摘要:山地作为地球表层的关键地貌单元,通过复杂的动热力效应,对局地、区域乃至全球的大气环流、天气气候及生态环境产生深远影响。山地气象学正是研究这类影响和有关大气过程的一个重要学科。该文聚焦山地外场观测试验、地形降水机理、强对流的地形影响机制、山地数值模拟关键技术以及气候变化下的山地气象响应等核心领域,系统综述了 21 世纪以来国内外山地气象科学的研究进展。然而,现有研究仍面临高精度观测数据匮乏、多尺度多过程耦合机理认知不足、山地数值模式存在系统性偏差等关键挑战。未来需构建一体化智能观测网络,发展跨尺度耦合的数值模式,加强山地天气气候机理研究,并深化与水文、生态等学科的融合,以提升山地气象灾害预警、山地气候资源管理及气候变化应对能力,支撑山地气候生态的可持续发展。

摘要:【 目的】针对单站点 1 次作业、2 次作业和多站点同步作业等 3 种作业模式,聚焦于人工防雹作业时机与作业部位是否适当的研究,优化设计人工防雹作业射击参数与作业模式,提高人工防雹作业爆炸作用于目标区的精准度。【方法】以2018 年 4 月 21 日贵州中西部 1 次冰雹天气过程为例,结合人工防雹爆炸作业条件和作业射击弹道参数,通过对 3 种作业模式下作业时机和作业部位的解析,给出了作业适宜时段、作业射击参数、最佳作业时间窗、协同作业时间线等作业优化设计的技术方法,并复盘分析评估人工防雹作业时机和作业效果。【结果】在满足人工防雹爆炸作业条件下,作业时机应设定在初始作业时间的 5 min 内,作业部位应以对流单体移动方向的前沿部为主,与初始降雹时间和雹粒子尺度谱分布相一致;对于单一单体而言,应以逐次作业为主,多站点同步作业为辅,实时跟踪和外推估算对流单体的移动方向、移动速度所导致的作业射击方位、作业射击仰角的改变。【结论】从复盘分析评估结果来看,单站点 1 次作业时效性和作业命中率要显著高于多站点同步作业模式,这主要取决于作业时机是否适当;在作业爆炸前后 30 min 内,单体雷达回波强度、高度、含水量、体积等特征量呈现减小或先增加后减小的变化趋势,与各地爆炸后出现强回波顶高迅速降低的观测结果相一致,证实是爆炸作用所产生的效果。

摘要:【目的】进一步加强对彭州森林火险的认识,准确预测森林火险气象等级,提升当地气象服务水平。【方法】利用 2014-2023 年彭州国家基本气象站及 49 个区域气象站小时观测数据分析森林火险时空分布,基于最近邻回归(KNN)和随机森林算法预测森林火险气象等级。【结果】森林火险气象指数受气象因素影响大,较大值无明显周期性,其数值与海拔呈正相关(山区需防范时间较丘区更长,基本覆盖春、秋、冬季);机器学习算法模型预测结果整体趋势与实际观测一致,可信度高,月指数均方根误差 < 6. 2, 平均绝对误差 < 4. 52, 对于森林火险气象等级的预测基本无影响;KNN 算法在山区表现更佳,而随机森林算法在丘区表现更佳。【结论】揭示了彭州森林火险气象等级的时空分布特征,展现了机器学习在局地森林火险气象等级预测中的优良效果,有助于提升当地气象业务服务能力。

摘要:【目的】了解 2 类云贵静止锋锋面降水相态的时间变化特征、静止锋强度、锋面位置、结构以及大气环流等差异特征。【方法】利用地面观测资料、NCAR/NCEP 再分析数据及 DEM 地形数据,使用合成分析和小波分析方法进行分析。 【结果】1)贵州冬季年均有 7. 5 d 受液态锋面降水影响,有 5. 8 d 受固态锋面降水影响,其中 12 月静止锋影响最弱,液态锋面降水的年增长趋势更强,液态锋面降水有准 2 ~ 4 a 周期变化特征,固态锋面降水有准 3 ~ 5 a、6 ~ 8 a 的周期变化特征。2)2 类锋面降水的锋区均随高度变化向东倾斜,在温湿结构上有一定差异,液态锋面降水锋后湿层浅薄,有明显的湿度梯度,其等温线之间的“V ”形漏斗区不明显,冷空气补充不足;固态锋面降水锋后湿层深厚,锋区湿度普遍大于 90%, 等温线在锋后呈漏斗型,利于高空冷平流的楔入。3)液态锋面降水在 100 hPa 的极涡偏弱,极涡中心偏于欧亚大陆且被正距平控制,500 hPa 东亚大槽浅,在海平面气压场上,西伯利亚冷高压范围和强度偏弱,呈纬向带状分布,大致位于 50 ~ 60 °E, 90 ~ 120 °N, 距平值大于6 hPa, 不利于锋后冷气团补充。【结论】云贵准静止锋锋面降水相态为固态时,其锋面强度和环流形势配置均强于液态锋面降水,但液态锋面降水在年增长趋势和影响天数上强于固态锋面降水。

摘要:【 目的】深入分析 2403 号台风“格美”给湖南造成的极端强降雨过程特征。【方法】利用常规地面与探空资料、区域自动站资料、FY_4B 卫星资料、多普勒雷达资料及 EAR5 再分析资料等,对此次暴雨过程的极端性、水汽来源、中尺度特征等进行分析。【结果】1)受 2403 号“格美”台风残涡影响,2024 年 7 月 26-29 日,湖南出现了极端强降雨过程,湘东南的郴州资兴市 24 h 降雨量高达 642. 5 mm, 最大 12、6、3、1 h 降雨量均突破湖南省历史极值,呈现显著极端性特征;2) “格美”台风外围环流与西南季风相互作用形成强烈的水汽输送,为极端强降雨过程提供了充沛的水汽条件;3)卫星云图显示,强对流单体快速发展为具有持久冷云顶特征的准静止中尺度对流系统(MCS);4)雷达观测表明,强回波存在明显的“列车效应 ”、强回波质心低和中低层显著辐合特征。此外,强降雨区与差分反射率大于等于 2 dB、比差分相位移率大于等于 1. 7 (°)/km 的回波区域高度吻合。【结论】台风在福建登陆后向西北方向移动,当湖南具备有利环境场条件时,易引发极端强降雨。充沛的水汽供应、强烈的对流活动及地形增幅作用是此次极端事件形成的关键因素。

摘要:【 目的】2023 年 5 月 21 日夜间江西省气象台和相关设区市气象台预报赣北南部为大范围暴雨天气,实况仅出现小雨,有必要研究此次暴雨过程空报的原因。【方法】利用中尺度天气分析、天气学诊断以及统计对比方法,对不利暴雨形成的环流背景、环境条件和模式误差进行分析。【结果】1)21 日 20 时赣北南部位于低层切变线北侧的反气旋性环流中,比湿减小、湿度层浅薄,700 hPa 西南急流风速辐散并形成下沉运动,且不存在假相当位温能量锋区,水汽、动力及热力条件均不利于出现较强降水。2)EC 模式预报的天气系统位置偏北且未捕捉到江西南部的暖脊和中尺度温度锋区,模式预报误差导致预报员忽略江西南部对流发展的强度并误认为赣北南部仍有强降水发生;比湿预报偏强、700 hPa 垂直上升运动偏北和 CAPE 值偏大也是导致强降水预报偏差的影响因素。3)584 dagpm 特征线与实况的相对位置及边界层 925 hPa 风场能较好地反映天气系统的移速,对强降雨落区整体向南订正有较好的指示意义;EC 模式准确预报 700 hPa 风速辐散特征和江西南部的边界层辐合触发机制,降低 EC 模式对流性降水量级,关注 925 hPa 锋区偏南侧的高温高湿区,能有效避免赣北南部暴雨的空报。【结论】这些研究成果为江西省暴雨的预报预警和订正能力提供参考。

摘要:【目的】揭示贵州省极端短时强降水分布特征。【方法】利用 2014-2023 年贵州省稠密自动气象观测站逐小时降水资料,统计分析贵州省 10 a 来汛期极端短时强降水时空分布特征,利用合成分析法探讨产生极端短时强降水的环流背景。【结果】贵州省极端短时强降水平均每年汛期出现 321 站次,占短时强降水的 6. 1%, 主要集中在 5 月下旬至 7 月 中旬的夜间(20 时-次日 05 时)。空间分布存在 3 个高发区:东北部梵净山东侧,东南部清水江流域以及雷公山西南侧和南侧,西南部苗岭西段南侧斜坡区、黔西南东侧斜坡区、望谟西南侧以及罗甸和长顺一带。季内及日变化特征显著,尤其是日变化单峰型特征明显,峰值出现在 01 时,傍晚至次日上午呈现自西向东分布。4-6 月呈现自东向西分布,7-9 月 向西南、向东收缩。 【结论】极端短时强降水空间分布与天气系统、地形特征密切相关,天气系统差异影响极端短时强降水的空间分布,山脉迎风坡、峡谷、“喇叭口”地形引发的强迫抬升、阻挡停滞、辐合作用以及下游河流分布对降水有增幅作用。

摘要:【目的】探究湖南省地表温度时空演变特征。【方法】利用 MODIS LST 数据,采用 Sen,s 斜率分析与 Mann - Ken_ dall 检验、Hurst 指数、空间自相关分析等方法,对湖南省 2003-2024 年白天 LST 时空演变特征进行分析。【结果】1) 2003 - 2024 年湖南省白天年均 LST 为 22. 50 ℃, 线性递增率为 - 0. 025 1 ℃/a;除夏季外,白天 LST 呈升高趋势的面积占比均小于呈降低趋势的面积占比;年、季白天 LST 的变化趋势在 85. 89% 以上的区域表现为不显著。2)未来湖南省大部分区域 LST 在白天的变化趋势具有反持续性,表现为由升高转降低、降低转升高、持续降低以及持续升高的面积占比在年尺度上分别为 22. 72% 、69. 12% 、5. 80% 、2. 37% 。3) 湖南省年 LST 白天在 14. 19 ~ 32. 05 ℃之间,极高温、高温、极低温和低温的面积占比分别为 6. 58% 、26. 89% 、6. 68% 和 26. 33%;年、季不同 LST 等级在白天的空间分布基本一致,极高温和高温区主要分布于湘东南区域,极低温和低温区主要分布于大湘西区域。4)湖南省白天 LST 具有显著的空间自相关性且存在明显空间集聚现象,湘南盆地为核心热点区,大湘西丘陵山地为冷岛集中区。【结论】研究成果可为监测湖南省 LST 时空变化、开发利用生态气象资源、保障区域生态环境安全等提供参考。

摘要:【目的】探索极端气候对农业碳排放的影响,为农业生产应对气候变化提供理论依据。【方法】基于 1993-2022年河北省 142 个气象站逐日降水量、最高气温、最低气温及相关农业统计数据,计算河北省极端气候指数及农业碳排放量、碳排放强度并分析其特征。【结果】研究期内,TN10P、TX10P 呈下降趋势,TN90P、TX90P 呈上升趋势,R95p、SDII、R10 均呈上升趋势,CWD 呈下降趋势。TN10P 的线性趋势为从北至南逐渐降低,TN90P 的空间分布规律与 TN10P 的相反,TX10P 在承德地区及张家口西部为上升趋势,其他地区基本为下降趋势;R95p 变化幅度较大,高值区分布在沧州市;SDII 空间分布趋势与R95p 类似,但变化幅度较小;CWD 的变化幅度最小,高值区主要分布在邢台市、石家庄市和衡水市;R10 的高值中心在石家庄市,整体呈增加趋势。河北省农业碳排放量呈先升后降趋势,以农地利用和牲畜养殖为主,施用化肥引起的碳排放量在农地利用中占比最多,牛引起的碳排放量在肠道发酵中占比最多,猪引起的碳排放量在粪便管理中占比最多。R95p、SDII、R10 对农业碳排放量存在显著抑制作用,TX10P 存在显著促进作用;TN90P 对农业碳排放强度存在显著抑制作用,TN10P、TX10P 存在显著促进作用。【结论】研究成果为河北省加速实现“双碳”目标、提升农业应对气候变化能力及实施乡村振兴战略提供参考和依据。

摘要:【目的】分析 72 a 岳阳气温的气候变化特征。【方法】基于岳阳及洞庭湖区气象站气温观测资料,利用线性趋势、M - K 突变、小波分析、贡献率等方法,分析 1953-2024 年岳阳气温变化特征,以及月气温对年气温变化趋势的贡献。【结果】岳阳年气温呈上升趋势,以平均最低气温的 0. 34 ℃/(10 a)最大,平均气温的 0. 26 ℃/(10 a)次之,平均最高气温的 0. 15 ℃/(10 a)最小。春季平均最高气温升温速率为 0. 31 ℃/(10 a), 对春季升温起加速作用。气温升温存在月际不均匀性,平均气温除 7、8 月外,其他各个月份均呈极显著或显著上升的趋势;平均最高气温仅在 3-5 月和 11 月呈显著上升趋势;各月份平均最低气温均呈极显著或显著上升的趋势,平均、平均最高、平均最低气温均在 3 月升温最快,速率分别为 0. 43、0. 36、0. 49 ℃/ (10 a) 。各月份平均气温对年平均气温的升温均为正贡献,3 月贡献率最大为 8. 2%, 平均最低气温对年平均气温升温的贡献率为 70% 。【结论】研究结果可以提高对气候变暖背景下湖区气温气候变化特征的认识。

摘要:【目的】进一步了解高原与盆地过渡带迎风坡不同形态之间的降水差异。【方法】利用四川盆地西部 2 163 个自动气象站 2016-2024 年 5-9 月逐时降水数据,分区域探讨短时强降水与地形参数的关系。【结果】1) 海拔梯度大的过渡带易出现短时强降水,两大高发区为德阳西部-成都西部-绵阳中部线状区以及乐山西北部,且短时强降水呈现明显的 日变化,主要发生在夜晚至早上。2) 7、8 月为短时强降水高发月,其余月份 3 个区域短时强降水时数差异不大。平原地区和前部大部月份均以西南部喇叭口更易产生短时强降水,后部地区则以龙门山迎风坡为短时强降水高发区。3)西北部喇叭口短时强降水时数与地形因子依赖性更大,变化幅度更为明显,且随着坡向的增加,其前部和平原地区均呈现降低趋势,但变化幅度与海拔成反比。此外,仅西北部喇叭口平原地区、西北部喇叭口前部和龙门山迎风坡前部等地短时强降水发生时数与坡度呈正相关。4)极端短时强降水时数变化与坡向关系更为显著,3 个区域后部变化幅度较平原地区和前部小。除龙门山迎风坡平原地区外,其余不同区域各部位极端短时强降水时数与坡向呈负相关。【结论】该文揭示了四川盆地西部迎风坡地形参数与短时强降水的耦合关系,为山地强降水监测预报提供理论依据,有助于提高预报员对强降水事件的监测和预报能力。

摘要:【目的】研究贵州省威宁彝族回族苗族自治县(以下简称威宁县)1 次降水过程的不同类型降水雨滴谱特征。 【方法】该文利用威宁县 8 部雨滴谱仪观测资料,开展 2023 年 5 月 18 日 降水过程中不同降水类型的雨滴谱特征分析。 【结果】层状云降水阶段雨滴谱总数浓度、雨强、雷达回波强度明显小于积层混合云降水阶段,但是平均粒径略小 0. 1 mm;含水量、雨强、总数浓度三者之间相关系数大于 0. 94, 2 种类型降水的谱型都为单一峰值,其中层状云峰值最高为 118. 51 个/(m3 ·mm), 谱宽最大为 5. 188 mm, 积层混合云峰值为 631 个/(m3 ·mm), 谱宽最大为 8. 188 mm。2 种类型降水的 GAMMA拟合优度 R2 大于 90%, 在粒子直径不大于 1. 875 mm 阶段拟合效果较好。【结论】该文首次量化了威宁县积层混合云与层状云降水的微物理参量和两者的差异,为利用雨滴谱参量指导该地区天气预报预警和识别人工增雨作业时机提供了指标参考,同时结合雨滴谱 Gamma 分布在中小粒径的良好拟合特性,也为降水微物理过程的数值模拟与雷达定量估测降水提供关键算法支持。

摘要:【目的】探究酸雨自动观测采样滞后性成因,提出改进措施以提高观测数据及时性。【方法】基于 TCYII 1 型设备感雨器、人工采样桶与降水现象仪(PPI) 的对比数据,分析降水时段比值(PDR)偏差分布特征及气象环境影响。【结果】自动观测的 PDR 值 0. 530 较人工观测的 0. 721 显著降低,但仍高于 PPI 基准值 0. 316 。 自动观测与 PPI 的月均偏差范围为0. 123 ~ 0. 298, 个值偏差 92. 8% 集中在 - 0. 05 ~ 0. 55 。pH 值拟合显示,酸雨观测的 PDR 与 pH 值呈显著负相关,且自动观测的相关性 0. 696 大于人工观测的 0. 339, 低于模拟 PPI 值 0. 906, 推测年均 pH 真值可能为 4. 95 或 5. 21, 高于自动观测值 4. 63 。滞后性主因是感雨器在高湿环境(> 90%) 、低温冰冻(< 0 ℃)及低蒸发(< 0. 1 mm)条件下,表面雨滴难以及时滑落或蒸发。 【结论】增设加热装置(30 ℃)及风力部件(4. 0 m/s)可有效提升蒸发效率,减少偏差。研究成果为优化酸雨自动观测系统的气象适应性提供了科学依据,推动气象观测精准化与自动化发展。

摘要:【目的】为评估贵州省区域数值预报模式 2025 年汛期预报性能,针对 GZ_MESO、GZ_RUC 及 CMA_MESO 的近地面要素预报开展系统检验。【方法】利用台站逐小时观测数据,采用准确率、TS 评分、命中率等指标,检验 3 种模式 24 h、3 h 的降水、2 m 温度、10 m 风场以及典型强降水过程的预报效果。【结果】1) 3 种模式对 24 h、3 h 的降水量、强度及频率的预报普遍存在系统性高估,偏强程度依次为 GZ_RUC > GZ_MESO > CMA_MESO 。GZ_RUC 高估最显著,但强降水命中率最高、漏报率最低。2)逐 3 h 降水预报显示,模式对频率和强度的日变化趋势模拟与观测基本一致,但预报值普遍偏高。GZ_RUC 在 3 ~ 12 h时效 TS 评分最优,GZ_MESO 在 15 ~ 24 h 更具优势。3)对于 2 m 温度和 10 m 风场,GZ_RUC 准确率最高、误差最小,整体性能最佳。4)在 2025 年 6 月持续性暴雨过程中,3 种模式均能捕捉降水分布特征,但普遍存在范围与强度高估的问题,GZ_RUC 对强降水落区和量级的把握相对最准确。【结论】综合来看,3 种模式对贵州区域的降水预报都偏强,其中 GZ_RUC 对强降水的命中率表现最好,且对温度和风场的预报精度最高。

摘要:【目的】加深对贵州东部积层混合云系微观特征的了解,为飞机人工增雨催化条件判断提供依据。【方法】利用大型无人机搭载探测设备对 2024 年 5 月 26 日贵州东部积层混合云系进行穿云观测,对探测过程中云系微观特征进行分析和探讨。【结果】大型无人机适应复杂地形、响应迅速,能有效实施观测并实时回传数据,为定位增雨潜力区提供指导。观测期间,小云粒子浓度高、直径小,大云粒子和降水粒子浓度低、直径大。在雷达反射率因子≥25 dBz 的区域,小云粒子数浓度增至 253. 5 个/cm3, 大云粒子有效直径增至 460 μm, 降水粒子有效直径达 1 092 μm, 反映了冰晶凝华-聚并及高效碰并增长;时段 1 云中过冷水少、冰相过程弱、降水潜力低,云滴以均匀凝结增长为主;时段 2 云中过冷水含量较高,大粒子浓度增加,云中混合相态,粒子增长受限;时段 3 云中过冷水富集程度最高,以大粒子为主,粒子增长以凝华、凇附和聚合为主,降水效率较高。 【结论】不同云系云微物理参量的系统性差异,揭示了云水相态、粒子增长机制及降水形成效率的典型特征,为深入理解贵州东部云系特征和人工增雨催化条件分析提供直接观测依据。

摘要:【目的】解决雷达回波外推法在临近预报中时效有限、长距离预报准确率低,以及预报图像模糊、空报、低估等问题。【方法】利用 2021-2023 年 3-9 月江西省及其周边区域的雷达组合反射率拼图数据构建训练集和测试集,将视频预测模型 MotionRNN 与视频分类模型(Video Vision Transformer, ViViT) 相融合,提出了生成式模型 GA_MotionRNN, 实现了未来 2 h逐 6 min 的雷达回波精准外推。采用结构相似性指数(Structural similarity, SSIM) 结合均方误差(Mean Square Error, MSE) 和二元交叉熵(Binary Cross Entropy, BCE)构建损失函数训练该网络以学习更真实的雷达回波时空分布特征。【结果】GA_Motion_ RNN 模型在 20、30、40、50 dBz 反射率阈值下的临界成功指数(CSI) 、命中率(POD)指标达到 0. 681 4 和 0. 816 4, 均优于光流法及现有深度学习模型。在长距离预报时,GA_MotionRNN 仍能保持较高的外推准确率。【结论】GA_MotionRNN 不仅对强回波中心的位置预报好于其他深度学习模型,还能保留更多细节信息,有效改善了深度学习方法中常有的输出图像模糊、细节信息丢失等问题。