高原气象

高原气象

目录 封面 第45卷 第2期 2026-04-28   

论文

  • 基于青藏高原夏季加密探空的CRA再分析产品评估
  • 廖捷, 远芳, 赵平, 韩熠哲
  • 2026 Vol. 45 (2): 324-338.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00087    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00087
  • 摘要 ( ) PDF (10365KB) ( )

  • 青藏高原天气气候不仅对亚洲区域气候产生深远影响， 还在更大范围内调控北半球气候格局。国外多种大气再分析产品已被广泛用于揭示高原天气气候特征。中国气象局于2020年发布了第一代全球大气再分析产品（CRA）， 前期评估发现其在常规观测数据密集区表现优异， 但在观测稀疏的青藏高原地区性能尚待研究。因此， 基于第三次青藏高原大气科学试验5个台站2014年6 -8月共686条未被模式同化的高质量探空廓线， 对CRA在高原上空的温度、 风场和相对湿度进行独立检验； 并选取高原及周边21个探空站业务观测数据开展非独立性检验， 将评估结果与欧洲中期天气预报中心（ECMWF）中期再分析产品（ERA-Interim）、 ECMWF第五代再分析产品（ERA5）及日本55年再分析产品（JRA-55）共三套再分析产品进行对比分析。非独立检验结果表明： 在对流层和平流层低层， CRA温度和风场与业务探空观测的相关系数均大于0.9。相对于业务探空观测， CRA温度在对流层中高层的均方根误差（RMSE）小于1 ℃， 400 hPa和500 hPa温度平均偏差（Bias）接近于0 ℃。CRA近地面纬向风的RMSE约为2.5 m·s-1， 随高度逐渐减小， 至100 hPa下降至1.5 m·s-1。相对湿度在各高度层的RMSE均维持在20%以下。独立检验结果表明： 600~30 hPa， CRA相对于探空温度、 纬向风和经向风的均方根误差（RMSE）均值在高原西部分别为1.38 ℃、 3.19 m·s-1和3.22 m·s-1； 在高原东部分别为1.16 ℃、 2.65 m·s-1和2.90 m·s-1， 西部区域各要素误差略高于东部， 且表现出显著的日变化特征。600 hPa及以下， CRA的气温和相对湿度误差最大值均出现在午后。在500 hPa， CRA相对湿度误差最大值出现在傍晚。总体上， CRA能够客观地再现青藏高原地区温度、 风速和相对湿度的垂直变化特征。与其他几套再分析产品相比， CRA相对湿度最接近探空湿度观测， 风场误差略高于其他再分析产品， 但平均差异不超过0.4 m·s-1。

  • 2009 -2010年西南地区干旱影响下的陆面模式CLM5.0植被生长模拟评估
  • 邴嘉玮, 王黎欢, 吕雅琼
  • 2026 Vol. 45 (2): 339-358.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00075    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00075
  • 摘要 ( ) PDF (14540KB) ( )

  • 受全球变化影响， 原本湿润的西南地区自21世纪以来干旱事件频发， 已对区域内植被生长造成了不同程度的抑制， 威胁西南生态屏障安全。本研究采用标准化降水蒸散指数分析了西南地区2001 - 2016年极端干旱事件的频率和特征， 选择了持续时间最长、 影响范围最广的2009 -2010年极端干旱事件， 利用CLM5.0陆面过程模式（Community Land Model version 5.0）对2009 -2010年极端干旱事件下植被生长进行数值模拟， 并将模拟结果与三套遥感数据［Global Inventory Modeling and Mapping Studies （GIMMS）， Global Land Surface Satellite （GLASS）， Global Mapping （GLOBMAP）］进行对比验证CLM5.0对西南地区植被对干旱响应的模拟适用性。结果表明， 2001 -2016年， 中国西南地区发生3例持续时间超过6个月的极端干旱事件， 其中持续时间最长、 最严重的干旱发生在2009 -2010年。模拟发现在2009 -2010年极端干旱期间， CLM5.0对植被与干旱的相关性、 滞后响应、 累积效应以及抵抗力和恢复力的模拟效果较好， 植被对干旱的响应强度呈从东南向西北递减的特征， 68.66%的区域植被对干旱表现出滞后响应， 且滞后响应（78.02%）、 累积效应（89.17%）与干旱均呈现较大面积的正相关， 与多源遥感的描述有较高的一致性。在对不同植被类型的干旱抵抗力和恢复力的模拟方面， CLM5.0的模拟表现也较为出色， 森林比灌木和草甸有更强的干旱抵抗力， 且森林的干旱抵抗力和恢复力呈现明显的相反趋势。本研究使用CLM5.0模型模拟与多源遥感验证的方法， 为理解西南地区植被对干旱的多方面响应提供了一个补充视角， 有助于较全面地评估和预测西南干旱对植被活动的影响。

  • 近二十年青海湖流域积雪时空变化及湖泊效应的可能影响
  • 谢刚, 李琳, 文莉娟, 陈世强, 王梦晓
  • 2026 Vol. 45 (2): 359-373.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00064    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00064
  • 摘要 ( ) PDF (3098KB) ( )

  • 积雪是冰冻圈的重要组成部分， 近年来气候变暖导致积雪面积正在减少， 这一变化可能引发水资源分配不均以及生物多样性下降， 进而影响当地的生活、 经济发展和生态环境。青海湖是我国最大的内陆湖泊， 近年来其水位快速变化， 入湖径流受流域内积雪及其变化的影响， 但青海湖流域积雪特征、 变化及其影响原因尚不清晰。基于中国MODIS逐日无云500 m积雪面积产品数据集以及中国区域地面气象要素驱动数据集（China Meteorological Forcing Dataset， CMFD）的气温和降水数据， 本文对青海湖流域积雪时空变化特征及影响原因进行了研究。结果表明： （1）2000 -2020年年均积雪频次分布与海拔之间存在较好的对应关系， 随着海拔的降低， 积雪频次也相应减少； 同时受年均气温和年降水量的影响， 其中， 受年均气温显著偏相关影响的区域主要分布在青海湖北部和东部， 受年降水量显著偏相关影响的区域主要分布在青海湖流域中部的布哈河中上游。（2）2001 -2017年， 青海湖流域和祁连山地区降水增加， 但受两地区年均气温增长和年降雪量减少的影响， 积雪面积减少。（3）青海湖流域和祁连山地区积雪面积年内变化较为相似， 均呈双峰波动特征， 但青海湖流域4 -7月积雪面积减少幅度以及8月至次年1月增幅均大于祁连山地区， 1 -3月祁连山地区积雪减少， 而青海湖流域积雪增长， 与青海湖融化后的湖泊效应对应较好。

  • 基于机器学习的青海湖水位变化模拟研究
  • 黄嘉雯, 龙银平, 马启民, 徐维新, 卞玉霞, 陈绘, 谭惜文, 李索吾
  • 2026 Vol. 45 (2): 374-385.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00078    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00078
  • 摘要 ( ) PDF (3503KB) ( )

  • 为系统分析气候变化背景下青海湖水位的变化过程及影响因素， 基于青海湖流域1959 -2017年月平均水位数据， 结合ERA5再分析数据和大气环流指数， 利用机器学习技术分析水位变化的主要影响因子及其预测能力。首先采用随机森林（RF）算法识别关键影响因子并进行重要性排序， 以评估模型性能随特征数量增加的变化趋势。随后将RF、 支持向量机（SVM）、 多层感知机（MLP）、 长短期记忆网络（LSTM）和多元线性回归（MLR）的预测结果进行对比， 以分析模型复杂度在水位预测中的表现。结果表明， 北大西洋涛动（NAO）、 大西洋多年代际振荡（AMO）、 降水、 气温（T1000）、 垂直风速（W1000）、 相对湿度（RH400、 RH450、 RH100）、 长波辐射（LW）以及尼诺3.4（Niño 3.4）是影响青海湖水位变化的主要因素。随着模型复杂度的增加， 最复杂的LSTM表现最佳， 其皮尔逊相关系数（R）、 纳什效率系数（NSE）、 归一化均方根误差（NRMSE）和克林-古普塔效率系数（KGE）在选取前10个特征时分别达到0.95、 0.96、 0.14和0.87。MLP次之， RF和SVM的性能接近， MLR表现最差。基于LSTM模型预测2017-2030年青海湖水位将上升2.55 m左右。分析结果为气候变化背景下高原湖泊水位变化的动态模拟与预测提供科学依据。

  • NEX-GDDP-CMIP6降尺度数据对秦岭（陕西段）气温变化的模拟评估及未来预估
  • 户元涛, 王景红, 毛明策, 陈荣, 杨柳, 王娟, 张侠, 王延
  • 2026 Vol. 45 (2): 386-400.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00073    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00073
  • 摘要 ( ) PDF (9686KB) ( )

  • 秦岭作为我国的中央水塔和重要的生态屏障， 气温变化对其水源涵养能力、 生态系统稳定性以及区域气候调节功能有着重要影响。为探究统计降尺度偏差校正处理后的全球气候模式（NEX-GDDP-CMIP6）数据对秦岭气温变化的模拟能力， 预估未来气温变化， 本文基于8个NEX-GDDP-CMIP6模式资料， 对比CN05.1观测资料， 评估了模式对秦岭年平均气温变化的模拟性能， 预估了四种共享社会经济路径情景下（Shared Socioeconomic Pathway， SSP）区域未来气温变化。结果显示， NEX-GDDP-CMIP6各模式均能很好地再现1961 -2014年观测的秦岭气温的分布型、 空间趋势和时间变化特征， 二者的相关系数分别为0.90~0.92、 0.51~0.77和0.46~0.57， 多模式集合平均（MME）模拟效果最好， 与观测对应的相关系数分别为0.92、 0.65和0.74。进一步基于MME预估的秦岭未来（2015 -2100年）气温持续增加， SSP情景越高， 增温幅度越大， SSP1-2.6、 SSP2-4.5、 SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下的增温趋势分别为0.10 ℃·（10a）-1、 0.26 ℃·（10a）-1、 0.42 ℃·（10a）-1和0.57 ℃·（10a）-1， 趋势存在着海拔、 纬向和经向依赖性， 即： 随海拔上升、 纬度和经度增大而增大。相对于1995 -2014年参考时段， 4种情景下秦岭在本世纪近期（2021 -2040年）增温0.65~0.97 ℃， 中期（2041 -2060年）增温1.37~2.0 ℃， 末期（2081 -2100年）增温1.39~4.46 ℃。秦岭南、 北坡未来气温变化一致， 增温幅度近似秦岭平均， 北坡增温大于南坡， SSP情景越高， 北坡增温越快。研究结果可为秦岭生态保护及气候变化的适应性研究提供科学依据。

  • 雅安秋雨期冷暖两类云-降水的垂直结构和宏微观差异研究
  • 陈凡, 郑佳锋, 王皓, 董元昌, 陈绍婕, 于文茜
  • 2026 Vol. 45 (2): 401-415.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00090    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00090
  • 摘要 ( ) PDF (6450KB) ( )

  • 雅安地区整体具有典型的“迎风坡”和“喇叭口”地形， 对雅安地区云-降水的观测和研究一直是中国山地气象的热点问题之一。本文利用2023年雅安地区秋雨期的Ka波段毫米波云雷达、 K波段微雨雷达和DSG4型激光雨滴谱仪观测资料， 对雅安秋雨期的冷暖两类云-降水展开了研究和对比。结果表明： （1）雅安秋雨期暖云-降水（WCP）的发生频次高于冷云-降水（CCP）， 但降水强度普遍较弱， 累计雨量更少。（2）在垂直结构和宏观特征方面， WCP与CCP存在明显差异。CCP的雷达回波反射率因子Z高频区分布更广、 回波更强， 不同高度Z高频区斜率大小反映出冰相粒子增长机制和速率与WCP液态云雨滴碰并增长速率的差异； CCP的线性退极化比LDR在零度层附近因冰相粒子融化突增， 平均多普勒速度Vm 高频区值更小， 速度谱宽W高频区值更大， 表明其雨滴平均尺度更大、 浓度分布更宽。宏观参数上， CCP的云底和云顶明显更高， 云层更厚， 且数值分布更分散。（3）在微观特征方面， 两类云-降水的雨滴谱随高度变化不同。随高度下降， CCP的小雨滴浓度因冰相粒子融化和雨滴碰并作用， 呈先增后减趋势； WCP的小雨滴浓度受蒸发、 碰并、 水汽输送和上升气流托举高度影响， 呈波动式变化。两类云-降水的中大雨滴浓度整体上都随高度下降而升高。从不同高度雨滴浓度差异来看， 在455 m以上， WCP所有粒径雨滴浓度几乎都低于CCP； 在455 m以下， WCP的小雨滴和大雨滴浓度高于CCP， 中雨滴浓度较低。（4）不同降水强度下的雨滴谱对比表明， 降水较弱时， WCP所有粒径雨滴浓度都较CCP低， 但当降水达到一定强度后（雨强R ≥5 mm·h-1）， WCP会产生更多的小雨滴和少部分更大的雨滴。在3 km以下高度， WCP的Z、 LDR、 Vm 和W的少部分极大值均较CCP大， 这是由于该地区低空急流与地形抬升的协同作用， 使得WCP小雨滴在上升气流中反复碰并形成中大雨滴。

  • 中亚低涡背景下北疆对流性暴雨触发与维持机制研究
  • 魏娟娟, 刘佳, 潘宁, 万瑜
  • 2026 Vol. 45 (2): 416-427.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00083    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00083
  • 摘要 ( ) PDF (9458KB) ( )

  • 为解决中亚低涡背景下暴雨落区与时段极难把握的预报难点问题， 本文利用常规观测资料、 卫星、 雷达及ERA5 0.25°×0.25°再分析资料， 分析2024年6月30日至7月3日北疆对流性暴雨天气的中尺度特征及大气不稳定状态， 并揭示对流触发与维持机制。结果发现， 此次天气有两个暴雨中心， 其触发机制明显不同， 博州暴雨属强对流造成的短时暴雨， 中亚低涡底部分裂短波扰动东移， 中层西南风携带暖湿气流北上， 低层偏东风引导冷空气东灌， 暖湿气流沿冷垫爬升， 博州上空存在对流不稳定层结， 地面中尺度辐合线是主要触发因子， 中γ尺度对流系统不断生成且合并增强为中β尺度对流系统产生暴雨， 对流呈高质心结构。天山山区及北坡暴雨属混合性暴雨， 降水持续时间长， 中亚低涡减弱成槽东移， 中层西南气流引导暖湿气流北上， 低层西北急流携带冷空气南下， 冷暖空气交绥， 降水前及初期大气受对流不稳定影响， 为降水的产生积聚不稳定能量， 后期大气转为条件对称不稳定， 造成降水维持且增强。对流层中低层冷锋锋生是暴雨的主要触发因子， 锋面次级环流上升运动与对流运动发生、 发展密切相关， 且锋面扰动和积云对流呈正反馈作用， 多个中β尺度对流系统相继东移产生暴雨， 对流呈低质心， 为暖云降水。该研究通过细化中亚低涡背景下北疆强对流短时暴雨和混合性暴雨， 揭示其触发与维持机制， 为北疆暴雨的精细预报提供关键参考依据。

  • 小兴安岭针阔叶混交林感热通量和潜热通量特征及影响因子研究
  • 孙鹏飞, 曲哲, 于增华, 袁潮, 贾庆宇, 赵旭龙, 董星辰, 马宏达
  • 2026 Vol. 45 (2): 428-444.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00065    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00065
  • 摘要 ( ) PDF (7559KB) ( )

  • 小兴安岭位于中国东北部的温带季风气候区， 以针阔叶混交林为主， 拥有亚洲最大、 最完整的红松原始森林， 对区域气候有重要的调控作用。为探究小兴安岭针阔叶混交林感热通量（H）和潜热通量（LE）特征， 以及环境、生物因子对其的调控作用， 采用涡度相关法对五营国家气候观象台2007 - 2023年H和LE进行研究， 并构建结构方程模型对其影响因子进行详细分析。结果表明： 小兴安岭针阔叶混交林H和LE的年际变化有波动减少趋势， 但二者变化趋势不完全相同， 40 m高度处的H和LE年平均值分别为19.84±1.83 W·m-2和29.39±2.93 W·m-2， 50 m高度处的H和LE年平均值分别为22.71±1.29 W·m-2和31.76±1.07 W·m-2。H的峰值出现在4月， 次峰值出现在10月， 而LE的峰值出现在7月， 其中5 -9月LE大于H， 说明有效能量的分配在5 -9月以潜热为主， 其他月份以感热为主。30 min尺度能量闭合率为49%， 各月能量闭合率范围为32%~61%， 其中生长季和非生长季分别为53%和38%， 日尺度能量闭合率为52%。结构方程模型显示， 小兴安岭针阔叶混交林的热量传输过程主要受能量限制， 净辐射对H和LE有正影响， 空气温度、 饱和水气压差、 土壤体积含水量、 叶面积指数对H和LE的影响均是相反的。气候变化对H和LE有复杂的调控机制， 对不同气候年份分别构建结构方程模型， 可以对H和LE复杂年际变化做出部分解释。

  • 1980 -2018年红碱淖蒸发变化及驱动因素作用研究
  • 于涛, 韩天翔, 文莉娟, 李丹华, 王梦晓, 王甜甜
  • 2026 Vol. 45 (2): 445-455.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00071    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00071
  • 摘要 ( ) PDF (2069KB) ( )

  • 红碱淖是中国最大的沙漠淡水湖， 近几十年来湖泊面积锐减， 湖泊水面蒸发是其水量主要消耗项， 因此本文将揭示其蒸发变化特征及驱动因素的作用机制。目前大多数对于红碱淖的研究直接使用或折算后使用气象站观测蒸发， 数据缺测较多且不连续， 未定性定量分析影响红碱淖蒸发变化的气象因子。针对上述问题， 本文分别利用气象站数据折算、 FAO（P-M）公式计算和CLM-LISSS模型模拟获取红碱淖湖面蒸发数据。通过与气象站折算后蒸发对比发现， CLM-LISSS模型模拟蒸发量值及相关性比FAO（P-M）公式计算结果更接近。基于CLM-LISSS模型蒸发结果表明， 模拟的红碱淖1980 -2018年蒸发的多年平均值为1004.56 mm， M-K突变检验未发现突变年份， 总体呈显著上升趋势（3.01 mm·a-1）。与蒸发呈显著正相关的气象因子为气温、 风速和向下长波辐射， 且它们与蒸发的相关性和自身的变化趋势均通过了95%的显著性检验。进一步利用公式计算法和气候态扰动分析法分别定量分析了蒸发对气象因子的敏感系数和各气象因子对蒸发变化的贡献， 两种方法得到贡献较大的气象因子与定性分析结果一致， 均为气温、 风速和向下长波辐射， 但这两种方法得到的贡献排序略有不同且各因子贡献值差异较大， 这主要由于使用气候态扰动分析法计算贡献时， 蒸发的变化仅由单一因素的变化引起， 减少了其他驱动因素的影响， 有效地降低了蒸发趋势变化值与各气象因子贡献和的误差， 由128.40 mm（109.40%）降低至56.83 mm（48.42%）。气候态扰动分析法从机理和误差上均优于公式计算法， 其结果表明气象因子对蒸发变化的贡献占比由大到小分别为向下长波辐射（71.47%）、 气温（59.83%）、 风速（41.00%）、 气压（1.54%）、 向下短波辐射（-3.00%）以及比湿（-22.43%）。

  • 基于CEEMD 方法对森林下垫面湍流相干结构的通量贡献研究
  • 王彦淇, 张宇, 苏有琦, 张茜, 叶敏
  • 2026 Vol. 45 (2): 456-470.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00080    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00080
  • 摘要 ( ) PDF (8287KB) ( )

  • 为研究森林复杂下垫面下的湍流相干结构特征， 利用2021年5月位于四川省乐山市四峨山人工森林地区（冠层高度15 m）架设于1.33倍、 2.53倍、 3.86倍冠层度的三层湍流数据， 三层数据分别观测了粗糙副层、 粗糙副层和常通量层边界、 常通量层的湍流特征。利用上述观测数据， 在基于互补集合经验模态分解（Complementary Empirical Mode Decomposition， CEEMD）算法的基础上对三个高度上不同尺度的相干结构模态进行了提取， 并量化了相干结构通量贡献， 然后对相干结构的主要特征量进行了分析和研究。结果表明： CEEMD算法能够提取不同尺度的相干结构模态， 模态表现出了典型相干性。在相干结构对通量的贡献方面， 不同高度上有所差异， 对感热、 潜热和动量的通量贡献在20 m处分别为21%， 17%， 11%， 在38 m处分别为13%， 11%， 7%， 而在56 m处分别为12%， 10%， 6%。这表明， 在三个高度上， 相干结构对于感热和潜热通量这些标量的输送效率都要大于动量通量， 并且在20 m粗糙副层上相干结构的通量贡献最大， 并随着观测高度的升高而随之减小。在不同稳定层结下相干结构对通量的贡献随着通量类型的不同和层结类型的不同而有所不同。相干结构对感热通量的输送在三个高度上最大的通量贡献均出现在中性条件下， 其次是稳定条件下和不稳定条件下， 而对于潜热通量而言最大的通量贡献在三个高度均出现在稳定条件下， 其次是中性条件下和不稳定条件下。对清扫和喷射过程的通量贡献的结果表明在较高高度（38 m和56 m）喷射过程占主导， 而随着观测高度降低至接近粗糙副层后清扫过程起了主导作用。最后对相干结构的斜坡强度与稳定度参数和摩擦速度的关系进行了研究， 对于水平u风和垂直w风， 两者的斜坡强度均随着摩擦速度的增大而增大， 但对于稳定度参数两者表现有所差异， 水平u风的斜坡强度在中性条件下最大并随着稳定度和不稳定度的增加而减小。而垂直w风的斜坡强度在不稳定条件下最大而随着稳定度的增加相干的垂直运动被抑制而减小。本文的研究结论为深入认识复杂下垫面下相干结构的通量贡献及其相干运动特征提供的统计性认识以及为后续湍流结构的研究提供了支撑。

  • 西南典型城市不同季节气溶胶光学特性及辐射效应研究
  • 张小玲, 李朝阳, 原之荷, 袁亮, 何雨璐
  • 2026 Vol. 45 (2): 471-484.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00070    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00070
  • 摘要 ( ) PDF (2533KB) ( )

  • 利用2021年3月至2022年2月成都市多波段气溶胶散射系数和吸收系数等观测数据， 结合EAC-4、 MERRA-2等再分析数据和libRadtran辐射传输模型， 研究了不同季节气溶胶的光学参数及总气溶胶和吸光碳质气溶胶的辐射效应。结果表明： 气溶胶的光学参数具有显著的季节性差异， 550 nm波长处单散射反照率（SSA）冬季最大（0.91±0.02）， 春季最小（0.84±0.04）； 550 nm处不对称系数表现为夏季>冬季>春季>秋季； 总气溶胶光学厚度（AOD）在春季与冬季较高（约0.77）， 夏季和秋季较小（0.50~0.53）。进一步分析吸光性碳质气溶胶的光学厚度发现， 黑碳（BC）气溶胶光学厚度冬季最大， 棕碳（BrC）气溶胶光学厚度在春季达到峰值。通过辐射传输模型计算结果发现， 总气溶胶在地表（BOA）、 大气顶部（TOA）和大气层（ATM）产生的短波辐射强迫年均值分别为-107.21±42.49 W·m-2、 -32.10±20.40 W·m-2和75.10±40.16 W·m-2， 表明气溶胶整体表现为冷却地表但加热大气的效应。黑碳的辐射强迫呈现明显的季节差异： BC对TOA辐射强迫在冬季最高（7.18±1.59 W·m-2）， 秋季最低（4.48±1.49 W·m-2）， 且BC对ATM辐射强迫的年均贡献率可达31.3%， 凸显其显著的大气增温效应，BrC辐射强迫及其在总气溶胶中的占比均表现为春季最大， 冬季最小。

  • 基于机器学习的机场低能见度短临预报研究
  • 殷齐娥, 倪长健, 肖安
  • 2026 Vol. 45 (2): 485-499.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00067    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00067
  • 摘要 ( ) PDF (3589KB) ( )

  • 为减少低能见度造成的航班备降和返航， 利用地面观测数据和ECMWF高空、 地面数值预报产品， 基于机器学习算法建立景德镇机场当前和未来1 h低能见度短临预报模型。通过对比检验发现XGBoost和LightGBM机器学习算法在机场低能见度短临预报中优于SVM机器学习算法， 特征筛选对XGBoost和LightGBM机器学习算法的性能都有改善； 通过SHAP方法解释LightGBM机器学习模型， 分析各特征对模型输出的贡献。主要结论如下： （1）LightGBM和XGBoost建立的机器学习模型在机场低能见度预报方面表现良好， AUC可达0.98， 对于当前低能见度和未来1 h低能见度预报的F1_score最高可达0.92。（2）基于“机器学习特征工程要求特征相互独立”原理对特征进行清洗筛选， 有利于提高XGBoost算法模型对未来1 h低能见度的预报准确率， 而经过特征筛选的LightGBM模型在预报当前和未来1 h低能见度时比没有特征筛选的LightGBM模型漏报率更低。对当前低能见度的预报， LightGBM_24_0h模型最优， 对未来1 h低能见度的预报， XGBoost_24_1h模型最优， 且特征筛选对XGBoost算法的性能提升更大。（3）分别使用分裂次数和SHAP值分析LightGBM算法模型的特征重要性， 表明在不同特征重要性准则下， 机场实测相对湿度、 气温、 风、 海平面气压和ECMWF预报的1000 hPa相对湿度、 925 hPa垂直速度和散度、 850 hPa散度9个特征对机场低能见度的预报更重要， 且散度作为机器学习模型的输入特征可以极大提高机器学习模型的性能。（4）基于SHAP值解释特征重要性时， 排名前十的特征重要性累计占比80%， 说明在以雾为主的景德镇机场低能见度短临预报中LightGBM模型能根据关键预报因子输出预测结果， 且在预报未来1 h低能见度是否持续时， 可重点关注850 hPa散度、 1000 hPa相对湿度、 机场海平面气压和风向的变化。

  • 融合地形特征和神经网络的日最高/最低气温预报订正方法研究
  • 卢姝, 许霖, 顾雪, 周悦, 戴泽军, 陶雅琴
  • 2026 Vol. 45 (2): 500-514.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00081    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00081
  • 摘要 ( ) PDF (9986KB) ( )

  • 日最高、 最低气温的预报是天气预报业务的重要组成部分， 其精度提升对保障社会经济活动具有重要意义。针对数值模式在复杂地形区域系统性偏差显著的问题， 本研究以湖南省为试验区（具有“凹”字形三级阶梯地貌， 涵盖山地、 丘陵、 平原等多种下垫面类型）， 提出一种融合地理特征聚类的深度学习改进方案。基于欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium Range Weather Forecasts， ECMWF）模式预报场、 中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System， CLDAS）再分析数据和地理变量， 首先构建基准卷积神经网络CNN模型并针对地形特征处理策略设置三类对照实验： 方案1（K-means聚类地理变量）、 方案2（标准化非聚类地理变量）及方案3（无地理变量）。对比实验表明， 方案1对24 h最高/低温度平均绝对误差MAE较方案3分别降低4.7%/9.4%， 较方案2预报技巧提升2.5%/1.4%， 证实地理特征聚类处理对模型性能具有显著增益。因此， 优选方案1发展了未来72 h气温预报CNN-TC（Terrain Correction）模型。该模型表现出显著预报优势： 相较ECMWF产品， 最高/低温MAE降幅达23.5%~37.3%/20.8%~26.9%； 较中央气象台指导预报产品SCMOC， 最高/低温度误差降低18.7%~27.6%/26.8%~32.3%， 其中24 h预报时效下， 最高/低温度空间分布MAE区间由1.2~5.8 ℃/0.8~5.9 ℃（ECMWF）降低至0.9~1.7 ℃/0.8~1.7 ℃， 区域稳定性大幅提升。分月检验表明， CNN-TC模型在所有月份均保持最优性能， MAE相对降幅覆盖5.6%~59.1%（最高温度）和6.3%~47.8%（最低温度）。典型强天气过程检验中， 模型成功捕捉2022年11月寒潮过程的降温特征， 较ECWMF和SCMOC表现均为最优， 显示出优异的极端天气应对能力。本研究证实通过深度学习耦合地形特征聚类， 可有效解决数值模式在复杂下垫面区域的系统性偏差问题， 为山地气候区精细化气象服务提供了可靠的技术方案。

  • 印太海温异常对中国冬季降水变化的调控关系
  • 张文韬, 伯玥, 李小兰, 施红霞, 王澄海
  • 2026 Vol. 45 (2): 531-547.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.0072    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.0072
  • 摘要 ( ) PDF (12849KB) ( )

  • 利用1961 -2021年气象站观测的降水数据、 ERA5再分析资料和海温资料， 分析了中国冬季降水变化的时空特征及其与印度洋、 太平洋海温异常的关系。结果表明， 1961 -2021年， 中国冬季降水年际变率最大的东南沿海地区， 冬季降水呈增加趋势［6.7 mm·（10a）-1］。长江下游地区冬季降水年际变率次之， 但降水增加最显著［9.6 mm·（10a）-1］。这两个区域的冬季降水增加率均高于全国平均水平［1.5 mm·（10a）-1］。中国冬季降水与印太海温异常关系密切。具体来说， 赤道中东太平洋（Equatorial Central and Eastern Pacific， ECEP）和印度洋（Indian Ocean， IO）的海温异常， 都与中国冬季降水存在显著的超前正相关关系， 但其空间分布不同。夏、 秋季ECEP海温异常与中国东南沿海冬季降水有显著正相关， 冬季IO海温异常增强中国东南沿海降水和ECEP海温异常的正相关关系。IO海温异常和东南沿海冬季降水的正相关在秋季才出现， 和中国北方冬季降水的正相关在春季便已经出现， 冬季IO海温异常对中国北方冬季降水的影响独立于ECEP海温。前期夏、 秋ECEP海温异常的不同演变， 即El Niño和La Niña的不同演变对中国冬季降水的调控各异。夏季的El Niño如果持续到秋季， 78%的年份中国冬季降水偏多； 秋季出现La Niña并发展， 则有83%的年份中国冬季降水偏少。夏季发生并持续到秋季的La Niña事件和秋季发生持续到冬季的El Niño事件对中国冬季降水的指示意义较弱。 El Niño持续型（La Niña发展型）， ECEP的850 hPa环流表现为异常东（西）风， 在南海激发出气旋（反气旋）性异常环流， 中国东南沿海受异常西南（东北）风影响， 来自南海的水汽则异常偏多（少）， 水汽表现为辐合（辐散）性异常， 该地区降水偏多（少）。IO海温异常通过激发西北太平洋异常环流， 影响中国以北的冬季环流系统和从东向西输送的水汽， 从而对中国冬季降水进行调控。因此， 中国冬季降水的预测需要综合考虑ECEP海温和IO海温异常， 尤其是赤道中东太平洋海温在夏、 秋季的演变。

  • 1979 -2023年雅鲁藏布江流域风光资源时空特征研究
  • 范志勇, 吴川东, 杨大文, 唐莉华, 张一, 阳坤
  • 2026 Vol. 45 (2): 548-557.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00079    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00079
  • 摘要 ( ) PDF (4611KB) ( )

  • 风光能源规模化开发利用是实现电力系统转型和“双碳”目标的重要支撑。相比于中国风光资源丰富的北方区域， 雅鲁藏布江流域丰富的水能资源可以为风光能源消纳提供良好的灵活性电源基础和储能介质， 其在新能源大基地建设中更具经济性优势。但风光资源波动性、 间歇性和随机性特征为电力系统结构性转变带来了巨大挑战。因此， 本研究基于具有高空间分辨率的TPMFD数据集（第三极地区长时间序列高分辨率地面气象要素驱动数据集）开展了雅鲁藏布江流域风光资源时空特征分析。结果表明： 流域内风光资源呈现“西高东低”的空间分布格局； 流域内辐射和风速均表现出两阶段变化特征， 但存在相反的变化趋势： 1979 -2006年风速呈下降趋势， 2007 -2023年风速呈上升趋势； 1979 -2009年辐射呈增加趋势， 2010 -2023年辐射呈下降趋势。流域内拉萨市、 山南市和日喀则市风光资源禀赋优于其他区域， 是未来水风光一体化项目建设的核心区域。未来研究应重视未来流域内风光资源变化趋势分析和风光复合极端事件发生频率和持续时间的耦合分析， 以及水风光综合优化配置。

  • 基于双偏振雷达的雨滴谱反演技术的对比分析
  • 曾静, 张扬, 苏德斌, 董元昌
  • 2026 Vol. 45 (2): 558-572.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00069    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00069
  • 摘要 ( ) PDF (7957KB) ( )

  • 基于双偏振雷达准确反演雨滴谱能够为研究大范围的降水微物理特性提供丰富的数据。为了进一步提高雨滴谱反演的精度， 本文提出了基于六、 七阶矩的双阶矩规范化雨滴谱反演算法（M6M7法）， 利用2022年5 -6月河源站双偏振雷达及周围雨滴谱仪观测的6次降水过程数据， 从整体统计、 不同降水强度和不同雨滴大小三个角度， 将新的雨滴谱反演算法与基于三、 六阶矩的双阶矩规范化雨滴谱反演算法（M3M6法）、 约束性Gamma雨滴谱模型反演算法（C-G法）进行对比， 并对每个算法的反演结果进行研究分析。结果表明， M6M7法在小雨阶段［0 mm·h-1<降水强度（R）≤5 mm·h-1］反演的滴谱参量误差是三种方法中最小的， 随着降水强度的增大， 除了液态水含量（LWC）、 R误差增大， 其余参量误差变化较小， 在各个粒子端大部分参量误差在三种方法中最小， 同时误差随粒子的增大变化较小。M3M6法相较M6M7法增加了差传播相移率（Kdp ）进行反演， 虽Kdp 对噪声敏感， 但在大到暴雨（R>30 mm·h-1）环境中数据质量好， 故在大到暴雨的反演具有较小的估测误差， 且误差随粒子的增大（除LWC、 R）有所减小。在中雨（5 mm·h-1<R≤30 mm·h-1）阶段， C-G法偏差中值接近于0， 但部分误差变幅显著， 且随降水强度和粒子增大， 误差呈先减小后增大的趋势， 相对误差波动剧烈， 估测结果稳定性较差。整体评估显示， M6M7法估测各滴谱参量的偏差中值更接近于0且误差波动范围小， M3M6法和C-G法误差波动范围大， 总之， 新提出的M6M7法相较于传统方法整体反演效果更优且稳定性突出， 尤其在中小雨阶段优势明显， 而M3M6法在大到暴雨环境中反演效果更佳， C-G法则表现出反演反演不稳定的特点。融合M6M7法和M3M6法的综合算法， 经初步验证能进一步提升雨滴谱反演精度。

  • 雷达径向风同化中稀疏化方式对强降水预报的影响
  • 李英华, 邱晓滨, 王颖, 董琪如, 王雪莲, 刘丽丽
  • 2026 Vol. 45 (2): 585-598.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00082    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00082
  • 摘要 ( ) PDF (12433KB) ( )

  • 同化稀疏化处理后的雷达径向风资料有助于提升模式对短时降水的预报能力， 但稀疏化方式影响得到的雷达径向风超级观测分布特征， 进而影响同化及预报效果。本文基于一次华北区域暴雨天气过程， 对雷达径向风观测资料开展两组不同单元格分辨率（改变径向间距或方位角间隔）的稀疏化， 并进行同化模拟试验， 探讨雷达径向风稀疏化方式对暴雨预报的影响。结果表明： 改变稀疏化单元格的径向间距或方位角间隔， 均使超级观测极值及出现位置发生变化， 进而影响急流强度和位置， 径向间距还通过影响超级观测极值出现的高度， 进一步影响急流高度， 且对获得的资料量和同化分析误差影响相对显著。同化不同分辨率的径向风超级观测对风场的调整相似， 均能增加河北中南部切变线的气旋性和山东中部低空急流中的偏南分量， 而超级观测的分辨率主要影响气旋性切变的曲率和南风急流的强度。对降水预报， 同化雷达径向风超级观测可提升模式前6 h降水预报的整体性能， 尤其是对25 mm以上强降水的捕捉能力， 同时对24 h小雨和中雨量级的降水有更好的评分， 并能抑制部分虚假降水预报； 当采用的径向风超级观测分辨率较高时， 12 h内的强降水预报性能提升显著。降水的预报技巧、 空报率和命中率对稀疏化中的径向间距变化更加敏感， 而方位角间隔的变化对预报偏差影响相对显著。

  • 网格气象要素产品在讨赖河流域的水文适用性分析
  • 康德奎, 刘开清, 司建华, 马保龙, 贾冰, 朱海洋, 刘永宝, 王春林
  • 2026 Vol. 45 (2): 599-612.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00077    CSTR:32265.14.j.issn.1000-0534.2025.00077
  • 摘要 ( ) PDF (9604KB) ( )

  • 网格降水、 潜在蒸散发（PET）、 地表温度产品为无资料地区的水文模拟提供了可供选择的数据来源， 但是其在具体区域的水文应用还需做进一步的评估。本研究针对不同的缺资料情形， 基于HBV-light水文模型综合评估了6种网格降水产品（CHIRPS、 CMORPH、 GPM、 GSMaP、 MSWEP和PERSIANN）、 3种潜在蒸散发产品（GLDAS、 GLEAM和ERA5-Land）和1种地表温度产品（MOD11A1）及其组合在讨赖河流域的水文适用性， 分析了不同降水和潜在蒸散发输入对实际蒸散发、 土壤水分等水文变量的影响， 据此提出不同缺资料情形的水文模拟策略。结果表明： 不同降水产品驱动的径流模拟效果在讨赖河流域的表现各异， 其中GPM和MSWEP数据驱动的径流模拟效果较好， 其验证期的NSE（Nash-Sutcliffe Efficiency）分别为0.58和0.54。在缺乏降水数据时， 推荐使用GPM和MSWEP降水产品作为降水的替代数据源。潜在蒸散发产品的选择则对径流模拟的影响较小， 验证期的NSE介于0.61~0.74。若仅关注径流模拟的精度， GLDAS、 GLEAM和ERA5-Land产品均可作为潜在蒸散发的替代数据源。在缺乏地表温度数据时， MOD11A1产品驱动的径流模拟在验证期的NSE为0.61。在缺乏所有的气象数据资料时， 最优的产品组合为GPM和MSWEP与其他3套潜在蒸散发产品组合， 其在率定期和验证期的NSE均在0.53以上。综合来看， 网格产品能在一定程度上弥补无资料或缺资料地区水文模拟的不足， 未来可以结合更多的流域对其适用性进行进一步评估。

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