摘要:

摘要:准确的短临天气预报是灾害天气预警、人工影响天气作业关键。短临预报多基于雷达回波外推，而回波的生消变是云团与气象要素多种热力、动力相互作用的结果。本文首先设计一种基于UNet和GAN网络的多通道雷达回波外推架构（UNet and GAN with Radarcells Network Architecture, UGR），构建综合加权均方根误差和二分类交叉熵损失的自定义损失函数并引入GAN网络的惩罚项改进模型训练。使用北京快速更新循环数值预报系统（CMA-BJ）的4种物理量与雷达组合反射率拼图数据融合编码为4种雷达单元（Radarcells）。然后将 Radarcells作为输入，基于UGR架构针对每6 min外推时序分别训练，得到20个模型，实现逐6 min滚动的120 min的回波外推。为验证引入天气背景对回波外推的改进效果，另外训练只输入雷达回波的UNet模型和ConvLSTM模型用于对比。使用临界成功指数（Critical Success Index, C_SI）、命中率（Probability of Detection, P_OD）、虚警率（False Alarm Rate, F_AR）和偏差评分（Bias score, B_ias）在测试集上对模型进行评估。结果表明，融入天气背景信息的UGR模型在回波强度大小范围和时空演变上，比纯雷达数据驱动的UNet模型和ConvLSTM模型表现更好，尤其是对强回波外推更为准确。UGR模型在25、35 dBz反射率阈值下，比UNet模型的C_SI、I_FAR、P_OD和B_ias评分平均改进10.5%、8.6%、10.3%、4.8%和13.4%、4.6%、11.0%、7.4%。研究表明融入天气背景信息，能够有效改进以往基于深度学习算法外推模型的回波模糊和回波生消信息不足的问题。

摘要:双偏振技术目前已在我国业务天气雷达中逐渐普及，进一步拓展了天气雷达数据的应用范围。然而，业务天气雷达现有地杂波抑制能力不足，导致双偏振参量的数据质量较低，影响相态分类和融化层识别等雷达产品效果。本文提出一种面向双偏振天气雷达的地杂波抑制算法，该算法在现有业务算法基础上增加相关系数测试等步骤，改善了低杂信比条件下地杂波识别效果，并采用回归滤波器替代频域滤波器，避免加窗处理造成的采样信息损失。本文基于长沙气象雷达标校中心S波段标准天气雷达观测到的8次降水过程，对该算法的地杂波抑制效果进行评估。结果表明，该算法在低杂信比条件下的地杂波抑制效果较现有业务算法有大幅提升，距离雷达100 km范围内的双偏振参量可用率提升约40%。下一步，将继续对该算法进行深入评估，并着手开展业务试运行。

摘要:为提升天气雷达数据产品质量和本地化应用效益，本文依托新一代天气雷达业务软件ROSE 3.0的开放接口架构，开展了雷达气象算法模块的本地化设计与系统集成。文中阐述了ROSE 3.0的开放接口功能、模块化开发流程及集成方法。随后以雷达数据质量控制为示范，构建了一种基于模糊逻辑方法的双偏振天气雷达非气象回波识别算法，并封装为可调用的动态链接库。将该算法模块嵌入ROSE 3.0业务系统，并用湖北随州与荆州雷达站的两次观测个例进行应用检验。结果表明，基于模糊逻辑方法的天气雷达数据质控算法能够有效识别并剔除非气象回波，同时无损降水回波，这显著提升了天气雷达数据质量与可用性。此外，本研究结果还验证了ROSE 3.0平台在支持算法快速集成、灵活扩展及业务化转化方面的显著优势，为雷达气象算法的本地化部署提供了重要的技术参考。

摘要:为了提高广西对流尺度模式（GX（R1））预报产品的适用性，并针对目前短时降水预报数据集中降水量级分布不均匀导致的预测结果偏差问题，提出了一种融合广西对流尺度数值预报模式产品、雷达回波数据、地面观测数据以及ResUNet++模型短时强降水预报订正模型（Multisource ResUNet，MResUNet），该模型在训练时采用自定义的基于站点实况雨量数据的加权损失函数，提高暴雨预报准确率。通过与多个不同输入因子的消融方案以及GX（R1）直接输出的降水预报结果进行对比，验证了新订正模型在广西短时强降水预报中的适用性。实验结果表明，三组不同输入因子训练得到的预报模型，其预报结果的各项评分指标均优于广西对流尺度模式预报，TS（Threat Score）评分为正技巧。其中，综合使用广西对流尺度模式产品和雷达回波数据的预报模型对各降水强度的预报表现最优，在小时雨量≥20 mm和≥30 mm的强降水量级上，与仅用雷达回波或模式产品的模型相比，分别提升了9.77%、8.98%，其预报偏差最接近1，在强降水量级的预报中有较明显优势。

摘要:本文利用美国环境预报中心的第二代气候预报系统( NCEP CFSv2) 提供的提前1周以内不同起报日的历史回报资料，对2008年和2011年两次强凝冻过程期间的风场、温度场和高度场进行预测，通过与实况场的对比分析，评估CFSv2模式对强凝冻过程的预测能力。结果表明：NCEP CFSv2模式提前1周以内的不同起报日对2次过程的风场特征（850 hPa贵州东北侧的东北风回流、南侧的偏南风、西侧的西南风；700 hPa西南急流）、温度场特征（850 hPa/700 hPa/整层温度场的0 ℃线位置、中低层温度梯度、850 hPa与700 hPa的逆温区）、高度场特征（500 hPa 564 dagpm特征线的变化、副热带西风急流）均有一定的预测能力，但对850 hPa风速大小和华南准静止锋位置、整层温度场上0 ℃线南北位置、564 dagpm特征线的南北位置和副热带西风急流强度预报有偏差，同时存在700 hPa西南急流风速偏小、850 hPa温度场温度梯度偏小、700 hPa温度场0 ℃线位置偏南、逆温区强度偏弱面积偏小、中高层温度强度偏强等情况，并且对整层温度场上暖心结构基本无预测能力。从不同提前量的预测效果来看，提前1 d对形势场的预测效果明显优于提前4 d和7 d。

摘要:为了得到华北区域暖季（5—9月）对流初生（Convection Initiation，CI）的时空分布特征，本文基于2022—2024年暖季华北区域雷达组合反射率拼图资料，设计了一种“孤立”CI客观识别算法，结果表明：①通过对CI客观识别算法中的对流块面积下限A和筛选半径R参数进行敏感性实验，发现CI识别数量对这两个参数较为敏感，设置较大的对流块面积下限A，可以过滤掉未发展起来的对流块，设置较大的筛选半径R，可以过滤掉部分已识别的对流块邻近处的新生对流。②时间分布特征为7月和8月CI个数最多，5月最少；CI日变化存在明显的单峰结构，峰值出现在13:00—17:00。③空间分布特征为CI频发地主要分布在阴山、燕山、吕梁山、太行山、中条山、秦岭东段余脉、泰沂山脉西侧和北侧，其中太行山南段、秦岭东段余脉等区域是CI特别频发区；而内蒙古高原、河套高原、山西两侧山脉之间的盆地、华北平原均是CI少发地。可见，CI频发地主要集中在山地，而CI少发地在平坦高原、盆地和平原地区。

摘要:利用常规观测资料、地面加密观测资料、天气雷达资料和NCEP/GFS 0.25°×0.25°逐3 h分析场资料，对2017年8月26日早晨发生在杭州主城区的一次极端对流性大暴雨过程进行分析，结果表明：①此次过程发生在副高控制背景下，对流层低层到地面杭州位于鞍型场中，而这种稳定的鞍型场结构能够制约系统的移动利于暴雨的出现；②环境场温、湿度条件较好，且垂直风切变弱，短时降水效率高。另外偏东超低空急流及对流层低层东南暖湿气流伴随的持续水汽输送及能量补充有利于强降水的长时间维持；③边界层东北气流加强并在地形阻挡作用下形成辐合线，辐合线先于降水形成且维持3 h以上，边界层辐合为过程的触发和维持提供了有利的中尺度动力抬升条件；④对流单体的新生、合并与交汇，以及平流方向与传播方向平行但相反导致中尺度对流系统整体呈现准静止状态，致使几个时次强降水中心重叠，也是本次极端降水产生的重要原因。

摘要:利用地面自动站、葵花8号卫星资料、探空资料、风廓线雷达、微波辐射计、自动观测系统逐分钟观测资料以及ERA5再分析资料对2024年3月6日闽南沿海及厦门机场一次大雾天气过程进行分析，结果表明：雾形成时地面为冷锋前的弱气压场，中低层为一致的西南暖湿气流；大雾首先出现在东侧的海面上，台湾海峡存在一条冷水带，1000 hPa在台湾海峡上有强的暖平流，叠加在冷水带上产生平流冷却雾，近海气海温差介于0～3.2 ℃；海雾生成后在夜间向西扩展到陆地，与1000 hPa暖平流的西进有较好的时空耦合关系；夜间贴地逆温形成与弱风层厚度增加为雾的生成和发展提供稳定的层结条件。厦门机场于03:22—04:47（北京时）出现大雾，生消迅速，其爆发性生成与风向突转、风速突增相关，短时东北风将同安湾冷空气引入机场增强冷平流输送，叠加雾前长波辐射冷却作用共同促使浓雾形成，而机场地面风的短时变化由地形及上游冷空气扩散引起的风场扰动共同主导。

摘要:本文利用六部激光雨滴谱仪与两部S波段双偏振雷达观测数据，分析了浙北地区2022年3—10月暖季降水微物理特征，并评估了雷达反演体积中值直径D₀和截距参数N_w的精度。结果表明：①浙北降雨D₀和N_w均值分别为1.0 mm和10^4.3m^-3·mm^-1，呈现以高浓度小雨滴为主的暖云降水特征。基于降雨率R均值与标准差可有效区分层状云（雨滴谱窄，R<10 mm·h^-1，D₀<1.0 mm）和对流云（雨滴谱拓宽，R和D₀均值分别为19 mm·h^-1和1.8 mm）降水。②T矩阵散射模拟的S波段雷达参量（反射率Z、水平反射率Z_h、差分反射率Z_DR和差分传播相移率K_dp）与实际观测一致，验证了散射模型的适用性，并构建了D₀（Z_DR）和D₀（Z_h/N_w）的反演关系，二者的理论反演偏差分别为-0.005 mm和0.029 mm。③六次降雨过程检验反演关系精度表明嘉兴S波段双偏振雷达对D₀和N_w（相关系数0.536，偏差-0.395 m³·mm^-1，均方根误差0.819 mm）的反演精度均优于杭州S波段双偏振雷达。本研究为浙江地区双偏振雷达反演降水微物理参数提供了科学依据，未来需进一步优化模型以提升反演精度。

摘要:风场对森林草原火灾的蔓延速度、火势分布以及救援人员的作业安全具有显著影响。本研究旨在探索多普勒测风激光雷达在森林草原火灾救援现场中的应用价值与实际效果。本文以多普勒测风激光雷达在2024年四川雅江“3·15”森林火灾救援现场的观测数据为基础，首先验证了扫描型测风激光雷达多仰角平面位置显示模式（Plan Position Indicator,PPI）数据采用三维变分法在复杂地形条件下反演三维风场的准确性。在此基础上，利用测风激光雷达PPI扫描模式在雅江3个火点观测的风场信息，对火势蔓延和烟尘的水平扩散进行了初步分析。同时，通过多普勒波束摆动(Doppler Beam Swinging,DBS)模式数据反演火场的垂直风廓线并结合消光系数分析了火场的大气垂直运动。结果表明：以DBS模式反演的垂直风场作为三维变分方法的背景场，在复杂地形条件下反演出的三维风场具有较高的准确性，风速和风向的平均偏差分别为-2.51%和3.92%；火场中的风向决定了火势蔓延和烟尘传播的方向；通过DBS模式反演的火场垂直风廓线，可捕捉到可能引发火势突变的低空急流和动量下传现象，结合消光系数可以进一步分析烟尘在火场中的垂直输送。将多普勒测风激光雷达应用于森林草原火灾现场的风场监测，对提升救援现场指挥管理的科学化水平具有重要意义。

摘要:焚风是一种在山脉背风坡形成的特殊气象现象，常导致气温突升、水汽突减和风速增大。利用全球导航卫星系统（GNSS）信号总延迟量（ZTD）可反演大气可降水量（PWV），在气象领域应用价值显著，但在我国尚缺乏针对焚风过程的 GNSS 数据分析研究。本研究基于北京及周边省市的自动气象站和GNSS观测数据，对一次典型焚风过程进行了分析，研究了该过程中气象要素的变化及GNSS水汽特征。在焚风过境时，平原站的气象要素发生了显著变化，焚风对气象要素的影响随站点与山区距离的增大而减弱。在GNSS水汽特征方面，焚风过境导致水汽减少，其中PWV的变化较ZTD更为明显；采用不同海拔高差的站点PWV/ZTD差值能够更好地反映焚风引起的水汽减少特征。本研究认为，焚风对北京平原地区的气象要素和水汽分布具有显著影响，利用GNSS数据可以有效监测焚风过程中的水汽变化特征。本研究可为利用GNSS数据开展焚风监测及相关研究提供参考。

摘要:融合防雹作业点、气象站和中国气象局气象灾害管理系统收集的冰雹数据，统计分析云南2012—2023年冰雹时空分布特征，探讨其与气象站观测结果的差异。结果表明：云南年均冰雹日数和县日数100.5 d和324.0次，年际差异明显和呈增加趋势；季节性特征突出，夏季多、春季次之、秋冬季大幅减少；月变化有四种类型，以7—8月主峰和3—4月次峰的双峰型为主，其次冰雹日数7—8月单峰型而县日数3—4月单峰型，再者冰雹日数3—4月单峰型而县日数7—8月单峰型和多峰型，多年平均均具有7—8月主峰和3—4月次峰的双峰型特征；冰雹日变化呈16:00高峰的单峰型。冰雹日数水平分布有四类，多年平均曲靖到昭通最多（宣威多达11.8 d），其次玉溪到红河北部，再者大理到丽江之间和保山，冬春冰雹在西部和南部、春末到初夏向东发展、盛夏向中部扩展、秋季西撤南退；冰雹日数垂直分布随海拔高度先增后减，在1.5～2.0 km处最易降雹，中低海拔以春季降雹为主、夏季次之、秋季最少，中高海拔以夏季降雹为主、春季次之、冬季最少。

摘要:交通运输是国民经济基础产业和服务性行业，开展交通气象服务能够有效提升人民生活质量及社会经济效益。利用北京城区2022年11月15日至2024年11月15日早、晚出行高峰期交通拥堵指数及道面自动气象站监测数据，分析了北京城区交通拥堵指数的分布特征，进而提出气象拥堵指数概念，量化了几种主要气象因子对交通拥堵的影响。结果表明，北京城区早、晚高峰期间拥堵指数年均值分别为1.69和1.99，周内早、晚高峰期拥堵指数最大值分别在周一和周五；不利气象条件导致的早、晚高峰气象拥堵指数占比分别为17.2%和11.1%，气象因素对早高峰通行效率的影响大于晚高峰，且存在显著的季节间差异。方差分析表明，气象条件对交通拥堵的影响存在复杂的协同作用效应，其中能见度对气象拥堵指数的相对贡献率最大，约占27.6%的方差贡献。其次为降水事件，贡献率为11.7%，路面温度和风速的方差贡献分别为7.2% 及4.6%。研究结果可为政府部门制定交通应急预案提供依据，亦可引导居民合理选择出行方式提供参考。