气象科学

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• 热带云团的修正对流组织势与水汽、云—辐射的关系

  陈逸凡，袁健

  云解析模式中的对流自聚集现象揭示热带深对流具有自组织性及其对全球气候可能存在重要影响。然而,目前关于现实中对流聚集状态与理想模拟的自聚集现象之间关联的认识仍不明确。本文引入云团面积权重因素,对前人衡量对流组织化程度的方法(对流组织势,Convective Organization Potential, COP)进行了改进,定义了一个新变量,即改进的对流组织势(Modified COP,MCOP)。相比于原有的COP指标,MCOP在衡量云团聚集程度时对云团截断面积和数据的空间分辨率等非物理因素的依赖性显著降低。利用向日葵系列卫星的红外亮温与ERA5再分析资料,在热带印—太暖池区域逐10°×10°网格区域上进行了合成分析。结果表明:在同等对流强度下,当对流更聚集时,对应的区域平均水汽场更干燥,主要原因是对流外环境如干区对流层中层自由大气异常干燥。更聚集的对流具有更强的冷核、相对更少的较暖云砧和更大的晴空区域,导致区域平均的出射长波辐射更高。MCOP与关键物理场(如,水汽、辐射)的相关性高于COP,合成分析结果显示水汽与出射长波辐射对MCOP的敏感度相对COP提升约23.0%和14.8%。

• CMA-MESO中不同云微物理方案对台风强降水的云宏、微观特征的模拟分析

  程佳佳，徐国强，赵婥

  使用中国气象局中尺度天气数值预报系统(CMA-MESO)对2022年7月初由台风"暹芭"登陆引起的一次广东省暴雨过程进行数值模拟。利用区域自动观测站、FY-2H与FY-4A等卫星探测以及ERA5再分析资料、mosaic雷达探测等多源数据,评估了WSM6、Liu-Ma及Thompson 3个云微物理方案对此次暴雨过程中的降水及云宏、微观特征的模拟效果。结果表明:(1)不同方案均能较好地模拟日降水落区与中心位置,但模拟降水中心强度偏小且更加分散。(2)模拟云区范围偏大、总云量偏高,云粒子并不能有效到达地面形成降水,且模式对降水中心附近深厚对流云团的模拟存在误差。Liu-Ma方案模拟的云内强对流较为稳定。(3) 模式模拟雷达强回波区中心强度偏低,模拟回波系统移动滞后。反映了CAM-MESO模式对冰相过程的模拟存在一定误差。Thompson方案模拟雪粒子数量偏多使其5 dBZ以下回波模拟范围明显大于探测数据。(4) 不同方案模拟液态水凝物含量存在明显差异。Liu-Ma方案在降水中心区域内较多的云水能够为冰粒子转化提供有利条件。Thompson方案冰相粒子含量的失衡导致该方案对强对流中心模拟效果较差。总的来说,对于台风等内部存在极强对流的降水个例,Liu-Ma方案对日降水、总云量及亮温的模拟结果与观测及再分析数据吻合较好。Thompson方案在多项云特征与降水的模拟中均不占优。

• 3个演变过程不同的东北冷涡结构对比与降水强度差异的成因

  高松影，史月琴，孙祥秀，赵婷婷，孟鑫

  本文利用欧洲中期数值预报中心ERA5再分析资料,选取3个演变过程不同的东北冷涡结构进行对比,并对降水强度产生差异的成因进行了分析。结果表明:3个东北冷涡地面系统发展不同。具体表现为:冷涡1(2021年9月8—11日)在贝加尔湖以东发展成熟,在东移减弱过程中地面没有明显低值系统生成;冷涡2(2021年11月7—10日)由低涡加深发展形成,地面伴有气旋爆发性发展;冷涡3(2020年9月2—4日)为台风"美莎克"并入切断低涡形成,地面为变性的温带气旋。不同演变过程的东北冷涡温压场结构特征存在差异。冷涡1维持正压冷心结构,冷涡2由冷心斜压结构发展为冷心正压结构,冷涡3由暖心正压结构变性为冷心正压结构。3个东北冷涡成熟阶段位势中心高度和冷层厚度不同。3个东北冷涡均呈现正涡度为主的旋转动力结构特征,但正涡度区的中心高度和相对冷涡中心轴线的分布不同,冷涡外缘的强风速带高度不同;垂直上升运动区的分布、强度不同。冷涡背景下,强降水的产生与地面气旋的发展关系密切。斜压性强的温压场有利于地面气旋的生成;气旋的发展则与高空急流的强度、形态,低空急流的建立,气旋相对高、低空急流的位置有关。3个东北冷涡不同的水汽源地及水汽通道对水汽的输送方式,也造成了降水强度的不同。

• 浙江地区一次飑线大风的观测与机理分析

  刘亚楠，明杰，黄旋旋，顾思南

  本文利用欧洲中期天气预报中心再分析、地面观测、探空和双偏振雷达等资料以及变分多普勒雷达分析系统(Variational Doppler Radar Analysis System, VDRAS)的分析结果,对2022年6月24日发生在浙江省北部的一次飑线天气过程进行分析。此次大风过程的天气背景为:对流层高层存在急流辐散区,中层槽引导冷空气南下,低空急流提供了充足的水汽条件。此外,较大的对流有效位能增加对流潜势,对流层中层为明显干层,这些因素共同构成了有利于飑线大风天气发生的环境条件。双偏振雷达观测显示,此次对流属于合并型弓状回波,飑线与前侧对流单体合并后在合并位置向前凸起形成弓状回波。弓状回波强度超过55 dBZ,后侧有明显的弱回波区域。VDRAS风场特征表明,强回波后侧存在水平风速大值区,随着系统的发展成熟,后侧入流急流加强并下沉,导致地面风速增大。通过垂直动量方程量化下沉运动的各项因子,表明下沉气流主要由热浮力项主导。干空气侵入导致低层气块的温度和湿度降低,从而产生负浮力。负浮力加强了后侧入流急流的动量下传,最终导致地面出流强度增大。后侧入流急流与干侵入的协同作用是造成地面大风的关键机制。

• 基于WRF-CFD耦合模式的复杂地形风场模拟

  李绍辉，胡晓华，施英妮，易欣，方乐，张传亮，吕访贤

  针对中尺度模式无法实现复杂地形区域风场的微尺度模拟问题。本文利用WRF-CFD耦合模式,以崇礼山区为例,开展了复杂地形区域的微尺度风场模拟研究。在WRF(Computational Fluid Dynamics)与CFD模式耦合过程中,为了将中尺度WRF模拟的风场更准确赋值到复杂地形区域的CFD模式区域边界上,本文建立了基于地形追随坐标系的CFD模式边界条件赋值方法,修正了传统的基于几何高度坐标系的CFD边界条件赋值存在的地表风速过高等问题。结果表明,与WRF模式相比,WRF-CFD耦合模式是解决复杂地形区域微尺度风场模拟的有效方法。基于地形追随坐标系的边界条件赋值方法改进了复杂地形下边界风速赋值失真的问题,相较于传统方法,其风场模拟精度更高,更适用于复杂地形区域的风场模拟。

• 基于YOLO算法及风云静止卫星云图的台风识别和中心定位算法研究

  王晨光，鲍艳松，陆其峰，曾芸枢，黄洋

  台风是一种常见的灾害天气系统,常引起狂风、暴雨、龙卷风、冰雹等灾害,对台风的监测研究是气象防灾减灾的关键问题之一。本文基于2022年中国气象局(China Meteorological Administration,CMA)热带气旋资料中心的最佳路径数据集以及风云4号A星的一级全圆盘标称数据,将卫星原始数据转化为卫星云图,构建了台风的样本标注数据集。然后利用YOLO v3和YOLO v11(You Only Look Once version 3,11)目标检测算法进行台风识别和中心定位的研究。结果表明,YOLO v11在台风识别和定位任务中表现出卓越的性能,相较于以往研究明显提高了台风的识别精度.其中识别准确率和召回率分别达到了98.71%和99.34%,显著高于YOLO v3的95.49%和87.59%。台风中心定位的经度平均偏差为0.06°,纬度平均偏差为0.07°,距离平均偏差为11.04 km。进一步探讨了影响台风中心定位精度的3个关键因素,发现红外云图的定位偏差较可见光云图降低25.1%,台风眼的存在使定位精度较无眼台风提升了17.5%,而云图内共存台风数量对定位结果无显著影响。基于台风序列的路径模拟实验表明,YOLO v11在不同强度与结构的台风事件中均能保持稳定性能,有效识别和精准定位台风序列。

• 基于不同干旱指数的江西省干旱时空特征和成因分析

  徐渊，单九生，赵冠男，包慧濛，占龙飞，董梦

  全球变暖背景下,区域性干旱过程频发、重发,给干旱的监测和预报带来更大挑战。为比较不同气象干旱指数在江西省的适用性,本文引入3种不同的气象干旱指数:标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI)、日蒸散发差指数(Daily Evapotranspiration Deficit Index, DEDI)和本地化改进的气象干旱综合指数(Meteorological Drought Composite Index, MCI),并基于此刻画江西省干旱过程的时空分布特征及其成因分析。结果表明,3种指数计算出的干旱特征量,整体趋势相似,但本地化的MCI很好地识别了江西省有灾情记录的典型干旱年,且对极端干旱事件更敏感。干旱的季节变化呈现秋季最多,夏、冬季次之,春季最少的特征,但不同指数反映出的干旱区有所差异。典型干旱过程的诊断分析表明,SPEI有时会出现较长时间的干旱不合理间断,MCI对重大干旱过程反映更明显,但极值的出现时间有时略滞后于SPEI和DEDI。此外,分析干旱指数回归环流背景场发现,江西省秋季干旱过程同副热带高压稳定性、极锋急流和副热带急流强度、低层水汽输送带等因素相关。副高稳定偏强且位置偏西偏北、极锋急流(副热带急流)偏强(弱)、低层水汽输送带偏弱和西太平洋热带系统活跃更易引发江西干旱。

• 华中地区CLDAS土壤湿度产品评估及校验技术研究

  王彦霏，李翠娜，庞少博，支亚京，梁如意，王硕飞

  基于2019年华中地区土壤水分观测资料,从时间、区域、深度层3个维度对中国气象局陆面数据同化系统(CMA Land Data Assimilation System,CLDAS)产品的精度与适用性进行评估。基于评估结果,建立观测、产品一致性校验技术。结果表明:CLDAS产品能够有效拟合土壤水分时间变化,且在不同月份具备稳定一致性,平均偏差为6月最小、8月较大,均方根误差和标准差各月份基本一致,相关性为9月最佳、7月相对较差;空间分布呈由北向南逐渐递增,与实际观测数据分布基本一致,在河南省中北部轻微低估,在湖北省东部及湖南省西、南部效果较好;CLDAS产品在10~40 cm主要为高估,50~100 cm主要为低估,从浅层到深层,系统性偏差的不确定性增加,相关性逐渐减小;一致性校验技术能够有效识别由设备故障、传感器标定漂移等引起的观测数据突变情况。

• 2025/2026年冬季中国主要天气气候事件特征

  冯爱青，朱晓金，章大全，洪海旭，陈逸骁，王国复，尹宜舟

  2025/2026年冬季,我国气候异常显著,气温整体呈明显偏暖特征,全国平均气温较常年同期偏高1.5 ℃,为1961年以来历史同期第二高值;全国冬季平均降水量较常年同期偏少35.3%,空间分布差异大,其中西藏、云南为1961年以来历史同期最少,青海次之。本季度主要气象灾害以冷空气、干旱、沙尘为主,灾害强度偏强、影响广泛、极端性突出。整体偏暖背景下,极端低温与极端降温事件仍较突出,各有3个国家气象观测站日最低气温及日降温幅度突破或持平历史极值,冷暖波动明显。全季共出现13次冷空气过程,较常年同期偏多2.7次,5次全国型的寒潮与强冷空气南下引发大范围剧烈降温和持续低温。气象干旱呈阶段性发展,空间上"南重北轻",西南西部、华南东部及东南部旱情持续偏重,2月中下旬达全季最重。沙尘天气异常偏多偏强,共出现6次区域性过程,其中3次达沙尘暴过程等级,强过程集中在2月下旬,影响北方大部地区,多地出现强风、扬沙及强沙尘暴。2025/2026年冬季欧亚大陆中高纬度500 hPa以纬向型环流为主,东亚槽偏弱且位置偏西偏北,我国大部受高度场正距平控制,利于冬季气温偏高。该季两次全国型寒潮由中高纬度异常环流驱动,极涡异常、槽脊活跃及冷空气堆积南下,共同影响我国大部地区。

• 2025年中国主要气候风险及气象灾害概述

  刘远，李莹，王雅琦，尹宜舟，王国复

  本文利用1961—2025年中国区域2 400余站地面气象逐日观测数据和灾情数据,采用气候年景指数、气候风险指数以及客观化气象灾害过程识别方法,对2025年中国主要气候风险特征及气象灾害进行系统性分析。结果表明,2025年我国气候年景总体偏差,综合年景为1961年以来第二差,气候风险指数位列历史第七位,属于典型的高风险年份。各类极端天气气候事件呈多发、强发的态势。区域性暴雨过程次数偏多且局地极端性强,华北雨季与华西秋雨降水量均创历史极值,暴雨洪涝风险较高;高温过程频繁,持续时间长、影响范围广,全国平均高温日数创历史新高,高温风险指数居历史第二;干旱过程次数略高于常年,呈现显著的阶段性和区域性特征;台风生成及登陆我国的次数均偏多,秋台风活跃且致灾严重;冷空气过程频次偏多,但低温冷冻害整体偏弱。综合来看,2025年我国气象灾害表现出突发性强、复合型交织的特点,防灾减灾面临严峻挑战。