摘要:

摘要:选取2019年2月至2020年2月广西区域内出现强对流天气的时段，将区内6个探空站温湿廓线资料以及ERA5数据作为基准检验，分析了FY-4A卫星温湿廓线的误差情况，结果表明：①无云条件下FY-4A温湿度廓线的偏差相对较小。相对于探空数据，质量控制为0和1的样本均方根误差RMSE范围在1.04～4.16 ℃，总体RMSE为2.61 ℃，850～700 hPa、600～500 hPa以及250 hPa上误差较小，RMSE 均小于2 ℃。FY-4A与ERA5温度廓线的差异分布与探空结果相近，RMSE范围为1.01～4.15 ℃，总体RMSE为2.19 ℃，925～400 hPa以及250 hPa上RMSE 均小于2 ℃。②无云条件下FY-4A湿度廓线总体RMSE为61.06%，低值区位于900～700 hPa，平均约为20.51%。在500 hPa附近误差最大，可能与干空气入侵导致垂直方向上含水量突变有关。总体而言对流层低层误差较高层小。③个例中重构的T-Inp图能一定程度上还原大气上下层的温湿结构特征，但对于层结稳定度以及不稳定能量的定量估计还存在一定偏差。经质量控制后的温度数据较好地反映了冷暖空气的活动特征，对于强对流潜势的监测具有很好的提示作用。受云影响时可利用的高质量样本减少，在业务应用时可以尝试利用多源数据进行订正。

摘要:为更好地发挥星地闪电探测资料在中尺度对流系统中的监测预警应用潜力，本文以2018年6月27日山东地区的一次中尺度对流系统为例，利用云顶温度、云顶降温率、雷达等资料与FY-4A闪电成像仪LMI（Lightning Mapping Imager）、ADTD（Advanced TOA and Direction system）闪电定位系统星地闪电探测资料，分析了星地闪电数据在中尺度对流系统中闪电分布特征及其与对流演变的关系，结果表明:星地探测闪电一致性较好，LMI相对位于对流云前方，星地闪电与降水区域吻合度较高。在系统发展初期，LMI超前于ADTD探测到闪电，且位于回波中心和前侧，回波垂直方向呈现出向前倾斜特征，这对于判识对流移动和演变趋势有较好的指示作用，在预报业务中可采用LMI的位置来辅助制作强对流落区预报。在成熟阶段，星地闪电频次出现跃增，正地闪比例较高，该时段山东多地发生冰雹灾害，LMI多出现在对流系统移动方向前方的弱回波或无回波区内，ADTD则更接近回波中心位置。合并阶段，部分LMI位于前方强回波区后部，与强回波区相对应。

摘要:随着现代空间技术发展和国家大地坐标系CGCS2000的全面启用，精确的点位坐标得到了广泛地应用。库长小于百米的高分辨率天气雷达的业务化应用，提高了回波点位表达的准确性要求。在本研究中，定义了雷达“参考定位球”，利用CGCS2000的三维地心坐标，在参考定位球和地球椭球体之间建立数学联系，通过大地坐标、参考坐标和雷达观测坐标之间的相互转换，实现了雷达回波大地坐标的精确计算。在此基础上对目前普遍采用的地球圆球体近似方法进行了误差分析：其误差以水平偏离为主，偏离程度与雷达观测坐标和雷达纬度位置有关，高纬度雷达和低纬度雷达的偏离程度要大于中纬度雷达；最大偏离随距离增加而增加，探测距离50～400 km的最大偏离与探测距离之比在2‰～5‰之间，一般情况下可忽略，在坐标精度要求较高时需要考虑误差带来的影响。

摘要:近年来，天气和气候业务对国外数据种类和时效要求不断提高，为解决大量数据的收集分发压力以及管理问题，设计并实现了基于流程控制的国际气象通信数据收集管理系统。系统应用数据收集器Logstash、Inotify监听机制与分析平台Kibana等技术，支持多种通信协议，扩展Scrapy网络爬虫功能，通过流程控制、任务调度等方式实现大量数据快速高效收集和集成管理，有效提高数据并行处理能力和可扩展性，且设计了全流程监视，保障数据时效。系统已经上线提供服务，为业务/科研用户提供全球观测数据、国外卫星数据和数值预报产品等300余种，日收集数据量约2 TB。

摘要:为解决全国天气预报视频会商系统在自由交互、应用场景和自动化操控等方面的不足，设计建设了新一代全国会商系统。该系统基于云计算和虚拟化技术建成了专有云部署的气象云会商平台，弥补了天气会商在互联网接入方面的短板，拓展了天气会商在公务出差、跨部门联动等场景中的应用。同时，通过将分布式技术应用于会商主控中心，实现基于IP编解码的大容量信号交互和传输，与原有系统相比交互能力提升超过15倍，自动化会议操控技术的引入提升了会议管理和调度能力，也将操作复杂度显著降低。该系统于2019年3月正式启用以来，在国庆70周年等重大活动服务保障以及气象部门抗击新冠疫情工作中均发挥了巨大作用。

摘要:集成运行控制系统（Integrated Operation and Control System，IOCS）是极轨气象卫星地面应用系统的重要系统之一，其主要作用之一是规划多卫星地面站接收任务，确保全球资料的完整获取。当卫星地面站某个天线出现异常或不可用时，若仍按原有的任务规划进行数据接收，将直接造成全球资料的不完整，因此需要研究卫星地面站天线状态的预测和相应的任务再规划技术，从而及时发现和处理卫星地面站的天线异常、降低连续多轨数据接收失败风险，最终达到提高极轨气象卫星数据接收成功率的目的。文章设计了基于统计分析的卫星地面站天线状态预测方法，并研究了对后续系统运行改变最小、易实现和结果可复核的任务再规划方法。

摘要:利用1961—2021年中国区域2400余站地面气象常规观测资料，根据2019年中国气象局发布的《区域性重要过程监测和评价业务规定》，对2021年秋季中国气候基本概况及主要气象灾害进行全面分析。结果表明：①2021年秋季，中国气候状况总体偏差，平均气温较常年同期偏高，平均降水量较常年同期偏多；由于台风登陆个数偏少，且强降水以及冷空气过程影响区域叠加累积效应显著，导致北方部分省份雨、雪和冰冻灾害影响明显高于南方。②2021年秋季，我国气象灾害形势复杂严峻，极端天气气候复合事件多发，以暴雨洪涝、高温干旱、低温冰冻雨雪灾害为主，灾害极端性和区域性特征显著。区域暴雨过程较常年同期偏多4.2次，北方多地发生罕见秋汛，山西、陕西等地洪涝灾害较重；阶段性区域高温天气多发，区域高温过程较常年同期偏多2.4次，导致江南、华南高温干旱复合发展；寒潮过程较常年同期偏多1.2次，过程影响区域叠加累积效应显著，东北三省和内蒙古部分地区雪情较重。

摘要:随着全球气候变暖和快速城市化，城市夏季高温及热浪出现频次和强度明显增加，但人口高度集聚的特大城市中夏季高温长期变化特征对城市热岛的影响程度和作用机制仍不甚明了。本文选择京津冀特大型城市群的核心城市北京为研究对象，基于长期气象观测数据计算夏季高温和城市热岛强度，阐明5—8月夏季高温长期变化特征及对城市热岛强度的影响。研究发现，1978—2020年北京城区夏季高温日数、强度和极端高温均呈现显著增加趋势，相伴随的是高温起始时间明显提前，结束时间显著推迟；高温天最高气温热岛强度呈显著降低趋势，而平均气温和最低气温热岛强度则呈轻微下降趋势；5—8月高温天最高、平均和最低气温多年平均热岛强度分别为0.73 ℃、1.61 ℃和2.40 ℃，明显高于非高温天的0.09 ℃、0.80 ℃和1.40 ℃，高温和非高温天热岛强度差值均在0.6 ℃以上，表明夏季高温放大城市热岛强度。预估未来全球变暖和快速城市化背景下北京城市热岛效应将进一步加剧，会形成更频繁和持续更长的夏季高温，给城市居民带来严重的健康风险。

摘要:利用1996—2020年逐时降水资料，统计分析长江流域30°N沿线不同地形阶梯代表区昼、夜、冬、夏降水的频率、雨量、类条件概率密度等特征，通过研究昼夜比、冬夏比随经度的分布探讨不同高度地形对降水的影响。主要结论如下：①30°N沿线四川盆地内降水量和频率的夜昼比向东递减，雅安附近是夜雨强中心区，夜雨现象在四川盆地东侧山地108°E以东趋于消失；盆地内强降水比弱降水更易发生于夜间。②30°N沿线冬雨与夏雨存在较大差异，雨量上冬雨小、夏雨大；结构上冬雨弱、夏雨强；降水频次上存在地域差异，第二地形阶梯冬雨少、夏雨多，而第三地形阶梯反之；冬雨受大地形影响更为明显。③根据降水第1类类条件概率密度（CCPD1）冬夏比及冬雨CCPD1距平百分比聚类分析，可将8个分区分为3类，该分类与地理位置、地形阶梯有良好的对应关系。④夏雨受局地地形影响显著，将夏雨CCPD1距平百分比高于10%的峰（低于-10%的谷）值区定义为夏雨强（弱）潜力区，则各分区强、弱潜力区表现各异。江汉平原南部、鄱阳湖以北发生短时强降水潜力较大，雅安出现极端短时强降水潜力大（强潜力区≥61 mm）；冬雨强潜力区（CCPD1距平百分比高于50%的峰值区）位于第三地形阶梯上的VII、VIII、IX分区（潜力值1～20 mm），而该降水区间也是雅安和盆地中央的弱潜力区（CCPD1距平百分比低于-50%的谷值区）。

摘要:集成方法有利于提高降水要素预报的准确性和可预报性。本文基于格点实况资料和智能网格预报、西南区域数值预报、ECMWF模式预报、GRAPES模式预报产品，以面雨量为研究对象，采用多元回归法、BP神经网络法、评分权重法、加权集成预报法和算术平均法，得到集成面雨量预报，再运用平均绝对误差、模糊评分、正确率、TS评分、偏差分析等方法，对2020年4—10月金沙江下游面雨量预报效果进行对比分析。结果表明：多元回归集成法和BP神经网络法的预报效果总体上优于其他几种集成方法。在考虑流域面雨量的预报量级时，下游可以采用预报量级较小的模式和集成方法。集成后偏差百分比均有降低，且多元回归法和BP神经网络法对预报量级较小的模式有矫正作用。在面雨量有无、小雨和中雨预报中，多元回归法集成效果较好，在大雨量级预报中，BP神经网络法集成效果较好。这些结论可为流域面雨量预报提供参考借鉴。

摘要:以山东半岛南部沿海为例，利用旋转T模态主成分分析方法和欧洲中期天气预报中心第5代大气再分析资料（ERA5)对大风的环流形势和成因进行研究。结果表明：①形成大风的天气型有5种，按大风日数从多到少依次为西北路冷高压型、低压槽后型、低压槽前型、江淮气旋型和北路冷高压型，与不同天气型下大风发生的概率大小顺序一致。②冷高压型（包括西北路冷高压型和北路冷高压型）的冬季大风最多，低压槽型（包括低压槽前型和低压槽后型）的春季大风最多，江淮气旋型的春、秋季大风最多。③高空冷平流、地面冷高压和动量下传是西北路冷高压型大风的成因;高空冷平流和地面冷高压是北路冷高压型大风的成因;高空暖平流、入海高压和东北低压是低压槽前型大风的成因;高空冷平流、地面冷高压和东北低压是低压槽后型大风的成因;受高空正涡度平流和暖平流影响，气旋发展并向东北方向移动在半岛南部形成大的气压梯度是江淮气旋型大风的成因。

摘要:为了研究孤立单体内“Z_DR”（差分反射率因子柱）的演变特征，利用X波段双偏振雷达数据，结合地面观测资料与再分析资料对2018年5月8日的一次孤立单体降雹过程进行了分析，结果表明：①孤立单体发展阶段，“Z_DR柱”跃增，跃增后0 ℃层以上过冷水数量与高密度霰数量骤增，变化率分别为26.7库/min与11.8库/min。成熟阶段，“Z_DR柱”深度延展至接近-20 ℃层，单体内微物理反应加剧，冰雹数量骤增，生成速率为105.8库/min。“Z_DR柱”转化面积为210库的“Z_DR洞”（差分反射率因子洞）（Z_DR<1），可以指示地面降雹位置。②降雹发生在“Z_DR柱”崩塌后，固体降水物的拖拽作用使得“Z_DR柱”高度降至-10 ℃层以下。小雹下落至0 ℃层以下时融化，表层形成水膜，导致降雹时近地面出现Z_DR大值区。③孤立单体内微物理过程与热动力过程相互作用，促进了“Z_DR柱”的生成发展。本文针对一次孤立单体雹暴过程不同阶段“Z_DR柱”的演变特征进行了分析，并建立了相对应的雹暴模型，对当地冰雹的预警及防治有重要的意义。

摘要:利用中国第一代全球大气/陆面再分析产品（China’s first generation global atmospheric/land surface reanalysis product,简称CRA），结合地面自动站观测、中国气象局陆面数据同化系统的能见度格点数据、葵花8号卫星资料，分析了2021年1月21—26日琼州海峡一次持续性海雾过程的发展演变、环流形势以及边界层特征，同时分析了两种不同类型雾的形成机制。结果表明：①21—22日为低层冷空气扩散形成的锋面雾；23—26日为冷高后部偏东气流型平流雾过程，其中23日23:00至24日14:00大雾发展最强盛，连续12个时次出现特强浓雾，最小能见度达25 m。②锋面雾阶段，偏北风影响，风速为1～3 m/s；平流雾阶段，偏东风影响，风速为4～6 m/s。③锋面雾阶段，水汽辐合中心位于琼州海峡南岸至海南岛东北部陆地，大雾在陆地开始发展。平流雾阶段，水汽辐合中心位于琼州海峡北岸至海南岛东部海面一带，大雾自海上发展。④锋面雾阶段，逆温层在950 hPa左右高度发展，为下冷上暖的平流配置；平流雾阶段，950 hPa以下均为暖平流，逆温层从地面开始发展。大雾过程中锋面雾和平流雾两种不同性质大雾的发展使得大雾长时间维持。

摘要:东亚干旱半干旱区（简称为“东亚旱区”）是全球干旱带的重要组成部分，该区域水资源短缺，沙尘暴频发，沙尘气溶胶对大气辐射收支和云微物理过程的影响不可忽视。本文回顾了近年来东亚旱区气溶胶及云相关科学问题的研究进展，重点讨论了气溶胶、云特性以及气溶胶-云相互作用问题。东亚旱区大气中的气溶胶以沙尘为主，且春季多于其他季节；同时，该区域云水资源丰富，且以高云为主，夏季云量显著偏多。沙尘气溶胶可直接影响辐射收支对大气产生加热作用，并通过间接和半直接效应对云微物理过程和降水产生影响。由于云微物理观测资料稀缺，加之模式参数化方案的不准确，导致东亚旱区沙尘气溶胶-云相互作用仍存在较大的不确定，减小气溶胶、云所带来的不确定性是未来气候变化研究中亟需解决的科学问题。

摘要:海水中颗粒有机碳（POC）是海洋碳循环的基本变量，在海洋碳循环研究中起着关键作用。根据2003—2020年南海区域遥感数据反演的POC数据集，分析了南海海域POC浓度时空变化规律。研究结果表明：在整个研究区POC的年平均浓度变化范围为76.98～83.91 mg/m³；POC浓度分布呈现出近岸高、远海低，主要原因为南海近岸浅水海域POC浓度主要受陆源输入和沿岸流影响，远海区域内POC浓度主要受南海环流和水团控制。在季度上，第1—4季度POC浓度平均值为89.62，72.90，79.22，84.86 mg/m³；总体上POC浓度呈现出夏季低、冬季高的趋势，主要原因为南海受到冬季的东北季风和夏季的西南季风影响，影响到南海海水混合层的结构变化，浮游植物在冬季比夏季更为繁盛。在月尺度上，1月POC浓度平均值达到最高值；2—4月POC浓度平均值快速下降，5月POC浓度平均值达到最低值；6—12月POC浓度平均值开始缓慢上升。以上研究结论可为南海碳循环、政府碳达峰、碳中和及应对气候变化等提供决策依据。

摘要:雷暴大风是影响铁路建设和交通运营安全的主要气象灾害之一，而川藏铁路作为连接四川省和西藏自治区的干线铁路，其沿线地理形势复杂，气候特征多样，被称为“最难建的铁路”，本文旨在定量分析川藏地区和川藏铁路的风场变化特征，以为川藏铁路建设和铁路列车运行、防灾减灾以及实时动态监测预警和风险评估提供科学依据。文章采用2004—2020年地面气象站观测风场和2006—2020年极大风风速资料，结合2000—2020年近21年的NCEP FNL地面风场数据，对川藏地区和川藏铁路沿线拉萨、林芝、雅安、成都4个高铁站附近的风场时空分布特征和变化规律进行分析，研究表明：①川藏地区西部风力高于东部，高原内陆风力大于高原东南缘和四川省。11月至次年3月是高原内陆风速最大的月份，月平均风速在高原北部和南缘能够达到7 m/s以上，夏秋季风速较小。②选取川藏铁路沿线拉萨站、林芝站、雅安站和成都站4个站点风场进行分析，风速表现为高原西部向东部减小的趋势。③在研究时段内，2018—2020年川藏铁路沿线平均风速和极大风速均呈明显增加趋势，拉萨和林芝站的大风日数也有所增加，因此2018年以来川藏铁路沿线处于风速上升期，对铁路的风险处于增大阶段。

摘要:为进一步提高雾天交通安全气象保障精细化能力，以江苏、安徽高速公路雾事故多发路段为例，利用2012—2018年事故信息与气象资料，建立一种基于变量选择和特征提取的逐时雾事故判别支持向量机模型。模型参照递归特征消除思路选择事故发生时间、地理位置、气象环境等重要变量，使用主成分分析提取重要变量的主要特征，并以径向基为核函数、以网络搜索确定最优参数。结果表明：结合重要变量选择和主成分分析的支持向量机混合模型能够成功识别出训练集81.4%和测试集83.0%的事故样本，AUC分数均为0.946；判别效果优于支持向量机单独算法，以及仅基于重要变量选择或主成分分析的支持向量机算法；3个典型实例分析也说明该模型对于阶段性或持续性大雾天气下的交通事故发生有一定判识与警示意义。

摘要:开展北京松柏植被的高分辨率空间信息提取及其花粉致敏风险评估对花粉浓度监测及预报具有重要意义。本文利用2019—2020年冬季304景高分辨率哨兵2A号（Sentinel-2A）卫星影像，引入新型增强型归一化植被指数（Enhanced normalized Vegetation Index,EVI）和地表水分指数（Land Surface Water Index,LSWI），开展了10 m空间分辨率的北京松柏植被分布制图研究；同时依据风险评估原理，结合2020年北京松柏花粉浓度观测数据，建立了基于松柏植被分布的花粉致敏风险空间评估方法，并初步开展了影响松柏花粉浓度范围与花粉致敏风险空间评估研究。结果表明：①基于冬季合成晴空Sentinel-2A卫星影像，利用EVI和LSWI可有效提取北京10 m空间分辨率的松柏植被分布，用户精度可达80%以上；②松柏花粉观测站14 km范围内松柏植被对该站花粉浓度具有正贡献，其中6 km范围内的松柏植被贡献最大；③松柏花粉致敏相对高风险区主要分布在西北部山区、昌平北部以及门头沟东部、石景山西北和海淀西南等地区。