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。