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中国夏季边界层高度及其主要影响因子的分区研究

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大气科学 2024年第3期48卷 1201-1216页

作者：吴雯璐陈海山郭建平许智棋张潇艳南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心/气象灾害教育部重点实验室南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044 中国气象科学研究院北京100081 中国气象局北京城市气象研究院北京100089

中国区域下垫面复杂且边界层热力和动力影响因子众多,目前缺乏对全国范围内边界层高度及其影响因子的综合分析。本文基于2012~2016年L波段高分辨率探空资料,采用K-prototypes算法结合12个可能影响因子将中国夏季边界层高度进行了聚类分... 详细信息

中国区域下垫面复杂且边界层热力和动力影响因子众多,目前缺乏对全国范围内边界层高度及其影响因子的综合分析。本文基于2012~2016年L波段高分辨率探空资料,采用K-prototypes算法结合12个可能影响因子将中国夏季边界层高度进行了聚类分析,以探讨中国夏季边界层高度的区域性特征和主要影响因子。结果表明,中国区域100个站点08、14、20时(北京时,下同)的边界层高度均可划分为东北、东南、西北和西南4个区域。在此基础上,分析了三个不同时次不同区域边界层高度的主要影响因子,并探究这些因子影响不同热力状态下边界层发展的可能机理。结果表明:稳定边界层早(08时)、晚(20时)的发展主要受风速湍流动力作用的影响,而中午14时的发展与间歇性湍流作用密切相关。中性和对流边界层的发展在早上也主要受风速的驱动,而在中午则主要受较高地表温度和较大地表净辐射通量所引起的湍流热力作用驱动。此外,东北地区的云量和比湿、东南地区的潜热通量、西北地区的感热通量和比湿、西南地区的感热通量和土壤湿度也会通过对热力湍流的直接或间接影响,从而影响该区域中性和对流边界层的发展。晚上,由于东西时差的影响,在东部地区,风速开始成为中性和对流边界层高度的主要影响因子,而西部地区边界层高度的主要影响因子仍为热力因子。值得注意的是,北部地区的叶面积指数可以通过植被蒸腾作用改变比湿,从而影响边界层的发展;东北地区地表气压的变化可以通过影响气流的上升和下沉运动从而影响边界层的发展。

关键词：大气边界层高度影响因子聚类不同稳定度类型

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基于机器学习的格点气温预报订正方法

气象 2024年第1期50卷 103-114页

作者：方鸿斌王珊珊王晓玲谭江红鲁礼炳武汉中心气象台武汉430074 湖北省襄阳市气象局襄阳441022 湖北省荆州市气象局荆州434022

使用2017年9月至2021年3月国家级业务化运行的智能网格实况分析产品和欧洲中期天气预报中心全球模式(EC)产品,根据湖北省的地理分布特征构建6个分区,采用基于LightGBM机器学习算法建立的气温预报方法,生成湖北省0.05°×0.05°格点气温... 详细信息

使用2017年9月至2021年3月国家级业务化运行的智能网格实况分析产品和欧洲中期天气预报中心全球模式(EC)产品,根据湖北省的地理分布特征构建6个分区,采用基于LightGBM机器学习算法建立的气温预报方法,生成湖北省0.05°×0.05°格点气温预报产品。利用2021年4—9月的预报产品和格点实况资料进行检验,结果表明:基于机器学习的气温预报方法(MLT)取得了较好的预报效果,其在0~72 h时效内优于中央气象台下发的气温精细化指导预报(SCMOC)和EC产品;MLT在山区的误差较平原大,但山区的订正幅度大于平原,日最高气温的订正幅度大于日最低气温的订正幅度;4—9月MLT、SCMOC、EC产品的平均绝对误差(MAE)日变化都呈现了白天偏高、夜间偏低、午后凸起的单峰特征,MLT的MAE值较SCMOC和EC产品的更低,并且在转折性天气中仍具有优势;站点检验与格点检验结论一致,基于格点建模的气温预报产品对站点预报同样得到了订正。机器学习在格点气温的模式订正方面可以作为一个行之有效的手段。

关键词：格点气温机器学习特征选择分区建模

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数值预报模式垂直坐标发展与改进综述

高原气象 2024年第1期43卷 16-27页

作者：程锐宇如聪徐幼平黄静沈晓晶地理信息工程国家重点实验室陕西西安710054 中国气象局北京100081 北京应用气象研究所北京100029

大气具有斜压性质和层结特性,对于大气三维运动及静止大气热力状态的刻画离不开垂直坐标的选择。垂直坐标更是构建数值预报模式的基础,经常根据不同的垂直坐标形式来区分不同类型的大气动力框架,如几何高度框架、等压面框架和等熵面框... 详细信息

大气具有斜压性质和层结特性,对于大气三维运动及静止大气热力状态的刻画离不开垂直坐标的选择。垂直坐标更是构建数值预报模式的基础,经常根据不同的垂直坐标形式来区分不同类型的大气动力框架,如几何高度框架、等压面框架和等熵面框架等。伴随垂直坐标的发展,模式预报性能在不断提升,模式版本也在不断演进。本文简要回顾了垂直坐标的发展历史,重点介绍了目前国内外主要非静力业务模式垂直混合坐标的处理思路与方法,同时指出模式垂直分辨率及预报变量垂直分布形式的选择考量。最后对数值预报模式垂直坐标设计与应用进行总结,并给出未来发展展望。

关键词：数值预报模式垂直坐标地形追随阶梯地形混合垂直坐标

一种基于分数技巧评分定义的降水预报跳跃指数及其应用

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气象学报 2024年第4期82卷 522-538页

作者：薛一迪黄向宇卢冰陈敏夏宇北京城市气象研究院北京100089 中国气象局城市气象重点开放实验室北京100089

基于CMA-BJ系统提供的2021年8月9日2套降水预报结果(业务数值预报模式和同化试验结果)和2022年6月4日、2023年9月17日的业务数值预报模式结果,结合定性分析,利用4种客观评价指标(不确定度、均方根误差、不一致指数和基于分数技巧评分(F... 详细信息

基于CMA-BJ系统提供的2021年8月9日2套降水预报结果(业务数值预报模式和同化试验结果)和2022年6月4日、2023年9月17日的业务数值预报模式结果,结合定性分析,利用4种客观评价指标(不确定度、均方根误差、不一致指数和基于分数技巧评分(FSS)定义的预报跳跃指数)对该系统降水预报不一致特征进行了定量评估。3次降水过程的分析结果显示:预报跳跃指数不仅可以识别出2021年8月9日和2022年6月4日业务数值预报模式结果中降水量预报明显减小的3个预报时次,而且对于降水过程预报相对稳定的个例(2021年8月9日同化试验和2023年9月17日业务预报结果),随着预报时次逐渐临近最新预报,该指数整体呈现波动上升或者数值较大、波动较小的特征,表明15个连续降水预报特征逐渐与最新预报趋于一致或者大体相似,与定性分析结果相对吻合。其他3种指数对于降水预报不一致问题的表征存在不足,不确定度和均方根误差显著受到预报降水量的影响,同时不确定度不能反映预报不一致的时间特征,不一致指数随预报时次逐时滚动变化较大,确定的预报不一致时次较多,与定性分析结果存在明显偏差。

关键词： CMA-BJ系统降水预报预报不一致定量评估

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辽东半岛一次湿下击暴流过程分析

高原气象 2024年第2期43卷 411-420页

作者：贾旭轩梁军刘晓初冯呈呈张子莹中国气象局沈阳大气环境研究所辽宁沈阳110166 大连市气象台辽宁大连116001

2020年9月11日辽东半岛南部发生了一次强对流天气,并出现了湿下击暴流,大连金州得胜站地面最大阵风达到21.7 m·s^(-1)。本文利用常规气象资料、大连多普勒天气雷达资料、欧洲中期天气预报中心第5代全球再分析资料和高分辨率中尺度数值... 详细信息

2020年9月11日辽东半岛南部发生了一次强对流天气,并出现了湿下击暴流,大连金州得胜站地面最大阵风达到21.7 m·s^(-1)。本文利用常规气象资料、大连多普勒天气雷达资料、欧洲中期天气预报中心第5代全球再分析资料和高分辨率中尺度数值模拟资料,对此次湿下击暴流天气过程的环流背景、对流风暴发生发展环境及其回波特征等进行分析。结果表明:(1)此次强对流天气发生在北上台风变性形成的高空冷涡东部西南风与东南风的切变线上,地面辐合线和低空急流是触发初始对流的直接系统,初始对流在高空辐散耦合作用下发展加强;对流系统西移登陆至地面冷池与其东部暖空气之间形成锋生带上,辐合抬升作用加强,促使对流系统组织化程度更高、强度更强。(2)高温、高湿、对流不稳定层结是对流系统发生发展的有利环境条件。强对流发生前,探空曲线“上干下湿”、呈“V”型分布,抬升凝结高度明显下降;湿下击暴流发生时,径向速度垂直分布为中层径向辐合、低层辐散;瞬时大风出现前后,大连多普勒天气雷达在高、低仰角均探测到超过45 dBZ强反射率因子缺口,高仰角强反射率因子缺口先于低仰角出现,通过监测高仰角强反射率因子的变化,对湿下击暴流有一定的预警作用。

关键词：湿下击暴流低空急流冷池强反射率因子缺口

2022年“龙舟水”期间华南地区降水对公路交通的影响

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气象与减灾研究 2024年第1期47卷 65-71页

作者：苗蕾王志李蔼恂冯蕾中国气象局公共气象服务中心北京100081

利用公路交通气象监测网资料、国家级公路融合降水实况分析产品及公路阻断信息,分析了2022年“龙舟水”期间华南地区的公路交通降水特点及影响特征,并对此次过程的公路交通气象服务情况进行复盘。结果表明:1)“龙舟水”期间,降水对广东... 详细信息

利用公路交通气象监测网资料、国家级公路融合降水实况分析产品及公路阻断信息,分析了2022年“龙舟水”期间华南地区的公路交通降水特点及影响特征,并对此次过程的公路交通气象服务情况进行复盘。结果表明:1)“龙舟水”期间,降水对广东、广西主要高速公路运行均产生一定影响,其中广西受严重影响的公路里程在全省路网占比高于广东。2)降水引发的公路阻断事件总体呈现出广西多于广东,北部多于南部,国省干线公路多于高速公路的特征。其中,降水对广东道路交通的影响以降雨(积水)为主,对广西的影响则以崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害为主。3)华南地区公路交通降水预报落区与实况较为一致,公路气象预报预警起到了较好的预报服务效果。同时,公路交通暴雨灾害风险预估产品对于公路阻断灾情的预判体现出较好的指示意义。

关键词：公路阻断交通气象预报气象灾害风险评估龙舟水华南地区

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重庆两场森林火灾蔓延特征的数值模拟

气象科技 2024年第2期52卷 205-217页

作者：王宇虹陈仲榆杨晓丹赵鲁强袁晓玉梁莉中国气象局公共气象服务中心北京100081

为了深入认识同时段内发生的两场森林火灾蔓延特征以及大气、地形等对不同林火行为的影响,进而为多起林火扑灭火工作提供科学支撑,选取2022年8月17日发生在涪陵两场森林火灾,利用高分辨率地理信息、植被数据和气象数据对两场林火行为进... 详细信息

为了深入认识同时段内发生的两场森林火灾蔓延特征以及大气、地形等对不同林火行为的影响,进而为多起林火扑灭火工作提供科学支撑,选取2022年8月17日发生在涪陵两场森林火灾,利用高分辨率地理信息、植被数据和气象数据对两场林火行为进行分析研究,同时运用林火大气耦合WRF-Fire(Weather Research and Forecasting Model with Fire Module)模式进行数值模拟。研究发现:①受深厚高压控制,两场林火是在持续高温、干燥背景下发生的,气象干旱等级达到重旱,火险气象等级高。②模式模拟风向风速变化与实况较为一致,基本体现出火场风向和风速突变,表明WRF-Fire模式可以较准确地再现火场蔓延情况。③基于林火蔓延特征时间和空间变化可将大梁山林火发展分为6个阶段、北山坪林火分为4个阶段,造成直线距离相隔4.4 km两个火场蔓延发展程度不同的原因在于地形差异造成的局地风场差异。

关键词：重庆林火大气耦合模式林火蔓延特征数值模拟

云微物理参数化的改进及其对川藏铁路沿线降水的模拟优势

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中国科学：地球科学 2024年第3期54卷 874-891页

作者：徐晓齐衡志炜李跃清王顺久李建王元陈景华张佩文陆春松南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室南京210041 中国气象局成都高原气象研究所高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室成都610072 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 兰州大学西部生态安全省部共建协同创新中心兰州730000 南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

川藏铁路是我国铁路网的重要组成部分,该区域山洪、滑坡等地质灾害多发,而降水是诱发这些灾害的重要原因,因此该区域降水的准确模拟是至关重要的.本文改进了西南区域业务预报模式云微物理方案中不确定性较大的物理过程,包括云滴活化、... 详细信息

川藏铁路是我国铁路网的重要组成部分,该区域山洪、滑坡等地质灾害多发,而降水是诱发这些灾害的重要原因,因此该区域降水的准确模拟是至关重要的.本文改进了西南区域业务预报模式云微物理方案中不确定性较大的物理过程,包括云滴活化、云水自动转化、云雨碰并和混合蒸发过程.原方案中,不同大小的云水含量对应着相同的云滴浓度,与实际不符,造成云滴尺度过大,相关物理过程速率(比如云水自动转化率)过快,导致降水高估.新方案克服了云滴尺度过大的问题,云水自动转化和云雨碰并过程均与随机收集方程更为接近,云滴蒸发机制更符合云中实际物理过程.基于新旧方案,模拟了川藏铁路沿线2021年汛期的多次降水过程,利用地面观测和卫星反演资料,评估了模拟结果.新方案对云物理量的模拟变得更为合理,使原方案对液水路径和液滴半径的模拟偏差从2倍减少到1倍以内,并显著缓解了原方案对降水强度和范围的高估情况,降水的平均均方根误差减小22%.本文所得结果能够为提高模式在该区域预报降水和灾害防控能力提供科学参考.

关键词：川藏铁路云微物理降水模式改进

21世纪以来新疆地区沙尘暴时空变化及其关键气象影响因子

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环境科学学报 2024年第10期44卷 1-9页

作者：李智宽谭成好杨婕赵天良何清孟露张磊罗悦函鲁震王德洋南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心中国气象局气溶胶-云-降水重点实验室南京 210044 中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室广州 510640 中国科学院大学北京 100049 湖州市气象局湖州 313000 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所/中国气象局塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地乌鲁木齐 830002 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京 100081

利用近24年(2000-2023年)地面气象要素资料及沙尘暴日数资料,分析21世纪以来新疆地区沙尘暴的时空变化特征及关键气象要素对沙尘暴频数年际变化的影响.结果表明:2000-2012年新疆地区沙尘暴日数呈下降趋势(-0.9 d/10 a),2012-2023年沙尘... 详细信息

利用近24年(2000-2023年)地面气象要素资料及沙尘暴日数资料,分析21世纪以来新疆地区沙尘暴的时空变化特征及关键气象要素对沙尘暴频数年际变化的影响.结果表明:2000-2012年新疆地区沙尘暴日数呈下降趋势(-0.9 d/10 a),2012-2023年沙尘暴日数呈上升趋势(0.5 d/10 a).新疆地区依然维持着春季和夏季沙尘暴高发的区域季节特征,且近年来夏季沙尘暴频数接近甚至超过春季.空间分布上,近24年间沙尘暴日数高值中心在塔克拉玛干沙漠南缘,高值区域向东扩张.新疆地区沙尘暴日数在2000-2023年间呈先减后增的变化趋势,主要受到平均风速、大风日数的先减后增年际变化的影响.与2000-2012年比较,这些关键气象要素对2012-2023年间沙尘暴日数年际变化的影响均更显著,近年荒漠化下垫面裸地减少并未改变沙尘暴频数年际变化趋势.

关键词：沙尘暴新疆地区 21世纪平均风速塔克拉玛干沙漠