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期刊信息/Journal information
气象学报
中国气象学会
气象学报

中国气象学会

丁一汇

双月刊

0577-6619

cmsqxxb@263.net;qxxb@cms1924.org

010-68406942

100081

北京中关村南大街46号

气象学报/Journal Acta Meteorologica SinicaCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊创刊于1925年，是由中国气象学会主办的全国性大气科学学术性期刊，旨在反映我国大气科学领域中最新科研成果，为大气科学研究提供学术交流阵地，以推动我国大气科学基础和理论研究的发展，服务于我国气象现代化建设事业。本刊以气象、水文、海洋及环境等相关学科的科研与业务人员和高等院校师生为主要读者对象，主要刊登大气科学各分支学科的创造性论文；国内外大气科学发展动态的综合评述；大气科学新观点、新理论、新技术、新方法的介绍；大气科学研究工作简报及重要学术会议报道；国内优秀大气科学专著的评介。为适应我国大气科学的迅速发展，扩大信息量，2002《气象学报》将改版为大16开本，以便尽快地反映气象科技工作者的最新研究成果。
正式出版
收录年代

    北太平洋海温对ENSO事件响应的持续性

    渠畅祁莉
    411-426页
    查看更多>>摘要：北太平洋海温的异常变化对海洋生态系统以及全球天气和气候都有重要影响.北太平洋海温主要受ENSO的影响,并可以从ENSO盛期冬季一直延续到ENSO衰减年春季,存在明显的持续性.然而,2000年前ENSO的影响仅能维持至次年 2月,2000年后却能持续至 5月,其持续性呈明显的年代际增强.基于再分析数据探讨这一年代际变化的特征以及可能的物理机制.结果表明,ENSO事件对冬、春季北太平洋海温影响持续性在 2000年后的增强,主要受到北太平洋区域经向平流反馈及海表热通量反馈控制.2000年前,由ENSO激发的遥相关波列在春季已经减弱,热通量的反馈作用使得海温上升.而在 2000年之后,冬季偏西的海温异常使赤道对流可以在次年春季长时间维持在国际日期变更线附近,持续激发大气遥相关波列导致北太平洋上空在春季仍然存在显著的气旋性环流异常,并通过经向平流反馈及热通量反馈使局地海温维持偏低状态,对ENSO产生持续响应,增强ENSO事件对其影响的持续性.

    北太平洋海温年代际变化遥相关热带降水

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    北太平洋副极地海洋锋四季变异特征及其与中纬度大气的联系

    张然陈圣劼黄晶
    427-442页
    查看更多>>摘要：基于高分辨率海洋与大气再分析资料,结合统计分析与动力学诊断,揭示了北太平洋副极地海洋锋区(Subarctic Oceanic Frontal Zone,SAFZ)强度四季变异的特征及成因,阐释了与SAFZ四季异常相伴随的中纬度大气环流异常特征及其对应的动力学过程.结果表明,SAFZ在秋、冬、春季较强,夏季相对较弱.海温经向平流过程是秋、冬、春季SAFZ强度维持的主导因素,而海-气界面净热通量交换过程对夏季SAFZ强度减弱起决定作用.在不同季节,伴随SAFZ强度变异,边界层湍流热通量发生变化,非绝热加热异常引起锋区上方低层气温经向梯度与大气斜压性的异常,进而导致大气瞬变涡旋活动异常.由瞬变涡旋涡度强迫异常主导,中纬度北太平洋及中国东部、东北部等地上空对应产生相当正压结构的大气位势高度场异常与风场异常,相应的大气环流异常场存在季节差异.

    副极地海洋锋区海温异常四季变异大气瞬变涡旋强迫中纬度大气环流

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    青藏高原区域资料同化的变分质量控制研究:参数优化及其有效同化

    杨嘉瑞和杰马旭林郝冰洁...
    443-458页
    查看更多>>摘要：青藏高原(下称高原)区域天气系统变化对其周围及下游区域的数值天气预报质量具有重要影响.然而,高原区域质量偏低且稀少的观测资料严重制约了同化分析效果和预报质量.变分质量控制方案(VarQC)具有合理利用不同质量观测资料改善同化分析性能的良好能力.鉴于此,在对高原区域观测误差非高斯分布特征分析的基础上,构建了适应高原区域观测误差特征的"高斯分布+均匀分布"的变分质量控制方案(Flat-VarQC),优化了其关键参数,使其能更准确地基于同化新息向量调整观测对同化分析的影响权重,从而提高高原区域稀少观测资料的有效同化率,改善高原区域的同化分析质量.试验结果表明:高原区域观测误差具有更明显的"厚尾分布"特征,同化过程中单纯的高斯分布假设将导致观测资料的有效同化率偏低,从而降低了高原区域有限观测资料对同化分析的贡献;适用于高原区域资料特点的变分质量控制关键参数优化是充分发挥高原区域Flat-VarQC改善同化分析质量的关键;Flat-VarQC能够明显提升高原区域常规资料的有效同化率,吸收更多"有益"资料信息,剔除"有害"资料信息,从而提高观测资料对同化分析的正贡献.这对于高原区域中、小尺度天气系统的同化分析和强降水预报具有更显著的改善效果.

    青藏高原资料同化变分质量控制新息向量观测误差

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    西南地区冬季异常冷湿/暖干的气候背景分析

    庞轶舒周长艳王顺久罗玉...
    459-475页
    查看更多>>摘要：利用 1981-2022年西南地区 409个地面气象站观测资料、NCEP/NCAR和NOAA再分析资料等,分析了西南地区冬季异常冷湿/暖干配置的气候变化特征及形成机制.结果表明,全区大部分冷湿/暖干是西南地区冬季频繁出现的异常气候配置.20世纪 80年代以来,全区暖干趋势显著.对流层中高层的贝加尔湖高压强(弱)和青藏高原高压弱(强)及中低层西伯利亚高压强(弱),协同构成的准正压"北正南负"("南正北负")环流型,是西南地区冬季冷湿(暖干)配置的关键环流背景.秋季阿留申群岛南侧、赤道东太平洋南侧和北侧,以及澳大利亚西南侧 4个关键区的海温是上述异常环流型的关键前兆信号.阿留申群岛南侧海温偏高(低)可使秋、冬季亚速尔高压持续增强扩大(减弱缩小),然后通过罗斯贝波东传增强(减弱)下游贝加尔湖高压和西伯利亚高压.赤道东太平洋南侧和北侧的海温偏低(高),可共同促使东北太平洋和北大西洋低纬度地区位势高度场偏低(高),激发正(负)异常罗斯贝波源并东传减弱(增强)青藏高原高压;澳大利亚西南侧海温偏高(低),有利于高空越赤道偏南(北)风加强,进而增强(减弱)中东急流,导致青藏高原高压偏弱(强).

    西南地区冬季冷湿/暖干气候配置气候背景青藏高原高压贝加尔湖高压

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    2000-2019年西北地区云水资源时空特征研究

    余杰蔡淼周毓荃杨玲...
    476-489页
    查看更多>>摘要：为认识西北地区的云水资源(Cloud Water Resource,简称CWR)特征以及科学规划人工增雨开发空中水资源作业布局,利用 2000-2019年中国 1°×1°CWR观测诊断评估数据集,采用线性拟合和经验正交函数分解(EOF)等方法,统计分析了西北地区CWR的分布及演变气候特征.结果表明:(1)从全区整体看,CWR的相关物理量(状态量、平流量、总量和降水效率)主要表现为夏季最高,春、秋季次之,冬季最低的季节变化特征.其中,春季CWR总量约为 1736亿t(折合柱水量约为 51.2 mm),仅次于夏季;春季水凝物降水效率为 48.7%,相较于秋季,春季的CWR开发潜力更大.(2)从区域内 1°×1°网格的计算结果得到空间分布,受地势与环流的影响,近20年CWR年总量及水汽年总量、水凝物年总量的多年平均空间分布呈"两高一低"的特征,高值位于西风急流区与季风影响边缘区,低值区主要位于高原气候区.(3)近 20年,西北地区格点的CWR年总量平均以 23.6 mm/a速率增加,其中春季的增加趋势最显著,增速为 8.5 mm/a.季节分布上,CWR夏季最多,春、秋季次之,冬季最少;水凝物降水效率夏季高,秋、春季较低,冬季最低.(4)CWR年总量的EOF分解第一模态(EOF1)贡献率为 78.2%,分布特征为区域东部较高,在2008年出现年际转折,开始转变为CWR东部多、西部少的分布格局.(5)在西北地区典型区域中,天山区域年平均及格点平均后的CWR年总量以及水凝物降水效率均高于祁连山区,年际变化上祁连山区的CWR在增多,天山区的在减少.

    西北地区云水资源(CWR)时空特征季节特征统计分析

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    华北平原及沿山和沿海五个城市夏季短历时降水过程的日变化分析

    丁乙窦晶晶王迎春苗世光...
    490-509页
    查看更多>>摘要：利用华北平原 294个国家级气象站 1980-2022年夏季(6-8月)逐时降水资料,分析了华北平原夏季短历时降水过程的日变化时、空分布特征,结合地面气温和风的日变化,综合分析了 4个沿山城市(北京、石家庄、济南、郑州)和 1个沿海城市(天津)在城市发展前期(1980-1989年)和后期(2013-2022年)短历时降水过程日变化特征及差异.结果表明:华北平原短历时降水过程整体呈现傍晚单峰的日变化特征;平原站点的达峰时间自东南向西北推后.5个主要城市在城市发展后期,短历时降水过程的日振幅都出现不同程度的减小;沿山城市短历时降水过程日峰值出现时间提前了 1-2 h,而沿海城市天津无明显峰值时间,且高值时段提前;沿山城市 50 mm以上短历时降水过程概率均有所升高,其中北京和石家庄 40 mm以上的降水过程概率分别升高了 2倍和 5倍,而沿海城市天津 40 mm以上的降水过程概率下降了 43%.华北平原短历时降水过程的日变化与局地地形的热、动力作用和地面盛行风有关.城市局地增温效应导致沿山、沿海城市与周围地形热力差异更加明显,增强了沿山城市的山风和沿海城市的海风;同时,城市增温导致城市午后地面风辐合增强.近地面层上述热力差异变化导致的风场变化可能是沿山城市短历时降水过程日峰值提前、沿海城市短历时降水过程集中时段变为白天的重要原因.

    短历时降水过程日变化城市效应地形华北平原

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    利用短序列高密度台站资料推算暴雨重现期方法研究及应用

    王颖杨佳希杨宝钢翟盘茂...
    510-521页
    查看更多>>摘要：暴雨重现期是城市排水防涝设计的重要基础,通常基于长年代观测数据进行推算.但在无降水观测或观测时间较短的情况下,如何进行重现期推算和暴雨强度评估是目前亟需解决的科学问题.基于重庆市近 14年高密度台站降水观测资料,建立各站逐年日降水极值抽样数据集,以"空间换时间"的思想,对日降水极值样本进行空间抽样,通过与国家级气象站长序列观测数据(＞60 a)进行交叉检验,构建试验区目标点最佳百分位合成序列,该方法简称为空间抽样合成法(SBS).通过重庆地区 34个测站长年代观测资料计算重现期降水量"真值"与SBS、邻近点替换、克雷斯曼(Cressman)空间插值、年多个样法等推算结果进行对比检验,就平均而言,SBS的相对误差最小,其中含目标点样本的SBS相对误差最小为 7.2%,邻近点替代法相对误差最大(13.2%),表明SBS可以较好地用于中国复杂地形的重庆地区,利用短序列高密度台站降水资料构建无有效降水观测资料目标点处的长序列极值降水样本,从而开展概率拟合优选及暴雨重现期推算.在对上述方法验证基础上,实现重庆地区 2062个高密度气象观测站多年(50 a)一遇重现期降水量推算,提高了日尺度极端降水的空间精细化水平,结果能更好反映山区地形对降水的影响.SBS可以充分利用短序列高密度台站降水观测资料,实现区域内任意目标点重现期降水量推算.

    空间抽样合成法百分位合成序列年最大日降水重现期推算

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    一种基于分数技巧评分定义的降水预报跳跃指数及其应用

    薛一迪黄向宇卢冰陈敏...
    522-538页
    查看更多>>摘要：基于CMA-BJ系统提供的 2021年 8月 9日 2套降水预报结果(业务数值预报模式和同化试验结果)和 2022年 6月 4日、2023年 9月 17日的业务数值预报模式结果,结合定性分析,利用 4种客观评价指标(不确定度、均方根误差、不一致指数和基于分数技巧评分(FSS)定义的预报跳跃指数)对该系统降水预报不一致特征进行了定量评估.3次降水过程的分析结果显示:预报跳跃指数不仅可以识别出 2021年 8月 9日和 2022年 6月 4日业务数值预报模式结果中降水量预报明显减小的 3个预报时次,而且对于降水过程预报相对稳定的个例(2021年 8月 9日同化试验和 2023年 9月 17日业务预报结果),随着预报时次逐渐临近最新预报,该指数整体呈现波动上升或者数值较大、波动较小的特征,表明 15个连续降水预报特征逐渐与最新预报趋于一致或者大体相似,与定性分析结果相对吻合.其他 3种指数对于降水预报不一致问题的表征存在不足,不确定度和均方根误差显著受到预报降水量的影响,同时不确定度不能反映预报不一致的时间特征,不一致指数随预报时次逐时滚动变化较大,确定的预报不一致时次较多,与定性分析结果存在明显偏差.

    CMA-BJ系统降水预报预报不一致定量评估

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    融合DEM与FY-4A数据的ECMWF预报产品深度学习订正方法

    谈玲刘巧夏景明
    539-553页
    查看更多>>摘要：精准的数值天气预报是精细化气象公共服务和商业服务的重要前提.欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium Weather Forecasting,ECMWF)预报产品在全球被广泛采用,但始终存在系统预报误差.针对数值天气预报中的误差和多源数据融合中的非线性映射等问题,设计了一个ECMWF数值预报产品的深度学习订正模型(Numerical Forecast Correction Network,NFC-Net).NFC-Net引入了FY-4A卫星观测数据、数字高程模型数据(Digital Elevation Model,DEM)和ERA5历史实况数据订正预报结果,利用多源数据空间分辨率对齐模块、时空特征提取模块解决多源异构数据特征的提取与融合问题,并通过UNet网络实现ECMWF预报产品的订正.为了评估所提算法的性能,利用NFC-Net对ECMWF产品中的 2m气温和 10m风速两个天气要素开展订正试验,并将试验结果与ECMWF预报结果、ANO方法订正结果、Convlstm方法订正结果、Fuse-CUnet方法订正结果和ERA5实况进行对比.结果显示,NFC-Net模型订正的 2m气温和 10m风速的均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)分别较ECMWF预报产品下降 49.71%和 50.86%.表明NFC-Net模型可以充分利用多源数据有效改善复杂地形条件下的订正结果.NFC-Net模型可用于订正ECMWF预报结果,显著提升数值天气预报的精度.

    数值天气预报误差订正深度学习多源数据融合注意力机制

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    基于ConvLSTM融合RMAPS-NOW数据的雷达回波外推研究

    王善昊胡志群王福增陈杰鑫...
    554-567页
    查看更多>>摘要：雷达回波外推是临近预报、人工影响天气作业及效果评估的主要参考依据之一,快速准确的回波外推技术一直是雷达气象领域的研究热点.近年来,基于深度学习的时空序列预测模型在雷达回波外推中得到了广泛应用.然而,这些外推网络架构的输入大多用 16级伪彩色雷达回波强度产品转化而来的灰度图,丢失了许多回波细节,并且随着外推时间延长,误差不可避免地增大.回波的生消、移动、演变与天气背景紧密相关,因此,将北京城市气象研究院研发的新一代快速更新多尺度资料分析和预报系统的临近数值预报子系统(RMAPS-NOW)初始零场的部分物理量产品融入华北雷达拼图原始数据,构建多个雷达单元(Radar cells),并将这些雷达单元作为输入,基于卷积长短期记忆网络(ConvLSTM),设计了一个多通道雷达回波外推网络架构(MR-ConvLSTM).另外,考虑到卷积算法的平滑性,构建了自定义损失函数,增加回波强度的时空权重进行时空衰减订正.选取(40.65°—41.65°N,114°—115.4°E)内 2018-2021年的 6-9月共 13000组华北雷达组合反射率因子拼图及RMAPS-NOW初始零场数据,其中的 80%共 10400组为训练集,20%共 2600组为测试集.引入的物理量包括多个高度层的u、v风(1350 m),相对湿度(RH,150 m),水平散度(1350 m)等,基于ConvLSTM及MR-ConvLSTM加自定义损失函数,分别训练得到 5个雷达回波外推模型.采用临界成功指数(CSI)、命中率(POD)、虚警率(FAR)作为评价指标,利用测试集对所有模型进行评估.基于引入物理量的MR-ConvLSTM训练得到的模型在 20、30、35 dBz反射率阈值下,比未引入物理量的基于ConvLSTM的外推模型CSI值平均高4.67%、13.8%、5.98%,POD值平均高 3.1%、7.68%、8.38%,FAR值平均低 6.37%、8.54%、10.17%,同时引入 3种物理量(RH、u、v)的外推模型在不同阈值的各项指标中综合表现最好,其CSI、POD值在 3种不同阈值下比未引入物理量模型平均高 16.01%、13.38%,FAR值平均低 14.88%.从模型应用的个例可视化也可以看出,引入物理量后有效提升了雷达回波外推的准确度,证明基于MR-ConvLSTM架构训练的雷达回波外推模型有较强的泛化能力.

    雷达回波外推深度学习RMAPS-NOWMR-ConvLSTM网络架构自定义损失函数

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