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山西省秋季降水的时空变化特征及成因分析

高原气象 2024年第5期43卷 1207-1215页

作者：王晓琼张冬峰王大勇张国宏闫加海陈颖山西省气候中心山西太原030006

利用山西省1961-2021年秋季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和海温资料,分析山西省秋季降水的时空变化特征。结果表明:山西省秋季降水在20世纪70年代中期前偏多,之后减少,21世纪00年代中期又开始增多。进一步从大气环流角度探讨这种年代... 详细信息

利用山西省1961-2021年秋季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和海温资料,分析山西省秋季降水的时空变化特征。结果表明:山西省秋季降水在20世纪70年代中期前偏多,之后减少,21世纪00年代中期又开始增多。进一步从大气环流角度探讨这种年代际变化的成因可知,在降水偏多时期,200 hPa纬向风场东亚西风急流位置偏北,有利于山西地区上升运动增强;500 hPa位势高度场上欧亚大陆上空呈现出显著的正-负-正异常分布,有利于高纬冷空气向南爆发;850 hPa风场有利于低纬水汽向山西输送,在这样的高低空环流配置下,有利于山西省降水增加。同时山西省秋季降水量与海温异常存在密切关系,当前期3-5月北太平洋中部海温偏高,热带中东太平洋海温偏低时,山西省南部秋季降水易偏多。

关键词：秋季降水时空变化特征大气环流海温异常山西省

多普勒雷达V型缺口特征在冰雹预报预警中的应用分析

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高原气象 2024年第3期43卷 749-761页

作者：李腊平杨淑华刘洁莉赵琦李小强王嘉媛山西省大同市气象局山西大同037010

利用山西4部C波段多普勒天气雷达基数据和地面观测资料,对2009-2017年山西出现的38次多普勒雷达V型缺口特征进行统计分析,研究多普勒雷达V型缺口特征与降雹的对应关系,总结V型缺口对冰雹的预报预警指标,并在2018-2022年开展实时业务应用... 详细信息

利用山西4部C波段多普勒天气雷达基数据和地面观测资料,对2009-2017年山西出现的38次多普勒雷达V型缺口特征进行统计分析,研究多普勒雷达V型缺口特征与降雹的对应关系,总结V型缺口对冰雹的预报预警指标,并在2018-2022年开展实时业务应用,对V型缺口特征及预报预警指标进行检验并订正。结果表明:降雹在V型缺口出现后开始,在V型缺口消失前结束;降雹概率与V型缺口起始高度无明显的对应关系;V型缺口对应的上升气流高度≤4 km时无降雹;V型缺口理想的观测仰角为2.4°~6.0°,最佳观测仰角为2.4°;强回波区呈现“蝴蝶状”是降雹最强阶段。降雹开始阶段预报预警指标及关注点:(1)V型缺口有弱回波区或有界弱回波区;(2)初始V型缺口沿径向长度>30 km,当≤30 km时上升气流伸展高度要超过4 km;(3)平均径向速度具有低层辐合高层辐散特征。满足以上3点可预报有冰雹出现,如果V型缺口首先在6.0°仰角观测到,可预报有大冰雹出现(直径大于1 cm),并立即发布预报预警信号。冰雹持续期间预报预警指标及关注点:(1)>50 dBZ强回波中心连续下降且回波顶高>10 km;(2)V型缺口对应的弱回波区呈倾斜状;(3)弱回波区或有界弱回波区稳定维持;(4)当在0.5°仰角观测到V型缺口时可预报冰雹仍在持续;当强回波区呈现“蝴蝶状”,可预报降雹强度增强;(5)当V型缺口最大垂直液态水含量>22 kg·m^(-2)、垂直液态水含量跃增量>26 kg·m^(-2)、垂直液态水含量密度>3.6 g·m^(-3)时,出现冰雹的概率较大。

关键词： C波段多普勒天气雷达 V型缺口冰雹预报预警指标

基于高分辨率数值预报和深度学习的地面气温预报研究

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高原气象 2024年第2期43卷 464-477页

作者：李浙华肖安郑丽君江西省上饶市气象局江西上饶334000 江西省气象台江西南昌330096 江西省气象局天气预报开放实验室江西南昌330096

基于2020-2021年的中国气象局(CMA)陆面数据同化系统(CLDAS)逐小时地面气温(T2m)产品,融合CMA上海快速更新循环数值预报(CMA-SH3)的T2m预报数据,构建深度学习语义分割模型(MT-Cunet),实现逐小时滚动更新的24 h T2m网格预报,并对2022年... 详细信息

基于2020-2021年的中国气象局(CMA)陆面数据同化系统(CLDAS)逐小时地面气温(T2m)产品,融合CMA上海快速更新循环数值预报(CMA-SH3)的T2m预报数据,构建深度学习语义分割模型(MT-Cunet),实现逐小时滚动更新的24 h T2m网格预报,并对2022年预报结果进行了检验评估。结果表明,在研究范围内,MT-Cunet在3~9 h时效订正效果最好,平均MAE和平均RMSE分别降低42.4%、40.89%;10~24 h时效的订正效果较好,平均MAE和平均RMSE分别下降26.7%、26.3%。低温(≤0℃)和高温(≥35℃)事件检验评估表明,MT-Cunet在高温预报整体表现为正偏差,而低温整体为负偏差,但误差幅度远低于CMA-SH3;空间尺度上,MT-Cunet能较大幅度减少复杂地形下的T2m预报误差,降低CMA-SH3的MAE离散度,使预报误差分布较为稳定。通过对2022年2月和3月的区域性增温、寒潮过程分别进行检验评估发现,MT-Cunet能较好预报出增(降)温转折时间和增(降)温幅度。在增温和寒潮过程中,MT-Cunet的MAE比CMA-SH3分别降低28.9%和33.8%,表明MT-Cunet模型在转折性天气过程中同样具有较好的预报能力。因此,利用可以快速增加预报样本数量的快速更新循环数值预报,经过语义分割深度学习模型客观方法订正,就能较大幅度降低数值模式预报误差,解决常规数值预报由于数据量太少,深度学习训练效果较差的问题,这对充分利用国产模式资源,更广泛地开展国产模式后处理和应用提出了一个新的思路。

关键词： CMA-SH3 CLDAS 2 m地面温度偏差订正深度学习

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华东地区一次高空冷平流强迫型强对流分析

气象 2024年第7期50卷 818-834页

作者：王芳沈杭锋樊李苗高梦竹汪子琪杭州市气象局杭州310051 黑龙江省气象台哈尔滨150001 浙江省金华市气象局金华321000

利用常规气象观测资料、区域自动气象站加密观测资料和GFS 0.25°×0.25°逐6 h的分析场数据以及多普勒雷达、FY-4卫星等资料,对2020年4月12日华北冷涡后部中低层一致西北气流背景下,在华东地区出现的大范围对流大风天气进行了诊断分析... 详细信息

利用常规气象观测资料、区域自动气象站加密观测资料和GFS 0.25°×0.25°逐6 h的分析场数据以及多普勒雷达、FY-4卫星等资料,对2020年4月12日华北冷涡后部中低层一致西北气流背景下,在华东地区出现的大范围对流大风天气进行了诊断分析。结果表明,12日上午冷空气大风南下之后,下午华东处于中层冷平流、低层暖平流的有利热力背景条件下,在850 hPa与500 hPa温差大值区内,由山东、江苏交界一带的干线触发了对流;对流系统在东移南压过程中因水汽条件转好、中层风速增强、阵风锋的合并及杭州湾特殊海陆分布等有利条件下明显加强,使得江苏、安徽东南部、浙江北部等地在冷空气大风之后再次出现了大范围对流大风天气,并在舟山群岛附近出现13级极端大风;其灾害性大风出现在对流系统回波缺口处及其东北侧回波附近,由后侧入流急流及风暴内强烈的下沉辐散、光滑下垫面、快速移动的对流系统以及系统内小尺度下击暴流叠加造成。

关键词：冷流强迫干线加强机制极端大风

集成学习和动态融合算法在福建省短时强降水预报中的应用

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气象 2024年第1期50卷 48-58页

作者：陈锦鹏黄奕丹朱婧林辉程晶晶杨德南厦门市海峡气象开放重点实验室厦门361012 福建省灾害天气重点实验室福州350001 福建省漳州市气象局漳州363005 集美区气象局厦门361021

为了提高短时强降水预报准确性,在2019—2020年4—9月福建省逐时降水实况观测资料与中国气象局广东快速更新同化数值预报系统(CMA-GD)模式预报产品的基础上,应用LightGBM集成学习算法框架,建立以30 mm·h^(-1)为阈值的逐时降水预报模型... 详细信息

为了提高短时强降水预报准确性,在2019—2020年4—9月福建省逐时降水实况观测资料与中国气象局广东快速更新同化数值预报系统(CMA-GD)模式预报产品的基础上,应用LightGBM集成学习算法框架,建立以30 mm·h^(-1)为阈值的逐时降水预报模型。通过特征处理、自助聚合及超参数搜索等技术对模型进行优化,结合AUC、AUPR与传统分类指标,设计了包括业务模拟测试在内的多项试验,通过对比各建模方案验证了模型对于较长时效的短时强降水预报的适用性。结果表明:模式预报本身的命中率和空报率均较高,各建模方案具有不同程度的改善作用。自助聚合可以增强模型预测稳定性,轻微不平衡子训练集能降低模型预测空报率而取得更高的综合评分,在验证集中最佳TS评分可达17.5%;对分类信息增益贡献最大的特征变量为K指数,其次为500 hPa露点温度和时间参数特征;试验指标从优到劣依次为:随机交叉验证、小时划分的随机交叉验证、业务模拟测试,可见模型有效性主要来自相同或相邻时刻的样本信息;设计基于逻辑回归的异质模型动态融合方案以改善静态同质模型表现,各项指标均有小幅提升,在命中率接近50%时削减空报样本超过52万个。

关键词： LightGBM 短时强降水预报样本不平衡动态融合

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天气雷达三体散射长钉回波特征分析

气象 2024年第6期50卷 675-685页

作者：孟蕾桑友伟夏扬高文娟刘达之中国气象局气象干部培训学院湖南分院长沙410125 气象防灾减灾湖南省重点实验室长沙410118 中国气象局气象干部培训学院北京100081

利用2016—2020年中国中东部地区47个强对流个例中50部S波段多普勒天气雷达的基本反射率因子产品资料,在筛选出2626个样本的基础上,分析三体散射长钉(TBSS)特征。结果表明:TBSS在1.5 km和5 km高度附近出现频次最高;在2.4°仰角出现频次... 详细信息

利用2016—2020年中国中东部地区47个强对流个例中50部S波段多普勒天气雷达的基本反射率因子产品资料,在筛选出2626个样本的基础上,分析三体散射长钉(TBSS)特征。结果表明:TBSS在1.5 km和5 km高度附近出现频次最高;在2.4°仰角出现频次最高。TBSS主要出现在雷达静锥区边缘至雷达径向距离210 km范围,在距离雷达115 km附近达到峰值;TBSS在雷达极坐标系中呈现南多北少、西多东少的形势;当对流风暴移动方向与雷达径向方向的夹角大于30°时有利于观测到TBSS。TBSS回波强度在起始端径向向外0~15 km范围内迅速降低至5 dBz,15 km之后在-5~10 dBz波动,TBSS区域中70%以上为低于25 dBz的弱回波;99%的TBSS长度小于40 km,不同长度的TBSS形态符合正态分布。TBSS出现频次和长度与强回波的中心最高值和区域面积没有显著相关关系。

关键词：三体散射长钉(TBSS) 天气雷达分布特征雷达回波冰雹

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秋台风“梅花”造成浙江极端降水成因分析

海洋预报 2024年第2期41卷 104-116页

作者：钱卓蕾沈哲文左骏绍兴市气象台浙江绍兴312000 绍兴市气象防灾减灾中心浙江绍兴312000

利用全球降水观测计划卫星降水率产品、地面加密自动站和ERA5再分析资料,对202212号台风“梅花”造成浙江极端降水的成因进行分析。结果表明:台风“梅花”造成的极端降水主要分布在沿海和四明山区,极值在四明山区,9月12—13日强降水由... 详细信息

利用全球降水观测计划卫星降水率产品、地面加密自动站和ERA5再分析资料,对202212号台风“梅花”造成浙江极端降水的成因进行分析。结果表明:台风“梅花”造成的极端降水主要分布在沿海和四明山区,极值在四明山区,9月12—13日强降水由台风北侧外围雨带造成,14日则主要为台风本体降水;高层西南风急流的稳定以及台风“梅花”在移动过程中与西风槽结合有利于维持台风强度并引起台风动力结构不对称;台风“梅花”与副热带高压间的东风是台风发展的主要水汽来源,西太平洋上热带气旋的存在也有利于台风“梅花”北侧水汽输送加强,导致台风强降雨带偏北;台风“梅花”北侧高层始终有位涡下传至对流层中低层,促使低层扰动中心的发展,冷空气侵入造成浙江东部中尺度斜压锋生;受四明山地形影响,台风“梅花”环流西北侧的偏北风进入内陆后形成中尺度辐合线,山前抬升,山后下沉,有利于山前降水增幅。

关键词：极端降水外围雨带等熵位涡锋生地形

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山东半岛强对流天气学特征及落区预报研究

海洋湖沼通报（中英文） 2024年第4期46卷 11-21页

作者：梅婵娟褚子禾张灿苏轶万夫敬山东省气象防灾减灾重点试验室山东济南250031 山东省威海市气象局山东威海264200 广东海洋大学广东湛江524000 山东省济南市气象局山东济南370100 山东省青岛市气象局山东青岛266000

对2015—2020年山东半岛强对流不同天气分型下的时空分布特征、物理量参数、落区预报进行了分析研究。结果表明:强对流天气主要发生在低槽、高空冷涡、西北气流、副高边缘和横槽5种天气形势下;强对流天气事件主要集中在6—8月,下午至夜... 详细信息

对2015—2020年山东半岛强对流不同天气分型下的时空分布特征、物理量参数、落区预报进行了分析研究。结果表明:强对流天气主要发生在低槽、高空冷涡、西北气流、副高边缘和横槽5种天气形势下;强对流天气事件主要集中在6—8月,下午至夜间最易发生,多为不均匀分布;空间分布主要表现为西部型、东部型、全区型和局部型四种特征,其中局部型事件最多;不同的天气形势配置,物理量参数特征差异较大,副高边缘型CAPE值和K指数均大于其他形势,高空冷涡型的垂直风切变SHR6和总指数TT数值最大,西北气流型的CAPE值、K指数偏小,SI值可为正数;弱冷锋和海风锋导致强对流最易发生在烟台西部,随后东移减弱,东部型多发生在夜间,多为地面辐合线影响所致,倒槽的位置不同也决定着强对流落区的不同;全区型主要发生在高空冷涡或者强的低槽冷锋影响之下;局部型与副高边缘及西北气流型相对应,地面辐合线为主要触发系统,与海陆地形和山区地形有很好的对应关系。

关键词：强对流天气天气分型物理量落区预报

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中低纬度系统相互作用过程的中尺度风场分析

热带气象学报 2024年第2期40卷 198-207页

作者：李君贾瑞王俊胡晓琳山东省气象防灾减灾重点实验室山东济南250031 山东省人民政府人工影响天气办公室山东济南250031 淄博市气象局山东淄博255000

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... 详细信息

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。

关键词：中低纬度系统相互作用极端降水利奇马中尺度风场双多普勒雷达