高原气象

高原气象

目录 封面 第45卷 第3期 2026-06-28   

青藏高原及全球气候变化

  • 高原低涡和切变线影响下那曲云-降水的宏微观特征对比研究
  • 于文茜, 郑佳锋, 陈凡, 彭霆威, 余永城
  • 2026 Vol. 45 (3): 626-640.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00109    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00109
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  • 青藏高原上的低值天气系统不仅影响青藏高原主体的云-降水， 甚至对中国东部地区暴雨等灾害性天气的产生和发展也具有重要作用。本文利用2014年和2015年的7 -8月第三次青藏高原大气科学试验（TIPEX-Ⅲ）期间那曲地区地基Ka波段毫米波云雷达（Ka-CR）、 K波段微雨雷达（K-MRR）和Parsivel二代激光雨滴谱仪（Parsivel2）的数据， 结合青藏高原低涡切变线年鉴、 ERA-5大气再分析资料和那曲站的探空资料， 首先对三部设备的观测资料进行处理和质量控制， 再对高原低涡和切变线影响下那曲云-降水的宏微观特征及其差异进行对比研究， 并讨论云-降水结构和物理特征差异对应的大气环境条件。结果表明： （1）那曲上空以单层云为主， 但在低涡的影响下会形成更多的双层及多层云； 低涡产生的对流云或高云更多且更深厚， 对应其整体的云底和云顶高度都比切变线的更高、 云层更厚； 而切变线整体的云体相对浅薄或中低云更多； 在降水上， 低涡中等强度降水的占比小， 但弱降水和强降水的比例更大。（2）低涡雷达回波的亮带特征更显著， 低涡的反射率因子Z和径向速度Vr 的概率分布相对切变线更为集中， 高频区回波更弱， 但也存在部分更强回波， Vr 和谱宽W分位数廓线随高度下降呈减小和增大趋势， 反映了冰粒子沉降过程持续的聚并和淞附等增长过程。（3）低涡的冰粒子在刚融化时（约离地0.9 km高）形成的所有粒径的雨滴浓度都比切变线的高； 在0.7 km至地面， 低涡中大雨滴的数浓度仍然更高， 但小雨滴数浓度则更低； 同等高度下， 低涡的雨滴谱比切变线的更宽； 随高度降低， 两类天气的雨滴在下落过程中以雨滴碰并为主要微物理过程， 但低涡的雨滴碰并效率更高。（4）对比大气环境条件， 发现在低涡影响下的大气温度比切变线下的略高， 相对湿度明显更高， 对流有效位能也更大； 两类天气控制下温湿和动力条件的差异与上述云-降水宏微观参数的差异一致。研究结果揭示了高原低涡和切变线影响下那曲的云-降水宏微观特征差异， 为高原灾害性天气的预警预报提供参考依据。

  • 黄河源区积雪覆盖时空变化特征及其与主要气象要素的关系
  • 蔡迪花, 沙莎, 王兴, 梁芸, 刘婧婵, 黄涛, 赵鸿
  • 2026 Vol. 45 (3): 641-653.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00101    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00101
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  • 为探究复杂地形下积雪对气象条件的响应， 利用2001年9月至2020年8月黄河源区MODIS（Moderate Resolution lmaging Spectroradiometer）积雪覆盖时间序列产品（MOD10A2）和气温与降水量逐日观测资料， 结合数字高程模型（Digital Elevation Model， DEM）数据， 以积雪频率和积雪覆盖率为监测指标， 分析黄河源区积雪覆盖时空变化特征及其与主要气象要素的关系。结果表明： （1）黄河源区积雪主要出现在10月至次年5月， 海拔越高积雪覆盖率越大、 持续时间越长， 积雪主要分布在高山区。3500 m高度及以下区域积雪积累过程呈“U”字型， 峰值在冬季， 而3500 m高度以上区域则过渡为倒“W”字型， 且两波峰间距随海拔升高逐渐收窄， 最大峰值由春季转为秋季。（2）积累期， 黄河源区北坡和偏北坡的积雪覆盖率高于南坡和偏南坡， 东北坡最大、 南坡最小； 各坡向积雪倒“W”字型积累过程特征相似且同步， 峰值和次峰值分别在10月末、 4月初， 坡向对积雪分布的影响相较于高程弱。（3）在暖湿化气候背景下， 2001年以来黄河源区积累期积雪覆盖率整体呈增加趋势， 全区每10年增加约5.6%， 4000 m以上高度尤其显著， 而春季及冬季4000~5000 m高度积雪面积的显著增加对积累期积雪覆盖率增大有重要贡献。（4）黄河源区各高度带积累期积雪覆盖率随气温下降和降水增加， 先增后减， 高度带越高拟合度越好。2001年以来积累期各季降水一致增加， 尤其春季高海拔区降水的显著增加是促使积雪覆盖率增大的关键因素， 高海拔带积雪对降水量依赖性更强。

  • 降雨事件特征对季节性冻土水热状态的影响
  • 舒敏, 余钟波, 江鹏, 白玛旺堆, 顿珠加措, 吴仁达, 鞠琴
  • 2026 Vol. 45 (3): 654-665.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00123    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00123
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  • 全球气候变暖使得青藏高原呈暖湿化趋势， 降雨对冻土水热状况的影响进一步增强， 为了分析降雨特征对冻土水热状态的影响效果， 本研究以青藏高原季节性冻土区的类乌齐县为例， 对气象要素、 冻土水热状况进行连续原位测量， 筛选出2020 -2021年的典型降雨事件， 分析降雨过程中的冻土水热动态变化。结果表明： （1）研究区的降雨由短历时（0 h˂H≤6 h）、 小雨量（0.1 mm≤P≤9.9 mm）的降雨事件占主导， 短历时降雨占降雨总数的57.81%， 小雨量降雨占84.39%。（2）降雨量相同情况下（7.6 mm≤P≤8.1 mm）， 完全消融期的短历时降雨， 加快了0~15 cm土壤降温速率（11.13%~81.49%）， 减慢了25~35 cm土壤升温速率（18.18%~85.07%）， 中历时和长历时降雨主要降低土壤温度变化速率。短历时降雨的土壤含水量增幅（M a）最大（5~35 cm均值为6.90%）， 含水量增加速率（R sm）和消退速率（D sm）总体上随降雨历时的增加而减小。（3）降雨历时相同情况下（10 h≤H≤13 h）， 完全消融期的大雨量降雨促使0~25 cm土壤迅速降温， 使35~45 cm土壤温度小幅抬升（1.0 ℃和0.8 ℃）； 中雨量和小雨量降雨主要降低土壤温度变化速率。M a、 R sm和D sm总体上随雨量的增加而增加。（4）不同发生时间的短历时且小雨量（H≤5 h， P≤5 mm）的降雨通常减缓土壤温度变化速率， 对15 cm以下土壤影响较小。完全消融期降雨的M a最大（2.5~15 cm均值为0.59%）， 完全冻结期最小。（5）理论雨水温度通常低于地表土壤温度（逐时温差为-1.57~30.99 ℃， 日平均温差为0.45~15.86 ℃）， 其中6 -8月差值较大， 其间发生的降雨对土壤具有降温作用。

中小尺度系统与暴雨动力学

  • 耦合重力波对昆明一次低空大风灾害的影响分析
  • 胡文东, 彭玉, 肖天贵, 周文杰, 邓意学, 陶静怡
  • 2026 Vol. 45 (3): 678-690.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00091    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00091
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  • 2024年3月27日， 云南昆明长水国际机场出现了一次罕见的瞬时大风损坏航站楼事件。本文利用常规地面气象观测资料、 加密中尺度地面气象观测资料、 高空气象探测资料、 ERA5再分析资料和FY-2G气象卫星云图， 对耦合重力波在此次大风中的作用进行分析。结果表明： （1）经上午太阳辐射作用后， 源于横断山区的大气重力波在西风气流作用下向东南传播， 与哀牢山区向东北方向传播的重力波于09:53（北京时）在100.56°E， 25°N附近相遇， 产生耦合效应； （2）根据稳定气层空气受力情况， 结合基本气流因山脉抬升形成波动的初始条件， 分析出重力波的数学解析表达式。由卫星和红外云图等资料， 分析得到各重力波的显著振幅、 波长与频率、 传播速度等各项参数； （3）利用谐波分析方法， 得到了两个重力波耦合后的波动及其在东西和南北方向的分量。耦合后的重力波对昆明机场上空的大气产生了显著影响， 东西方向重力波造成18 m·s-1下沉气流， 对大风有正的贡献， 南北方向重力波造成1 m·s-1上升气流， 对大风有负贡献； （4）耦合重力波与下沉对流有效位能（Downward Convective Available Potential Energy， DCAPE）释放造成的下沉气流共同作用， 将空中的急流带至地面产生动量下传， 并与地面水平风速正向耦合， 进而可形成高达86.5 m·s-1灾害性水平大风， 破坏了机场航站楼主体建筑。重力波对总体风速产生的贡献大约为19.65%。如果仅有重力波并未耦合则只能贡献风速10 m·s-1， 说明耦合重力波显著增强下沉气流， 促成低空大风灾害。

  • 基于CBAM U-Net模型的成都X波段相控阵雷达降水估计
  • 周聪, 张成宏, 董元昌, 张涛
  • 2026 Vol. 45 (3): 691-704.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00093    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00093
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  • 强降水事件的频发对城市防灾减灾提出了严峻挑战， 精细化高时空分辨率定量降水估计（Quantitative Precipitation Estimation， QPE）对强降水过程的监测有重要意义， 具备高时空分辨率探测资料的X波段相控阵雷达为开展高精度QPE的研究提供了有力的数据支撑。由于传统雷达QPE方法缺乏非线性映射能力和动态自适应学习机制等局限性， 本研究提出了一种基于CBAM U-Net模型的分钟雨量QPE方法。该模型通过嵌入通道—空间注意力CBAM模块增强对关键降水区域及特征通道的学习能力， 并在模型数据样本中添加时间维以优化雷达与地面雨量计数据的时间匹配。利用2023 -2024年7 -9月成都平坝地区四部X波段相控阵雷达基数据， 构建模型训练集和测试集， 并结合学习率预热与余弦退火策略优化训练过程， 不仅加快收敛速度， 且鲁棒性更强。为评估模型效果， 采用回归评估（CC、 R MSE、 R MAE、 R MB）与分类评估（POD、 FAR、 CSI）指标对CBAM U-Net、 Attention U-Net、 U-Net与两个R（Z H）关系式的降水估计结果进行对比分析。结果表明， 在整体的误差指标和稳定性方面， 深度学习模型显著优于传统Z-R关系。模型中， CBAM U-Net表现最佳（CC=0.665， R MSE=0.331 mm·min-1， R MAE=44.651%， R MB=7.324%）， Attention U-Net次之， 而U-Net则存在明显的低估现象。在多阈值分类评估中， CBAM U-Net对短时强降水阈值（0.34 mm·min-1， 对应小时雨强20 mm·h-1）和橙色暴雨预警信号阈值（0.67 mm·min-1， 对应小时雨强40 mm·h-1）的临界成功指数（CSI）分别达 0.655和0.485， 较Attention U-Net（0.609和0.408）与U-Net（0.537和0.160）显著提升。个例分析进一步验证了CBAM U-Net具备更强的时序变化特征追踪能力： 在2024年9月10日“脉冲式”降水过程中， CBAM U-Net精准定位降水曲线波峰、 波谷的位置， 良好地刻画了降水时序变化的特征， 较U-Net和Attention U-Net表现更优； 在2024年9月29日稳定性降水过程中， CBAM U-Net准确勾勒出降水变化的整体趋势， 但对分钟雨量0.1~0.2 mm·min-1微小波动的敏感性不足。CBAM模块通过双重注意力机制， 有效提升了模型对强降水时序变化特征的捕捉能力， 但受限于深度学习模型系统性平滑的特性， 对分钟雨量≥1.17 mm·min-1的极端强降水仍存在明显低估。

  • 基于地形引导注意力的降水降尺度模型研究
  • 王彩玲, 樊磊, 解小宁
  • 2026 Vol. 45 (3): 705-717.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00098    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00098
  • 摘要 ( ) PDF (8782KB) ( )

  • 基于卷积神经网络（Convolutional Neural Network， CNN）的降水降尺度技术能够利用深度学习模型从低分辨率全球气候模式生成高分辨率降水数据， 是评估气候变化在区域和局地尺度上对环境造成影响的关键技术， 具有重要的现实意义。本文提出了一种基于CNN的降水降尺度模型-地形引导注意力网络（Terrain-guided Attentian Network， TGAN）， 能够实现2°大气变量的降尺度操作， 并得到0.1°的高分辨率降水场。该模型采用拉普拉斯金字塔作为渐进式降尺度框架， 逐级提升分辨率并重建降水场； 同时引入地形引导注意力模块， 通过注意力机制以多尺度方式聚合大气数据和相应尺度的高程信息， 加强模型的特征学习能力， 从而实现模型模拟精度的提高。本研究以黄河中游地区为研究区域， 使用2001 - 2010年的ERA5日大气变量、 GPM IMERG日降水数据和高程数据进行模型训练， 并利用2011 -2020年的数据验证TGAN的有效性。结果表明， 相较于传统CNN模型， TGAN在日、 月和年尺度的时空降水模拟中均表现出更高精度， 尤其是在日尺度上优势更为显著： 其平均均方根误差低至5.10 mm·d⁻¹， 平均相关系数高达0.42， 预测的第95百分位数和第99百分位数也更接近于GPM IMERG观测数据。同时， TGAN模拟的日降水概率密度分布与GPM IMERG也更加吻合， 尤其是在大降水区间中， 表现出了更高的一致性。此外， 本文进一步分析了不同损失函数对TGAN模型降尺度性能的影响。采用RMSE损失函数可以提升模型整体的预测精度， 但在极端降水模拟上存在明显低估； 而Bernoulli-Gamma损失函数虽整体精度略低， 但却能更准确地重现极端降水事件， 其概率密度分布与GPM IMERG及站点观测数据基本保持一致， 表现出较好的极端降水捕捉能力。总体而言， TGAN通过结合地形引导注意力机制以及Bernoulli-Gamma损失函数， 在黄河中游地区的降水降尺度任务中展现出显著优势， 不仅提升了整体模拟精度， 同时能够更好地捕捉极端降水事件， 为复杂地形区域的高分辨率降水模拟提供了有力支撑。

  • 湖北省气温资料非均一性的订正及影响分析
  • 张玉翠, 谭江红, 赵琳
  • 2026 Vol. 45 (3): 718-729.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00110    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00110
  • 摘要 ( ) PDF (6680KB) ( )

  • 运用均一性的长序列资料进行气候评估是提高评估结果准确性的重要前提， 对提升人类社会和生态系统应对气候变暖的响应能力具有极大的指导作用。本研究利用相对均一性检验（Relative Homogeneity tests Version 4， RHtests V4）软件， 结合气象台站元数据信息， 采用邻站选取法及Pearson相关性分析选取了参考站， 对1961 -2024年湖北省74个国家气象站最高和最低气温序列进行了非均一性检验及订正， 并通过定义非均一性偏差及贡献率， 分析了湖北省年、 季平均最高和最低气温序列的非均一性影响。结果表明： 1961 -2024年湖北省有43.2%的气象台站最高气温序列和60.8%的气象台站最低气温序列出现非均一性； 最低气温对台站迁移较最高气温更为敏感， 而观测自动化对气温序列的非均一性影响较小。非均一性导致的湖北省年、 季气温序列的趋势偏差总体较小， 年平均最高气温增温速率被高估了0.002 ℃·（10a）-1， 而年平均最低气温被低估了0.001 ℃·（10a）-1， 非均一性贡献率分别为0.84%和-0.37%， 且被高估的台站数多于被低估的台站数； 在最高气温出现显著断点的台站中， 有56.3%和43.7%台站的年平均最高气温变化速率分别被高估和低估， 平均非均一性贡献率为1.15%和-0.54%； 在最低气温出现显著断点的台站中， 有51.1%和48.9%台站的年平均最低气温变化速率分别被高估和低估， 平均非均一性贡献率为0.45%和-1.24%。四季中， 春季的非均一性影响最弱； 冬季平均最高气温、 秋季平均最低气温的非均一性影响最显著， 贡献率分别为-1.97%和0.50%。各台站秋季平均最高气温变化速率被显著低估的程度， 平均最低气温变化速率被显著高估和低估的程度明显高于其他季节； 秭归站为非均一性影响最显著的台站， 台站迁移是其气温序列出现非均一性的主要原因， 其秋季平均最低气温变化速率被低估了0.034 ℃·（10a）-1， 非均一性贡献率达-23.42%。

气候的形成和影响气候的因素

  • 1961 -2021年中国西北干旱区降水时间均匀性的时空演变特征
  • 姜旭涛, 于晓晶, 杨霞, 姜玖, 刘永强
  • 2026 Vol. 45 (3): 730-743.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00099    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00099
  • 摘要 ( ) PDF (11785KB) ( )

  • 干旱区年内降水分配不均会加剧旱涝灾害的发生， 进而制约该地区生态系统功能和水资源管理。全球增暖背景下， 中国西北干旱区自1980s降水量整体显著增多， 但尚未充分明晰其年内分配特征有何变化。本研究基于CN05.1降水格点数据， 采用多个时间均匀性表征指标， 系统考查了1961 -2021年西北干旱区降水不同时间尺度均匀性的时空演变特征。基于月尺度降水集中指数（Precipitation Concentration Index， PCI）的分析表明， 西北干旱区整体降水季节特征较为明显（平均PCI为17.8）； 从PCI的长期趋势来看， 1961 -2021年约89.1%的面积呈减小趋势［平均变化率为-0.29·（10a）-1］， 尤其极端干旱区下降速率最快［-0.44·（10a）-1］。西北干旱区PCI整体减小主要是由于夏季降水量占比降低［-0.6%·（10a）-1］而冬季占比增加［0.35%·（10a）-1］所致， 反映出该地区年内降水的季节集中程度有所减弱。基于日尺度降水集中度（Precipitation Concentration Degree， PCD）和集中期（Precipitation Concentration Period， PCP）的结果与月尺度一致， 西北干旱区PCD呈显著下降趋势［-0.008·（10a）-1］， PCP变化不显著， 仅在部分地区有所前移［最大-1.54 d·（10a）-1］。平均而言， 西北干旱区年降水量的一半可由日降水量最多的11 d贡献， 在湿润区达到一半年降水量所需的最湿日呈减少趋势［-1.8 d·（10a）-1］， 而在极端干旱区呈增加趋势［0.9 d·（10a）-1］。本研究可为西北干旱区极端旱涝灾害的应对管理和政策制定提供有效的科学依据。

  • 基于AHP-CRITIC模型分析评估贵州省气候舒适度的时空特征
  • 岳鑫, 唐晓, 王烁, 陈早阳, 罗语嫣, 汪超
  • 2026 Vol. 45 (3): 744-757.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00100    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00100
  • 摘要 ( ) PDF (9754KB) ( )

  • 气候舒适度是影响人类住区评估、 旅游发展、 公共卫生以及气候适应调控的关键因子。贵州省地处云贵高原东部， 独特的地理环境造成了气候舒适度显著的时空差异。本文基于1994 -2023年贵州省84个国家气象观测站数据， 采用AHP-CRITIC （Analytic Hierarchy Process-Criteria Importance Through Intercriteria Correlation）模型对省内9个市州的气候舒适度时空分布进行了研究。该方法通过将层次分析法（Analytic Hierarchy Process， AHP）确定的各气象要素主观权重与CRITIC法得到的客观权重相结合， 有效融合了主观经验与数据内在关联， 显著提升了评估的科学性。结果发现： 贵州省气候舒适度指数呈下降趋势， 年际变化速率为-0.03 （10a）-1。这一趋势主要是由于夏季气候舒适度指数的显著下降， 其速率为-0.11 （10a）-1。贵州省年均气候舒适度指数为“舒适”等级日数达到160天， 六盘水市以203天位居全省之首。六盘水市、 安顺市和黔西南州的年均“较舒适”及以上等级天数均超过300天， 展现出显著的气候优势。其中， 六盘水市在4 -10月月均超过20天达到“舒适”等级； 黔西南州全年处于“较舒适”及以上等级。空间分布上， 贵州省气候舒适度呈现出显著的季节差异与地域分异特征。春季和秋季， 全省各市州的气候舒适度普遍较高。夏季， 六盘水市、 毕节市、 安顺市、 贵阳市以及黔西南州西北部地区的气候舒适度指数维持在“较舒适”至“舒适”等级， 展现出独特的凉爽优势。相比之下， 冬季除南部地区外， 大部分地区处于“较不舒适”与“不舒适”等级， 1月则是冬季气候舒适度最低的时段。通过贡献分解方法进一步量化各要素的贡献率发现， 气温是影响气候舒适度的最主要变量， 在四季中均占据主导地位（贡献率47.5%~63.8%）； 风速为第二大贡献因子。本研究为云贵高原地区的气候舒适度研究提供了新的定量评估结果， 可对理解气候变化情景下的贵州省气候舒适度时空分布及其变化提供参考。

  • 内蒙古黄河流域极端水文气象事件对植被覆盖的影响
  • 张冉, 荀学义, 杜佳雨, 孔德华, 康梓鑫
  • 2026 Vol. 45 (3): 758-769.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00122    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00122
  • 摘要 ( ) PDF (7948KB) ( )

  • 在气候变化与极端事件的双重胁迫下， 内蒙古黄河流域生态系统的稳定性正遭受着严重威胁。鉴于此， 本文选取降水量和饱和水汽压差作为衡量水文气象事件强度的指标， 利用基于像元的动态极值法界定极端水文气象事件， 采用线性回归分析法， 揭示内蒙古黄河流域极端水文气象事件时空演变规律和变化趋势， 借助皮尔逊相关分析法和地理探测器技术， 探讨极端水文气象事件对植被覆盖的影响机制。结果表明， 内蒙古黄河流域极端干旱事件整体呈降低趋势， 极端湿润事件呈升高趋势， 极端降水湿润事件变化趋势地域性差异明显， 植被NDVI整体呈增加趋势， 显著增加区域超过流域面积的50%； 极端水汽干旱事件频数与极端水汽湿润事件基本相当， 极端降水干旱事件频数较极端降水湿润事件明显偏高， 极端降水干旱事件空间格局与极端降水湿润事件呈反位相分布； 极端干旱事件对植被覆盖具有显著负面影响， 极端湿润事件对植被覆盖具有显著正面影响， 植被覆盖受极端水汽湿润事件的显著影响范围较受极端水汽干旱事件、 极端降水湿润事件和极端降水干旱事件的显著影响范围明显偏小； 极端水汽湿润事件、 极端降水干旱事件、 极端降水湿润事件对植被覆盖驱动作用十分重要， 其中极端水汽湿润事件对植被覆盖的影响最显著， 复合极端水文气象事件影响程度均高于单个极端水文气象事件， 以双因子增强和非线性增强两种方式驱动植被覆盖。研究结果可为植被恢复、 水土保持等生态环境保护工作提供科学参考。

  • 基于自编码器和自组织映射的贵州暖季降水客观分型及环流特征分析
  • 杨雨蒙, 严小冬, 赵亮, 夏阳, 李清泉, 胡秋红, 沈新勇
  • 2026 Vol. 45 (3): 770-781.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00042    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00042
  • 摘要 ( ) PDF (13058KB) ( )

  • 基于1979 -2022年CN01逐日降水再分析资料及ERA5全球大气再分析资料， 分别使用自编码器（Autoencoder）方法识别了贵州地区暖季异常降水， 自组织映射（Self-organizing Map， SOM）对识别结果进行客观分类， 并通过统计、 诊断等方法讨论了相关环流异常及水汽输送特征。结果表明： （1）贵州异常降水空间分布可客观分为北部型、 全省强降水型、 南部型及东部型共4类。时间统计发现， 异常降水在年际尺度上主要集中于6月中旬至7月下旬， 且4类降水型均表现出强烈的年际变率特征。从年代际变化来看， 20世纪90年代及2010年以后是异常降水的高发时期。（2）4类异常降水型均受高纬阻塞形势及东亚-太平洋遥相关型的共同影响。在此背景下， 西太平洋副热带高压异常西伸， 南亚高压增强。西太平洋异常反气旋西北侧的偏南气流为贵州地区提供了持续的水汽输送与汇聚条件； 同时， 强盛的南亚高压通过加强高层辐散， 诱导贵州上空对流层中低层产生强烈的动力辐合， 从而为降水的发生提供了优越的水汽及动力条件。（3）4类异常降水型对应的环流配置存在差异， 在500 hPa高度场上， 阿拉伯半岛东伸脊与印度半岛北部负变高中心的相对位置差异， 导致下游西风槽位置偏移， 叠加西太平洋副热带高压位置差异， 共同驱动了贵州雨带分布差异化。除了大尺度背景外， 中尺度环流配置分析表明西南涡生成位置及频数在不同降水型中亦有不同。其中， 北部型异常降水受西南涡影响最为显著， 超过50%降水日伴有西南涡活动， 且西南涡位置明显偏北。

灾害性天气与短期气候预测

  • 甘肃省春季三次东风型沙尘天气的形成机制及传输特征对比研究
  • 李文静, 梁小刚, 苟尚, 程蓉, 马莉, 秦豪君
  • 2026 Vol. 45 (3): 782-797.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00102    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00102
  • 摘要 ( ) PDF (25978KB) ( )

  • 在“西北暖湿化”的背景下， 甘肃省沙尘天气呈现出显著的区域性特征， 东风型沙尘天气的形成机制及传输特征研究相对缺乏。本文基于常规气象观测资料、 ERA5再分析资料及卫星遥感资料， 并利用GDAS气象数据驱动HYSPLIT后向轨迹模式进行模拟， 对比分析了甘肃省春季三次区域性东风型沙尘天气的气候背景、 环流形势、 热动力物理量特征及传输特征。研究表明： （1）东风型沙尘气候背景与西风型沙尘无显著差异； 扬沙发生前气温较历史同期偏高约2 ℃， 沙尘暴偏高4~6 ℃， 且降水距平百分率较历史同期偏少五成及以上的地区更易出现沙尘天气。（2）与西风型沙尘 “西高东低” 环流形势及锋区动量下传机制不同， 东风型沙尘的形成与500 hPa 高空槽偏北、 地面 “北高南低”（冷高压与南疆或青海东部热低压配合）的形势密切相关， 冷锋位置偏北， 系统东移时冷锋底部掠过甘肃北部， 受冷锋后部及冷高压底部偏东大风影响， 从而引发沙尘。（3）在热动力物理量特征方面， 东风型沙尘与850 hPa上小于-4×10-5 K·s-1的冷平流、 700 hPa以下大于0.4 Pa·s-1的正垂直速度区及中低层大于100 m2·s-2的正水平螺旋度区有较好的对应关系， 与前人所得西风型沙尘天气对应负垂直速度区、 负水平螺旋度区的研究成果存在差异。（4）沙源传输方面， 东风型沙尘以外源输送为主， 其中扬沙天气的远距离沙源贡献大于周边沙源， 沙尘暴天气则主要依赖本地荒漠及附近沙漠（如巴丹吉林沙漠、 腾格里沙漠）的起沙。

  • 基于WRF-SFIRE模式的华北地区局地林火模拟研究
  • 高焕昕, 师春香, 毛文书, 权畅, 相云, 左大鹏
  • 2026 Vol. 45 (3): 798-819.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00103    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00103
  • 摘要 ( ) PDF (20443KB) ( )

  • 华北地区地形复杂， 太行山、 燕山山脉植被覆盖度高， 冬春季林火灾害频发， 针对中小尺度下林火蔓延模拟预报需求， 本文采用大气-野火耦合模式WRF-SFIRE， 对2021年“2·20”晋冀交界林火过程进行高分辨率模拟研究。通过引入GDEMV3 30 m地形数据、 GLC_FCS30_2020 30 m土地利用数据、 ESA_WorldCover 10 m地表覆盖度数据和CLDAS高精度土壤温湿度初始场， 开展包括地形、 土地利用、 可燃物、 陆面同化驱动、 大涡模拟等七组敏感性试验。结果表明： WRF-SFIRE模式能较好地再现风速、 风向和温度的日变化过程及概率分布特征， 模拟气象场与观测具有良好一致性。林火过程清晰表现出启动、 平稳、 加速与衰阶的阶段性演变特征， 过火区的空间形态与时间演变序列较好地反映了实际火势发展的规律， 且模拟的过火范围与遥感反演结果基本吻合。不同场景的敏感性试验表明， 各类高分辨率静态数据可显著改善风场结构与火行为的响应， 其中土地利用与燃料精度对火势扩展尤为敏感， 地形高程则在复杂地形下显著调控林火行为反馈过程。另外， CLDAS土壤温湿度作为驱动场有效提升了2 m温度的模拟精度， 验证了其在中小尺度林火预报中的应用价值。相比之下， 在1 km分辨率下直接开启大涡模拟并未改善模拟精度， 反而引入风向扰动增强等不稳定因素， 建议在中尺度下谨慎使用。综上所述， 本研究聚焦中小尺度林区， 评估了大气-野火耦合模型在林火数值模拟中的应用潜力， 并解析了林火蔓延过程中的气象演变与火场响应机制。研究结果强调， 合理整合多源高分辨率数据集和真实的下垫面条件是提升林火预报能力的关键。本研究不仅丰富了复杂地形下气火相互作用的理论认识， 也为森林草原防灭火工作及华北地区生态系统的长期保护提供科学支撑。

  • 太湖流域致洪降水分类及洪涝危险性分区研究——以武澄锡虞区为例
  • 苗茜, 杨杰, 张灵玲, 孙佳丽, 汪宁, 张雪蓉, 程婷, 谢志清, 徐萌
  • 2026 Vol. 45 (3): 820-837.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00104    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00104
  • 摘要 ( ) PDF (9152KB) ( )

  • 区域致洪降水分类和洪涝危险性分区是城市防洪排涝的重要手段。本研究以太湖流域的武澄锡虞区作为研究区域， 选取无锡、 常州、 江阴和张家港4个国家基本气象站1967 -2021年的降水数据， 及历史梅雨、 台风资料序列来进行致洪降水分类， 并结合无锡、 常州等水文水位站的逐日水位数据， 引入水动力模型借助组合情景法模拟洪涝危险性。研究提取致洪降水1183 d， 其月际分布呈两类特征： 常州、 江阴和张家港3站7月致洪降水频次最高， 8月和6月次之； 无锡站则按6月、 7月和8月递减， 峰值较其他3站提前1个月。4站共同致洪降水事件87场， 经时间重叠法确定梅雨型30场、 台风型16场、 台风遭遇梅雨型4场， 其他类型37场； 其时程分别呈近似正态分布的单峰、 双峰、 左偏单峰和右偏单峰， 累计致洪降水量自高至低依次为其他类型、 梅雨型、 台风型和台风遭遇梅雨型。四类致洪降水空间分布差异显著， 除台风型以无锡为高值区外， 其他3类以无锡为低值区。基于城市化进程2010年和2020年两个关键期， 耦合四类致洪降水及两种空间分布权重、 三档客水影响、 两档排涝强度， 模拟出武澄锡虞区96种暴雨洪涝淹没情景。主要结论如下： （1）高等级（对应1级）危险区集中在河道及沿岸， 其面积比例、 均值和标准差随降水权重增大而增加； （2）考虑主要土地利用类型后， 排涝措施可使人造地表高等级危险区比例降低2.65%~23.78%； （3）无锡市梁溪区人造地表高等级危险区比例为各区（市）最高， 可能归因于无锡致洪降水峰值月超前出现且地形“南高北低”， 其次为常州市天宁区和苏州市张家港市； （4）地形和土地利用类型是控制淹没结果的主要因子， 危险区分布差异与致洪类型、 权重和排涝强度相关。本研究可为流域-区域-城市防洪排涝提供决策依据和背景， 促进长江经济带和长三角一体化协调发展。

  • 宁夏特大暴雨异常环流极端性特征及概念模型
  • 余文梅, 陈豫英, 马国涛
  • 2026 Vol. 45 (3): 838-855.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00107    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00107
  • 摘要 ( ) PDF (20780KB) ( )

  • 基于自动气象站分钟和小时降水以及ERA5再分析资料， 对宁夏有气象记录以来的4次特大暴雨过程的降水分布、 环流形势、 热动力异常极端特征及地形增幅作用进行了分析。结果表明： （1）特大暴雨主要分布在贺兰山东坡贺兰到银川段和灵盐台地西北缘， 时间短、 范围小、 强度大、 效率高， 对流性、 地形性、 夜发性和极端性特征突出。（2）特大暴雨出现在西太平洋副热带高压（以下简称西太副高）强盛和东高西低环流背景下， 关键影响系统南亚高压（偏强1.0σ以上）、 西太副高（偏强1.0σ以上）、 河套热低压（偏强-0.5σ以上）、 低空急流（700 hPa和850 hPa分别偏强8.0σ以上、 4.0σ以上）、 热带气旋或台风（偏强-1.0σ以上）异常偏强偏北偏东（西）。其中， 西太副高强盛型环流经向度更大， 南亚高压和西太副高更强更东（西）， 700 hPa南风急流偏东； 东高西低型西太副高更偏北， 热带气旋或台风更活跃， 700 hPa南风急流更北， 850 hPa东南急流更强， 有西风带锋面系统东移影响。（3）异常偏强且持续的暖湿水汽输送和水汽辐合是特大暴雨产生的重要因素， 低空急流位置和强度及地形对特大暴雨落区分布有重要影响。西太副高强盛西部型和东部型分别为热力不稳定（对流有效位能偏强7.0σ以上）和水汽（700 hPa水汽辐合偏强-8.0σ以上）更极端的暖区暴雨， 配合贺兰山或灵盐台地等地形出现了特大暴雨； 东高西低型的动力条件更极端（700 hPa上升运动偏强-6.0σ以上）， 有冷暖空气交汇， 配合贺兰山地形出现了降雨量最大的特大暴雨。在此基础上， 总结出宁夏特大暴雨异常环流概念模型。

  • 中国复合极端高温干旱事件特征及成因分析
  • 王映思, 肖天贵, 董雪峰, 王杰聪, 林巧美, 董莉
  • 2026 Vol. 45 (3): 856-873.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00038    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00038
  • 摘要 ( ) PDF (20061KB) ( )

  • 复合极端高温干旱事件对人类生命健康、 生产生活和生态多样性产生重大影响， 引发社会广泛关注。本文采用中国气象观测和ERA5再分析资料， 通过复合极端高温干旱事件指数（Compound Extreme High Temperature and Drought Events， CHTDI）对1960 -2020年中国夏季复合极端高温干旱事件进行分析。结果表明： （1）我国夏季复合极端高温干旱事件具有明显的年代际变化特征， 2000年以来表现出增多增强的趋势， 强度约是以往（1960 -1999年）的3倍； 我国大部分地区夏季复合极端高温干旱严重程度日益增大， 尤其东北、 华北、 西南和华南地区明显。（2）异常强化的反气旋是推动我国夏季复合极端高温干旱事件发生发展的重要天气系统， 该系统具有准正压结构， 为极端高温干旱提供稳定的大气环流背景， 并使我国上空气流下沉增温， 在低层水汽辐散共同作用下， 导致复合极端高温干旱事件发生。（3）源自北大西洋的Rossby波异常是导致我国复合极端高温干旱事件发生发展的主要系统， 该系统从春末持续到夏季， 为异常反气旋的发展和维持提供能量。（4）受异常反气旋影响， 我国华北、 西南、 华南沿海和新疆北部等大部分地区总云量持续偏少， 向下的短波辐射和向上的感热通量增多， 使气温上升， 向下的长波辐射和潜热通量减少， 使降水偏少， 进而导致我国土壤湿度持续异常偏低， 蒸散作用减弱， 使地表升温， 而地表升温又反作用于土壤湿度， 进一步加剧高温干旱。

主要气象要素和天气现象预报

  • 基于华南区域模式的江西省短时强降水预报偏差特征及成因分析
  • 徐渊, 陈云辉, 黄雨婧, 付彧, 欧阳鸿翔
  • 2026 Vol. 45 (3): 874-893.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00105    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00105
  • 摘要 ( ) PDF (23017KB) ( )

  • 自主研发的华南区域数值模式CMA-GD（R3）为泛华南地区的天气预报业务提供了技术支撑， 尤其是针对尺度小、 变化周期短的强对流天气。本文通过热、 动力结构进行环流分型， 系统分析了CMA-GD（R3）在江西省短时强降水中的预报偏差特征， 并基于典型个例分析了不同类型过程预报偏差的成因， 旨在论证该模式在江西省短时强降水预报业务中的可参考性， 提高其使用率和使用质量。结果表明， CMA-GD（R3）整体上对江西省短时强降水展现出较好的预报结果， 表现在预报频率与观测频率接近， 但对可预报性较低的极端性短时强降水有明显低估。基于天气学分型的短时强降水偏差统计和成因分析进一步表明： （1）CMA-GD（R3）对斜压锋生类过程预报相对较优， 样本点相对均匀分布在对角线两侧， 其预报偏差与模式对锋面位置和强度的预报误差有关， 当锋面存在位置预报误差时， 应向相反方向调整短时强降水落区。（2）高空冷平流强迫类则存在较明显低估， 当日08:00（北京时， 下同）起报相比前日20:00有向好调整的趋势。该模式通常能较好地预报冷涡、 槽后等大尺度环流背景， 短时强降水的预报偏差与低层湿度场等局地要素的预报偏差有关， 模式研发环节应考虑改善对高空冷平流强迫类过程的物理表征。（3）低层暖平流强迫类预报效果也相对较好， 但预报频率系统性偏高且对极端降水仍有明显低估。双低空急流的预报准确度是影响其预报效果的重要敏感因素之一， 当模式对双低空急流预报偏弱（强）时， 应在急流出口区、 耦合区等关键位置提高（降低）短时强降水的预报量级。（4）准正压类整体上对区域性过程中的极端降水量级预报较优， 可着重考虑对时空误差的订正； 高架雷暴类预报不稳定， 需关注临近时段调整。本研究可加深对华南模式在泛华南地区短时强降水预报性能的理解， 为其进一步本地化释用提供参考依据。

  • 基于LightGBM算法的陕西关中地区能见度分级预报及可解释性分析
  • 黄蕾, 达选芳, 白庆梅, 刘瑞芳
  • 2026 Vol. 45 (3): 894-906.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00106    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00106
  • 摘要 ( ) PDF (3380KB) ( )

  • 低能见度（Visibility， VIS）天气作为边界层内复杂大气物理过程与人类活动共同作用的结果， 其精准预报对关中盆地这类地形封闭、 污染频发区域至关重要。本研究基于陕西关中地区44个国家地面气象站2023 -2025年地面观测数据、 ERA5高空再分析资料及环境监测数据， 利用LightGBM（Light Gradient Boosting Machine）机器学习算法构建能见度分级预报模型， 通过输入ECMWF模式和CUACE模式的逐3 h气象要素及污染物浓度预报场， 实现关中地区国家气象站未来72 h的能见度分级客观预报， 同时选取2025年1 -3月出现的8次低能见度过程对模型进行检验。研究表明LightGBM模型在各个能见度分级中， 预报效果较ECMWF模式预报均有较大提升， 低能见度天气（VIS≤1 km）预报的TS评分（Threat Score）和命中率相比ECMWF预报分别提升了0.13和0.16。模型对夜间低能见度天气的捕捉与预报能力更具优势， 在48 h预报时效内LightGBM对VIS≤1 km的TS评分较ECMWF模式预报提升近104%。通过SHAP（SHapley Additive exPlanations）框架解析模型对低能见度天气（VIS≤1 km）预测过程中的特征贡献机制， 发现低层气象要素与污染物浓度是模型决策低能见度天气的主要因素， 模型中各特征通过湿度阈值触发、 不同温度场配置影响边界层、 污染物消光主导作用变化等共同影响低能见度预测； 地面湿度特征超过一定阈值后（2 m温度露点差<2 ℃， 相对湿度>80%）成为低能见度预测的关键判据。850 hPa温度>-5 ℃时， 暖湿气流输送与逆温层维持的双重效应使其贡献度显著提升； PM2.5浓度较低时气象条件主导能见度， 当其值较高（>130 μg·m-³）时成为模型判断低能见度天气的主导因子。

  • 基于多源观测与陆面模式模拟的雨雪拆分研究
  • 谭澳博, 魏忠旺, 戴永久
  • 2026 Vol. 45 (3): 907-919.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00108    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00108
  • 摘要 ( ) PDF (8520KB) ( )

  • 大气数值模式中降水相态的准确判别， 对模拟陆面积雪生成及后续演变至关重要。因此， 为研究陆面模型主流降水拆分参数化方案的模拟效果， 本文开展了系统评估。验证评估包括站点与区域两个尺度， 前者主要使用气象信息综合分析处理系统MICAPS观测对雨雪划分比例进行统计评估； 后者以第五代全球大气再分析数据ERA5（0.25°×0.25°）驱动通用陆面模式CoLM2024模拟2005 -2019年北美地区陆面要素变化， 并将模型输出与独立观测对比， 进行区域尺度评估。本文涉及5种常用降水相态输入方案： 气温渐变、 气温突变、 湿球温度渐变、 水凝物温度渐变以及直接输入再分析降雪驱动方案。研究发现： （1）站点统计表明， 各方案间有明显差异， 湿球温度渐变和水凝物温度渐变方案在降雪概率预测上更接近观测值， 而气温突变方案降雪概率预测与观测的均方根误差RMSE约为水凝物温度渐变方案的2倍； （2）陆面模式模拟结果表明各方案普遍低估地表积雪， 在格点均值大于1 mm的区域， 积雪年均值低估超过20%； 湿球温度渐变方案因其稳定的产雪特性在区域尺度上表现最佳， 该方案有效改善了美国西部地区的积雪低估问题， 同时维持了东部地区的积雪模拟效果； （3）基于对积雪误差的分析， 研究发现模型输出误差与积雪量及海拔呈显著正相关， 其相关系数R为0.86， 证实了模型在高寒地区模拟积雪的局限性， 为改进降水相态参数化方案提供了参考。

  • 基于XGBoost算法的FY-4B地表温度融合方法研究——以陕西省为例
  • 张煦庭, 权文婷, 周辉, 潘宇鹰, 王卫东, 李美荣, 王钊
  • 2026 Vol. 45 (3): 920-934.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00095    CSTR:32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025.00095
  • 摘要 ( ) PDF (11849KB) ( )

  • 热红外遥感技术能够快速获取区域及全球尺度的地表温度， 但无法有效反映有云条件下的地表热环境。针对风云四号B星（FY-4B）地表温度遥感产品在云层覆盖区域数据缺失的问题， 提出基于XGBoost（eXtreme Gradient Boosting）机器学习算法的多源数据融合方法， 结合CLDAS（CMA Land Data Assimilation System）地表温度分析产品、 气象站点观测数据、 地形和植被等辅助数据， 对陕西省典型日期的云下地表温度进行了重建与融合试验。结果表明： （1）典型日期融合后的云下地表温度与CLDAS地表温度的相关系数超过0.91， 平均绝对误差与均方根误差稳定在2~4 ℃。（2）融合结果在保留原始FY-4B晴空数据空间特征的同时， 与CLDAS 地表温度在陕北黄土高原、 关中平原及复杂地形区域的空间分布一致性较高。（3）SHAP（SHapley Additive exPlanations）值分析显示， CLDAS地表温度、 纬度和归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index， NDVI）是影响融合结果的关键特征变量， 其中， 高纬度、 低植被覆盖对地表温度模拟值具有显著的正向贡献， 尤其是当纬度高于35°N -36°N和NDVI低于0.2时。（4）不同区域云下及全天候条件下的地表温度融合结果与相同条件下的CLDAS 地表温度检验效果相似， 关中和陕南地区表现较为接近且相对更好。本研究提出的方法可为地表温度的卫星遥感全天候监测业务服务提供技术支持。

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