2025年第53卷第4期文章目次
2025, 53(4):457-467.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20240346
摘要:
測風激光雷達具備高時空分辨率和非接觸式測量的能力，對于森林火災的防控和救援具有重要意義。然而，現有測風激光雷達探測距離難以滿足森林草原火災現場對遠距離風場監測的需求。為此，本文從大功率激光發射技術與晴空弱信號算法兩個方面展開研究，提出了大功率激光發射與噪聲抑制技術，開發了基于激光雷達頻譜信號的弱信號風速精度優化算法，從硬件技術與數據處理兩方面實現了探測距離的綜合提升。研究結果表明，采用上述技術和算法后測風激光雷達可以實現15 km的大范圍風場測量，在12600 m處的數據獲取率超過90%；與測風塔進行對比，探測精度具有很好的一致性，水平風速和風向的決定系數均在0.99以上，風速平均偏差在0.05 m/s以下，風向平均偏差在2°以下。
測風激光雷達具備高時空分辨率和非接觸式測量的能力，對于森林火災的防控和救援具有重要意義。然而，現有測風激光雷達探測距離難以滿足森林草原火災現場對遠距離風場監測的需求。為此，本文從大功率激光發射技術與晴空弱信號算法兩個方面展開研究，提出了大功率激光發射與噪聲抑制技術，開發了基于激光雷達頻譜信號的弱信號風速精度優化算法，從硬件技術與數據處理兩方面實現了探測距離的綜合提升。研究結果表明，采用上述技術和算法后測風激光雷達可以實現15 km的大范圍風場測量，在12600 m處的數據獲取率超過90%；與測風塔進行對比，探測精度具有很好的一致性，水平風速和風向的決定系數均在0.99以上，風速平均偏差在0.05 m/s以下，風向平均偏差在2°以下。
2025, 53(4):468-478.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20240339
摘要:
基于深度學習的雷達回波外推方法已被廣泛應用于具有挑戰性的短臨降水預報任務中。然而，現有方法在預測精度上存在不夠高的問題，而且在處理高分辨率和長時間序列數據時，訓練速度較慢。為此，本文提出了一種基于稀疏融合注意力的深度學習模型——PFA-TransUNet（Probsparse Fusion Attention TransUNet）。該模型是一種編碼器-解碼器架構，通過在編碼器路徑中引入多層Transformer，然后將傳統多頭自注意力分解為時空維度計算，從而充分融合時空信息。同時，引入稀疏注意力方法，降低了自注意力計算復雜度，縮短了訓練時間。在河北省雷達數據集上的實驗結果表明，與其他先進的經典模型相比，PFA-TransUNet在外推精度，均方根誤差，結構相似性，雷達回波為20、30、40 dBz時的臨界成功指數，訓練速度等多個評價指標上均有所提升，展現出了優異的整體性能。
基于深度學習的雷達回波外推方法已被廣泛應用于具有挑戰性的短臨降水預報任務中。然而，現有方法在預測精度上存在不夠高的問題，而且在處理高分辨率和長時間序列數據時，訓練速度較慢。為此，本文提出了一種基于稀疏融合注意力的深度學習模型——PFA-TransUNet（Probsparse Fusion Attention TransUNet）。該模型是一種編碼器-解碼器架構，通過在編碼器路徑中引入多層Transformer，然后將傳統多頭自注意力分解為時空維度計算，從而充分融合時空信息。同時，引入稀疏注意力方法，降低了自注意力計算復雜度，縮短了訓練時間。在河北省雷達數據集上的實驗結果表明，與其他先進的經典模型相比，PFA-TransUNet在外推精度，均方根誤差，結構相似性，雷達回波為20、30、40 dBz時的臨界成功指數，訓練速度等多個評價指標上均有所提升，展現出了優異的整體性能。
2025, 53(4):479-487.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20240172
摘要:
在北京架設GNSS接收機和天線，接收GNSS系統的秒級信號，利用軟件進行數據質量檢查，基于北斗導航衛星B2b信號發布的精密單點定位精密星歷，開展了基于精密單點定位的北斗、單GPS和二者融合的實時對流層延遲和大氣可降水量的反演試驗，對比了相應的北斗和GPS雙差網解、無線電探空儀和ERA5的對流層延遲和大氣可降水量。結果顯示：GNSS信號的平均信噪比大于35，多路徑效應優于0.5 m，能夠進行有效的GNSS觀測和反演?？傮w上幾種解算方法一致，與雙差網解相比，基于北斗精密單點定位的大氣對流層延遲反演平均偏差為4.5 mm，均方根誤差為9.94 mm，相關系數為90%；對應解算的大氣可降水量平均偏差為0.35 mm，均方根誤差為1.33 mm，相關系數為96%。與無線電探空儀相比，大氣對流層延遲反演平均偏差為5.83 mm，均方根誤差為7.38 mm，相關系數為95.07%。對應解算的大氣可降水量平均偏差為1.03 mm，均方根誤差為1.72 mm，相關系數為94.45%。表明基于BDS反演的天頂總延遲、大氣可降水量反演技術使得單系統、單點解算成為可能，該方法采用分布式計算策略，避免了以往臺站端需要將解算數據回傳至中心站的帶寬和存儲壓力，提升了水汽解算的實時性，能表征水汽的變化趨勢，對關于水汽的天氣現象和氣象災害監測預警都有重要的意義。
在北京架設GNSS接收機和天線，接收GNSS系統的秒級信號，利用軟件進行數據質量檢查，基于北斗導航衛星B2b信號發布的精密單點定位精密星歷，開展了基于精密單點定位的北斗、單GPS和二者融合的實時對流層延遲和大氣可降水量的反演試驗，對比了相應的北斗和GPS雙差網解、無線電探空儀和ERA5的對流層延遲和大氣可降水量。結果顯示：GNSS信號的平均信噪比大于35，多路徑效應優于0.5 m，能夠進行有效的GNSS觀測和反演?？傮w上幾種解算方法一致，與雙差網解相比，基于北斗精密單點定位的大氣對流層延遲反演平均偏差為4.5 mm，均方根誤差為9.94 mm，相關系數為90%；對應解算的大氣可降水量平均偏差為0.35 mm，均方根誤差為1.33 mm，相關系數為96%。與無線電探空儀相比，大氣對流層延遲反演平均偏差為5.83 mm，均方根誤差為7.38 mm，相關系數為95.07%。對應解算的大氣可降水量平均偏差為1.03 mm，均方根誤差為1.72 mm，相關系數為94.45%。表明基于BDS反演的天頂總延遲、大氣可降水量反演技術使得單系統、單點解算成為可能，該方法采用分布式計算策略，避免了以往臺站端需要將解算數據回傳至中心站的帶寬和存儲壓力，提升了水汽解算的實時性，能表征水汽的變化趨勢，對關于水汽的天氣現象和氣象災害監測預警都有重要的意義。
2025, 53(4):488-496.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20240324
摘要:
為滿足全球氣象服務需求，氣象信息化系統工程衛星廣播系統進行了全面升級，通過對衛星覆蓋范圍、信號強度、轉發器頻率、現有用戶覆蓋度等進行全面比對，對新一代中國氣象局衛星廣播系統(CMACast)的衛星轉發器資源進行了選型，對廣播鏈路進行了計算和分析，并通過實際測試驗證了廣播系統傳輸參數的設計正確性。成果應用于氣象信息化系統工程衛星廣播系統升級建設中，實現了新一代CMACast對亞太、中東、非洲等“一帶一路”區域的覆蓋，提升了“一帶一路”區域氣象服務信息網絡支撐能力。
為滿足全球氣象服務需求，氣象信息化系統工程衛星廣播系統進行了全面升級，通過對衛星覆蓋范圍、信號強度、轉發器頻率、現有用戶覆蓋度等進行全面比對，對新一代中國氣象局衛星廣播系統(CMACast)的衛星轉發器資源進行了選型，對廣播鏈路進行了計算和分析，并通過實際測試驗證了廣播系統傳輸參數的設計正確性。成果應用于氣象信息化系統工程衛星廣播系統升級建設中，實現了新一代CMACast對亞太、中東、非洲等“一帶一路”區域的覆蓋，提升了“一帶一路”區域氣象服務信息網絡支撐能力。
2025, 53(4):497-507.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20240298
摘要:
高分辨率數值模式在臺風預報業務中面臨計算量、預報時效性、預報技巧的平衡難題。為了在能保證臺風預報技巧前提下節約計算機資源、滿足高時效性業務要求，將一種自適應的臺風模擬區域客觀計算方法與處理同時存在多個臺風的技術相結合，提出臺風有限區域自適應設置方法。將該方法應用于高分辨率CMA-MESO模式建立了一個高分辨率臺風數值預報系統（HRTYM），選取2019年的典型臺風利奇馬及2020、2021年的16個重點臺風過程開展試驗與對比分析。臺風利奇馬的試驗結果顯示，與9 km分辨率的臺風業務模式（CMA-TYM）相比，3 km分辨率的HRTYM需要的計算機資源更少，臺風路徑預報誤差減少20.7%～61.0%，暴雨和大暴雨24 h地面降水TS評分明顯提高。2020、2021年的批量試驗結果顯示HRTYM的臺風路徑預報技巧在27 h后明顯優于 CMA-TYM。
高分辨率數值模式在臺風預報業務中面臨計算量、預報時效性、預報技巧的平衡難題。為了在能保證臺風預報技巧前提下節約計算機資源、滿足高時效性業務要求，將一種自適應的臺風模擬區域客觀計算方法與處理同時存在多個臺風的技術相結合，提出臺風有限區域自適應設置方法。將該方法應用于高分辨率CMA-MESO模式建立了一個高分辨率臺風數值預報系統（HRTYM），選取2019年的典型臺風利奇馬及2020、2021年的16個重點臺風過程開展試驗與對比分析。臺風利奇馬的試驗結果顯示，與9 km分辨率的臺風業務模式（CMA-TYM）相比，3 km分辨率的HRTYM需要的計算機資源更少，臺風路徑預報誤差減少20.7%～61.0%，暴雨和大暴雨24 h地面降水TS評分明顯提高。2020、2021年的批量試驗結果顯示HRTYM的臺風路徑預報技巧在27 h后明顯優于 CMA-TYM。
2025, 53(4):508-519.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20240309
摘要:
隨著數值天氣預報模式的水平分辨率不斷提高，在對流參數化方案的“灰色區域”（1～10 km）內，積云不足以被模式網格尺度顯示分辨，以至傳統的積云對流參數化方案難以較好地適用不同分辨率下對降水的模擬，因此發展尺度適應（Scale-Aware）積云參數化方案是數值模式精細化發展趨勢之一。通過在中國氣象局中尺度天氣數值預報系統（China Meteorological Administration Mesoscale model，CMA-MESO）模式中引入尺度適應的KFeta（Kain-Fritsch eta）積云對流參數化方案，組合3種分辨率（1 km、3 km、10 km）對中國西南山地地區2023年7月11—12日的一次降水過程進行數值模擬試驗，并就2023年6月17—23日的降水過程開展為期7 d的批量試驗。結果表明：①在個例試驗中，尺度適應方案對于降水雨帶和降水強度模擬較好，強降水中心的模擬有一定優勢，隨分辨率提高尺度適應組的降水強度和落區更接近實況，極大程度減少了由積云引起的虛假性降水，提高了網格降水量。②應用尺度適應方案后的模擬結果顯示強對流區域的組合反射率因子、垂直速度模擬結果更優。③批量試驗中，在西南山地地區尺度適應方案的降水模擬結果較穩定，尤其在中雨及以上量級模擬結果優勢較強，相比原方案其降水TS評分整體提高了4%?？傮w而言，尺度適應方案對西南山地地區強降水預報性能較好，為改進現行數值模式強降水預報提供了一定依據。
隨著數值天氣預報模式的水平分辨率不斷提高，在對流參數化方案的“灰色區域”（1～10 km）內，積云不足以被模式網格尺度顯示分辨，以至傳統的積云對流參數化方案難以較好地適用不同分辨率下對降水的模擬，因此發展尺度適應（Scale-Aware）積云參數化方案是數值模式精細化發展趨勢之一。通過在中國氣象局中尺度天氣數值預報系統（China Meteorological Administration Mesoscale model，CMA-MESO）模式中引入尺度適應的KFeta（Kain-Fritsch eta）積云對流參數化方案，組合3種分辨率（1 km、3 km、10 km）對中國西南山地地區2023年7月11—12日的一次降水過程進行數值模擬試驗，并就2023年6月17—23日的降水過程開展為期7 d的批量試驗。結果表明：①在個例試驗中，尺度適應方案對于降水雨帶和降水強度模擬較好，強降水中心的模擬有一定優勢，隨分辨率提高尺度適應組的降水強度和落區更接近實況，極大程度減少了由積云引起的虛假性降水，提高了網格降水量。②應用尺度適應方案后的模擬結果顯示強對流區域的組合反射率因子、垂直速度模擬結果更優。③批量試驗中，在西南山地地區尺度適應方案的降水模擬結果較穩定，尤其在中雨及以上量級模擬結果優勢較強，相比原方案其降水TS評分整體提高了4%?？傮w而言，尺度適應方案對西南山地地區強降水預報性能較好，為改進現行數值模式強降水預報提供了一定依據。
2025, 53(4):520-534.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20240361
摘要:
本文利用美國聯合臺風警報中心、日本氣象廳東京區域專業氣象中心和中國氣象局上海臺風研究所整編的熱帶氣旋（Tropical Cyclone，TC）最佳路徑數據集、NCEP大氣再分析資料和相關分析等方法，研究了1989—2020年夏季（7—9月）和秋季（10—11月）西北太平洋（Western North Pacific，WNP）TC強度和頻次在不同季節不同區域的基本特征及其與局地環境因子的關系，結果表明：①夏季WNP三個區域（Ⅰ區：10°～25°N，110°E～145°；Ⅱ區：10°～25°N，145°E～180°；Ⅲ區：25°～37.5°N，125°E～180°）TC總頻次為10164次；秋季WNP 3個區域（Ⅰ區：5°～17.5°N，110°E～180°；Ⅱ區：17.5°～35°N，142.5°E～180°；Ⅲ區：17.5°～35°N，120°～142.5°E）TC總頻次為4984次，夏季TC活動高于秋季。②夏、秋兩季TC活動與850 hPa相對渦度（RVOR）有顯著的相關關系（秋季Ⅱ區除外），除了低層RVOR，夏季Ⅰ區TC頻次與500 hPa垂直速度（OMEGA）和700～500 hPa相對濕度（RHUM）有關；Ⅱ區TC強度與700～500 hPa RHUM、500 hPa OMEGA和風垂直切變（VWS）有關，Ⅱ區TC頻次與500 hPa OMEGA和VWS有關。秋季Ⅰ區TC頻次與500 hPa OMEGA有關。無論夏季與秋季，TC活動與海洋因子均表現為不顯著的相關或顯著的負相關關系，不同區域影響TC活動的局地環境因子有所不同，與季節和區域劃分有關，具有復雜性。③強季風槽可通過低層大的Rvor、中層上升運動及高濕影響夏、秋季I區TC活動；Nino3.4區海溫變暖可使夏季Ⅱ區850 hPa 出現異常偏西風，導致低層Rvor增大；200 hPa出現異常反氣旋環流，導致Vws減弱；低層大的Rvor配合高層反氣旋環流使中層上升運動和水汽輻合增加，進而影響該區TC活動。當WNP副高西伸（東縮）加強（減弱）時，會引起局地負（正）渦度異常從而導致移入夏季Ⅲ區的TC頻次減少（增多），當中層引導氣流加強時會導致更多的強TC移入該區；兩個高壓之間的相對低壓區輻合有利于低層Rvor增大，進而影響秋季Ⅲ區TC活動。
本文利用美國聯合臺風警報中心、日本氣象廳東京區域專業氣象中心和中國氣象局上海臺風研究所整編的熱帶氣旋（Tropical Cyclone，TC）最佳路徑數據集、NCEP大氣再分析資料和相關分析等方法，研究了1989—2020年夏季（7—9月）和秋季（10—11月）西北太平洋（Western North Pacific，WNP）TC強度和頻次在不同季節不同區域的基本特征及其與局地環境因子的關系，結果表明：①夏季WNP三個區域（Ⅰ區：10°～25°N，110°E～145°；Ⅱ區：10°～25°N，145°E～180°；Ⅲ區：25°～37.5°N，125°E～180°）TC總頻次為10164次；秋季WNP 3個區域（Ⅰ區：5°～17.5°N，110°E～180°；Ⅱ區：17.5°～35°N，142.5°E～180°；Ⅲ區：17.5°～35°N，120°～142.5°E）TC總頻次為4984次，夏季TC活動高于秋季。②夏、秋兩季TC活動與850 hPa相對渦度（RVOR）有顯著的相關關系（秋季Ⅱ區除外），除了低層RVOR，夏季Ⅰ區TC頻次與500 hPa垂直速度（OMEGA）和700～500 hPa相對濕度（RHUM）有關；Ⅱ區TC強度與700～500 hPa RHUM、500 hPa OMEGA和風垂直切變（VWS）有關，Ⅱ區TC頻次與500 hPa OMEGA和VWS有關。秋季Ⅰ區TC頻次與500 hPa OMEGA有關。無論夏季與秋季，TC活動與海洋因子均表現為不顯著的相關或顯著的負相關關系，不同區域影響TC活動的局地環境因子有所不同，與季節和區域劃分有關，具有復雜性。③強季風槽可通過低層大的Rvor、中層上升運動及高濕影響夏、秋季I區TC活動；Nino3.4區海溫變暖可使夏季Ⅱ區850 hPa 出現異常偏西風，導致低層Rvor增大；200 hPa出現異常反氣旋環流，導致Vws減弱；低層大的Rvor配合高層反氣旋環流使中層上升運動和水汽輻合增加，進而影響該區TC活動。當WNP副高西伸（東縮）加強（減弱）時，會引起局地負（正）渦度異常從而導致移入夏季Ⅲ區的TC頻次減少（增多），當中層引導氣流加強時會導致更多的強TC移入該區；兩個高壓之間的相對低壓區輻合有利于低層Rvor增大，進而影響秋季Ⅲ區TC活動。
2025, 53(4):535-544.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20240350
摘要:
大氣季節內振蕩（ISO）特征研究對揭示次季節尺度天氣氣候演變機理及提升次季節預測能力具有重要科學意義。基于1980—2022年山西省108個國家氣象觀測站日降水資料和NCEP/NCAR再分析資料，對山西省夏季降水和大氣環流典型ISO時空演變的氣候特征進行了分析。結果表明：①山西省夏季降水具有顯著的10～50 d ISO特征，降水ISO強度與降水量呈顯著正相關，二者均在21世紀以后呈上升趨勢；降水ISO存在明顯的空間差異，降水量越大的區域ISO越強，山西省南部和東、西部山區ISO最為活躍。②利用位相合成方法，分析山西省夏季兩個具有典型ISO特征的降水及對應的水汽輸送循環過程，ISO降水的演變與整層水汽輸送的ISO密切相關，副熱帶西太平洋低頻反氣旋水汽輸送的增強（減弱）和西進北抬（東撤南移）對降水ISO的循環起到重要作用，西太平洋低頻反氣旋西側異常東南氣流向西偏北方向的水汽輸送發展移動至山西上空，山西降水進入ISO最為活躍的位相。
大氣季節內振蕩（ISO）特征研究對揭示次季節尺度天氣氣候演變機理及提升次季節預測能力具有重要科學意義。基于1980—2022年山西省108個國家氣象觀測站日降水資料和NCEP/NCAR再分析資料，對山西省夏季降水和大氣環流典型ISO時空演變的氣候特征進行了分析。結果表明：①山西省夏季降水具有顯著的10～50 d ISO特征，降水ISO強度與降水量呈顯著正相關，二者均在21世紀以后呈上升趨勢；降水ISO存在明顯的空間差異，降水量越大的區域ISO越強，山西省南部和東、西部山區ISO最為活躍。②利用位相合成方法，分析山西省夏季兩個具有典型ISO特征的降水及對應的水汽輸送循環過程，ISO降水的演變與整層水汽輸送的ISO密切相關，副熱帶西太平洋低頻反氣旋水汽輸送的增強（減弱）和西進北抬（東撤南移）對降水ISO的循環起到重要作用，西太平洋低頻反氣旋西側異常東南氣流向西偏北方向的水汽輸送發展移動至山西上空，山西降水進入ISO最為活躍的位相。
2025, 53(4):545-556.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20250023
摘要:
采用1951—2022年國家基本氣象站觀測、歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）再分析等資料，研究分析了溫州臺風日極端降雨特征及預報著眼點，結果表明：造成日極端降雨的臺風皆為登陸臺風，可分為東北-浙南型、東北-粵東型、中間型和西南型。850 hPa渦度達到8×10-5/s及以上，對日極端降雨預報有較好的指示意義。低層水汽輻合輸送、850～925 hPa間垂直水汽通量梯度的強度差異以及不同類型低空急流，與日極端降雨強度有較好的對應關系。30 g/(s·hPa·cm)以上水汽通量大值區輸送西邊界及-(4～2)×10-6 g/(cm2·hPa·s)以下強水汽輻合中心位置的差異，對應了強降雨落區上的差異。-0.8 Pa/s以下的垂直上升區發展高度及強度差異，與強降雨落區和強度差異相對應；低層散度分布能更好地解釋垂直上升運動特征；東部沿海海陸地形差異以及西部山地地形作用，維持和加強了上升運動。中低層差動假相當位溫平流強度差異，與降雨強度差異有所對應；冷空氣在東北-粵東型、中間型和西南型強降雨事件有一定增幅影響。
采用1951—2022年國家基本氣象站觀測、歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）再分析等資料，研究分析了溫州臺風日極端降雨特征及預報著眼點，結果表明：造成日極端降雨的臺風皆為登陸臺風，可分為東北-浙南型、東北-粵東型、中間型和西南型。850 hPa渦度達到8×10-5/s及以上，對日極端降雨預報有較好的指示意義。低層水汽輻合輸送、850～925 hPa間垂直水汽通量梯度的強度差異以及不同類型低空急流，與日極端降雨強度有較好的對應關系。30 g/(s·hPa·cm)以上水汽通量大值區輸送西邊界及-(4～2)×10-6 g/(cm2·hPa·s)以下強水汽輻合中心位置的差異，對應了強降雨落區上的差異。-0.8 Pa/s以下的垂直上升區發展高度及強度差異，與強降雨落區和強度差異相對應；低層散度分布能更好地解釋垂直上升運動特征；東部沿海海陸地形差異以及西部山地地形作用，維持和加強了上升運動。中低層差動假相當位溫平流強度差異，與降雨強度差異有所對應；冷空氣在東北-粵東型、中間型和西南型強降雨事件有一定增幅影響。
2025, 53(4):557-571.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20240265
摘要:
對流觸發直接影響強對流天氣的短臨預警，其發生機制復雜，地域性強。本文針對2023年5月17日太行山東麓喇叭口地形觸發的極端強對流天氣，利用多源高分辨率觀測數據和ERA5再分析資料，結合相似個例，探究此類對流觸發特點和山地作用。結果表明：極端強對流發生在500 hPa淺槽攜帶弱冷空氣自中層入侵地面熱低壓的不穩定層結下，由太行山東麓喇叭口地形400 m高度上觸發的γ中尺度對流單體演變為超級單體風暴造成。在氣溫持續偏高和弱垂直風切變環境下，對流單體在850 hPa以下溫度鋒暖區一側的王快水庫附近觸發，初生地南北兩側溫差達3～4 ℃，水汽接近飽和。鋒前東南風與偏北風輻合線自地面伸至850 hPa，偏東風厚度約1 km，最大風速6～8 m·s-1,位于0.5 km附近。對流單體觸發前，太行山東麓200～600 m山坡上新生帶狀對流積云，與山體走向一致，這與邊界層輻合線及山地熱力強迫有關，對流在輻合線靠近山體一側觸發。Froude（Fr）數和地形渦度、地形散度定量表征地形抬升作用，Fr數自山地向平原減小，對流單體觸發地400 m高度處Fr數最大，對流觸發前，Fr數持續增大至1左右，氣流爬坡作用增強，氣旋式地形渦度和地形散度水平輻合增強，指示對流單體觸發。
對流觸發直接影響強對流天氣的短臨預警，其發生機制復雜，地域性強。本文針對2023年5月17日太行山東麓喇叭口地形觸發的極端強對流天氣，利用多源高分辨率觀測數據和ERA5再分析資料，結合相似個例，探究此類對流觸發特點和山地作用。結果表明：極端強對流發生在500 hPa淺槽攜帶弱冷空氣自中層入侵地面熱低壓的不穩定層結下，由太行山東麓喇叭口地形400 m高度上觸發的γ中尺度對流單體演變為超級單體風暴造成。在氣溫持續偏高和弱垂直風切變環境下，對流單體在850 hPa以下溫度鋒暖區一側的王快水庫附近觸發，初生地南北兩側溫差達3～4 ℃，水汽接近飽和。鋒前東南風與偏北風輻合線自地面伸至850 hPa，偏東風厚度約1 km，最大風速6～8 m·s-1,位于0.5 km附近。對流單體觸發前，太行山東麓200～600 m山坡上新生帶狀對流積云，與山體走向一致，這與邊界層輻合線及山地熱力強迫有關，對流在輻合線靠近山體一側觸發。Froude（Fr）數和地形渦度、地形散度定量表征地形抬升作用，Fr數自山地向平原減小，對流單體觸發地400 m高度處Fr數最大，對流觸發前，Fr數持續增大至1左右，氣流爬坡作用增強，氣旋式地形渦度和地形散度水平輻合增強，指示對流單體觸發。
2025, 53(4):572-584.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20240281
摘要:
利用常規地面和高空氣象觀測資料、ERA5逐小時再分析資料和雷達資料，對山東一次低渦暖區暴雨的水汽條件和大氣不穩定、鋒生特征等分析。結果表明：本次低渦暖區降水主要出現在暖切變線南部低空急流帶中，低空急流為降水提供了充足的水汽條件，其北端有水汽通量輻合大值區，對強降水有較好的指示意義。降水開始時，中低空有較強的大氣對流不穩定，上升運動呈垂直對流特征；最強降水時段，上升運動由對流和對稱不穩定共同造成，對稱不穩定占主導地位，上升運動呈垂直和傾斜對流混合特征。過程伴有明顯的鋒生，鋒生區內有較強的地轉偏差輻合，為降水的觸發和增強提供動力抬升條件。鋒生函數中散度項和變形項為同量級，散度項是本次過程鋒生的主要因子，其通過觸發降水和影響積云降水回波分布形態，形成沿引導氣流分布的中尺度對流雨帶，中尺度對流雨帶沿引導氣流移動形成“列車效應”，造成強降水。
利用常規地面和高空氣象觀測資料、ERA5逐小時再分析資料和雷達資料，對山東一次低渦暖區暴雨的水汽條件和大氣不穩定、鋒生特征等分析。結果表明：本次低渦暖區降水主要出現在暖切變線南部低空急流帶中，低空急流為降水提供了充足的水汽條件，其北端有水汽通量輻合大值區，對強降水有較好的指示意義。降水開始時，中低空有較強的大氣對流不穩定，上升運動呈垂直對流特征；最強降水時段，上升運動由對流和對稱不穩定共同造成，對稱不穩定占主導地位，上升運動呈垂直和傾斜對流混合特征。過程伴有明顯的鋒生，鋒生區內有較強的地轉偏差輻合，為降水的觸發和增強提供動力抬升條件。鋒生函數中散度項和變形項為同量級，散度項是本次過程鋒生的主要因子，其通過觸發降水和影響積云降水回波分布形態，形成沿引導氣流分布的中尺度對流雨帶，中尺度對流雨帶沿引導氣流移動形成“列車效應”，造成強降水。
2025, 53(4):585-594.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20240276
摘要:
基于沈陽X波段雙偏振相控陣雷達（XPAR-D）、S波段雷達（CINRAD/SC）和地面分鐘降水資料，對2023年9月18日沈陽一次短時強降水過程進行了分析。結果表明：XPAR-D對比觀測結果更細膩，弱（遠距離）回波探測能力較弱；SC雷達對比觀測結果覆蓋面積更大、結構更完整；受電磁衰減影響較小區域，XPAR-D和SC雷達反射率因子、徑向速度結構和強度探測能力基本相當，前者強回波、后者風速大值區面積更廣。較強回波快速發展并維持、較大組合反射率CR與差分反射率ZDR值及差分相移率KDP激增且維持，共同造成本次短時強降水。降水開始前往往出現ZDR大值，CR迅速增長和ZDR異常偏高對降水開始有較好指示性；降水開始后CR與ZDR對應關系良好，較好地指示強降水持續時間和變化趨勢；KDP激增可預警分鐘雨量大值，KDP值較直觀地反應分鐘降水強度。短時強降水過程中ZDR柱位于上升氣流左側，與弱回波區位置對應較好，與KDP柱出現分離現象；KDP大值帶、KDP柱分別對應強回波和地面強降水中心。此次過程雖未達到中氣旋標準，但弱渦旋也有增強降水的可能。
基于沈陽X波段雙偏振相控陣雷達（XPAR-D）、S波段雷達（CINRAD/SC）和地面分鐘降水資料，對2023年9月18日沈陽一次短時強降水過程進行了分析。結果表明：XPAR-D對比觀測結果更細膩，弱（遠距離）回波探測能力較弱；SC雷達對比觀測結果覆蓋面積更大、結構更完整；受電磁衰減影響較小區域，XPAR-D和SC雷達反射率因子、徑向速度結構和強度探測能力基本相當，前者強回波、后者風速大值區面積更廣。較強回波快速發展并維持、較大組合反射率CR與差分反射率ZDR值及差分相移率KDP激增且維持，共同造成本次短時強降水。降水開始前往往出現ZDR大值，CR迅速增長和ZDR異常偏高對降水開始有較好指示性；降水開始后CR與ZDR對應關系良好，較好地指示強降水持續時間和變化趨勢；KDP激增可預警分鐘雨量大值，KDP值較直觀地反應分鐘降水強度。短時強降水過程中ZDR柱位于上升氣流左側，與弱回波區位置對應較好，與KDP柱出現分離現象；KDP大值帶、KDP柱分別對應強回波和地面強降水中心。此次過程雖未達到中氣旋標準，但弱渦旋也有增強降水的可能。
2025, 53(4):595-605.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20240337
摘要:
為加深中國東西部地區閃電形成機理的認識，進而為東西部地區閃電預報預警業務提供差異化的經驗和借鑒。采用閃電定位儀、天氣雷達組網拼圖產品和實況探空等多源觀測，對上海和喀什閃電的時空分布特征及其對應的雷達三維特征進行了統計分析，并探索導致東西部地區閃電回波特征差異的成因。結果顯示：上海和喀什閃電集中在5—9月，高發于午后至傍晚，同時喀什閃電與地形密切相關，具有夜發性。上海平均閃電回擊密度明顯高于喀什，平均閃電回擊密度比約為732.1∶1。上海地區閃電對應回波單體的組合反射率因子強度、回波頂高和垂直液態水含量高于喀什地區；上海地區閃電對應回波單體在垂直結構上的伸展高度明顯高于喀什地區，其中30 dBz，35 dBz和40 dBz回波分別超過-20 ℃層，-10 ℃層和0 ℃層高度對上海閃電的預報預警具備較大指示意義，而回波頂高超過-10 ℃層和30 dBz回波高度達到0 ℃層對喀什閃電預警業務指導性更強。兩地閃電活動和雷達特征的差異主要是動力和水汽共同造成。
為加深中國東西部地區閃電形成機理的認識，進而為東西部地區閃電預報預警業務提供差異化的經驗和借鑒。采用閃電定位儀、天氣雷達組網拼圖產品和實況探空等多源觀測，對上海和喀什閃電的時空分布特征及其對應的雷達三維特征進行了統計分析，并探索導致東西部地區閃電回波特征差異的成因。結果顯示：上海和喀什閃電集中在5—9月，高發于午后至傍晚，同時喀什閃電與地形密切相關，具有夜發性。上海平均閃電回擊密度明顯高于喀什，平均閃電回擊密度比約為732.1∶1。上海地區閃電對應回波單體的組合反射率因子強度、回波頂高和垂直液態水含量高于喀什地區；上海地區閃電對應回波單體在垂直結構上的伸展高度明顯高于喀什地區，其中30 dBz，35 dBz和40 dBz回波分別超過-20 ℃層，-10 ℃層和0 ℃層高度對上海閃電的預報預警具備較大指示意義，而回波頂高超過-10 ℃層和30 dBz回波高度達到0 ℃層對喀什閃電預警業務指導性更強。兩地閃電活動和雷達特征的差異主要是動力和水汽共同造成。
2025, 53(4):606-616.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20240270
摘要:
利用2016—2023年包茂高速湘西州段沿線的氣象站點降水資料，在統計分析高速公路沿線降水時空分布特征的基礎上，綜合降水數據、地理信息數據和道路數據，從降水因子、地形環境因子和道路因子3個方面建立了高速公路邊坡滑坡風險等級評價指標體系，并通過層次分析法計算各路段的綜合風險指數，以完成對包茂高速湘西州段邊坡滑坡風險等級區劃的研究。結果表明：①高速公路年均降水量空間分布呈現南高北低，降水集中在4—9月，6月最高；②高速沿線各站點暴雨及以上等級降水年均天數為4.5 d，平均強度為77.7 mm/d，短時強降水分布差異大，最大為80 mm/h，最小為46 mm/h，降水峰值出現在午后和傍晚以后，夜雨特點明顯；③高速公路沿線邊坡滑坡風險劃分為高、較高、中、低4個等級，整體風險呈北部高于南部，滑坡高風險區和較高風險區分布在邊城、龍勁坳、麻栗場和吉信等路段。該研究結果對包茂高速湘西州段邊坡滑坡災害事故預防具有一定指導意義。
利用2016—2023年包茂高速湘西州段沿線的氣象站點降水資料，在統計分析高速公路沿線降水時空分布特征的基礎上，綜合降水數據、地理信息數據和道路數據，從降水因子、地形環境因子和道路因子3個方面建立了高速公路邊坡滑坡風險等級評價指標體系，并通過層次分析法計算各路段的綜合風險指數，以完成對包茂高速湘西州段邊坡滑坡風險等級區劃的研究。結果表明：①高速公路年均降水量空間分布呈現南高北低，降水集中在4—9月，6月最高；②高速沿線各站點暴雨及以上等級降水年均天數為4.5 d，平均強度為77.7 mm/d，短時強降水分布差異大，最大為80 mm/h，最小為46 mm/h，降水峰值出現在午后和傍晚以后，夜雨特點明顯；③高速公路沿線邊坡滑坡風險劃分為高、較高、中、低4個等級，整體風險呈北部高于南部，滑坡高風險區和較高風險區分布在邊城、龍勁坳、麻栗場和吉信等路段。該研究結果對包茂高速湘西州段邊坡滑坡災害事故預防具有一定指導意義。
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