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摘要:臺風強度的估計與預報一直是氣象學者關注的方向,傳統(tǒng)方法存在著準確性低等不足,深度學習的興起為臺風強度研究工作提供了新思路。本文綜述了深度學習在臺風強度估計與預報方面的應用研究:介紹了臺風強度估計與預報的重要性,回顧了傳統(tǒng)的臺風強度估計和預報的方法;分析了臺風強度估計與預報中深度學習方法與傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢與不足;分別對部分基于深度學習的臺風強度估計與預報方法進行述評;總結了臺風強度估計與預報任務中存在的機遇和現(xiàn)有的挑戰(zhàn),并對深度學習在臺風強度估計與預報中的未來發(fā)展趨勢做出展望。

摘要:采用多普勒雷達、風廓線、自動氣象站等監(jiān)測資料,結合NCEP/NCAR(美國國家環(huán)境預報中心)1°×1°再分析資料和雙多普勒雷達反演風場資料,分析臺風"利奇馬"引發(fā)的中α尺度暴雨形成過程,研究中低緯度系統(tǒng)相互作用造成極端暴雨的中α尺度系統(tǒng)動力結構及其演變,結果表明:(1)低緯度臺風環(huán)流北側的東南氣流與中緯度西風槽后偏北氣流之間的切變引發(fā)的中α尺度輻合區(qū)是造成極端降水的中尺度系統(tǒng);(2)東南急流增強觸發(fā)對流,高空急流隨之增強,高空急流加深了中尺度輻合區(qū)的發(fā)展,其傳播引起的變壓風與東南急流疊加并與槽前偏南急流打通,形成一條長長的海上暖濕輸送帶,提供豐富的水汽和不穩(wěn)定能量;(3)雙多普勒雷達反演的三維精細風場顯示,初始對流由高度1~4 km、風速大于16 m·s^-1的不連續(xù)東南風脈沖觸發(fā);當低層東北氣流加厚到4 km高度時,風垂直切變的增大導致降水強度增加超過20 mm·h^-1;(4)冷空氣從減弱的西風槽高層下沉,向東南侵入低層,是切變形成、加強并長時間維持不可缺少的條件,促進上升運動和對流加強,增加風的垂直切變,造成降水增幅,是極端降水的重要因素。

摘要:位于張家口大馬群山東麓的國家跳臺滑雪中心(又稱"雪如意")將承辦國內外一系列跳臺滑雪比賽。利用分布在"雪如意"不同位置的9個氣象站逐10 min數據以及ERA5再分析數據,探究復雜地形下2021年11月兩次典型強冷空氣活動不同階段的風場精細化時空分布特征,加深對復雜地形動力和熱力作用影響山體不同高度風場的認知。結果表明:(1)在偏南氣流背景下,地形對氣流阻擋作用消失,山體各站點風向風速隨環(huán)境風的變化而變化。(2)在偏西氣流背景下,地形對氣流阻擋作用與環(huán)境風風速相關。環(huán)境風小于7 m·s^-1,氣流被山體阻擋,FOP區(qū)風速均小于4 m·s^-1,白天風向多為上坡東風、夜間多為下坡西風;環(huán)境風介于7至10 m·s^-1,氣流可翻越山體在背風處FOP區(qū)形成下泄西風,此時FOP區(qū)內風速超過4 m·s^-1概率最高;環(huán)境風超過10 m·s^-1后,與山體南部的"繞流"和熱力共同作用,氣流在FOP區(qū)內形成"空腔環(huán)流"和"風切變",近地面風向為東風,風速超過4 m·s^-1概率達到20%以上。

摘要:利用1991—2021年常規(guī)觀測小時降水數據和再分析格點資料,對南京極端小時降水的氣候特征、環(huán)流背景、環(huán)境條件、預報閾值進行討論。結果表明:(1)近30 a極端小時降水發(fā)生頻次呈上升趨勢,集中發(fā)生在6—8月,日變化呈"雙峰雙谷"特征,7—8月主要發(fā)生在下午至傍晚,而6月中旬易發(fā)生在上午;南京中北部比南部更頻發(fā),且中北部高發(fā)于下午至傍晚,南部高發(fā)于上午。(2)極端小時降水可分為北槽南下型、西風帶淺槽型、高空槽前或南支槽型、北側冷渦型、冷渦后西北風型、南北高壓型、臺風影響型7類,不同天氣背景下環(huán)境參數特征差異較大。本文綜合天氣概念模型和環(huán)境參數特征,建立了南京地區(qū)極端小時降水判別方法,為南京強降水預報預警提供參考。

摘要:利用2000—2021年滇中地區(qū)國家觀測站逐小時降水資料和NCEP 1°×1°再分析資料,分析了滇中地區(qū)短時強降水過程的主要影響天氣系統(tǒng)及關鍵物理量特征。結果表明:滇中短時強降水過程主要發(fā)生在6—10月,尤其主汛期6—8月為短時強降水過程高發(fā)期。根據篩選條件共挑選出99次短時強降水過程前272個臨近時刻,建立了3類滇中地區(qū)6—10月短時強降水概念模型:副熱帶高壓底部東北氣流型、兩高輻合型、高壓脊型。700 hPa切變線是短時強降水的關鍵系統(tǒng),3種天氣流型在不同月份具有不同的比例,并且各站點出現(xiàn)頻次和日變化具有各自特征。從能量條件、層結條件、水汽條件和動力條件4個方面分析了3種天氣流型關鍵物理量參數特征,滇中地區(qū)的能量條件與中國其它地區(qū)相比具有明顯差異;整層大氣水汽條件顯著低于中國其它地區(qū),但中低層水汽條件較好;不穩(wěn)定層結條件統(tǒng)計結果大體上與中國大部分地區(qū)接近,但與少數地區(qū)存在差異;動力條件方面,大氣低層和中層均具有一定上升條件,雖然數值不是很大,并具有適中的SWEAT值和弱的垂直風切變,在實際預報業(yè)務中可以作為參考。

摘要:利用2015—2021年浙江常規(guī)觀測資料、多普勒雷達資料、ERA5逐小時再分析資料 (0.25°×0.25°),對比分析了浙江梅汛期5種極端短時強降水(冷切型、暖切型、高空低槽型、副高邊緣型、副高控制型)在環(huán)流形勢、物理量及傳播、移動與組織特征方面的異同。結果表明:梅汛期極端短時強降水年頻次呈線性增加趨勢,午后至傍晚為多發(fā)時段,降水高頻區(qū)多位于山脈東側。冷切型和高空低槽型過程降水集中在能量鋒區(qū)附近,中低層急流明顯。其中冷切型CAPE平均值最小,PW多大于69 mm,以混合型降水為主,對流發(fā)展高度最低,多由短生命史的多單體組織、合并、加強造成。高空低槽型CAPE、T_850-500平均值最大,以對流型降水為主,多由移動型、短生命史的多單體造成,有時列車效應顯著。暖切型、副高邊緣型和副高控制型降水均集中在濕舌頂端,暖切型混合型降水與對流型降水占比相當,副高邊緣型和副高控制型以對流型降水為主,前兩型邊界層有超低空急流伴隨。其中暖切型0~6 km垂直風切變最小,不利于對流組織化,多由移動型、長生命史的多單體造成。副高邊緣型0~3 km、0~6 km垂直風切變分布較集中,單體與多單體占比相當,長生命史單體略偏多。副高控制型CIN平均值最大,0~3 km風切變平均值最小,多長生命史、移動型單體。

摘要:為探究20世紀末平流層氣候變化在冬季各月的差異,本文選用逐日ERA5和NCEP/NCAR資料,從極渦強度和行星波強迫方面研究平流層的年代際變化,并重點關注1、2、3波分別的貢獻。研究發(fā)現(xiàn),12月由行星波1波主導,1波的上傳在中高緯度平流層顯著增加,2波僅在中緯度平流層上傳減弱;2月行星波1波僅在極區(qū)低平流層上傳減少,但2波的上傳在中高緯度平流層顯著減弱。3波主要使沿低緯度波導的傳播在12月減弱,在2月增強。進一步分析表明,行星波上傳的變化會影響平流層極渦的變化,主要體現(xiàn)在12月極地波導增強使得極渦減弱,極區(qū)平流層增暖,平均緯向風減速;2月極地波導減弱使得極渦加強,極區(qū)平流層降溫,平均緯向風加速。

摘要:干旱對社會的經濟發(fā)展有諸多不利影響,利用遙感技術及時掌握干旱發(fā)生及發(fā)展動態(tài),對政府提高抗災減災能力有十分重要的意義。目前,多數干旱遙感研究利用的影響因素較為單一,缺乏對多源數據的融合應用。本文在評估微波遙感數據ESA CCI_SM(European Space Agency Climate Change Initiative Soil Moisture)產品質量的基礎上,結合日蒸散發(fā)差指數(Daily Evapotranspiration Deficit Index,DEDI)及降水量數據,分別構建了多元線性回歸模型和徑向基函數神經網絡(Radial Basis Function Neural Networks,RBFNN)模型,并將其與江蘇省14個農業(yè)氣象觀測站的實測土壤濕度進行了對比評估。結果表明:ESA CCI_SM 產品能在一定程度反映江蘇土壤水分變化。在考慮多種干旱相關因素影響的情況下,多元線性回歸模型及RBFNN模型對于監(jiān)測土壤水分的準確率相較于ESA CCI_SM 產品本身均有不同程度的提高。其中,RBFNN模型對于研究區(qū)的干旱監(jiān)測更為敏感,干旱預警監(jiān)測適用性更高。結合2019年夏秋連旱事件,研究進一步證明RBFNN模型能較為準確地反映出旱情的發(fā)生發(fā)展。以上結果表明,RBFNN模型可為旱災的遙感監(jiān)測提供一種新的方法。

摘要:利用1961—2020年青島、濟南氣象資料,采用氣候傾向率、Mann-Kendall突變檢測等方法,對兩地氣候變化特征及其差異進行了分析。結果表明:兩地年平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均呈顯著增溫趨勢,青島增溫更快,2000s兩地氣溫變率均增大,濟南更高;年降水量青島減少、濟南增多,降水量氣候變率青島較濟南高。兩地短時強降水天氣均增多增強,城市內澇災害風險均加大,濟南更為明顯;兩地夏季高溫、悶熱日數均增多,城市高溫、悶熱天氣災害風險加大,其中青島悶熱日數顯著增多,加之濕度大和平均風速顯著減小,悶熱感受進一步加劇;兩地年大風日數均顯著減少,年霧日數青島增多、濟南減少,青島年平均風速和年霧日數氣候變率均明顯高于濟南,出現(xiàn)極端大風、極端多霧事件的概率更高。

摘要:基于1961—2019年江西省浙贛鐵路沿線汛期日值降水資料,分析了極端降水的時空變化特征。發(fā)現(xiàn)其主要呈現(xiàn)西段向東段逐漸增加的空間分布形勢,且線路東段站點的極端降水指數增加趨勢大于西段。由時間序列來看,除連續(xù)有雨日數外其余指數均表現(xiàn)為不顯著的增加趨勢,且所有指數均呈現(xiàn)為一定的年代際波動。根據統(tǒng)計分析,2010年浙贛鐵路沿線極端降水較強,多個指數在該年出現(xiàn)極值。根據MK檢驗和滑動t檢驗進一步分析,發(fā)現(xiàn)除連續(xù)有雨日數于1989年前后產生突變外,其余指數均未檢測出突變。通過EOF和REOF分析,浙贛鐵路沿線汛期極端降水指數主要表現(xiàn)為三型:東段型、西段型和中段型,并可將沿線站點分為三區(qū)。初步探討表明極端降水與ENSO有一定的相關關系。

摘要:本研究將碘化銀核化參數化方案耦合至WRF模式中,并利用該模式對2021年1月22—23日發(fā)生在新疆中天山區(qū)域的一次冬季地形云個例進行了人工催化模擬研究。根據新疆天山地區(qū)地面煙爐的實際位置選擇白楊溝牧試站煙爐陣所在位置作為模式中地面煙爐位置,在22日18—19時對此次地形云過程進行地面煙爐催化模擬。主要結論如下:地面煙爐釋放的碘化銀粒子在氣流和地形的作用下向下風向云區(qū)擴散,通過凍結和凝華過程核化生成冰晶,消耗云水。地面煙爐西側與南側為上坡,上空云水距離地面較近,對云水的消耗以及冰晶的生成主要集中在地面煙爐西側和南側的山坡上空。碘化銀粒子活化過程主要集中在18—20時(世界時),活化過程促進了該時間段內3 km高度以下云滴向冰晶的轉化以及冰晶向雪的轉化過程,催化使得3 km以下雪的含量增加,從而導致18—20時地面降雪強度增強,地面累計降雪增加。不同劑量的催化試驗表明,當碘化銀播撒總量在480 g內時,增雪效率隨著播撒總量的增加而增加。當播撒總量增加至4 800 g時,存在過量播撒。播撒總量在480~4 800 g之間存在一個增雪效率最大的總量值。對于煙爐陣內的6臺地面煙爐,開機工作的煙爐越多,增雪效率越大。

摘要:為了解不同機載探測儀器的測量差異,本文介紹了兩種散射型云粒子探測儀CDP和BCP的探測原理,結合新舟60增雨飛機2016年9月1日的一次飛行觀測案例,對兩種探測儀在5~50 μm范圍內的觀測結果進行了計算和對比,分析表明:兩臺儀器對出入云的判斷較為一致,在正溫區(qū),兩臺儀器的粒子直徑分布與宏觀記錄情況一致,在負溫區(qū)逐漸出現(xiàn)一些差異,原因可能為云中出現(xiàn)冰晶粒子導致相態(tài)誤差所致;在粒徑分布探測方面, CDP能夠較為清晰地顯示出粒徑分布情況,BCP一直呈小粒子多,大粒子少的分布趨勢,小尺度粒子探測數量較CDP多,大尺度粒子探測數量較CDP少;粒子數濃度測量的變化響應一致性較好,多數時間CDP測量值大于BCP,且測量值越大時,測量差值越大;液態(tài)水含量的測量變化趨勢較一致, CDP比BCP的結果變化更為明顯;粒子有效直徑的測量存在差異,CDP比BCP能夠更清晰地顯示出粒子有效直徑的尺度變化。另外,探測原理的差異、探頭結構和安裝位置的不同、云結構的不均勻性也會導致測量差異。不同機載探測設備觀測數據的對比和分析,能夠為改善數據質量提供有效指導,有助于增強飛機探測數據的有效性和精確性,為人工影響天氣飛機探測數據的應用分析提供重要的科學參考和技術支持。

摘要:利用粵港澳大灣區(qū)雷達回波數據集,首先基于半拉格朗日平流方案的Lucas-Kanade光流法計算了光流運動矢量和未來120 min外推雷達回波,再將其與過去實況雷達回波作為深度學習(SmaAt-UNet,簡稱DL)的輸入特征,據此基于回波圖像、臨界成功指數(CSI)、命中率(POD)和虛警率(FAR)探討了光流運動矢量和光流外推回波在改進深度學習外推效果中的適用性。結果表明,光流運動矢量的加入顯著提升了DL對回波位置、強度及生消演化的外推能力,而光流外推回波的誤差則可能降低了DL的外推效果。由此可見,大氣動力特征可為深度學習方法提供有效的大氣演化信息,進而有助于提升其臨近預報能力。

摘要:為解決氣象要素空間插值方法中不能動態(tài)選取各插值點最鄰近的參考點個數或者影響半徑的問題,以及針對氣象要素的空間位置擬合函數適用性問題,本文提出一種基于動態(tài)參數的氣象要素空間插值方法。該方法采用淺層級聯(lián)前饋神經網絡對插值的參考點進行非線性擬合,并考慮到距離、水平角、高度差因素進行基于梯度變換的空間插值,最后將這三個因素的權重綜合成空間權重,作為插值點最鄰近參考點個數動態(tài)選取的先驗評估指標,從而降低了插值方法參數設置難度并提高了插值的準確性?；?022年中國陸地區(qū)域的實驗結果表明:該方法和方向反距離加權法(Aspect and Inverse Distance Weighted,AIDW)、普通克里金插值法(Ordinary Kriging,OK)、薄盤光譜樣條插值法(Thin-Plate Smoothing Spline,TPSS)相比較,在氣溫和絕對濕度插值上的平均誤差最小,其中氣溫比誤差第二小的TPSS的MAE降低0.23 ℃、RMSE降低0.44 ℃、絕對濕度比TPSS的MAE降低0.06 g·m^-3、RMSE降低了0.12 g·m^-3。

摘要:本文在機器學習的基礎上建立輸電線路桿塔雷擊預警模型。根據拉依達準則剔除傳感器采集雷電數據中的壞值。采用平均值填充法填充缺失雷電數據,并利用機器學習的二次曲線指數平滑法對雷電數據展開平滑處理,提高雷電數據質量,為實現(xiàn)高可信度的雷擊預警奠定數據基礎。根據地閃密度和雷擊跳閘率劃分雷擊風險等級,并在層次分析法的基礎上確定權重,建立輸電線路桿塔雷擊預警模型。以雷擊造成的電流、電壓數據異常為指標進行實驗測試,結果表明所提方法的電流、電壓檢測精度高,可準確預測雷擊引起的電流、電壓異常波動,預警可信度高。

摘要:2025年春季,全國平均氣溫為歷史同期第四高,降水較常年同期略偏少。主要天氣氣候事件包括:11次區(qū)域暴雨過程影響我國,接近常年同期,主要以南方型為主;華南、長江中下游及陜西、河南等地氣象干旱階段性、區(qū)域性發(fā)展;5月19—21日華北、華中北部、華東北部、西北地區(qū)東南部、西南地區(qū)東北部等地發(fā)生首次高溫過程;冷空氣過程較常年同期偏多,其中3月25—30日全國型寒潮為今年最強冷空氣過程,具有降溫幅度大,持續(xù)時間長,南北跨度大,沙塵、雨雪、強對流等多災種交織影響的特點,給交通運輸、春耕農業(yè)等方面帶來了不利影響;強對流天氣頻發(fā)、強發(fā),貴州、江西、云南、福建、江蘇等地災害影響較重;沙塵天氣過程較常年同期偏多,3次強沙塵暴影響我國。初步分析表明,春季中國平均氣溫異常偏高但冷空氣頻繁;大范圍冷空氣活動以及華南、長江中下游等地氣象干旱可能與偏西、偏強的西太平洋副熱帶高壓及異常減少的水汽輸送有關,異常的水汽輻散為高溫少雨及干旱提供有利的環(huán)流背景場。