青藏高原沙尘天气的形成本质上是沙源供给、 持续强风及不稳定大气层结这三种关键因素协同作用的结果。由于青藏高原具有独特的地形特征、 稀疏的植被覆盖以及复杂的热力-动力环境， 其沙尘天气的发生条件不同于典型荒漠地区。作为航空安全的重要威胁， 沙尘天气叠加青藏高原严酷的高海拔环境， 对飞行安全、 机场运营及维护构成多维度挑战， 了解并应对沙尘天气的形成机制及其影响， 对于保障飞行安全、 提升航空服务质量具有重要意义。本文通过大量文献调研探讨了青藏高原沙尘天气对航空业影响的研究进展和动态， 在飞行安全方面， 沙尘天气导致能见度骤降， 严重削弱飞行员目视能力， 增加导航偏差风险； 在强侧风条件下， 飞机在着陆过程中容易偏离跑道； 高速运动的沙粒撞击机身与发动机进气口， 对飞机气动结构特性产生影响， 加速结构磨损， 降低飞机性能； 在航空运营、 维护方面， 沙尘天气迫使机场降低容量， 延长飞机周转时间， 显著增加飞机机械检修与调度成本。通过对这种影响的深入理解， 为高原机场未来保障飞行安全和飞行效率、 提升航空服务质量的研究和政策制定提供科学依据和方向， 并对未来的研究提出了展望。
对流层中下层风场特征对于天气系统的发生发展和航空安全等具有重要的意义， 一直是气象学研究关注的重点之一。由于地表抬升影响， 青藏高原边界层过程与周边大气对流层中上层过程存在明显的相互作用。本文基于青藏高原东部红原站（海拔3494 m）风廓线雷达观测数据， 分析了距地表6 km范围内风场的时空变化特征。结果表明， 红原地区低空表现出独特的变化。该地区对流层中下层风场存在明显的风向转换层。转换层以上为西风， 转换层以下以西南风和偏北风为主， 其中午后到夜间主要为偏北风、 其他时间为西南风， 风速垂直混合较为均匀。风向转换层在夏季最厚， 冬季最薄， 这与大尺度西风环流与局地对流活动的季节变化有关。红原上空6 km范围内风速表现出明显的日变化， 风速日较差冬季最大、 夏季最小； 距地约1800 m处在05:00 -09:00（北京时）稳定存在水平风速极大值层。低空存在多风速急流结构， 74. 33%发生在1 km以下， 6月发生频次最高、 2月平均强度最大， 以西南风低空急流为主， 其次是偏北风低空急流， 而其更容易引起降水。本文研究结果增进了对青藏高原东部对流低层大气变化的认识。
利用凉山地区2010 -2023年闪电定位系统数据， 采用K-Means聚类对雷电活动进行分区， 运用双正态混合及IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）累积概率模型统计分析， 系统研究了地闪回击的频次密度与雷电流幅值的时空分布、 统计特性及概率模型。结果表明： （1）凉山地区雷电活动呈现显著的频次强度空间负相关特征。雷电高频区集中于该地区中部， 而强雷电事件则主要分布于西部的高海拔强闪区； （2）频次与强度在时间分布上存在非同步性。频次高峰出现在夏季午后， 与热对流活动一致而强度最高的正回击则集中于2 -3月的上午［09:00（北京时， 下同） -11:00］； （3）雷电流幅值的对数概率密度普遍呈双峰结构， 双正态混合模型拟合效果显著优于单正态模型， 表明区域内雷电活动可能受到不同物理过程的共同影响； （4）IEEE累积概率模型比电力部门行业标准（DL/T620-1997）能更准确地描述本地雷电流幅值分布。本研究为各分区提供了一套精细化的IEEE模型参数， 为实现区域化、 差异化的精准防雷设计提供了直接的科学依据。
青藏高原湖泊众多， 大部分湖泊季节性冻结， 观测表明多个湖泊湖水温度在冰封期出现升温现象， 但是目前同大气模式耦合且广泛应用的CLM4-LISSS（Community Land Surface Model Version 4-Lake， Ice， Snow and Sediment Simulator）湖泊模式对这种冰下水温上升现象的模拟存在较大偏差， 这将阻碍湖-气相互作用及其区域气候和生态效应影响的研究。因此， 本文从辐射传输、 对流混合、 湖冰表面反照率和水/冰消光系数4个方面改进了CLM4-LISSS模式， 利用鄂陵湖原位观测的气象和湖泊热力状况等数据对其进行了评估， 并揭示了改进的参数化方案对模拟的湖水温度的影响。结果表明： CLM4-LISSS模式模拟冰封期鄂陵湖湖水温度时存在较大误差， 主要是因为原模式冰封期的短波辐射为全被顶层湖冰吸收， 其他层输入为0； 冰封期出现密度不稳定时湖冰层参与垂向对流混合； 高估冰封期湖冰表面反照率； 高估水的消光系数且未考虑冰的消光系数。基于上述不足， 本文修正了冰封期短波辐射分配方式， 允许部分短波辐射进入冰下水体； 引入nswater参数， 让含有湖冰的湖层不参与垂向对流混合过程； 将冰封期的湖冰表面反照率从0. 6更改为接近观测值的0. 3； 将水的消光系数从0. 29 m-1修改为0. 15 m-1， 并加入冰的消光系数2. 0 m-1。参数化方案改进有效地改善了模式对冰封期湖水升温现象模拟及夏季湖水热力分层时对深层湖水温度的模拟。冰封期2 m湖水温度的均方根误差（RMSE）从3. 20 ℃下降至1. 30 ℃， 偏差（BIAS）从-2. 82 ℃上升至-0. 36 ℃； 13 m湖水温度的RMSE从2. 52 ℃下降至0. 60 ℃， BIAS从-2. 52 ℃上升至-0. 12 ℃。夏季湖水热力分层时13 m湖水温度的RMSE从4. 28 ℃下降至0. 95 ℃， BIAS从-3. 80 ℃上升至-0. 31 ℃。
针对黄河源区高原地形下降水观测数据稀缺、 降水产品泛用性差的问题， 本研究构建了基于风云四号A星数据与极度梯度提升机器学习算法的降水反演模型， 以多通道亮温数据构造多个云物理特征变量， 并采用贝叶斯优化算法实现超参数优化， 分别使用格点与站点降水数据， 训练降水反演分类与回归双模型， 并利用个例验证反演模型在黄河源区的适用性。结果表明： （1）分类模型对于训练集样本均有100%的精确率， 测试及样本的准确率均在80%以上； （2） 回归模型的格点数据训练集样本决定系数高达0.985， 而站点数据训练集样本决定系数仅0.452， 同时对降水量级小（<10.0 mm·h-1）的样本误差更小； （3） 个例验证显示模型可准确捕捉降水空间分布， 但较强的降水中心（>10.0 mm·h-1）存在系统性低估。未来研究可将此模型与数值预报模式耦合以考虑降水的云微物理过程， 或结合其他卫星的微波波段数据构建多尺度的反演模型， 服务于区域降水估算。
人为热作为地表能量收支平衡的一部分， 深刻影响着城市区域气候和生态环境， 选择一种适用性强的人为热估算方法， 以便与数值模式耦合并提高城市环境模拟精度。本研究基于遥感地表能量平衡方法， 利用MODIS（MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer）遥感数据和地面气象站观测资料， 结合精细化局地气候分区LCZ（Local Climate Zone）， 对2018年10月晴空条件下的北京市人为热进行了定量估算， 并实现了与WRF模式城市冠层模型耦合。结果表明， 控制实验和敏感实验均可以较好地呈现出近地面气温单峰型的日变化演变特征， 夜间时段气温普遍存在模拟值高估的现象， 白天时段模拟值通常低于观测值。对比3组不同的敏感性试验： NO_AH（无人为热）、 DEF_AH（默认人为热参数）、 CAL_AH（基于遥感估算结果更新的人为热参数）， 在日最高温时段和日间12:00（地方时， 下同） -14:00， CAL_AH试验中各站点平均气温的模拟效果相较另外2组有所提升， 气温低估现象得到缓解， 日最高气温的均方根误差RMSE由1. 72 ℃减小至1. 37 ℃， 平均偏差BIAS由-1. 28 ℃减小为-0. 69 ℃， 且城市建成区的站点模拟偏差大幅减小， 改进效果大于郊区站点， 但夜间整体变差。对于不同城市建筑类型， 日间温度分布较为集中且差异较小， 其中， 紧密型与开放型中高层建筑（LCZ1~2、 LCZ4~5）是引入人为感热后导致城市区域高温特征的重要类型。从空间分布差异来看， CAL_AH试验在日间12:00 -14:00模拟出更强的城市热岛效应， 城市平均增温1. 08 ℃， 郊区增温0. 28 ℃。本研究为城市人为热的精细化表征及其在数值模式中的应用提供依据， 对于提升城市热环境模拟能力和高温风险评估具有重要意义。
以黄河源区为研究对象， 利用陆面能量平衡系统模型结合风云四号静止气象卫星资料和气象数据， 估算出2023年4 -10月生长季无云或少云晴空日的净辐射通量、 土壤热通量、 感热通量等， 进而由能量平衡方程估算潜热通量， 并获取日蒸散发。结果表明： 源区能量通量的逐小时变化呈较明显的单峰型， 先升后降， 在正午前后各通量分量升至高峰， 感热、 潜热、 净辐射分别超200.0， 300.0， 1000.0 W·m-2。源区能量通量空间分布存在经向区域差异， 其中， 西、 中部的净辐射与感热显然高于东部， 而潜热则相反， 在东部较高。源区蒸散发量红原站>达日站>清水河站， 其空间变化呈西北向东南递增趋势； 同时源区蒸散发夏季>春季>秋季， 存在显著的季节差异， 生长季全域平均日蒸散发约3.0 mm， 源区4、 5、 9月份极大部分地区的日蒸散发在1.0~3.0 mm， 6 -8月研究区大多数地方日蒸散发都超过4.0 mm， 10月源区的日蒸散发均值低于1.0 mm。对比验证表明陆面能量平衡系统模型估算黄河源区蒸散量的结果是合理的。由高时间分辨率风云卫星资料获取可视化的蒸散量空间分布， 可得到源区水分消耗的空间分布， 为合理利用管理水资源提供参考依据。
土壤蒸发是区域水循环和地表能量交换的关键过程， 其准确模拟对干旱区水热过程研究具有重要意义。然而， 现有模型在干旱区的适用性仍缺乏多源观测约束下的系统验证。基于此， 本研究在内蒙古阿拉善荒漠区集成蒸渗仪、 涡动协方差、 土壤水热观测与气象数据， 对HYDRUS-1D模型在干旱区土壤蒸发模拟中的适用性进行评估。结果表明， 在本研究采用的无植被配置下， 模型能较好模拟裸土蒸发总量及其日尺度动态变化， 蒸发过程与蒸渗仪实测值高度一致（R²=0. 99）， 逐日累计蒸发量误差较小（PBIAS=-8. 45%）。模型对浅层土壤（0~20 cm）水热动态的再现较好， 但在中深层土壤（20~100 cm）中出现明显偏差， 表现为降雨后含水率响应提前、 峰值偏高且回落更快， 以及温度模拟值系统性偏高。与涡动协方差观测相比， 模型对潜热通量的模拟偏低， 而对显热和土壤热通量的模拟偏差相对较小。这些偏差主要反映了当前无植被配置未显式考虑植被根系吸水与蒸腾过程的影响。HYDRUS-1D 在当前配置下适用于裸土蒸发及表层水热交换过程模拟， 但难以完整表征实际植被条件下的中深层水热过程和潜热耗散。后续应在 HYDRUS-1D 框架下进一步耦合根系吸水与植被蒸腾过程， 提高对干旱区长期水分运移过程的模拟能力。
为了探究土壤温度和土壤含水量， 特别是土壤温度变化对土壤导热率的具体影响及影响程度， 为解决黄土高原水土流失和生态环境恶化的问题， 我国于1999年启动退耕还林（草）工程， 该工程显著提升了区域植被覆盖度， 本文利用中国科学院平凉陆面过程与灾害天气观测研究站2017年12月至2021年7月草地和森林下垫面的观测数据， 对比分析了2种下垫面土壤导热率与土壤含水量、 土壤温度的关系， 并通过偏相关分析量化了土壤含水量与温度对导热率的影响。结果表明： （1）草地进入冻结阶段的时间早于森林1~7天， 进入融化阶段则晚于森林1~6天， 且其冻结和融化阶段持续时间比森林长1~4天。（2）草地与森林下垫面土壤导热率与土壤含水量、 土壤温度均呈夏季高、 冬季低的周期性特征， 且导热率与含水量变化高度同步。5 cm深度草地的年均含水量比森林高约0.12 m³·m⁻³， 年均温度高约1.3 ℃， 且变化幅度都大于森林。（3）5 cm处森林土壤温度峰值比草地滞后约2 h， 草地的导热率、 含水量、 温度日内变幅均大于森林。（4）在土壤含水量小于等于0.12 m³·m⁻³的条件下， 温度与导热率呈显著弱相关（r=0.169）， 表明水热模型在干旱区应用时需同时考虑含水量与温度对导热率的影响。
由气候干湿变化所引发的水资源问题是影响人民生存、 生态安全和可持续发展的核心问题。近年来陕西地区气温和降水发生了显著变化， 准确识别水文气候条件的变化并了解其驱动机制， 对水资源管理具有重要意义。本文从水循环过程出发， 使用降水蒸散差综合分析了陕西地区气候干湿变化特征， 并总结了导致年代际干湿变化的物理机制。结果表明， 夏季陕西地区在1981 -2022年存在着气候变干趋势， 中南部的气候变干较为突出， 进一步分析发现陕西夏季气候干湿特征在1996年前后经历了由湿到干的明显转变。分析气候因子对突变前后陕西夏季蒸散发的贡献发现， 水汽压差增大对夏季蒸散发增强的贡献最大达53. 0%， 净辐射和气温增加对蒸散发增强的贡献占28. 3%和18. 5%。各气候因子变化均使得陕西北部夏季蒸散发减弱， 中南部夏季蒸散发加强。但由于降水下降的幅度较蒸散发下降幅度更大， 从而造成了降水蒸散差在陕西各地呈下降趋势并导致夏季气候变干。水汽输送与陕西夏季气候干湿变化关系密切， 1997 -2022年夏季陕西及其周边地区受反气旋式偏差环流影响， 水汽以辐散为主， 水汽净收入明显减少。北大西洋西北部年代际海温异常对夏季陕西地区气候干湿变化有重要影响。当北大西洋西北部年代际海温偏暖时， 会激发横跨欧亚大陆的大气波列并向下游传播， 使陕西及周边地区出现位势高度正异常和反气旋式偏差环流， 进而导致陕西夏季水汽辐散和气候趋于变干。
基于多尺度诊断分析， 揭示了秦岭北麓一次无低空急流背景下暴雨过程中地形-锋面-中尺度对流涡旋（MCV）的耦合作用机制。研究表明： 降水凝结潜热加热形成暖湿空气盖， 覆盖于冷锋后秦岭阻挡形成的近地面冷垫之上， 在地形抬升、 锋面强迫抬升与中层MCV旋转抬升共同作用下触发深对流； 700 hPa中尺度对流涡旋的抬升运动与湿位涡（MPV）建立正反馈， 促使强上升运动发展并形成暴雨区垂直次级环流的上升支。低层至高层显著的MPV梯度及负中心相对正中心向东倾斜的结构， 是暴雨发生发展与暴雨中心东移的预报指标。秦岭北麓山前80 km范围内低层925 hPa以下的地形辐合线与中层700~500 hPa涡旋的形成和移向移速， 是此类天气日常预报需特别关注的预报因子。
本研究通过搭建铂电阻温度传感器（PT100）与光纤光栅温度传感器（OS）构建云室分布式温度监测系统， 实现温度监测的空间优化配置。针对稳定环境条件与动态气体膨胀过程的系列组合实验， 系统研究了云室密闭空间内气体温度分布的时空演变规律及壁温对气温的影响。研究结果表明： （1）在环境稳定的条件下， 云室内气温主要通过内壁热传导方式发生变化。静态稳定条件， 120 min内气温的垂直差异≤0. 1 ℃， 水平差异≤0. 05 ℃； 在0~-40 ℃的匀速降温过程中， 受最初壁温不均匀性影响， 云室内上、 下气温初始偏差超过4 ℃， 随后逐步减小至2 ℃以下； 27~-20 ℃的极速降温过程总耗时约78 min， 全程平均降温速率为0. 60 ℃·min-1， 整体表现为先快后慢。（2）在环境变化即云室内气体动态膨胀条件下， 水平温差最大值2 ℃， 而垂直向温度分布呈显著的梯度特征， 表现为随罐体内高度升高呈系统性递增趋势： 云室上部略高， 越接近下部越低。这一结论揭示了不同热力条件下气体温度分布的动态响应特性及其与气体自身膨胀的关系， 为实验对象热力学参数的精确表征提供了多维度实测依据。（3）膨胀过程中由于受不再控温、 保持温度恒定的云室壁加热作用影响， 导致气体膨胀制冷速率远小于理论计算的绝热制冷率。云室壁对气体的加热时间常数即气体经历动态变化后恢复至稳定状态的弛豫时间约为500 s， 该参数表征了膨胀过程结束后云室壁对内部气体的再加热效率， 直接影响膨胀成云效果和云雾的维持时间。
为了进一步认识江淮东部梅雨期极端小时降水事件的微观特征及其与普通降水的差异， 改进极端降水的定量估测， 本文利用2017 -2024年泰州国家气象观测站的逐小时降水量观测资料和雨滴谱观测资料， 以气候观测资料（1991 -2020年）第98百分位数为梅雨期小时降水量阈值， 对江淮东部极端小时降水雨滴谱特征进行统计分析， 并与普通降水进行对比。结果表明： （1）极端小时降水主要由对流云或混合云产生， 降水量不是由分钟雨强的出现频率直接决定， 而是由强度与频率共同作用的结果； 其分钟雨强（R）、 雨水含量（W）和总雨滴数浓度（NT ）平均值均明显高于普通降水， 其中大雨滴（D>2. 5 mm）的贡献率偏大， 小雨滴（D<1 mm）则相反。（2）极端小时降水雨滴谱雨滴数浓度在平均谱和集中谱上偏高， 最大谱则与普通降水基本重叠。Γ分布对其平均谱、 集中谱和最大谱拟合效果均较好， 拟合函数的3个参数［截距参数（lgN 0）、 形状因子（μ）和斜率参数（Λ）］平均值均明显偏小， 谱型更加稳定； 其中最大谱接近M-P分布， 该分布对雨滴谱极端状态的描述具有较好的普适性。（3）极端小时降水质量平均直径（Dm ）和标准化参数（lgNW ）的平均值偏大， 接近“海洋性”对流降水， 以暖雨过程为主导。极端小时降水的Dm 、 lgNT 和lgNW 与R的正相关性更好， 雨滴谱向平衡态调速更快， 其中雨滴尺寸随雨强的变化响应较雨滴数浓度更为明显。（4）普通降水的Z-R关系与业务雷达标准关系相近， 差异主要出现在极端小时降水时段， 极端小时降水的拟合关系为Z=178. 8R 1. 53， 同样的反射率因子（Z）， 雷达容易对R估计偏低， 需对此提高警惕。
利用2021年2月28日机载探测资料， 结合MODIS卫星资料、 地面雷达资料和NCEP FNL再分析资料， 分析了河北省中南部飞机积冰的云微物理特征。结果表明： 此次积冰天气是受到低槽冷锋、 低空急流、 地面倒槽共同影响的结果。垂直探测结果显示云系整体为3层结构特征， 低层为冷暖混合云， 且过冷水含量较高， 中高层为冷云。5900~6100 m出现的逆温层促进了过冷水积聚， 其底部过冷水出现极大值（0. 18 g·m-3）， 同时逆温层显著抑制垂直对流混合， 形成典型的“水多冰少”的微物理环境， 飞机在此经历最严重的积冰。利用MODIS反演的云顶温度、 云光学厚度、 云有效粒子半径以及液态水路径， 通过积冰概率算法得出的积冰概率分布与飞机实际观测结果高度吻合。研究结果揭示了逆温层热力结构对过冷水分布的关键调控作用， 为华北地区飞机积冰预警提供了参考依据。
重庆市中心城区位于两山之间的峡谷地带， 地形复杂， 不利于大气污染物的扩散， 因此降雨对大气污染物的清除作用尤为关键。基于2016 -2021年重庆中心城区的降雨量、 雨滴谱和大气污染物质量浓度的观测资料， 系统分析了降雨过程及雨滴谱特征参数对大气污染物清除率的影响。结果表明： 降雨对大气污染物都具有明显的清除效果， 但O3的清除率受辐射影响显著， 其清除机制与其他污染物存在明显差异。6种大气污染物的清除率从高到低的顺序依次为PM10、 PM2. 5、 SO2、 NO x 、 O3、 CO， 其中CO因难溶于水， 清除率最低。除O3外， 其余大气污染物的清除率随着降雨强度、 持续时间和累积雨量的增加而提升。雨滴谱特征参数中， 加权平均直径Dm 和平均数浓度Nt 对气溶胶粒子（PM2. 5、 PM10）的清除效果显著优于气态污染物（SO2、 NO x 、 CO、 O3）。在汛期， 当Dm >0. 5 mm或Nt >1250 个·m-3时， 对气溶胶粒子的清除效果更为显著。此外， 雨滴谱形状参数μ和斜率参数λ在汛期对气溶胶粒子的高清除率主要集中在中低μ值（μ≤8. 0）和低λ值（λ≤7. 6 mm-1）区间。
在气候暖湿化进程中， 中国西北干旱半干旱区极端降水频发， 生态环境的脆弱使得该地区极端降水极易诱发次生灾害。本文利用逐日降水和大气再分析资料， 针对1980 -2022年夏季（6 -8月）西北干旱半干旱区的极端降水事件， 基于K-means聚类方法划分出发生在黄土高原中东部、 伊犁河谷盆地、 祁连山脉3类极端降水， 并就其频次变化、 大尺度环流型及水汽输送进行了分析。结果表明： （1）1980 -2022年， 西北干旱半干旱区夏季极端降水频次呈增长趋势。21世纪以来， 极端降水频次呈减少趋势， 但年际变率增强， 发生在黄土高原中东部（伊犁河谷盆地）的极端降水， 平均强度最大（小）， 累计日数最少（多）。（2）3类极端降水对应的大尺度环流型在东亚大陆上空呈现“西低东高”的配置， 但强度、 位置差异明显。此外， 西太平洋副热带高压反气旋异常、 经西南季风和高原东侧偏南风与中纬度的水汽输送是影响3类极端降水的重要水汽来源。（3）21世纪以来， 西北干旱半干旱区东部极端降水频次增加， 而西部极端降水频次显著减少。此外， 伊犁河谷盆地与黄土高原中东部极端降水频次变化受夏季中纬度准定常Rossby波活动影响显著， 而祁连山脉极端降水频次变化受夏季青藏高原上空异常低压影响显著。上述结果为深入理解西北干旱半干旱区极端降水的时空演变、 提高夏季极端降水预测准确率及防灾减灾提供了一定的理论基础和应用价值。
全球变暖背景下， 干旱已成为影响全球陆表生态系统安全的重要灾害事件， 并且具有明显的区域差异性。基于反应植被生理状态的日光诱导叶绿素荧光（Sun-induced Chlorophyll Fluorescence， SIF）可以更早地对干旱做出响应， 但现有的SIF产品空间分辨率较粗， 无法应用于区域尺度精细化干旱监测。本文结合GOSIF和MODIS等多源遥感数据及气象观测资料， 选择植被指数（NDVI和EVI）、 反射率波段（RED和NIR）和地形因子作为自变量， 利用自适应遗传算法优化SVR、 RF、 CNN等模型参数， 结合贝叶斯模型平均法（Bayesian Model Averaging， BMA）对各模型结果进行加权平均构建降尺度模型， 以获得高精度SIF产品并开展干旱监测研究。结果表明： 自适应遗传算法优化后的SVR、 RF、 CNN等单一模型相比， BMA降尺度模型训练集和测试集精度均表现较优。BMA的R 2值为0. 785， RMSE值为0. 0453， Bias值为0. 009； SVR的R 2值为0. 62， RMSE值为0. 0603， Bias值为0. 0095。利用BMA模型降尺度后的SIF产品， 可精准捕捉干旱等级特征， 与帕默尔干旱指数（Palmer Drought Severity Index， PDSI）相关性及一致性最优， Pearson相关系数达到0. 7408、 一致性指数为0. 8069。在2022年6月的干旱事件中， BMA降尺度SIF数据可识别局地精细化干旱及县域干旱核心区， 有效解决省级以下区域干旱监测精度不足问题， 为区域精准干旱监测与防灾减灾提供支撑。研究结果表明BMA在数据降尺度的优缺点为未来选用统计降尺度方法生成高分辨率区域尺度遥感数据提供了技术参考和支持。
基于川渝地区44个气象站点1970 -2024年的逐日降水数据和ERA5再分析资料， 首先通过挑选历史典型旱涝急转事件， 对计算的日尺度旱涝急转指数（Dry-Wet Abrupt Alternation Index， DWAAI）进行适用性评估与验证， 分析1970 -2024年川渝地区汛期5 -9月旱涝急转事件的时空变化特征， 在此基础上针对发生在2020年的一次典型重度旱涝急转事件的大气环流特征进行分析。结果表明， 日尺度DWAAI对于川渝地区旱涝急转事件具有较好的监测准确性和合理性， 旱涝急转事件年内月际分布特征差异显著， 呈单峰型分布， 7月为峰值期。就年际变化而言， 站次比整体无显著趋势， 但强度呈微弱的上升趋势。其中旱涝急转事件以轻度等级为主， 且旱转涝事件累计频次多于涝转旱事件。川渝地区汛期的旱涝急转事件在空间分布上基本都呈现出在四川盆地和重庆地区最多， 川西高原最少的特点， 且地区之间差异较大。重度旱转涝事件的高发区位于四川盆地从北向南的巴中到叙永一带， 以及重庆万州和四川温江一带， 重度涝转旱事件在川西高原大部分站点并无发生， 万源和温江周围地区则为高发区。研究结果可为监测和预测川渝地区的极端天气和气候变化， 减少灾害损失， 以及减灾措施制定等提供重要的数据支撑和科学依据。
针对2023年7月28日至8月1日华北地区的一次极端降水事件（以下简称“23.7”极端降水）， 旨在评估WRF模式中多种参数化方案对该事件的模拟效果， 筛选出最优方案组合， 并诊断其模拟偏差的物理本质。本研究采用WRF-ARW V4.5.1模式， 设计了包含6种微物理方案和4种积云对流方案的24组敏感性试验， 并通过风险评分（以下简称TS评分）、 分数技巧评分（以下简称FSS评分）等多种时空检验指标对各组降水模拟结果进行了系统性评估。结果表明： （1）动力降尺度模拟能够再现本次极端降水事件的雨带走向及落区， 并随着模式分辨率的提升， 动力降尺度模拟的准确性也得到了改善。（2）在所有方案组合中， WSM6微物理方案与KF积云对流方案的组合（WSM6-KF）对本次过程的降水落区、 强度和演变趋势的综合模拟技巧最高， 尤其对暴雨及以上量级的降水表现突出。深入诊断发现， 该组合的优势在于能更准确地再现与强降水中心对应的深厚霰粒子分布及强烈的上升运动， 从而抓住了此次极端降水的关键微物理和动力特征。（3）尽管最优方案（WSM6-KF）表现出色， 但其模拟仍存在系统性偏差。与ERA5再分析资料对比可见， 该方案对降水后期太行山地形强迫抬升区域的水汽输送路径和湿层厚度模拟不足， 这直接导致了降水极值偏低和部分落区的西移。本研究为未来该区域极端降水的业务预报及模式改进提供了一定参考。
在极端天气频发、 地质灾害和中小河流洪水等次生灾害影响日趋严重的背景下， 提升中小流域洪水气象风险预报预警能力具有重要意义。本研究以黄河中游伊洛河流域为研究对象， 基于地理信息、 气象和水文观测等多源数据， 结合精细至4~5级的高精度真实河网遥感信息数字水系成果， 将伊洛河流域精细划分为19个子流域； 通过本地化的SWAT分布式水文模型， 重建了过去44年伊洛河关键水文断面及黑石关、 白马寺和龙门镇3个主要控制站逐日径流序列， 用以洪水等级划分； 以警戒洪水为例， 采用相关分析、 P-III型频率曲线及二次函数拟合等统计方法， 建立了上述3个水文站及其对应断面的过程最大累计面雨量与最大径流涨幅之间的关系曲线， 确定了不同等级洪水对应的面雨量临界阈值； 在此基础上， 采用面雨量致洪阈值移植方案建立伊洛河19个子流域的不同等级致洪临界面雨量阈值， 形成了一套针对该研究区域中小河流域的分级致洪临界面雨量阈值指标体系。2024年汛期， 本研究成果在伊洛河流域进行了应用验证， 结果显示基于研究阈值的洪水命中率整体为55. 6%， 其中单日强降水事件预警命中率为100%， 而针对持续性降水过程使用48 h累计面雨量预警时， 命中率达88. 9%。本研究为水文资料不足或无资料地区的中小河流域提供了有效的洪水防御和预报预警策略， 为其防灾减灾工作提供了重要的参考依据和技术支持。
冰雹是河北省主要的灾害性天气， 其突发性强， 可在短时间内造成重大的经济损失。本研究基于2019 -2023年河北省地基雷达观测数据， 提取了逐6 min三维反射率因子信息， 计算了最大预期冰雹尺寸（Maximum Expected Size of Hail， MESH）、 冰雹概率（Probability of Hail， POH）、 强冰雹概率（Probability of Severe Hail， POSH）、 垂直液态水含量（Vertical Integrated Liquid， VIL）和垂直液态水含量密度（Vertical Integrated Liquid Density， VILD）关键识别参数。基于河北省国家站冰雹观测和雷达资料， 共筛选出245个有效冰雹事件和1373个非冰雹事件作为分析样本。评估了5种常用冰雹识别参数的性能表现。通过核密度估计分析发现， MESH、 VIL、 VILD和POSH在冰雹与非冰雹事件之间表现出显著的分布差异。基于混淆矩阵的技能评分评估进一步表明， 在单一参数中， POSH冰雹识别能力最强， 主要因为其综合考虑了0 ℃层和-20 ℃层高度信息， 有效滤除了低反射率因子的干扰。而多参数组合则表现出更高的稳定性， 因其能够更好地反映复杂的气象条件和冰雹生成的多样性， 可有效降低误报风险。由POSH>10%、 VIL>14 kg·m⁻²和VILD>1.2 g·m⁻³构成的三参数组合表现最优， 其临界成功指数（Critical Success Index， CSI）较单一参数可提高约3%， 且峰值CSI对应更高的准确率。然而， 由于冰雹下落过程中的水平平流效应、 冰雹尺寸分布的变异性、 复杂的散射和衰减现象， 以及混合水凝物类型的影响， 组合参数的冰雹尺寸估计精度存在局限性。本研究提出了一种距离平均的冰雹尺寸改进算法MESHra（range average）， 通过对格点9 km距离内各高度层大于40 dBZ的回波强度进行平均后重新计算MESH， 该方法能有效提高冰雹尺寸观测与预估之间的相关性。利用多参数组合识别法对河北省2025年两次冰雹过程（6月9日和6月18日）进行了检验， 识别出全部8个冰雹个例， 可提前6~60 min识别出冰雹。改进的MESHra预估的直径10 mm以下的小冰雹误差小， 而传统MESH预估的直径在18 mm以上的大冰雹误差小。2019 -2023年河北省85%冰雹直径在10 mm以下， 因此MESHra冰雹预估比较适合河北省业务冰雹预估， 但在大冰雹的环境条件下， 适合用MESH预估冰雹尺寸。
基于2010 -2024年河南冷季高架对流个例统计， 利用常规观测资料、 ERA5再分析资料等对时空分布特征、 环流形势及形成机制等进行研究。结果表明： （1）河南典型冷季高架对流配置表现为500 hPa显著低槽， 700 hPa强烈西南暖湿急流和850 hPa以下东北风形成深厚冷垫。显著冷垫和明显锋面逆温是主要探空特征， 冷垫厚度超过150 hPa， 逆温层顶高达850~700 hPa， 半数以上逆温层温差超过4 ℃。逆温层之上最不稳定能量和700 hPa与500 hPa温差热力不稳定性表征最好。（2）700 hPa上水汽输送及其高比湿为冷季高架对流提供了充分的水汽供应， 800 hPa以上存在强上升气流， 中心高度位于500~400 hPa； 逆温层底部偏北风与逆温层顶之上的西南急流形成强烈的深层垂直风切变和强斜压性， 垂直风切变多数达到20 m·s-1以上， 有利于冷季对流维持和发展。（3）典型冷季高架对流依据不稳定机制可分为4种类型： 条件不稳定型占比最高， 以深厚垂直对流为主导， 上升运动强度最强， 对流伸展高度显著超过-20 ℃层， 易触发雷暴、 冰雹天气； 共存型具有条件不稳定与条件对称不稳定混合机制， 上升运动范围最广、 强度中等， 产生雷暴、 冰雹、 雨雪冰冻等多相态混合灾害； 条件对称不稳定型与锋生环流型分别对应窄状的倾斜对流和多上升运动中心的宽广环流结构， 两者对流发展高度低、 强度较弱， 均利于雷暴和对流性强雨雪。
