中MYJ方案误差最小。对多年平均气温的模拟在D01中除了四川盆地一带为暖偏差外其余大部地区基本为冷偏差，D02中大部地区为暖偏差；总体上D01和D02中MYJ方案误差最小，YSU方案最大。对于降水量和平均气温年际变化的模拟技巧在D01和D02中相对较高的地区均集中在重庆中西部和湖北大部地区；降水量总体为YSU方案最高，MYJ方案最低；平均气温总体为MYJ方案最高，ACM2方案最低。因此，提升模式分辨率至对流尺度后对不同气象要素模拟技巧最优的方案存在差异，需根据业务情况选择适合本地的参数化方案。
为了进一步评估和提高区域模式对西南地区东部高分辨率气候的模拟能力，利用WRF模式，采用多种边界层参数化方案（下称“不同方案”）对西南地区东部1998—2019年夏季降水和气温进行双重嵌套模拟（外层为D01，内层为D02）。对比不同方案模拟结果表明：多年平均降水量在D01中基本为湿偏差；D02中在四川盆地和重庆低海拔地区为干偏差，湿偏差主要位于贵州和重庆的城口、石柱和武隆一带的地形复杂区；总体上D01中ACM2方案误差最小，D02中MYJ方案误差最小。对多年平均气温的模拟在D01中除了四川盆地一带为暖偏差外其余大部地区基本为冷偏差，D02中大部地区为暖偏差；总体上D01和D02中MYJ方案误差最小，YSU方案最大。对于降水量和平均气温年际变化的模拟技巧在D01和D02中相对较高的地区均集中在重庆中西部和湖北大部地区；降水量总体为YSU方案最高，MYJ方案最低；平均气温总体为MYJ方案最高，ACM2方案最低。因此，提升模式分辨率至对流尺度后对不同气象要素模拟技巧最优的方案存在差异，需根据业务情况选择适合本地的参数化方案。
2024, 40(2): 258-271.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.025
摘要:
基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、中国气象局(CMA)、日本气象厅(JMA)、美国国家环境预报中心(NCEP)、英国气象局(UKMO)五个模式集成的交互式全球大集合预报系统（THORPEX Interactive Grand Global Ensemble，简称TIGGE）资料集的确定性预报、集合预报以及地面降水观测数据，采用多模式集成平均(EMN)、消除偏差集成平均(BREM)、滑动训练期超级集合方法（R_SUP）对2018年华南汛期（4—9月）粤港澳大湾区的降水预报开展了评估检验。总体而言，多模式集成预报方法在大湾区前汛期降水预报的均方根误差平均比后汛期高2 mm；多模式集成预报方法的预报能力在前汛期随着预报时效的延长而呈持续下降趋势，后汛期则表现为短期（24~72 h）下降、中期（72~168 h）持续平稳的变化特点。与预先的假设差异主要表现在：对前、后汛期的降水预报综合表现最好的均是数学原理相对简单的EMN，而BREM和R_SUP的空间平均评分指标则稍差，但其在降水落区预报中仍有较好的预报技巧。
基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、中国气象局(CMA)、日本气象厅(JMA)、美国国家环境预报中心(NCEP)、英国气象局(UKMO)五个模式集成的交互式全球大集合预报系统（THORPEX Interactive Grand Global Ensemble，简称TIGGE）资料集的确定性预报、集合预报以及地面降水观测数据，采用多模式集成平均(EMN)、消除偏差集成平均(BREM)、滑动训练期超级集合方法（R_SUP）对2018年华南汛期（4—9月）粤港澳大湾区的降水预报开展了评估检验。总体而言，多模式集成预报方法在大湾区前汛期降水预报的均方根误差平均比后汛期高2 mm；多模式集成预报方法的预报能力在前汛期随着预报时效的延长而呈持续下降趋势，后汛期则表现为短期（24~72 h）下降、中期（72~168 h）持续平稳的变化特点。与预先的假设差异主要表现在：对前、后汛期的降水预报综合表现最好的均是数学原理相对简单的EMN，而BREM和R_SUP的空间平均评分指标则稍差，但其在降水落区预报中仍有较好的预报技巧。
2024, 40(2): 272-284.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.026
摘要:
利用20年(2001—2020年)多卫星联合反演的IMERG降水资料，分析华南地区强降雨区域气候差异，对比了南海夏季风爆发前的前汛期、夏季风爆发时期和后汛期三个阶段强降雨的时空分布特征和极端强降雨的日变化。结果表明：(1) 华南地区多雨中心由不同时期的天气系统造成，前后汛期占全年雨量比值呈反相分布，两广沿岸暴雨占比明显高于其他区域，强降雨是华南地区多雨中心雨量的主要贡献。(2) 广东近海强降雨有6月和8月双峰现象，海南强降雨单峰值在10月，两广其他区域的6月单峰态势与南海夏季风爆发密不可分。偏强夏季风在夏季风爆发时期只对两广沿岸Ⅰ区（北部湾）、Ⅱ区（阳江附近）和Ⅲ区（珠江三角洲）强降雨起到增幅作用，而在后汛期有利于整个两广沿岸和海南强降雨增多。6月上旬广东沿岸Ⅲ区和Ⅳ区（汕尾及其以东）是西南夏季风导致暖区暴雨的高频时期和多发地带。(3) 海南强降雨在华南地区属极端性最高，并以午后时段极端强降雨为主，广东次之，广西最低。极端强降雨日变化又以两广沿岸晨雨特点最为突出，尤其凌晨至上午(5—11时)为Ⅱ区和Ⅲ区高发时段；广东内陆仅在夏季风爆发时期存在傍晚高峰时段。
利用20年(2001—2020年)多卫星联合反演的IMERG降水资料，分析华南地区强降雨区域气候差异，对比了南海夏季风爆发前的前汛期、夏季风爆发时期和后汛期三个阶段强降雨的时空分布特征和极端强降雨的日变化。结果表明：(1) 华南地区多雨中心由不同时期的天气系统造成，前后汛期占全年雨量比值呈反相分布，两广沿岸暴雨占比明显高于其他区域，强降雨是华南地区多雨中心雨量的主要贡献。(2) 广东近海强降雨有6月和8月双峰现象，海南强降雨单峰值在10月，两广其他区域的6月单峰态势与南海夏季风爆发密不可分。偏强夏季风在夏季风爆发时期只对两广沿岸Ⅰ区（北部湾）、Ⅱ区（阳江附近）和Ⅲ区（珠江三角洲）强降雨起到增幅作用，而在后汛期有利于整个两广沿岸和海南强降雨增多。6月上旬广东沿岸Ⅲ区和Ⅳ区（汕尾及其以东）是西南夏季风导致暖区暴雨的高频时期和多发地带。(3) 海南强降雨在华南地区属极端性最高，并以午后时段极端强降雨为主，广东次之，广西最低。极端强降雨日变化又以两广沿岸晨雨特点最为突出，尤其凌晨至上午(5—11时)为Ⅱ区和Ⅲ区高发时段；广东内陆仅在夏季风爆发时期存在傍晚高峰时段。
2024, 40(2): 285-296.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.027
摘要:
为提高短期风速及功率预测的准确率，减小风电不确定性对电网系统的影响，尝试利用预测窗口期的风速观测进行数值天气预报的集合成员选优，挑选和实际风速更接近的相似预报成员，并构成选优集合进行机器学习模型的训练和测试。相较仅使用集合平均的常规方法，该方法考虑了不同集合成员之间的预报差异，避免了引入误差较大的集合成员，从而有利于改善预报风速偏差。利用不同海拔高度、不同地形特征的河南、甘肃两个风电场中不同集合的表现及敏感性试验结果，确定风电场最佳选优集合数量。相较于集合平均的结果，集合选优方案在不同天气过程中能较好地预报风速的起降，与实际风速更接近，且海平面气压场整体更接近ERA5。对不同风电场进行连续十一个月的风速及功率预测对比试验，结果表明，集合选优方法预报的风速日变化形态和月均风速较原集合平均方法均有改善。分析两个风场不同时长范围、不同速率变化的上坡风和下坡风观测数据可知，在0~2 h及2~4 h内，风速变化为2~4 m/s的个例最多。对比集合平均结果，集合选优方案对于该类型上、下坡风的预测精度均有较为明显的提升。利用机器学习算法对选优集合预报进行训练，能进一步降低风速的绝对偏差和均方根误差，从而有效改善功率预测精度。
为提高短期风速及功率预测的准确率，减小风电不确定性对电网系统的影响，尝试利用预测窗口期的风速观测进行数值天气预报的集合成员选优，挑选和实际风速更接近的相似预报成员，并构成选优集合进行机器学习模型的训练和测试。相较仅使用集合平均的常规方法，该方法考虑了不同集合成员之间的预报差异，避免了引入误差较大的集合成员，从而有利于改善预报风速偏差。利用不同海拔高度、不同地形特征的河南、甘肃两个风电场中不同集合的表现及敏感性试验结果，确定风电场最佳选优集合数量。相较于集合平均的结果，集合选优方案在不同天气过程中能较好地预报风速的起降，与实际风速更接近，且海平面气压场整体更接近ERA5。对不同风电场进行连续十一个月的风速及功率预测对比试验，结果表明，集合选优方法预报的风速日变化形态和月均风速较原集合平均方法均有改善。分析两个风场不同时长范围、不同速率变化的上坡风和下坡风观测数据可知，在0~2 h及2~4 h内，风速变化为2~4 m/s的个例最多。对比集合平均结果，集合选优方案对于该类型上、下坡风的预测精度均有较为明显的提升。利用机器学习算法对选优集合预报进行训练，能进一步降低风速的绝对偏差和均方根误差，从而有效改善功率预测精度。
2024, 40(2): 297-312.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.028
摘要:
利用X波段双极化相控阵雷达等多源观测资料，分析了2022年6月19日早晨广东佛山超级单体龙卷的环境条件和对流风暴的结构及演变特征。龙卷母体风暴是在强西南季风天气背景下的一条东北-西南向飑线南端发展起来的。环境条件具备较大对流有效位能、低抬升凝结高度和强垂直风切变等有利于超级单体龙卷发生发展的热力和动力条件；低空风暴相对螺旋度、超级单体复合指数和强龙卷指数的显著增强对超级单体龙卷的发生有较好指示意义。具有高时空分辨率的佛山南海X波段双极化相控阵雷达探测到了龙卷母体微型超级单体的发展过程和龙卷涡旋的演变特征：对流单体在前侧低层入流的加强下逐渐形成钩状回波和反射率弱回波空洞；中气旋首先在2.5 km附近高度形成后向低层伸展，随着后侧下沉气流的加强，低层涡旋旋转增强，当低层中气旋旋转速度超过22 m · s-1(强中气旋)且直径紧缩至1.5 km以内时，龙卷即将触地，龙卷涡旋特征(TVS)和龙卷碎片特征(TDS)出现是龙卷触地的主要特征，龙卷发生在反射率弱回波空洞、TVS和TDS附近。
利用X波段双极化相控阵雷达等多源观测资料，分析了2022年6月19日早晨广东佛山超级单体龙卷的环境条件和对流风暴的结构及演变特征。龙卷母体风暴是在强西南季风天气背景下的一条东北-西南向飑线南端发展起来的。环境条件具备较大对流有效位能、低抬升凝结高度和强垂直风切变等有利于超级单体龙卷发生发展的热力和动力条件；低空风暴相对螺旋度、超级单体复合指数和强龙卷指数的显著增强对超级单体龙卷的发生有较好指示意义。具有高时空分辨率的佛山南海X波段双极化相控阵雷达探测到了龙卷母体微型超级单体的发展过程和龙卷涡旋的演变特征：对流单体在前侧低层入流的加强下逐渐形成钩状回波和反射率弱回波空洞；中气旋首先在2.5 km附近高度形成后向低层伸展，随着后侧下沉气流的加强，低层涡旋旋转增强，当低层中气旋旋转速度超过22 m · s-1(强中气旋)且直径紧缩至1.5 km以内时，龙卷即将触地，龙卷涡旋特征(TVS)和龙卷碎片特征(TDS)出现是龙卷触地的主要特征，龙卷发生在反射率弱回波空洞、TVS和TDS附近。
2024, 40(2): 313-325.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.029
摘要:
概率预报是由集合预报衍生、包含不确定性信息的客观产品，对业务决策服务有重要的参考价值。传统的邻域集合概率法中，邻域半径固定不变，不符合实际天气过程中牵涉甚广的尺度谱。为此引入基于集合匹配尺度的邻域集合概率法(Neighborhood Ensemble Probability based on Ensemble Agreement Scale，EAS_NEP)，并在中国南方典型的梅雨锋暴雨中开展准确性和预报技巧的定量检验评估，以期验证该方法在此类过程中的适用性，并促进其在实际业务中的推广使用。联合扰动初始场、侧边界和物理过程所得到的集合预报能较好地表征实际的预报不确定性，进一步在此基础上比较了格点概率法、不同半径的邻域集合概率法以及EAS_NEP的优劣。试验结果表明，EAS_NEP能根据集合成员间的一致性程度，自适应地调整邻域半径，其在集中型降水中所确定的邻域半径通常大于分散型降水。动态调整的邻域半径既避免了半径过大时的过度平滑与关键信息丢失，又消除了半径较小所带来的奇异点，其空间分布呈阶梯型，空间连续性更优。此外，BS(布莱尔评分)、FSS(分数技巧评分)和ROC曲线(相对作用特征曲线)等定量评估结果也体现出EAS_NEP相比传统方法正的预报技巧，尤其是在分散型降水和高阈值检验时优势更明显。以上结果表明，EAS_NEP在梅雨锋暴雨的预报中具有较好的应用前景，运用在业务中能有效提升概率预报质量。
概率预报是由集合预报衍生、包含不确定性信息的客观产品，对业务决策服务有重要的参考价值。传统的邻域集合概率法中，邻域半径固定不变，不符合实际天气过程中牵涉甚广的尺度谱。为此引入基于集合匹配尺度的邻域集合概率法(Neighborhood Ensemble Probability based on Ensemble Agreement Scale，EAS_NEP)，并在中国南方典型的梅雨锋暴雨中开展准确性和预报技巧的定量检验评估，以期验证该方法在此类过程中的适用性，并促进其在实际业务中的推广使用。联合扰动初始场、侧边界和物理过程所得到的集合预报能较好地表征实际的预报不确定性，进一步在此基础上比较了格点概率法、不同半径的邻域集合概率法以及EAS_NEP的优劣。试验结果表明，EAS_NEP能根据集合成员间的一致性程度，自适应地调整邻域半径，其在集中型降水中所确定的邻域半径通常大于分散型降水。动态调整的邻域半径既避免了半径过大时的过度平滑与关键信息丢失，又消除了半径较小所带来的奇异点，其空间分布呈阶梯型，空间连续性更优。此外，BS(布莱尔评分)、FSS(分数技巧评分)和ROC曲线(相对作用特征曲线)等定量评估结果也体现出EAS_NEP相比传统方法正的预报技巧，尤其是在分散型降水和高阈值检验时优势更明显。以上结果表明，EAS_NEP在梅雨锋暴雨的预报中具有较好的应用前景，运用在业务中能有效提升概率预报质量。
2024, 40(2): 326-340.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.030
摘要:
云的形成是产生降雨的必要条件，云和降水之间存在着极为密切而复杂的联系。利用常规站点数据和ISCCP卫星数据等资料分析了夏季中国地区云的多种特征参数的变化与降水变化在时空分布上的联系。站点数据结果表明总云量、低云量与降水的距平在全国范围内表现出显著的正相关关系；在通过0.05水平显著性检验的站点上，云量和降水距平百分率之间的线性关系较明显，总云量每增加1.00%降水增加2.23%，低云量每增加1.00%降水增加0.46%。ISCCP数据结果显示总云云量、光学厚度和云水路径以及高云中的卷层云和深对流云云量与降水距平呈非常好的正相关关系。采用K-means聚类分析方法并参考中国地理气候分布特点，将中国分为9个气候区，以小波相干分析和交叉小波分析对各个气候区夏季云量和降水距平百分率序列在时频域内多尺度特征的关系做了进一步研究。结果显示9个气候区夏季白天总云量和低云量与降水变化在2~4年(a)和5~8 a的尺度周期都具有较强的相干性与共振周期，且处于正相关位相。在时空分布和时频域上，中国地区夏季云和降水的变化之间都存在非常显著的正相关关系，尤其是低云量。云和降水变化之间具有强相干性与共振周期是两者之间正相关联系的原因。
云的形成是产生降雨的必要条件，云和降水之间存在着极为密切而复杂的联系。利用常规站点数据和ISCCP卫星数据等资料分析了夏季中国地区云的多种特征参数的变化与降水变化在时空分布上的联系。站点数据结果表明总云量、低云量与降水的距平在全国范围内表现出显著的正相关关系；在通过0.05水平显著性检验的站点上，云量和降水距平百分率之间的线性关系较明显，总云量每增加1.00%降水增加2.23%，低云量每增加1.00%降水增加0.46%。ISCCP数据结果显示总云云量、光学厚度和云水路径以及高云中的卷层云和深对流云云量与降水距平呈非常好的正相关关系。采用K-means聚类分析方法并参考中国地理气候分布特点，将中国分为9个气候区，以小波相干分析和交叉小波分析对各个气候区夏季云量和降水距平百分率序列在时频域内多尺度特征的关系做了进一步研究。结果显示9个气候区夏季白天总云量和低云量与降水变化在2~4年(a)和5~8 a的尺度周期都具有较强的相干性与共振周期，且处于正相关位相。在时空分布和时频域上，中国地区夏季云和降水的变化之间都存在非常显著的正相关关系，尤其是低云量。云和降水变化之间具有强相干性与共振周期是两者之间正相关联系的原因。
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