摘要:

摘要:测风激光雷达具备高时空分辨率和非接触式测量的能力，对于森林火灾的防控和救援具有重要意义。然而，现有测风激光雷达探测距离难以满足森林草原火灾现场对远距离风场监测的需求。为此，本文从大功率激光发射技术与晴空弱信号算法两个方面展开研究，提出了大功率激光发射与噪声抑制技术，开发了基于激光雷达频谱信号的弱信号风速精度优化算法，从硬件技术与数据处理两方面实现了探测距离的综合提升。研究结果表明，采用上述技术和算法后测风激光雷达可以实现15 km的大范围风场测量，在12600 m处的数据获取率超过90%；与测风塔进行对比，探测精度具有很好的一致性，水平风速和风向的决定系数均在0.99以上，风速平均偏差在0.05 m/s以下，风向平均偏差在2°以下。

摘要:基于深度学习的雷达回波外推方法已被广泛应用于具有挑战性的短临降水预报任务中。然而，现有方法在预测精度上存在不够高的问题，而且在处理高分辨率和长时间序列数据时，训练速度较慢。为此，本文提出了一种基于稀疏融合注意力的深度学习模型——PFA-TransUNet（Probsparse Fusion Attention TransUNet）。该模型是一种编码器-解码器架构，通过在编码器路径中引入多层Transformer，然后将传统多头自注意力分解为时空维度计算，从而充分融合时空信息。同时，引入稀疏注意力方法，降低了自注意力计算复杂度，缩短了训练时间。在河北省雷达数据集上的实验结果表明，与其他先进的经典模型相比，PFA-TransUNet在外推精度，均方根误差，结构相似性，雷达回波为20、30、40 dBz时的临界成功指数，训练速度等多个评价指标上均有所提升，展现出了优异的整体性能。

摘要:在北京架设GNSS接收机和天线，接收GNSS系统的秒级信号，利用软件进行数据质量检查，基于北斗导航卫星B2b信号发布的精密单点定位精密星历，开展了基于精密单点定位的北斗、单GPS和二者融合的实时对流层延迟和大气可降水量的反演试验，对比了相应的北斗和GPS双差网解、无线电探空仪和ERA5的对流层延迟和大气可降水量。结果显示：GNSS信号的平均信噪比大于35，多路径效应优于0.5 m，能够进行有效的GNSS观测和反演。总体上几种解算方法一致，与双差网解相比，基于北斗精密单点定位的大气对流层延迟反演平均偏差为4.5 mm，均方根误差为9.94 mm，相关系数为90%；对应解算的大气可降水量平均偏差为0.35 mm，均方根误差为1.33 mm，相关系数为96%。与无线电探空仪相比，大气对流层延迟反演平均偏差为5.83 mm，均方根误差为7.38 mm，相关系数为95.07%。对应解算的大气可降水量平均偏差为1.03 mm，均方根误差为1.72 mm，相关系数为94.45%。表明基于BDS反演的天顶总延迟、大气可降水量反演技术使得单系统、单点解算成为可能，该方法采用分布式计算策略，避免了以往台站端需要将解算数据回传至中心站的带宽和存储压力，提升了水汽解算的实时性，能表征水汽的变化趋势，对关于水汽的天气现象和气象灾害监测预警都有重要的意义。

摘要:为满足全球气象服务需求，气象信息化系统工程卫星广播系统进行了全面升级，通过对卫星覆盖范围、信号强度、转发器频率、现有用户覆盖度等进行全面比对，对新一代中国气象局卫星广播系统(CMACast)的卫星转发器资源进行了选型，对广播链路进行了计算和分析，并通过实际测试验证了广播系统传输参数的设计正确性。成果应用于气象信息化系统工程卫星广播系统升级建设中，实现了新一代CMACast对亚太、中东、非洲等“一带一路”区域的覆盖，提升了“一带一路”区域气象服务信息网络支撑能力。

摘要:高分辨率数值模式在台风预报业务中面临计算量、预报时效性、预报技巧的平衡难题。为了在能保证台风预报技巧前提下节约计算机资源、满足高时效性业务要求，将一种自适应的台风模拟区域客观计算方法与处理同时存在多个台风的技术相结合，提出台风有限区域自适应设置方法。将该方法应用于高分辨率CMA-MESO模式建立了一个高分辨率台风数值预报系统（HRTYM），选取2019年的典型台风利奇马及2020、2021年的16个重点台风过程开展试验与对比分析。台风利奇马的试验结果显示，与9 km分辨率的台风业务模式（CMA-TYM）相比，3 km分辨率的HRTYM需要的计算机资源更少，台风路径预报误差减少20.7%～61.0%，暴雨和大暴雨24 h地面降水TS评分明显提高。2020、2021年的批量试验结果显示HRTYM的台风路径预报技巧在27 h后明显优于 CMA-TYM。

摘要:随着数值天气预报模式的水平分辨率不断提高，在对流参数化方案的“灰色区域”（1～10 km）内，积云不足以被模式网格尺度显示分辨，以至传统的积云对流参数化方案难以较好地适用不同分辨率下对降水的模拟，因此发展尺度适应（Scale-Aware）积云参数化方案是数值模式精细化发展趋势之一。通过在中国气象局中尺度天气数值预报系统（China Meteorological Administration Mesoscale model，CMA-MESO）模式中引入尺度适应的KFeta（Kain-Fritsch eta）积云对流参数化方案，组合3种分辨率（1 km、3 km、10 km）对中国西南山地地区2023年7月11—12日的一次降水过程进行数值模拟试验，并就2023年6月17—23日的降水过程开展为期7 d的批量试验。结果表明：①在个例试验中，尺度适应方案对于降水雨带和降水强度模拟较好，强降水中心的模拟有一定优势，随分辨率提高尺度适应组的降水强度和落区更接近实况，极大程度减少了由积云引起的虚假性降水，提高了网格降水量。②应用尺度适应方案后的模拟结果显示强对流区域的组合反射率因子、垂直速度模拟结果更优。③批量试验中，在西南山地地区尺度适应方案的降水模拟结果较稳定，尤其在中雨及以上量级模拟结果优势较强，相比原方案其降水TS评分整体提高了4%。总体而言，尺度适应方案对西南山地地区强降水预报性能较好，为改进现行数值模式强降水预报提供了一定依据。

摘要:本文利用美国联合台风警报中心、日本气象厅东京区域专业气象中心和中国气象局上海台风研究所整编的热带气旋（Tropical Cyclone，TC）最佳路径数据集、NCEP大气再分析资料和相关分析等方法，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强度和频次在不同季节不同区域的基本特征及其与局地环境因子的关系，结果表明：①夏季WNP三个区域（Ⅰ区：10°～25°N，110°E～145°；Ⅱ区：10°～25°N，145°E～180°；Ⅲ区：25°～37.5°N，125°E～180°）TC总频次为10164次；秋季WNP 3个区域（Ⅰ区：5°～17.5°N，110°E～180°；Ⅱ区：17.5°～35°N，142.5°E～180°；Ⅲ区：17.5°～35°N，120°～142.5°E）TC总频次为4984次，夏季TC活动高于秋季。②夏、秋两季TC活动与850 hPa相对涡度（R_VOR）有显著的相关关系（秋季Ⅱ区除外），除了低层R_VOR，夏季Ⅰ区TC频次与500 hPa垂直速度（O_MEGA）和700～500 hPa相对湿度（R_HUM）有关；Ⅱ区TC强度与700～500 hPa R_HUM、500 hPa O_MEGA和风垂直切变（V_WS）有关，Ⅱ区TC频次与500 hPa O_MEGA和V_WS有关。秋季Ⅰ区TC频次与500 hPa O_MEGA有关。无论夏季与秋季，TC活动与海洋因子均表现为不显著的相关或显著的负相关关系，不同区域影响TC活动的局地环境因子有所不同，与季节和区域划分有关，具有复杂性。③强季风槽可通过低层大的R_vor、中层上升运动及高湿影响夏、秋季I区TC活动；Nino3.4区海温变暖可使夏季Ⅱ区850 hPa 出现异常偏西风，导致低层R_vor增大；200 hPa出现异常反气旋环流，导致V_ws减弱；低层大的R_vor配合高层反气旋环流使中层上升运动和水汽辐合增加，进而影响该区TC活动。当WNP副高西伸（东缩）加强（减弱）时，会引起局地负（正）涡度异常从而导致移入夏季Ⅲ区的TC频次减少（增多），当中层引导气流加强时会导致更多的强TC移入该区；两个高压之间的相对低压区辐合有利于低层R_vor增大，进而影响秋季Ⅲ区TC活动。

摘要:大气季节内振荡（ISO）特征研究对揭示次季节尺度天气气候演变机理及提升次季节预测能力具有重要科学意义。基于1980—2022年山西省108个国家气象观测站日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料，对山西省夏季降水和大气环流典型ISO时空演变的气候特征进行了分析。结果表明：①山西省夏季降水具有显著的10～50 d ISO特征，降水ISO强度与降水量呈显著正相关，二者均在21世纪以后呈上升趋势；降水ISO存在明显的空间差异，降水量越大的区域ISO越强，山西省南部和东、西部山区ISO最为活跃。②利用位相合成方法，分析山西省夏季两个具有典型ISO特征的降水及对应的水汽输送循环过程，ISO降水的演变与整层水汽输送的ISO密切相关，副热带西太平洋低频反气旋水汽输送的增强（减弱）和西进北抬（东撤南移）对降水ISO的循环起到重要作用，西太平洋低频反气旋西侧异常东南气流向西偏北方向的水汽输送发展移动至山西上空，山西降水进入ISO最为活跃的位相。

摘要:采用1951—2022年国家基本气象站观测、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）再分析等资料，研究分析了温州台风日极端降雨特征及预报着眼点，结果表明：造成日极端降雨的台风皆为登陆台风，可分为东北-浙南型、东北-粤东型、中间型和西南型。850 hPa涡度达到8×10^-5/s及以上，对日极端降雨预报有较好的指示意义。低层水汽辐合输送、850～925 hPa间垂直水汽通量梯度的强度差异以及不同类型低空急流，与日极端降雨强度有较好的对应关系。30 g/(s·hPa·cm)以上水汽通量大值区输送西边界及-(4～2)×10^-6 g/(cm²·hPa·s)以下强水汽辐合中心位置的差异，对应了强降雨落区上的差异。-0.8 Pa/s以下的垂直上升区发展高度及强度差异，与强降雨落区和强度差异相对应；低层散度分布能更好地解释垂直上升运动特征；东部沿海海陆地形差异以及西部山地地形作用，维持和加强了上升运动。中低层差动假相当位温平流强度差异，与降雨强度差异有所对应；冷空气在东北-粤东型、中间型和西南型强降雨事件有一定增幅影响。

摘要:对流触发直接影响强对流天气的短临预警，其发生机制复杂，地域性强。本文针对2023年5月17日太行山东麓喇叭口地形触发的极端强对流天气，利用多源高分辨率观测数据和ERA5再分析资料，结合相似个例，探究此类对流触发特点和山地作用。结果表明：极端强对流发生在500 hPa浅槽携带弱冷空气自中层入侵地面热低压的不稳定层结下，由太行山东麓喇叭口地形400 m高度上触发的γ中尺度对流单体演变为超级单体风暴造成。在气温持续偏高和弱垂直风切变环境下，对流单体在850 hPa以下温度锋暖区一侧的王快水库附近触发，初生地南北两侧温差达3～4 ℃，水汽接近饱和。锋前东南风与偏北风辐合线自地面伸至850 hPa，偏东风厚度约1 km，最大风速6～8 m·s-1,位于0.5 km附近。对流单体触发前，太行山东麓200～600 m山坡上新生带状对流积云，与山体走向一致，这与边界层辐合线及山地热力强迫有关，对流在辐合线靠近山体一侧触发。Froude（F_r）数和地形涡度、地形散度定量表征地形抬升作用，F_r数自山地向平原减小，对流单体触发地400 m高度处F_r数最大，对流触发前，F_r数持续增大至1左右，气流爬坡作用增强，气旋式地形涡度和地形散度水平辐合增强，指示对流单体触发。

摘要:利用常规地面和高空气象观测资料、ERA5逐小时再分析资料和雷达资料，对山东一次低涡暖区暴雨的水汽条件和大气不稳定、锋生特征等分析。结果表明：本次低涡暖区降水主要出现在暖切变线南部低空急流带中，低空急流为降水提供了充足的水汽条件，其北端有水汽通量辐合大值区，对强降水有较好的指示意义。降水开始时，中低空有较强的大气对流不稳定，上升运动呈垂直对流特征；最强降水时段，上升运动由对流和对称不稳定共同造成，对称不稳定占主导地位，上升运动呈垂直和倾斜对流混合特征。过程伴有明显的锋生，锋生区内有较强的地转偏差辐合，为降水的触发和增强提供动力抬升条件。锋生函数中散度项和变形项为同量级，散度项是本次过程锋生的主要因子，其通过触发降水和影响积云降水回波分布形态，形成沿引导气流分布的中尺度对流雨带，中尺度对流雨带沿引导气流移动形成“列车效应”，造成强降水。

摘要:基于沈阳X波段双偏振相控阵雷达（XPAR-D）、S波段雷达（CINRAD/SC）和地面分钟降水资料，对2023年9月18日沈阳一次短时强降水过程进行了分析。结果表明：XPAR-D对比观测结果更细腻，弱（远距离）回波探测能力较弱；SC雷达对比观测结果覆盖面积更大、结构更完整；受电磁衰减影响较小区域，XPAR-D和SC雷达反射率因子、径向速度结构和强度探测能力基本相当，前者强回波、后者风速大值区面积更广。较强回波快速发展并维持、较大组合反射率CR与差分反射率Z_DR值及差分相移率K_DP激增且维持，共同造成本次短时强降水。降水开始前往往出现Z_DR大值，CR迅速增长和Z_DR异常偏高对降水开始有较好指示性；降水开始后CR与Z_DR对应关系良好，较好地指示强降水持续时间和变化趋势；K_DP激增可预警分钟雨量大值，K_DP值较直观地反应分钟降水强度。短时强降水过程中Z_DR柱位于上升气流左侧，与弱回波区位置对应较好，与K_DP柱出现分离现象；K_DP大值带、K_DP柱分别对应强回波和地面强降水中心。此次过程虽未达到中气旋标准，但弱涡旋也有增强降水的可能。

摘要:为加深中国东西部地区闪电形成机理的认识，进而为东西部地区闪电预报预警业务提供差异化的经验和借鉴。采用闪电定位仪、天气雷达组网拼图产品和实况探空等多源观测，对上海和喀什闪电的时空分布特征及其对应的雷达三维特征进行了统计分析，并探索导致东西部地区闪电回波特征差异的成因。结果显示：上海和喀什闪电集中在5—9月，高发于午后至傍晚，同时喀什闪电与地形密切相关，具有夜发性。上海平均闪电回击密度明显高于喀什，平均闪电回击密度比约为732.1∶1。上海地区闪电对应回波单体的组合反射率因子强度、回波顶高和垂直液态水含量高于喀什地区；上海地区闪电对应回波单体在垂直结构上的伸展高度明显高于喀什地区，其中30 dBz，35 dBz和40 dBz回波分别超过-20 ℃层，-10 ℃层和0 ℃层高度对上海闪电的预报预警具备较大指示意义，而回波顶高超过-10 ℃层和30 dBz回波高度达到0 ℃层对喀什闪电预警业务指导性更强。两地闪电活动和雷达特征的差异主要是动力和水汽共同造成。

摘要:利用2016—2023年包茂高速湘西州段沿线的气象站点降水资料，在统计分析高速公路沿线降水时空分布特征的基础上，综合降水数据、地理信息数据和道路数据，从降水因子、地形环境因子和道路因子3个方面建立了高速公路边坡滑坡风险等级评价指标体系，并通过层次分析法计算各路段的综合风险指数，以完成对包茂高速湘西州段边坡滑坡风险等级区划的研究。结果表明：①高速公路年均降水量空间分布呈现南高北低，降水集中在4—9月，6月最高；②高速沿线各站点暴雨及以上等级降水年均天数为4.5 d，平均强度为77.7 mm/d，短时强降水分布差异大，最大为80 mm/h，最小为46 mm/h，降水峰值出现在午后和傍晚以后，夜雨特点明显；③高速公路沿线边坡滑坡风险划分为高、较高、中、低4个等级，整体风险呈北部高于南部，滑坡高风险区和较高风险区分布在边城、龙劲坳、麻栗场和吉信等路段。该研究结果对包茂高速湘西州段边坡滑坡灾害事故预防具有一定指导意义。