论文

• 青藏高原西部狮泉河陆面过程参数和土壤热属性参数研究
• 赵兴炳;刘长炜;童兵;李煜斌;王琳琳;马耀明;高志球
• 2021 Vol. 40 (4): 711-723.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2021.00017
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• 青藏高原陆面过程对中国的天气和气候具有重要影响。高原西部因自然环境恶劣、 近地层观测实验缺乏而难以精确确定陆面过程参数和土壤热属性等参数， 陆面过程模型通常只能采用模型默认参数， 给该地区陆面过程模拟结果带来了不确定性， 也降低耦合了陆面过程模型的天气气候模式性能。本文利用2015年6月至2017年1月期间青藏高原西部狮泉河站的陆面过程观测资料， 分析了该地区常规气象特征， 估算了空气动力粗糙度、 热力粗糙度、 地表反照率、 土壤热容量、 土壤热传导率、 土壤热扩散率和土壤水通量密度等重要参数。结果表明， 狮泉河区域近地层以偏西风为主； 气温、 太阳辐射、 比湿等的季节变化比较显著； 干湿季分明， 降水主要集中在6—9月。地表反照率受土壤湿度影响， 存在微小的季节变化， 平均为0.20， 与沙漠和戈壁相当。空气动力粗糙度和零平面位移受各方位地物分布影响而存在差异， 平均分别为5.58×10^-2 m和0.44 m。不同热力粗糙度计算方案在该地区的性能存在较大差异； 热传输附加阻尼及热力粗糙度受大气边界层层结状况影响， 狮泉河大气边界层层结以不稳定为主， 不稳定层结下热传输附加阻尼kB^-1和热力粗糙度平均值分别为11.37和6.44×10^-7 m。土壤热容量、 热传导率、 热扩散率和水通量密度年平均分别为0.95×10⁶ J·m^-3·K^-1、 0.24 W·m^-1·K^-1、 2.73×10^-7 m²·s^-1和0.12×10^-5 m·s^-1， 与塔克拉玛干沙漠和敦煌戈壁的观测结果比较一致。

• 青藏高原地气系统气象科学数据集成和共享
• 熊安元;冯爱霞;高梅;高峰;张志强;何文春;马伟强;孙方林;张文华;刘娜;赵煜飞;刘媛媛;陈东辉;杨和平;杨笛
• 2021 Vol. 40 (4): 724-736.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00079
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• 观测资料匮乏是制约青藏高原地球科学问题深入研究的关键因素。中国气象局国家气象信息中心联合中国气象科学研究院、 中国科学院青藏高原研究所和西北生态环境资源研究院对近几十年来我国青藏高原区域的地气系统的大气和陆面观测资料及相关分析产品进行了整合集成， 获得了高原区域长年代、 多要素的地气系统综合气象数据， 研发了综合气象数据库及其数据共享平台。本文系统介绍了相关科学数据的观测及数据情况， 包括中国气象局长期业务观测数据、 历次青藏高原大气科学试验数据、 中国科学院部分野外台站长期观测试验数据和一些科学研究项目的产出数据成果， 描述了多种数据的标准化集成技术和成果， 设计并发布了青藏高原地气系统多源信息共享平台， 为研究和解决青藏高原地球科学问题提供宝贵的数据资源。

• 基于年际增量法的青藏高原南部汛期降水预测研究
• 邓少格;胡轶佳;吕廷珍;闫微
• 2021 Vol. 40 (4): 737-746.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00047
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• 针对青藏高原南部汛期降水预测研究少和预测难度大的问题， 通过分析1981 -2010年青藏高原南部汛期降水与国家气候中心发布的88项大气环流指数、 26项海温指数和16项其他指数年际增量的相关性， 采用逐步回归法筛选出与降水相关的最优预测因子组合， 在此基础上建立了高原南部汛期降水年际增量与预测因子的物理统计预测模型， 并对2011 -2019年的汛期降水进行了独立样本回报检验。结果表明， 该模型的预测准确率很高， 降水年际增量和距平同号率均达到7/9， 距平百分率均方根误差为13%， 降水相对误差在±15%以内的年份占比高达8/9。可见， 该模型能够提高高原南部汛期降水预测能力。最后， 利用NCEP/NCAR再分析月平均资料和NOAA海表温度月平均资料研究了预测因子影响高原南部汛期降水的物理机制。

• 气温变化对中国夏季云水量的影响
• 刘菊菊;李天江;卫玮
• 2021 Vol. 40 (4): 747-759.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00044
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• 利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的1979 -2016年ERA-Interim再分析资料分析了中国4个地区夏季大气水循环变量和气温时空特征， 并通过相关分析、 SVD方法及环流场合成分析进一步揭示了气温变化对云水含量的影响。结果表明： 中国夏季云水含量空间分布从东南向西北减少。高原区云水含量与气温正相关， 其他地区为显著负相关。西北地区升温使西风带水汽输送减弱和蒙古东部异常反气旋环流维持， 北方地区升温使东北至蒙古异常反气旋和东南沿海异常气旋维持， 西北太平洋副热带高压（副高）东撤， 二者均使200 hPa西风急流减弱， 水汽输送和上升运动减弱， 云水含量减少。南方地区升温使黄海异常反气旋和南海异常气旋维持， 副高东撤， 200 hPa西风急流偏北， 不利于水汽输送和上升运动， 云水含量减少。高原地区升温使西风带南支和高原西部异常气旋加强， 副高西伸北抬， 高原北侧西风急流和南亚高压增强， 促进水汽输送和低层辐合上升， 使云液水含量增加。

• 1961 -2019年中国西南地区夏季长周期旱涝急转与大气环流特征
• 王映思;肖天贵;董雪峰
• 2021 Vol. 40 (4): 760-772.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00067
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• 利用西南121站1961 -2019年的逐日降水观测资料， 根据降水的REOF正异常区将西南分为西南Ⅰ区、 西南Ⅱ区和西南Ⅲ区共三个区域， 对3个分区的旱涝急转特征进行分析。结果表明： 西南地区夏季旱涝急转存在明显的地域差异和相似性。Ⅰ区强旱涝急转事件较少， 强的旱涝急转事件主要发生在2000年以前； Ⅱ区1961 -1990年旱涝急转指数存在较明显的年代际振荡， 1961 -1970年旱转涝事件偏多， 1971 -1980年涝转旱事件较多， 1980 -1990年旱涝急转强度较小， 1990年后逐渐转为年际振荡； Ⅲ区旱涝急转指数整体偏低， 1975 -2000年间存在较明显的年际振荡， 2010年后旱涝急转事件呈增多增强的趋势。对各区典型旱涝急转年的大气环流特征进一步研究发现， 三个区的旱期， 中高纬度高空西风强， 盛行纬向气流， 中低纬度西太平洋副高偏西偏强， 南海-太平洋和印度洋-孟加拉湾水汽输送弱， 低层盛行下沉气流， 导致降水偏少。三个区的涝期环流形势复杂， 其中Ⅰ区涝期， 中高纬环流呈“-+-”的纬向波列， 乌拉尔山高压脊加深， 西太平洋副高偏东偏北， 孟加拉湾水汽输送增强， 上升运动增强， 降水偏多。Ⅱ区涝期， 中高纬环流呈“-+”的纬向波列， 鄂霍次克海高压脊加强， 西太平洋副高偏东偏北， 南支槽较明显， 太平洋和印度洋水汽输送增强， 降水偏多。Ⅲ区涝期， 中高纬环流呈“+-+-”的纬向波列， 乌拉尔山高压脊与贝加尔湖低压槽增强， 西太平洋副高偏东偏北， 孟加拉湾-印度洋水汽增强， 降水偏多。

• 阵风锋差异及强迫作用对雷暴触发影响的模拟分析
• 胡文东;杨侃;文小航;张莹
• 2021 Vol. 40 (4): 773-788.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00058
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• 为加深了解强对流的机制和特点， 弥补雷达探测能力的不足， 针对一次由3条阵风锋共同触发强对流过程， 利用业务中尺度模式WRF进行了数值模拟， 通过经本地化改进的指数探索触发关键因素， 并与雷达探测资料对比分析。结果表明： （1）本地业务模式对此次过程天气背景与关键系统具有一定的模拟效果， 但把握对流单体的能力十分有限， 需辅以其他参数方可揭示新生雷暴触发机制。（2）本地化改进Micro Burst Index（MBI）与Turbulent Kinetic Energy（TKE）相互印证， 体现了对流与阵风锋的重要特征。MBI高值区的范围、 强度与原生对流特征相符， 外缘与阵风锋位置吻合， 强内核面积与各阵风锋强度一致， 反映出各阵风锋及其触发能力存在差异。（3）3条阵风锋及MBI强度、 850 hPa风场和下垫面特征的不同， 决定了阵风锋各个交汇点是否触发新生对流， 以及新生对流的强度与传播方式的不同。（4） 强迫上升由3部分组成， 其中阵风锋沿地形强迫上升贡献占垂直运动的1.1%， 围拢挤压占40.9%， 阵风锋的直接强迫最强占58.0%。上述共同作用导致强烈的上升运动， 促使地表空气上升到海拔4300 m远超出LFC， 并与局地水汽条件相配合， 是触发异常强烈新生对流的关键。大气低层自东向西传播的重力波也有利于新生对流的触发。（5） MBI计算简单方便， 可揭示模式难以直接反映的重要特征， 经不断完善可望为无缝隙网格预报提供关键线索。

• 西南地区东部区域性暴雨事件的客观识别及其变化特征
• 周杰;赵俊虎;李永华;邹旭恺
• 2021 Vol. 40 (4): 789-800.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00048
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• 利用区域性极端事件客观识别方法（OITREE）和1961 -2018年西南地区东部118站逐日降水资料对该区域近58年的区域性暴雨事件进行了识别， 确定了相应的OITREE方法的参数组， 共识别得出246次区域性暴雨事件， 其中25次达到极端强度， 2004年9月3 -6日发生的区域性暴雨事件是西南地区东部近58年来综合强度最强的一次区域性暴雨事件。进一步分析表明： 西南地区东部区域性暴雨事件的持续时间主要为2天， 最长为5天； 事件的累积强度集中在500~1000 mm之间， 累积面积集中在10×10⁴~20×10⁴ km²。西南地区东部区域性暴雨事件多发于5 -9月， 其中7月最多， 占总发生频次的31.7%。四川东部和重庆西部的平原区是暴雨事件的频发和强度中心地区。近58年西南地区东部持续性区域暴雨事件增多［0.57 次·（10a）^-1］， 持续时间延长［1.2 d·（10a）^-1］， 最大影响范围扩大［5.7×10⁴ km²·（10a）^-1］， 极端强度也增强［73.4 mm·（10a）^-1］。

• 西安连续两天短时暴雨的对流条件及触发机制对比分析
• 赵强;王楠;高星星;陈小婷
• 2021 Vol. 40 (4): 801-814.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00053
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• 2015年8月2 -3日西安地区连续两天出现了短时暴雨天气， 引发山洪和泥石流， 造成铁路中断和人员伤亡。本文利用常规观测资料、 卫星云图及西安站的多普勒雷达资料、 欧洲中期天气预报中心（ECMWF）再分析资料（0.25°×0.25°）， 对两次过程的对流条件和触发机制进行对比分析。结果表明： 两天的对流条件有明显区别， 2日西安为副热带高压（简称副高）控制， 高温高湿， 地面温度达39 ℃， 能量充沛， 对流有效位能（CAPE）值大于2000 J·kg^-1， 地面到850 hPa大气垂直温度递减率接近超绝热状态， 非常利于对流触发； 3日高原槽东移， 西安位于低槽和副高之间冷暖空气交汇区， 地面上陕北有冷锋南压， 近地面层不稳定度降低， 低层冷平流比2日有明显增强， 地面温度降至30 ℃， CAPE值800 J·kg^-1。对比来看， 3日气温、 不稳定能量较2日有显著降低， 但天气尺度系统强迫更强。触发机制分析显示： 2日下午地面辐合线在延安触发对流， 向南移动过程中产生冷池， 出流的阵风锋在西安触发新生对流， 由于西安地区水汽含量大， 能量充足， 对流回波维持时间长， 产生短时暴雨， 1 h降水量高达47.2 mm， 而3日下午的暴雨是由冷锋触发， 强锋生区域与低层冷平流区域对应较好， 位于近地面层到850 hPa， 锋生次级环流诊断发现， 地面到850 hPa由于锋生造成的垂直运动， 使得气块克服对流抑制抬升到自由对流高度， 触发不稳定能量释放， 产生强降水， 冷锋南压过程中由于秦岭的阻挡作用， 在沿山北麓边界层形成急流， 沿着急流强雷暴单体不断生成并在向东移动过程中形成列车效应， 造成山区的大暴雨。

• 弱天气尺度背景下湖南两次暖区暴雨对比分析
• 唐佳;叶成志;唐明晖;许霖;何炜炜;付炜
• 2021 Vol. 40 (4): 815-828.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00062
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• 首先对2008 -2019年4 -9月湖南弱天气尺度背景下暖区暴雨依据500 hPa环流形势分为强西南急流型和副高型， 然后对2018年4月30日（简称“4·30”过程）和2016年7月17日（简称“7·17”过程）两次不同类型暖区暴雨过程进行对比分析。结果表明： （1）两类暖区暴雨具有明显季节差异， 强西南急流型和副高型分别发生在春季和夏季。强西南急流型一天任何时刻均会出现， 夜间降水频次增多。副高型的日变化明显， 降水峰值出现在上午。强西南急流型降水范围广， 多出现在湘南地区， 西南急流北推到长江中下游地区时， 湘北也会出现暴雨。副高型降水分散， 在湘西北、 湘北及湘东南地区均出现强降水， 局地性强， 对流性明显。（2）“4·30”过程暴雨区处于上下一致西南风中， 在切变线南侧辐合上升、 西南急流和地面辐合线共同影响下湘东北出现暴雨， 属于强西南急流型暖区暴雨； 而“7·17”过程， 副高脊线控制湖南， 受中低层弱切变和地面中尺度气旋影响， 湘西北出现暴雨， 属于副高型暖区暴雨。（3）“4·30”过程暴雨区上空垂直螺旋度均为负值， 700 hPa存在负值中心， 意味着700 hPa切变线造成暴雨区强辐合上升， 导致强降水发生； “7·17”过程， 垂直螺旋度呈“上正下负”结构， 900 hPa高度强气旋性旋转辐合最强， 表征近地层中小尺度系统影响造成暴雨。“4·30”过程水汽输送和辐合比“7·17”过程更强。“7·17”过程比“4·30”过程低层热力不稳定能量更大且热力不稳定层结更强。β中尺度辐合线和γ小尺度气旋分别为 “4·30”过程和“7·17”过程的触发机制。

• 基于卫星资料的西北地区高原涡强降水分析
• 魏栋;刘丽伟;田文寿;王瑞;杨晓军;李晨蕊;张君霞
• 2021 Vol. 40 (4): 829-839.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2021.000021
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• GPM（Global Precipitation Measurement）卫星目前被广泛应用于对流系统的研究中，但受限于卫星轨道扫描方式，在中纬度青藏高原东部区域，GPM轨道观测数据捕获完整的强对流系统较为困难。本文利用全球降雨观测GPM卫星资料、 FY-4A卫星资料、 NCEP-FNL和ERA-Interim再分析资料，结合地面观测资料，研究了2018年7月1日发生在高原东坡的一次暴雨强降水系统结构。结果表明： 层云降水和对流性降水组成的混合性降水云团中，对流云样本数只有层云的1/5，但平均降水率是层云的14倍，对总降水的贡献达到75%，对流性降水贡献远高于南方强降水系统；强降水质心离地高度约2 km，具有比我国南方同类强对流系统更明显的低质心特征；对流云内云滴谱较宽，云粒子半径差异较大，2~5 km高度出现明显的粒子累积带，与层云系统具有显著差异。在副高外围西南气流的引导下，来自孟加拉湾的水汽通道打通，甘肃省南部700 hPa比湿可达16 g·kg^-1，大气可降水量普遍达到40 kg·m^-2以上，加之大气不稳定能量较高，高原涡和700 hPa切变线合并触发了此次对流性强降水。受云团前侧高压脊阻挡，暴雨云团从高原东部初生至发展旺盛阶段用时接近4 h，自西向东移动约3个经度，属于准静止型暴雨云团，暴雨云团移速缓慢是导致此次局地极端强降水的重要原因。

• El Niño背景下AO激发Rossby波对云南冬季极端降水的影响
• 郑建萌;姚愚;李蕊;张万诚;马志敏
• 2021 Vol. 40 (4): 840-852.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00069
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• 2019年1月8日云南平均降水达29.8 mm， 为1961年来第三大的冬季极端强降水事件。研究发现， 2018/2019年冬季El Ni?o背景下， 偏暖的南海生成热带低压， 受偏强偏西的西太平洋副高（简称西太副高）外围气流引导西行进入孟加拉湾（简称孟湾）后北上。北极涛动（Arctic Oscillation， AO）激发Rossby波列东传至孟湾形成南支槽， 槽前西南气流与副高外围气流和热带低压汇合， 在缅甸至云南形成强西南急流、 上升运动和水汽辐合， 导致了这次极端降水事件。结果表明： （1）AO正位相时， 斯堪的纳维亚脊前北风偏强偏南到达地中海、 北非后， 激发中低纬地中海-北非槽、 巴基斯坦脊、 孟湾南支槽Rossby波列， 以及中高纬斯堪的纳维亚脊、 乌拉尔山槽、 蒙古脊Rossby波列， 进而形成青藏高原（简称高原）“北脊南槽”形势。（2）低纬波列东传过程中要受到副高的影响， 北非副高和西太副高外围气流有利的位置配置对南支槽有增幅作用， 使AO激发的欧亚低纬波列更显著。（3）El Ni?o有利于阿拉伯海反气旋、 西太副高、 中南半岛偏南气流、 高原绕流及蒙古脊偏强， La Ni?a时情况相反。所以ENSO通过对以上系统的影响进而对AO影响云南降水有调制作用。

• 基于加密观测的一次极端雨雪过程积雪特征分析
• 杨成芳;赵宇
• 2021 Vol. 40 (4): 853-865.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00072
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• 利用降水现象仪、 地面自动站、 人工加密积雪深度逐时观测资料及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料， 对山东2020年1月5 -7日罕见雨雪过程的积雪特征及温度影响机制进行了分析。结果表明： （1）降水量突破同期历史极值导致此次雨雪过程成为极端天气事件， 地面影响系统为江淮气旋， 冷平流较弱， 积雪深度是预报难点。（2）整个过程全省各站的平均降雪含水比为0.46 cm·mm^-1， 低于过去20年间的江淮气旋暴雪过程。（3）积雪深度与高空温度、 相对湿度和垂直速度的配置有关， 在最大上升运动与90%以上相对湿度的叠置层次内， 如果环境温度有利于树枝状冰晶增长则积雪深度和降雪含水比大， 而环境温度适合空心柱状冰晶增长的则积雪深度小； 云下温度高于0 ℃使得积雪深度减小。（4）积雪深度与近地面温度的关系表现为： 气温低于0.5 ℃可形成有量积雪； 0 cm地温对积雪的影响表现在积雪产生之前， 降至0.4 ℃以下可形成有量积雪； 雪面温度在产生积雪前后的2 h内维持在0 ℃左右， 其他时段变化与气温类似。（5）降雪含水比基本上随着气温的升高而减小， 在0.5 cm·mm^-1以上时一般降雪期间气温低于0.4 ℃。该个例揭示了积雪深度和降雪含水比的预报需要综合考虑高低空气象条件。

• 河西走廊石羊河流域近10年人工增雨效果检验评估
• 程鹏;陈祺;蒋友严;李宝梓;罗汉
• 2021 Vol. 40 (4): 866-874.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00074
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• 为改善河西走廊石羊河流域生态水文环境， 2010年开始气象部门在该流域的人工增雨作业点从22个增加到71个， 并大幅度增加了作业量。为评估作业点和作业量增加后的人工增雨效果， 本文采用中国气象局人工影响天气中心推荐的统计检验方法， 对2010 -2019年期间的降雨量进行了统计检验分析研究。结果表明， 作业区平均相对人工增雨效果为17.5 %， 通过了0.1的显著性检验， 在作业区每年可增加降水33.7 mm， 增加径流量0.34×10⁸ m³。同时， 通过对作业效果的评估， 对最佳作业季节有了新的认识， 发现春秋季节的人工增雨效果较好。石羊河流域人工增雨作业期间的径流量增加了3.7%， 而对比区径流量则呈下降趋势。通过人工增雨和自然降水的共同作用， 2010年以后石羊河流域植被状况改善更为明显， 初步结果显示人工增雨对改善石羊河流域生态环境起到了积极作用。

• 东北地区积雪变化及对气候变化的响应
• 周晓宇;赵春雨;李娜;崔妍;易雪;刘鸣彦
• 2021 Vol. 40 (4): 875-886.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00055
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• 利用东北地区1961 -2017年162个气象站点逐日气象观测数据， 分析了积雪的变化及其与气候变化的关系。结果表明： （1）平均年积雪日数和累积积雪深度为75.3 d和582.1 cm， 呈高纬多低纬少、 山地多平原少的分布， 大兴安岭北部、 小兴安岭和长白山区积雪日数达140 d以上， 积雪日数多的地方累积积雪深度也较深。（2）平均积雪初终日和积雪期分别为11月7日、 4月1日和145 d， 积雪初日自大兴安岭北部向辽宁沿海地区推进； 积雪初日早的地区积雪结束的也晚， 积雪期更长， 黑龙江大部分地区均超过了150 d。（3）积雪日数和累积积雪深度最大值均出现在1月， 以1月下旬最多； 积雪初日和终日最多分别出现在11月和3月， 以11月上旬和3月下旬最多。（4）年积雪日数和累积积雪深度分别以1.88 d·（10a）^-1和71.94 cm·（10a）^-1的速率增加， 在21世纪10年代达到年代最高值， 秋季、 冬季和春季积雪日数和累积积雪深度均呈增加趋势， 冬季增加最为显著。积雪初日显著推迟、 积雪终日提前、 积雪期缩短， 变化速率分别为1.44 d·（10a）^-1、 -2.27 d·（10a）^-1和-3.72 d·（10a）^-1； 162个气象站点中， 积雪日数和累积积雪深度均有75%以上的站点呈增加趋势， 积雪初日推迟、 积雪终日提前和积雪期缩短的站点分别为86.4%、 98.1%和96.3%。（5）冬半年积雪受降水量（有效降雪量）的影响要大于平均气温的影响； 积雪初日与11月平均气温和10月降水量相关性较好， 积雪终日与2月温度因子相关性较好； 随着纬度的升高和海拔的抬升， 积雪日数和累积积雪深度增加， 积雪初日提前、 积雪终日推后、 积雪期延长。

• 宁夏冬季极端低温事件特征及其与秋季北极海冰异常的联系
• 王璠;李清泉;孙银川;王岱;郑广芬;朱晓炜
• 2021 Vol. 40 (4): 887-897.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00054
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• 利用1961 -2018年我国宁夏全区平均逐日观测最高和最低气温数据， 英国哈德莱（Hadley）中心的逐月海冰密集度资料， 美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）的逐月大气再分析资料以及中国气象局国家气候中心的逐月东亚冬季风指数和西伯利亚高压指数系统地研究了宁夏冬季极端低温事件的特征及其与北极关键影响区域海冰异常的联系。结果表明： 20世纪60年代以来， 宁夏冬季冷日与冷夜频次呈现明显的减少趋势， 极端低温事件强度总体趋于减弱， 日极端低温升高趋势较为明显。秋季北极海冰异常与之后冬季海冰异常显著相关， 前秋海冰异常通过季节持续性实现对后期冬季大气环流的影响， 进而影响冬季气温。前期秋季拉普捷夫海-东西伯利亚海海冰密集度偏小、 格陵兰海海冰密度偏大时， 冬季西伯利亚高压指数和冬季风指数偏强， 有利于宁夏日极端低温事件频次偏多； 500 hPa高度场上， 极地-欧亚大陆-阿留申地区有一个显著的“L”型的位相波列形态， 使得北极与欧亚大陆中高纬地区的位势高度差减弱， 中高纬地区西风气流偏弱， 减弱的西风使得经向活动加强， 利于北极的冷空气向低纬地区侵袭； 在海平面气压场上， 西伯利亚地区气压偏高， 冷空气由极地挤压至中高纬度地区， 造成冷空气南下， 有利于宁夏冬季发生极端低温事件。

• 基于雷达产品和随机森林算法的冰雹天气分类识别及预报
• 刘新伟;蒋盈沙;黄武斌;潘永洁;李霞;郭润霞;黄玉霞
• 2021 Vol. 40 (4): 898-908.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00063
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• 冰雹是一种致灾性较强的强对流天气， 但在气象业务工作中对其进行快捷、 准确的预警和预报仍有一定的难度。本文基于C波段雷达回波资料， 构建并应用随机森林模型对冰雹及其伴随强对流天气进行了分类识别及预报。结果发现， 随机森林模型对训练集（2008 -2017年）中四类冰雹天气（冰雹、 冰雹大风、 冰雹短强、 冰雹大风短强）的平均命中率（Probability of Detection， POD）为90.2%， 平均空报比率（False Alarm Ratio， FAR）为11.1%。对于2018 -2019年的独立样本测试集， 模型的平均POD和FAR则分别为72.8%和34.7%。因此， 本文构建的随机森林模型较为理想。应用模型和风暴单体识别与跟踪产品（Strom Cell Identification and Tracking， SCIT）对未来15~60 min的强对流天气进行预报， 结果表明四类冰雹天气的平均POD为74.8%， 平均临界成功指数为60.8%， 平均FAR为24.4%。因此， 利用C波段雷达产品， 随机森林模型能高效、 自动化且较为准确地分类预警、 预报冰雹及其伴随强对流天气， 可应用于天气预报业务工作。

• 基于LightGBM算法的强对流天气分类识别研究
• 刘新伟;黄武斌;蒋盈沙;郭润霞;黄玉霞;宋强;杨勇
• 2021 Vol. 40 (4): 909-918.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00075
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• 强对流天气将导致多种灾害性天气， 但由于其突发性强且尺度较小， 在气象业务工作中仍难以准确地预警和预报。本文基于LightGBM （Light Gradient Boosting Machine）算法， 利用甘肃三个地区的C波段雷达回波产品以及地面观测数据， 构建了LightGBM模型， 并分类判识了三类主要的强对流天气［冰雹、 雷暴大风、 短时强降水（短强）］。结果表明， 在2011 -2017年训练集中， LightGBM模型表现较好， 整体误判率仅为4.9%。在2018年的独立样本测试中， 模型对三类强对流和非强对流天气的整体误判率为7.0%， 对三类强对流天气的平均命中率（Probability of Detection， POD）为86.4%， 平均临界成功指数（Critical Success Index， CSI）为64.3%， 平均空报比率（False Alarm Ratio， FAR）为29.0%。其中， 短强的误判率最低， POD和CSI最高， FAR也最小， 而雷暴大风和冰雹的误判率和评分比较接近。因此， 本文构建的LightGBM模型对强对流天气的分类识别较为理想， 首次对三类主要的强对流天气实现了自动化预警， 在未来的气象业务自动化工作中有广阔的应用前景。

• 基于概率密度匹配方法的FY-4A地表入射太阳辐射订正
• 徐丽娜;申彦波;李忠;叶虎
• 2021 Vol. 40 (4): 932-942.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00080
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• 研究以内蒙古地面辐射观测为基准， 进行FY-4A逐时总辐照度在内蒙古地区的适用性评估， 并尝试利用概率密度匹配方法（PDF）进一步对FY-4A逐时总辐照度进行订正， 结果表明： （1）FY-4A总辐照度与地面辐射观测的相关性在季节上表现为春、 夏、 秋季三季明显高于冬季， 在空间上表现为东部地区的相关性好于西部， 误差方面具有明显的对低值辐射高估， 高值辐射低估的非独立系统误差特征； （2）按季建立PDF模型， 可以反映地面观测与FY-4A总辐照度在内蒙古地区稳定的概率密度分布特征， 有效改善FY-4A总辐照度在内蒙古地区的适用性； （3）PDF方法在有效减小卫星资料系统误差的同时， 还较好地保持了卫星资料原有的误差分布特征， 并对云天辐照度的改进效果明显。

• 陕西省冬季霾天气的背景环流与欧亚大陆积雪深度的联系
• 黄鑫;巩远发;张雅斌;刘慧;魏娜
• 2021 Vol. 40 (4): 943-953.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00081
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• 基于1980 -2017年陕西省地面气象观测站观测资料、 NCEP/NCAR月平均再分析资料和日本JRA-55再分析陆地雪深资料， 对1980 -2016年陕西冬季霾日数的时空变化及可能原因进行了分析。根据陕西冬季霾日数偏多年与偏少年的高度场环流背景， 研究了影响陕西省冬季霾日数的主要环流系统。对欧亚大陆积雪深度分布对于陕西省冬季霾日数的影响进行了探讨。研究表明： （1）乌拉尔山地区的500 hPa高度场负（正）异常中心， 是有利于陕西省冬季霾日数增多（减少）的大气背景环流， 影响陕西省霾日数变化的海平面气压存在地中海地区与中亚至西伯利亚地区反位相变化的特征。（2）欧洲地区积雪深度增加（减小）， 会造成陕西省冬季霾日数的减少（增多）的气象条件。（3）欧亚大陆积雪深度分布与陕西省冬季霾日数的相关呈现欧洲地区与西伯利亚地区反位相的分布， 冬季积雪深度指数与陕西省冬季霾日数相关大于0.41， 积雪深度指数正（负）异常会造成乌拉山地区位势高度负（正）异常， 不利于（有利于）冷空气向东亚移动， 造成有利于陕西省冬季霾日数的增多（减少）的气象条件。

• 不同时间尺度下汾渭平原臭氧浓度变化及气象环境影响
• 郑小华;李明星;娄盼星
• 2021 Vol. 40 (4): 954-964.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00064
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• 汾渭平原作为中国大气环境治理的第三大重点区域， 由挥发性有机物和氮氧化物等前体物排放增加导致光化学反应加剧进而引发的近地面臭氧（O₃）污染已成为迫切需要面对的关键问题。本文基于汾渭平原11个重点城市2015 -2019年近地面大气O₃及前体物观测数据结合同期气象监测资料， 总结归纳其时空变化特征， 利用Global Moran's I和Getis-Ord G_i^*指数方法分析空间集聚效应和冷热点区域， 运用KZ（Kolmogorov-Zurbenko）滤波方法揭示了不同时间尺度的排放和气象环境对O₃浓度变化的影响。结果表明： 近5年汾渭平原O₃污染以轻度为主， 超标率逐年增加且夏季最高春季次之， 其中6月超标37%以上， 前体物中NO₂年际差异不大CO浓度逐年减少。空间分布上， O₃空间集聚特征逐年增强， 高浓度聚集区分布在临汾、 运城、 三门峡和洛阳的三角区域。从气象环境的影响看， O₃浓度主要受到前体物排放及气象条件的季节分量和短期分量影响， 贡献率分别达到40%和24%。原始序列及各分量除与气压成负相关外， 与气温和日照均呈显著正相关且对不同区域影响较为一致， 而相对湿度和风速对各分量的影响具有显著的区域性差异。