2024年 第40卷 第4期
2024, 40(4): 537-546.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.048
摘要:
引入图像结构相似度指数SSIM应用于高分辨率降水数值预报产品的空间检验，通过对SSIM应用场景和算法的适用性改进，提出了适用于0-1化降水格点场空间检验的SSIM应用方法，并针对SSIM指标不能正确反映降水场中雨带位置变化的缺陷进行了改进，提出了修正的SSIM*指标。应用该新方法选取2020年夏季贵州地区的暴雨个例，对中国气象局/广东省区域数值天气预报重点实验室华南区域中尺度模式输出的高分辨率降水预报产品进行了空间检验，并与采用另外两种检验方法即MODE和邻域法的检验结果进行了比较。结果表明改进的SSIM方法在高分辨率降水数值预报场空间检验中有较好的应用效果，三种方法得到的检验结果在有无预报能力的定性评价上差异不大，而新的SSIM*指标与MODE的MMI指标表现较为接近，且在对个例预报能力的评价上更为合理。该方法以0-1化降水格点场作为空间检验对象，能够得到其它方法所不能得到的降水场整体检验特征和分项检验特征，提供从雨区面积、雨带结构及其平均位置多个方面评估预报性能的参考指标，且计算简单无主观参数设定，得到的检验结果具有唯一确定性，克服了当前MODE方法在应用中的缺点，具有较大的推广应用价值，值得进一步深入研究。
引入图像结构相似度指数SSIM应用于高分辨率降水数值预报产品的空间检验，通过对SSIM应用场景和算法的适用性改进，提出了适用于0-1化降水格点场空间检验的SSIM应用方法，并针对SSIM指标不能正确反映降水场中雨带位置变化的缺陷进行了改进，提出了修正的SSIM*指标。应用该新方法选取2020年夏季贵州地区的暴雨个例，对中国气象局/广东省区域数值天气预报重点实验室华南区域中尺度模式输出的高分辨率降水预报产品进行了空间检验，并与采用另外两种检验方法即MODE和邻域法的检验结果进行了比较。结果表明改进的SSIM方法在高分辨率降水数值预报场空间检验中有较好的应用效果，三种方法得到的检验结果在有无预报能力的定性评价上差异不大，而新的SSIM*指标与MODE的MMI指标表现较为接近，且在对个例预报能力的评价上更为合理。该方法以0-1化降水格点场作为空间检验对象，能够得到其它方法所不能得到的降水场整体检验特征和分项检验特征，提供从雨区面积、雨带结构及其平均位置多个方面评估预报性能的参考指标，且计算简单无主观参数设定，得到的检验结果具有唯一确定性，克服了当前MODE方法在应用中的缺点，具有较大的推广应用价值，值得进一步深入研究。
2024, 40(4): 547-556.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.049
摘要:
利用1979—2018年广东省86站气象观测数据、NCEP再分析资料和ERSST海温资料，采用统计方法分析了年际尺度上热带海温对广东省珠江三角洲（简称珠三角）区域春季灰霾（SHDPRD）的影响。结果表明，东南太平洋海温（ISSTSEP）对SHDPRD起主导作用。低层，当东南太平洋海温异常偏冷时，协同变化效应促使南印度洋海温也异常偏冷，激发冷Kelvin波东传，引起西太平洋Ekman辐合，导致异常气旋环流出现。异常气旋环流东北风通过等熵滑动机制诱发异常下沉运动，减少华南降水。高层，与ISSTSEP有密切相关的是500 hPa正EU遥相关，使得广东温度降低，降水偏少。EU遥相关调控局地气象要素，形成有利于灰霾形成的气象要素条件。反之亦然。受异常环流影响，与珠三角春季灰霾日数紧密联系的是降水、垂直速度和对流稳定度，其次是边界层厚度和低层东北风，最后是水汽。ENSO对SHDPRD有一定的调制作用。在El Niño（La Niña）年春季，珠三角水汽增加（减少），垂直上升（下沉）运动增强，降水增多（减少），广东灰霾偏少（多）。
利用1979—2018年广东省86站气象观测数据、NCEP再分析资料和ERSST海温资料，采用统计方法分析了年际尺度上热带海温对广东省珠江三角洲（简称珠三角）区域春季灰霾（SHDPRD）的影响。结果表明，东南太平洋海温（ISSTSEP）对SHDPRD起主导作用。低层，当东南太平洋海温异常偏冷时，协同变化效应促使南印度洋海温也异常偏冷，激发冷Kelvin波东传，引起西太平洋Ekman辐合，导致异常气旋环流出现。异常气旋环流东北风通过等熵滑动机制诱发异常下沉运动，减少华南降水。高层，与ISSTSEP有密切相关的是500 hPa正EU遥相关，使得广东温度降低，降水偏少。EU遥相关调控局地气象要素，形成有利于灰霾形成的气象要素条件。反之亦然。受异常环流影响，与珠三角春季灰霾日数紧密联系的是降水、垂直速度和对流稳定度，其次是边界层厚度和低层东北风，最后是水汽。ENSO对SHDPRD有一定的调制作用。在El Niño（La Niña）年春季，珠三角水汽增加（减少），垂直上升（下沉）运动增强，降水增多（减少），广东灰霾偏少（多）。
2024, 40(4): 557-572.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.050
摘要:
基于CMA-GEPS系统开展1~35天的延伸期集合预报，并对该系统的延伸期尺度天气进行预报能力评估。结果表明：关于500 hPa位势高度，以距平相关系数（ACC）为表征的集合预报有效天数在北半球和南半球分别为9天和8.7天，且在北半球呈现季节循环特征，即冬（夏）季值高（低），为大气内在性质的表现；定量分析离散度-均方根误差关系表明，集合预报系统比确定性预报在延伸期尺度上可预报性更高，且北半球及南半球的潜在可预报天数分别为18天和16天。关于2 m温度，CMA-GEPS在延伸期尺度上可较好地描述温度场的空间分布特征，其较大的系统偏差主要位于热力强迫显著的高原或沙漠地区。关于MJO，CMA-GEPS对MJO的有效预报技巧达到15天，优于一般的大气模式，说明CMA-GEPS有潜力进一步发展延伸期天气预报。进一步诊断分析表明：CMA-GEPS对MJO预报的强度偏弱，这与CMA-GEPS描述的热带对流系统偏弱有关；传播速度前8天略偏快，8天之后偏慢；CMA-GEPS可较好地预报出MJO东传及北传运动；比较发现，CMA-GEPS对环流信号传播特征的预报优于对流信号，且描述的MJO东传优于北传特征。
基于CMA-GEPS系统开展1~35天的延伸期集合预报，并对该系统的延伸期尺度天气进行预报能力评估。结果表明：关于500 hPa位势高度，以距平相关系数（ACC）为表征的集合预报有效天数在北半球和南半球分别为9天和8.7天，且在北半球呈现季节循环特征，即冬（夏）季值高（低），为大气内在性质的表现；定量分析离散度-均方根误差关系表明，集合预报系统比确定性预报在延伸期尺度上可预报性更高，且北半球及南半球的潜在可预报天数分别为18天和16天。关于2 m温度，CMA-GEPS在延伸期尺度上可较好地描述温度场的空间分布特征，其较大的系统偏差主要位于热力强迫显著的高原或沙漠地区。关于MJO，CMA-GEPS对MJO的有效预报技巧达到15天，优于一般的大气模式，说明CMA-GEPS有潜力进一步发展延伸期天气预报。进一步诊断分析表明：CMA-GEPS对MJO预报的强度偏弱，这与CMA-GEPS描述的热带对流系统偏弱有关；传播速度前8天略偏快，8天之后偏慢；CMA-GEPS可较好地预报出MJO东传及北传运动；比较发现，CMA-GEPS对环流信号传播特征的预报优于对流信号，且描述的MJO东传优于北传特征。
2024, 40(4): 573-585.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.051
摘要:
地基全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)监测大气可降水量(Precipitable Water Vapor，PWV)是一种连续获取大气水汽信息的有效手段，对于区域天气尤其是灾害性天气观测与预报有重要作用。基于长三角GNSS应用示范网，开展GNSS/PWV资料在数值天气预报模式中的三维变分同化应用试验，通过设计5个试验方案对2010年7月的一次梅雨期暴雨进行中尺度分析，考查区域地基GNSS/PWV资料在梅雨期降水过程中对初始场和预报结果的改进能力。通过预报分析表明：本次梅雨期暴雨数值模式预报加入GNSS/PWV的同化方案相比于常规资料同化方案24小时降水预报效果改善超过20%，48小时后也可提高约12%。可见GNSS/PWV资料可以很好改进观测区域内的水汽分布，提供与暴雨天气紧密联系的水汽信息，有效改善了数值天气模式中的中尺度系统移动速度的48小时预报结果，进而提高降水落区预报。
地基全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)监测大气可降水量(Precipitable Water Vapor，PWV)是一种连续获取大气水汽信息的有效手段，对于区域天气尤其是灾害性天气观测与预报有重要作用。基于长三角GNSS应用示范网，开展GNSS/PWV资料在数值天气预报模式中的三维变分同化应用试验，通过设计5个试验方案对2010年7月的一次梅雨期暴雨进行中尺度分析，考查区域地基GNSS/PWV资料在梅雨期降水过程中对初始场和预报结果的改进能力。通过预报分析表明：本次梅雨期暴雨数值模式预报加入GNSS/PWV的同化方案相比于常规资料同化方案24小时降水预报效果改善超过20%，48小时后也可提高约12%。可见GNSS/PWV资料可以很好改进观测区域内的水汽分布，提供与暴雨天气紧密联系的水汽信息，有效改善了数值天气模式中的中尺度系统移动速度的48小时预报结果，进而提高降水落区预报。
2024, 40(4): 586-598.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2004.052
摘要:
为增加大气探空站点，提高微波辐射计大气温度探测精度，利用FY-4A气象卫星温度产品和BP神经网络、遗传算法，分别实施杭州站、南京站微波辐射计的温度订正仿真试验，并获得准确的连续性大气温度垂直廓线；结合探空资料和民航AMDAR气温资料，评估模型订正效果。研究结果表明: (1) 微波辐射计温度产品存在一定误差，两站均在高度2 km处平均偏差最大，同站有雨时的偏差均大于无雨时的偏差；(2) 经过BP神经网络模拟订正后的微波辐射计测温精度较原温度产品提升幅度较大；杭州站MAE、MSE、RMSE的降低幅度分别为45%~55%、65%~78%、41%~53%，南京站的降低幅度分别为58%~66%、83%~88%、55%~59%；(3) 经过遗传算法优化初始权值和阈值后的神经网络订正模型模拟效果有进一步的提升，其中有雨模型提升效果明显，RMSE降低幅度11%~15%。微波辐射计的上述订正方法，可以推广到各地微波辐射计站点应用，具有实际使用价值。
为增加大气探空站点，提高微波辐射计大气温度探测精度，利用FY-4A气象卫星温度产品和BP神经网络、遗传算法，分别实施杭州站、南京站微波辐射计的温度订正仿真试验，并获得准确的连续性大气温度垂直廓线；结合探空资料和民航AMDAR气温资料，评估模型订正效果。研究结果表明: (1) 微波辐射计温度产品存在一定误差，两站均在高度2 km处平均偏差最大，同站有雨时的偏差均大于无雨时的偏差；(2) 经过BP神经网络模拟订正后的微波辐射计测温精度较原温度产品提升幅度较大；杭州站MAE、MSE、RMSE的降低幅度分别为45%~55%、65%~78%、41%~53%，南京站的降低幅度分别为58%~66%、83%~88%、55%~59%；(3) 经过遗传算法优化初始权值和阈值后的神经网络订正模型模拟效果有进一步的提升，其中有雨模型提升效果明显，RMSE降低幅度11%~15%。微波辐射计的上述订正方法，可以推广到各地微波辐射计站点应用，具有实际使用价值。
2024, 40(4): 599-606.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.052
摘要:
利用广东省潮州市区2014—2020年空气质量逐小时浓度数据，分析了PM2.5、O3浓度及复合污染的年、月、日变化特征，利用再分析资料对天气形势进行分型，结合相应时段潮州国家气象观测站资料，分析PM2.5-O3与天气型及气象因子的关系。结果表明：2014—2020年潮州市区年平均ρ(PM2.5)、ρ(O3-8 h)及复合污染出现日数均呈波动下降趋势，月平均ρ(PM2.5)最高出现在3月，月平均ρ(O3-8 h)最高出现在10月，两种污染物最低均出现在6月。复合污染出现较多的是10月—次年4月。PM2.5、O3污染具有一定相互作用，当其中一种污染物日均浓度较高时另一种污染物的浓度相应较高，同时污染物浓度的日较差也会相应增大；污染物峰谷值出现时间表现为空气污染较严重时，O3峰值出现时间在15时，PM2.5峰值出现在19—20时。造成潮州复合污染的天气型主要为变性高压脊(DR)、反气旋(AC)、副高+变性高压脊(SD)、均压场(UP)天气型，主要出现在秋、冬、春季，少数出现在初夏。4种天气型出现的季节不同，但总体来说晴朗干燥是出现复合污染的主要气象因素。
利用广东省潮州市区2014—2020年空气质量逐小时浓度数据，分析了PM2.5、O3浓度及复合污染的年、月、日变化特征，利用再分析资料对天气形势进行分型，结合相应时段潮州国家气象观测站资料，分析PM2.5-O3与天气型及气象因子的关系。结果表明：2014—2020年潮州市区年平均ρ(PM2.5)、ρ(O3-8 h)及复合污染出现日数均呈波动下降趋势，月平均ρ(PM2.5)最高出现在3月，月平均ρ(O3-8 h)最高出现在10月，两种污染物最低均出现在6月。复合污染出现较多的是10月—次年4月。PM2.5、O3污染具有一定相互作用，当其中一种污染物日均浓度较高时另一种污染物的浓度相应较高，同时污染物浓度的日较差也会相应增大；污染物峰谷值出现时间表现为空气污染较严重时，O3峰值出现时间在15时，PM2.5峰值出现在19—20时。造成潮州复合污染的天气型主要为变性高压脊(DR)、反气旋(AC)、副高+变性高压脊(SD)、均压场(UP)天气型，主要出现在秋、冬、春季，少数出现在初夏。4种天气型出现的季节不同，但总体来说晴朗干燥是出现复合污染的主要气象因素。
2024, 40(4): 607-622.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.054
摘要:
根据2017—2020年云南省ADTD二维和VLF/LF三维闪电定位系统观测资料，对比两套系统地闪回击参数分布差异。在实际回击位置和雷电流强度信息难以获得的情况下，研究利用两套系统反演资料对相同回击事件的识别匹配和时空阈值选取方法，分析相对定位偏差。结果表明：两套系统的回击密度、雷电流幅值在滇东、滇西南和滇西北等地的空间分布差异明显，由三维系统得到的回击密度较大，但二维系统雷电流幅值均值更高。两套系统均以单回击地闪占比更高，正地闪中的单回击地闪比重较负地闪更大，三维系统对于0~5 kA负回击小幅值电流的探测效率有所提高。通过采用10 km、1 ms的时空阈值匹配窗口，得到两套系统对于同一次回击的相对定位时间差主要集中在0.05 ms内，距离偏差集中在1 km内。系统匹配回击在滇中、滇西南的时空偏差较小，滇西北的偏差较大。从回击极性、相关系数、相对误差、幅值比及幅值累积概率等方面，分析得到两套系统对于相同回击事件的电流强度反演结果一致性较好，验证了应用系统反演资料对于同一回击事件的识别匹配方法是客观可靠的。
根据2017—2020年云南省ADTD二维和VLF/LF三维闪电定位系统观测资料，对比两套系统地闪回击参数分布差异。在实际回击位置和雷电流强度信息难以获得的情况下，研究利用两套系统反演资料对相同回击事件的识别匹配和时空阈值选取方法，分析相对定位偏差。结果表明：两套系统的回击密度、雷电流幅值在滇东、滇西南和滇西北等地的空间分布差异明显，由三维系统得到的回击密度较大，但二维系统雷电流幅值均值更高。两套系统均以单回击地闪占比更高，正地闪中的单回击地闪比重较负地闪更大，三维系统对于0~5 kA负回击小幅值电流的探测效率有所提高。通过采用10 km、1 ms的时空阈值匹配窗口，得到两套系统对于同一次回击的相对定位时间差主要集中在0.05 ms内，距离偏差集中在1 km内。系统匹配回击在滇中、滇西南的时空偏差较小，滇西北的偏差较大。从回击极性、相关系数、相对误差、幅值比及幅值累积概率等方面，分析得到两套系统对于相同回击事件的电流强度反演结果一致性较好，验证了应用系统反演资料对于同一回击事件的识别匹配方法是客观可靠的。
2024, 40(4): 623-632.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.055
摘要:
利用S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达对2022年4月25日长沙大暴雨过程进行分析。（1）回波带由东北-西南向带状演变成东-西向带状，差分反射率因子（ZDR）大值区（≥1.0 dB）呈带状分布，列车效应造成长沙大暴雨天气过程。（2）过程对流单体东-西向排列且强回波（≥45 dBZ）扩展至6 km，ZDR、差分相移率（KDP）柱扩展至融化层高度以上；对流单体融化层高度以下ZDR大部分为正值，且底层ZDR、KDP大值区说明雨滴不仅水平直径大且数浓度高，对应雨强大。（3）分钟雨量超过1 mm对应1.7~2.4 °·km-1 KDP值，且出现KDP空洞；分钟雨量超过2 mm对应2.4~3.1 °·km-1 KDP值。（4）三维风场显示强降水期间，带状对流回波前侧、南侧强西南风为大暴雨源源不断输送水汽；较深厚的辐合有利于带状回波维持；弓型回波伴有气旋式风场；高层风场有强辐散。（5）三维风场和强度垂直剖面显示最强降水时段有明显云砧回波，有利的动力抬升和水汽输送使得强回波中心M得以维持；随着中低层逐渐转为西北风或西风，回波减弱、分钟雨量陡降。以上分析结果表明双偏振产品对对流性降雨有明显的指示意义，X波段相控阵雷达反演的三维风场较好地刻画了对流强度及辐合、辐散特征。
利用S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达对2022年4月25日长沙大暴雨过程进行分析。（1）回波带由东北-西南向带状演变成东-西向带状，差分反射率因子（ZDR）大值区（≥1.0 dB）呈带状分布，列车效应造成长沙大暴雨天气过程。（2）过程对流单体东-西向排列且强回波（≥45 dBZ）扩展至6 km，ZDR、差分相移率（KDP）柱扩展至融化层高度以上；对流单体融化层高度以下ZDR大部分为正值，且底层ZDR、KDP大值区说明雨滴不仅水平直径大且数浓度高，对应雨强大。（3）分钟雨量超过1 mm对应1.7~2.4 °·km-1 KDP值，且出现KDP空洞；分钟雨量超过2 mm对应2.4~3.1 °·km-1 KDP值。（4）三维风场显示强降水期间，带状对流回波前侧、南侧强西南风为大暴雨源源不断输送水汽；较深厚的辐合有利于带状回波维持；弓型回波伴有气旋式风场；高层风场有强辐散。（5）三维风场和强度垂直剖面显示最强降水时段有明显云砧回波，有利的动力抬升和水汽输送使得强回波中心M得以维持；随着中低层逐渐转为西北风或西风，回波减弱、分钟雨量陡降。以上分析结果表明双偏振产品对对流性降雨有明显的指示意义，X波段相控阵雷达反演的三维风场较好地刻画了对流强度及辐合、辐散特征。
2024, 40(4): 633-649.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.056
摘要:
数值预报模式产品已成为当前各地气象台短期天气预报中的重要参考信息。我国各级气象台站都建立了多模式产品的一体化显示平台。但是，业务化平台上绘制的仍然是传统天气图。近十年来，为了更方便预报员客观地从中识别各种类极端天气，北京大学发展的基于欧洲中心全球模式产品的扰动天气图制作方法已经应用于对国内外多种类极端天气的大量个例分析，得到了国内外同行的认可。在前期工作的基础上，新近发展了基于广东区域模式(CMA-GD)产品的扰动天气图绘制系统。但是，与欧洲全球模式相比广东区域模式具有完全独立的非静力平衡状态偏差特征，并且不同模式系统之间的系统偏差也不一致，因此提出了一套生成区域模式自有扰动天气分析数据的基本方案，以减小模式系统性误差和气候漂移造成的虚假天气扰动信息，更有效地展现模式中的扰动天气系统特征细节。针对该系统网页端输出结果，实际应用台风个例介绍区域模式扰动天气图分析、使用方法。结果表明：相比于欧洲中心全球模式产品生成的扰动天气图，基于本地化模式数据生成的扰动天气图能够展示更多区域模式独有的物理量非静力特征时空特征。希望能帮助读者认识扰动法并熟悉扰动天气图在日常天气预报业务和天气过程复盘总结中的应用。
数值预报模式产品已成为当前各地气象台短期天气预报中的重要参考信息。我国各级气象台站都建立了多模式产品的一体化显示平台。但是，业务化平台上绘制的仍然是传统天气图。近十年来，为了更方便预报员客观地从中识别各种类极端天气，北京大学发展的基于欧洲中心全球模式产品的扰动天气图制作方法已经应用于对国内外多种类极端天气的大量个例分析，得到了国内外同行的认可。在前期工作的基础上，新近发展了基于广东区域模式(CMA-GD)产品的扰动天气图绘制系统。但是，与欧洲全球模式相比广东区域模式具有完全独立的非静力平衡状态偏差特征，并且不同模式系统之间的系统偏差也不一致，因此提出了一套生成区域模式自有扰动天气分析数据的基本方案，以减小模式系统性误差和气候漂移造成的虚假天气扰动信息，更有效地展现模式中的扰动天气系统特征细节。针对该系统网页端输出结果，实际应用台风个例介绍区域模式扰动天气图分析、使用方法。结果表明：相比于欧洲中心全球模式产品生成的扰动天气图，基于本地化模式数据生成的扰动天气图能够展示更多区域模式独有的物理量非静力特征时空特征。希望能帮助读者认识扰动法并熟悉扰动天气图在日常天气预报业务和天气过程复盘总结中的应用。
2024, 40(4): 650-658.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.057
摘要:
为得到适合业务使用的南海热带气旋(TC)极端快速加强(ERI)标准, 了解ERI TC的统计特征, 利用中国气象局上海台风研究所整编的1981-2022年西北太平洋TC最佳路径资料, 取TC强度变化最大值为样本, 对比分析了平均值法、百分位数法。(1)98百分位数定义的标准能较好地体现TC快速加强的极端性, 以及西北太平洋和南海TC强度发展程度上的差异, 在业务预报上的适用性较强。(2)南海ERI标准为强度加强不小于10 m·s-1·(6 h)-1、13 m·s-1·(12 h)-1、20 m·s-1·(24 h)-1。西北太平洋ERI标准为强度加强不小于10 m·s-1·(6 h)-1、20 m·s-1·(12 h)-1、30 m·s-1·(24 h)-1。(3)TC ERI是一个小概率事件, 在西北太平洋和南海分别占TC总数的12%和4%, 主要发生在菲律宾以东的135~145 °E, 15~20 °N洋面和20 °N附近的南海北部海面, 自20世纪90年代以来出现频率呈增加趋势。(4)南海出现ERI后的TC有72% 登陆我国, 登陆海南和广东的最多, 其中69%出现在2000年以后。南海ERI TC呈现距陆地近、登陆时间短、登陆强度强的特点。
为得到适合业务使用的南海热带气旋(TC)极端快速加强(ERI)标准, 了解ERI TC的统计特征, 利用中国气象局上海台风研究所整编的1981-2022年西北太平洋TC最佳路径资料, 取TC强度变化最大值为样本, 对比分析了平均值法、百分位数法。(1)98百分位数定义的标准能较好地体现TC快速加强的极端性, 以及西北太平洋和南海TC强度发展程度上的差异, 在业务预报上的适用性较强。(2)南海ERI标准为强度加强不小于10 m·s-1·(6 h)-1、13 m·s-1·(12 h)-1、20 m·s-1·(24 h)-1。西北太平洋ERI标准为强度加强不小于10 m·s-1·(6 h)-1、20 m·s-1·(12 h)-1、30 m·s-1·(24 h)-1。(3)TC ERI是一个小概率事件, 在西北太平洋和南海分别占TC总数的12%和4%, 主要发生在菲律宾以东的135~145 °E, 15~20 °N洋面和20 °N附近的南海北部海面, 自20世纪90年代以来出现频率呈增加趋势。(4)南海出现ERI后的TC有72% 登陆我国, 登陆海南和广东的最多, 其中69%出现在2000年以后。南海ERI TC呈现距陆地近、登陆时间短、登陆强度强的特点。
2024, 40(4): 659-668.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.058
摘要:
选取2015—2021年逐小时0.25 ° ×0.25 ° ERA5再分析资料和上海长江口区5个沿江地面自动气象站观测资料，运用FLBO-CatBoost集成学习算法，将6种强对流指数作为输入因子，实现对强对流影响下的长江口区强风的潜势分类及概率预报，并利用SHAP方法进行输入因子分析。结果表明：通过加入Multi-Class Focal Loss与贝叶斯优化模块，提高了FLBO-CatBoost综合性能，模型筛选的输入因子物理意义较明确，判断7级强风时POD、CSI、FAR均达到0.70，0.67、0.12，判断8级以上强风时分别达到0.97、0.91、0.07，优于其他五种集成学习模型。运用SHAP方法进行重要性排序可知，在水汽、能量、动力等条件方面，模型能起到优秀的影响要素诊断与筛选功能。同时，将对流云团影响下，长江口区7级以上强风概率预报的最优阈值选定为0.5，之后进一步结合个例验证模型对长江口区的强风的可预报性。整体而言，建立的强风预报模型具有一定的业务应用前景。
选取2015—2021年逐小时0.25 ° ×0.25 ° ERA5再分析资料和上海长江口区5个沿江地面自动气象站观测资料，运用FLBO-CatBoost集成学习算法，将6种强对流指数作为输入因子，实现对强对流影响下的长江口区强风的潜势分类及概率预报，并利用SHAP方法进行输入因子分析。结果表明：通过加入Multi-Class Focal Loss与贝叶斯优化模块，提高了FLBO-CatBoost综合性能，模型筛选的输入因子物理意义较明确，判断7级强风时POD、CSI、FAR均达到0.70，0.67、0.12，判断8级以上强风时分别达到0.97、0.91、0.07，优于其他五种集成学习模型。运用SHAP方法进行重要性排序可知，在水汽、能量、动力等条件方面，模型能起到优秀的影响要素诊断与筛选功能。同时，将对流云团影响下，长江口区7级以上强风概率预报的最优阈值选定为0.5，之后进一步结合个例验证模型对长江口区的强风的可预报性。整体而言，建立的强风预报模型具有一定的业务应用前景。
2024, 40(4): 669-680.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.059
摘要:
利用双偏振雷达、地面自动站、闪电定位仪、探空等资料对江苏2012—2022年262次雷暴大风过程的环境参数和2020—2022年41个导致雷暴大风的对流风暴演变特征进行分析。结果表明：(1)雷暴大风发生在大气层结不稳定背景下，850 hPa和500 hPa温差中位数超过25 ℃，对流层中层存在干层；春季动力条件较好，0~6 km垂直风切变中位数达到18.4 m·s-1，是夏季的2倍；夏季能量条件较好，CAPE平均值可达2 491.0 J·kg-1，而春季仅为977.5 J·kg-1。(2)凝练和定量验证了基于双偏振特征量的雷暴大风风暴演变的概念模型：对流风暴的生命史分为3个阶段，初生阶段存在较强的ZDR柱，Z和KDP较弱且未及地；发展阶段KDP柱显著增强，ZDR柱稍有减弱；雷暴大风发生阶段Z、ZDR和KDP核心高度均明显降低。因此，较强的ZDR柱，并伴随显著增强的KDP柱是雷暴大风发生的前兆信号。(3)统计获得双偏振特征量预警指标：初生阶段和发展阶段多数分别发生在雷暴大风发生前60 min和前20 min；在0~2 km的高度上，3~4 dB的ZDR大值区提前10~15 min到达雷暴大风站点。
利用双偏振雷达、地面自动站、闪电定位仪、探空等资料对江苏2012—2022年262次雷暴大风过程的环境参数和2020—2022年41个导致雷暴大风的对流风暴演变特征进行分析。结果表明：(1)雷暴大风发生在大气层结不稳定背景下，850 hPa和500 hPa温差中位数超过25 ℃，对流层中层存在干层；春季动力条件较好，0~6 km垂直风切变中位数达到18.4 m·s-1，是夏季的2倍；夏季能量条件较好，CAPE平均值可达2 491.0 J·kg-1，而春季仅为977.5 J·kg-1。(2)凝练和定量验证了基于双偏振特征量的雷暴大风风暴演变的概念模型：对流风暴的生命史分为3个阶段，初生阶段存在较强的ZDR柱，Z和KDP较弱且未及地；发展阶段KDP柱显著增强，ZDR柱稍有减弱；雷暴大风发生阶段Z、ZDR和KDP核心高度均明显降低。因此，较强的ZDR柱，并伴随显著增强的KDP柱是雷暴大风发生的前兆信号。(3)统计获得双偏振特征量预警指标：初生阶段和发展阶段多数分别发生在雷暴大风发生前60 min和前20 min；在0~2 km的高度上，3~4 dB的ZDR大值区提前10~15 min到达雷暴大风站点。
2024, 40(4): 681-691.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.060
摘要:
基于中国气象局（CMA）提供的降水站点观测数据和ECMWF提供的ERA5再分析数据集，通过尺度分离方法，对降水率进行定量诊断，探究了长江中下游地区1980—2020年夏季降水年际差异形成的多尺度特征。结果表明该区域降水呈现显著的天气尺度（小于10天）和次季节主导周期（10~30天以及30~60天）。通过定量诊断背景尺度（大于60天）、季节内尺度（30~60天）、准双周尺度（10~30天）和天气尺度（小于10天）变量之间的相互作用，发现长江中下游地区夏季降水主要决定于背景水汽、背景风和天气尺度风，并且降水强年背景环流贡献最大，降水弱年天气尺度扰动贡献更大。针对长江中下游地区的两个降水大值中心进行了进一步的分析，发现长江中游平均降水更多依赖于天气尺度扰动，下游降水更多依赖于背景环流。在长江中游降水强年，西北太平洋副热带高压更加西伸，且强度更强。在次季节尺度两个降水大值中心也存在较大差异，下游地区30~60天振荡更为显著，尤其表现在降水偏强年份。
基于中国气象局（CMA）提供的降水站点观测数据和ECMWF提供的ERA5再分析数据集，通过尺度分离方法，对降水率进行定量诊断，探究了长江中下游地区1980—2020年夏季降水年际差异形成的多尺度特征。结果表明该区域降水呈现显著的天气尺度（小于10天）和次季节主导周期（10~30天以及30~60天）。通过定量诊断背景尺度（大于60天）、季节内尺度（30~60天）、准双周尺度（10~30天）和天气尺度（小于10天）变量之间的相互作用，发现长江中下游地区夏季降水主要决定于背景水汽、背景风和天气尺度风，并且降水强年背景环流贡献最大，降水弱年天气尺度扰动贡献更大。针对长江中下游地区的两个降水大值中心进行了进一步的分析，发现长江中游平均降水更多依赖于天气尺度扰动，下游降水更多依赖于背景环流。在长江中游降水强年，西北太平洋副热带高压更加西伸，且强度更强。在次季节尺度两个降水大值中心也存在较大差异，下游地区30~60天振荡更为显著，尤其表现在降水偏强年份。
2024, 40(4): 692-700.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.061
摘要:
热带气旋频发于人口密集的中国沿海地区，造成严重的人员伤亡。基于1980—2020年西北太平洋热带气旋数据，研究生成、登陆中国热带气旋的时空分布特点。结合空间化后的同期中国人口数据，采用敏感性实验分析热带气旋暴露人口变化的主要影响因素及其贡献率，揭示登陆中国热带气旋及其人口暴露度演变特征。（1）1980—2020年，西北太平洋海域共生成1 217个热带气旋，270个登陆中国，生成和登陆气旋频数均呈减少趋势；其中，台风及以上等级登陆气旋共计88个，呈缓慢增加趋势，且强台风频数增加明显。（2）台风及以上等级热带气旋登陆地按登陆频次递减为：广东、浙江、海南、福建和江苏，超强台风登陆地集中在广东、浙江、福建和海南。（3）1980—2020年中国台风及以上等级热带气旋的人口暴露总数为35.8亿人，2016年暴露人口共2.5亿人，为历年最多；同期影响面积累计9.5×106 km2，广西区累计暴露范围最大，为2.1×106 km2。（4）热带气旋致灾因子对人口暴露度的贡献率在各个时期均最高，超过60%，且随年代际先增后减，2000—2009年贡献率达峰值80.3%；人口和其他因素的贡献率呈现出同步变化，随时间先减后增，且人口因素增幅更大。
热带气旋频发于人口密集的中国沿海地区，造成严重的人员伤亡。基于1980—2020年西北太平洋热带气旋数据，研究生成、登陆中国热带气旋的时空分布特点。结合空间化后的同期中国人口数据，采用敏感性实验分析热带气旋暴露人口变化的主要影响因素及其贡献率，揭示登陆中国热带气旋及其人口暴露度演变特征。（1）1980—2020年，西北太平洋海域共生成1 217个热带气旋，270个登陆中国，生成和登陆气旋频数均呈减少趋势；其中，台风及以上等级登陆气旋共计88个，呈缓慢增加趋势，且强台风频数增加明显。（2）台风及以上等级热带气旋登陆地按登陆频次递减为：广东、浙江、海南、福建和江苏，超强台风登陆地集中在广东、浙江、福建和海南。（3）1980—2020年中国台风及以上等级热带气旋的人口暴露总数为35.8亿人，2016年暴露人口共2.5亿人，为历年最多；同期影响面积累计9.5×106 km2，广西区累计暴露范围最大，为2.1×106 km2。（4）热带气旋致灾因子对人口暴露度的贡献率在各个时期均最高，超过60%，且随年代际先增后减，2000—2009年贡献率达峰值80.3%；人口和其他因素的贡献率呈现出同步变化，随时间先减后增，且人口因素增幅更大。
粤公网安备 4401069904700003号