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一个基于潜在影响的降水预报评分方法 被引量:1
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作者 潘留杰 张宏芳 +2 位作者 祁春娟 卢珊 杜丽莉 《高原气象》 北大核心 2025年第3期733-746,共14页
传统的二分法列联表检验在计算降水TS(Threat Score)评分时,漏报和空报事件具有相同的权重,满足阈值条件的不同降水量的漏报事件的权重相同,同时阈值区间内不同降水量的命中事件也具有同等的频次计算方式,在高分辨率网格降水预报检验中... 传统的二分法列联表检验在计算降水TS(Threat Score)评分时,漏报和空报事件具有相同的权重,满足阈值条件的不同降水量的漏报事件的权重相同,同时阈值区间内不同降水量的命中事件也具有同等的频次计算方式,在高分辨率网格降水预报检验中显得不够精细。事实上,同为命中但数值不同,或漏报事件中预报和观测降水量差异程度的大小产生的影响可能完全不同。本文在综合考虑降水命中、漏报次数和降水量的基础上,提出了降水影响预报评分ITS(Impact Threat Score)。“影响”定义为因预报命中或漏报降水对实际发生降水可能带来的潜在后果的刻画。对于命中和漏报事件,分别通过观测降水的对数以及观测与预报降水的差值的对数定义影响因子,在此基础上累计得到时空尺度上事件的等价影响A_(I)和C_(I)。单纯考虑C_(I)的影响评分ITS_(0),定义为ITS的一个子项;综合考虑A_(I)和C_(I)共同作用的降水评分定义为ITS。分析表明:ITS_(0)根据漏报降水的差异程度,赋予动态权重,能够清楚地分辨漏报事件的影响程度;而ITS对命中大量级降水有奖赏,当命中的降水数值越大,漏报降水的数值与观测差异越小,ITS越大,对真实降水产生潜在后果的刻画能力也越好。实际应用中,采用ITS_(0)还是ITS,可以根据评价的目的和需求来综合考虑。 展开更多
关键词 预报检验 降水影响 TS评分 ITS0评分 ITS评分
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集合预报进展、挑战及展望
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作者 陈静 朱跃建 +11 位作者 段晚锁 智协飞 闵锦忠 李晓莉 邓国 袁慧玲 冯杰 杜钧 李巧萍 龚建东 沈学顺 穆穆 《气象学报》 北大核心 2025年第3期480-502,共23页
系统概述了集合预报的发展历程和中外主要的集合预报方法,重点回顾了中国全球/区域集合预报系统的发展历程、集合预报系统业务技术、初值扰动技术、模式扰动技术和集合预报应用的进步,以及与当前国际主要数值预报中心集合预报水平的对... 系统概述了集合预报的发展历程和中外主要的集合预报方法,重点回顾了中国全球/区域集合预报系统的发展历程、集合预报系统业务技术、初值扰动技术、模式扰动技术和集合预报应用的进步,以及与当前国际主要数值预报中心集合预报水平的对比。针对集合预报系统逐步走向对流尺度、人工智能模型的趋势,从业务、科研、人工智能与集合预报、天气与气候一体化以及用户需求等方面分析了集合预报技术发展面临的主要挑战,并对未来发展做了展望。 展开更多
关键词 集合预报 方法 中国集合预报 回顾
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四川复杂地形下雷暴大风客观预报方法研究
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作者 龙柯吉 康岚 +4 位作者 黄晓龙 陈朝平 但玻 周威 张武龙 《气象》 北大核心 2025年第1期57-67,共11页
地形复杂的四川地区,虽然雷暴大风发生频次较低,但造成的影响重大,现有的客观预报产品较少且时间分辨率低,为进一步提升四川复杂地形下雷暴大风预报准确率,综合考虑地形因子、模式物理量因子和时间因子,根据海拔高度将四川分为高海拔区... 地形复杂的四川地区,虽然雷暴大风发生频次较低,但造成的影响重大,现有的客观预报产品较少且时间分辨率低,为进一步提升四川复杂地形下雷暴大风预报准确率,综合考虑地形因子、模式物理量因子和时间因子,根据海拔高度将四川分为高海拔区和低海拔区,利用2018—2021年数据基于随机森林、自适应提升法、极端随机树三种机器学习方法分区构建雷暴大风预报模型,对2022年进行预报,获得逐3 h雷暴大风潜势预报,再利用气候背景将3 h预报时间降尺度到1 h,形成0~12 h逐小时雷暴大风预报,并检验预报效果。结果表明,逐3 h雷暴大风预报以自适应提升法效果最优,长时间检验和个例检验都表明,基于自适应提升法获得的0~12 h逐小时雷暴大风预报产品优于中央气象台产品,TS评分由0.0104提升至0.0595,空报率由0.988下降至0.808,业务应用价值较高。 展开更多
关键词 复杂地形 雷暴大风 机器学习 时间降尺度
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南海季风槽准双周振荡对广东夏季暴雨的影响
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作者 纪忠萍 谷德军 +3 位作者 于玲玲 高晓容 梁巧倩 梁伟杰 《大气科学》 北大核心 2025年第3期727-751,共25页
利用1961~2017年NCEP/NCAR逐日再分析与广东逐日降水等资料,通过选取没有与锋系联系一起、由单一南海季风槽影响导致的广东暖区暴雨过程并进行分类,采用合成分析、小波分析、Lanczos滤波器等方法,研究了不同类型季风槽暴雨过程的时空分... 利用1961~2017年NCEP/NCAR逐日再分析与广东逐日降水等资料,通过选取没有与锋系联系一起、由单一南海季风槽影响导致的广东暖区暴雨过程并进行分类,采用合成分析、小波分析、Lanczos滤波器等方法,研究了不同类型季风槽暴雨过程的时空分布特征及其与大气低频振荡的关系,重点揭示了(强)西南季风型季风槽暴雨过程在准双周振荡不同位相大气环流场的演变特征及低频信号的来源与机制。结果表明:(1)(强)西南季风型季风槽暴雨过程占总个例的54.1%,主要出现在广东沿海与内陆的三大暴雨中心(阳江—阳春—恩平、海丰—陆丰—汕尾、龙门—佛岗),其余三类季风槽暴雨过程[(强)西南季风辐合型、东南季风扰动型、热带气旋远离/消散型]主要出现在广东沿海的两大暴雨中心及珠江口两侧。(2)季风槽暴雨过程主要存在5~8天的准单周振荡、10~24天的准双周振荡,少数年份还存在40~65天振荡。(3)(强)西南季风型季风槽暴雨从间歇—开始—鼎盛—减弱期,低频信号不仅来源于从欧洲西部到东北亚具有准正压性、呈相间排列的“反气旋—气旋”的低频波列东南向传播,还来源于对流层中低层菲律宾东南的热带西太平洋低频气旋西北向传播。它们使南亚高压从孟加拉国向巴基斯坦移动,西太平洋副高逐渐加强西伸北抬,巴尔喀什湖—贝加尔湖—我国中东部地区由间歇期的低频反气旋环流或高压脊逐渐转为鼎盛期的低频气旋环流或高空槽控制。(4)当华南高层由低频反气旋环流东南侧的强东北风逐渐转为华北—江南低频气旋性环流底部的强偏西风与印度半岛—南海西北部低频反气旋外围的西北风控制,高空辐散逐渐增强并达到最强。中低层由低频反气旋环流或高压脊控制逐渐转受来自南海中北部—孟加拉湾低频反气旋北缘的强西南风控制,并受东北亚、日本及其以南西太平洋低频反气旋环流的阻挡,在我国西南—江南—华南上空形成强的低频气旋性环流与正涡度。广东处于来自低纬度季风环流圈与中纬度次级垂直环流圈上升运动的汇合区,来自对流层中低层偏南风异常与垂直上升运动及绝对涡度逐渐增强并达到最强。地面由弱均压场逐渐转为北部湾向北伸展加强的闭合低压控制,南海季风槽北抬并增强,使(强)西南季风型季风槽暴雨从无转为开始并达到鼎盛期。它们可为季风槽暴雨的中期—延伸期预报提供参考。 展开更多
关键词 季风槽暴雨 准双周振荡 (强)西南季风型 低频信号
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中国数值模式评估方法的研究进展综述
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作者 陈昊明 李建 +3 位作者 李普曦 李娟 胡学林 周逸辉 《气象学报》 北大核心 2025年第3期566-581,共16页
评估是数值模式研发与应用中的重要环节。近年来,随着数值模式复杂程度的提升和精细化预报需求的增加,模式评估方法也有了迅速发展。首先概要回顾了中外在数值模式评估方法方面的研究动态,进而关注中国学者近些年在新一代数值模式动力... 评估是数值模式研发与应用中的重要环节。近年来,随着数值模式复杂程度的提升和精细化预报需求的增加,模式评估方法也有了迅速发展。首先概要回顾了中外在数值模式评估方法方面的研究动态,进而关注中国学者近些年在新一代数值模式动力框架评估、东亚季风多时空尺度变率和青藏高原天气、气候模拟评估方面的主要研究成果,并针对降水这一关键过程,回顾了降水日变化及过程演变等精细化评估的工作。最后提出多源观测资料的应用、针对不同模式研发和应用场景的评估方法研究,以及模式评估与机器学习等新技术的结合是未来的研究方向。 展开更多
关键词 数值模式 评估 模式诊断 降水检验
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青藏高原东北侧一次锋后极端暴雨成因分析
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作者 伏晶 段海霞 +3 位作者 傅朝 李晨蕊 沙宏娥 宋兴宇 《高原气象》 北大核心 2025年第4期860-876,共17页
2022年8月13-14日青藏高原东北侧甘肃榆中地区出现极端暴雨事件,日降水量达130.6 mm,最大小时降水量36.6 mm,突破了该地区历史极值,造成了严重的社会影响和经济损失。本文利用地面分钟级气象观测以及高空观测、兰州多普勒天气雷达及欧... 2022年8月13-14日青藏高原东北侧甘肃榆中地区出现极端暴雨事件,日降水量达130.6 mm,最大小时降水量36.6 mm,突破了该地区历史极值,造成了严重的社会影响和经济损失。本文利用地面分钟级气象观测以及高空观测、兰州多普勒天气雷达及欧洲中期天气预报中心第5代全球大气再分析产品(ECMWF Reanalysis v5,ERA5)等资料,通过分析此次极端暴雨中两个强降水阶段的观测特征、环境条件、地形影响和不稳定机制等。结果表明:(1)暴雨由西风带短波槽带来的弱冷空气和副热带高压外围的暖湿空气在陇中地区交汇引起,700 hPa切变线提供了动力抬升条件,地面冷锋提供了触发条件。(2)暴雨过程雷达反射率因子表现为持久的强回波并伴有“后向传播”特征,存在低空急流和明显的辐合,在第二阶段冷锋后部回波顶高和第一阶段相当,但是范围更大,且结构更为紧密,对流云发展更加旺盛。(3)此次暴雨水汽条件充沛,第一阶段低层强烈辐合、上升运动以及较高的对流有效位能,存在显著的对流不稳定,第二阶段的上升运动有所减弱,对流有效位能为0,动力及对流不稳定条件弱。(4)冷锋斜压锋生触发不稳定能量的释放是第一阶段降水的主要触发机制。冷锋过境后,第二阶段降水由地形、锋生次级环流及不稳定等共同作用形成。由于夏季冷锋后强降水在青藏高原东北侧地区并不常见,在业务中容易形成该类暴雨的漏报。因此,需要加强对此类过程的监测和预警。 展开更多
关键词 极端暴雨 锋后降水 地形作用 不稳定机制
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基于多源资料的路面温度实况模型构建
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作者 冯蕾 袁晓玉 +3 位作者 赵瑞 苗蕾 林明宇 王然 《气象》 北大核心 2025年第1期97-109,共13页
选取北方三个试验区域(北京和天津、陕西和甘肃、青海),使用交通气象站观测资料、中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS V2.0)地表温度产品、中国逐小时降水实时融合实况分析产品(CMPAS)和FY-4A反演地表辐射产品,研究路面温度的变化特征及... 选取北方三个试验区域(北京和天津、陕西和甘肃、青海),使用交通气象站观测资料、中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS V2.0)地表温度产品、中国逐小时降水实时融合实况分析产品(CMPAS)和FY-4A反演地表辐射产品,研究路面温度的变化特征及其与环境气象因子之间的关系。基于线性回归、随机森林、深度神经网络方法,分季节、分时段构建路面温度实况模型,开展模型效果检验,探讨不同方法、不同数据组合的效果以及模型的空间泛化能力。结果表明:路面温度与道路环境气象因子显著相关,但表现出明显的区域、季节和时段差异;基于不同方法构建的路面温度实况模型结果差异不大,均能较好地再现夏季路面高温和冬季路面低温的逐日变化,冬季平均误差明显低于夏季。应用卫星产品可显著提升夏季路面高温实况模型效果;模型具有较好的空间适应性,与本站模型相比,路面温度误差均表现出不同程度的增加,其中北京和天津地区误差增加幅度最小。 展开更多
关键词 交通气象站 多源资料 卫星反演地表辐射 路面温度
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CMA-MESO和CMA-SH9模式对中国东部地区降水预报的性能检验
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作者 徐同 王琴 +1 位作者 漆梁波 黄伟 《气象》 北大核心 2025年第2期167-181,共15页
采用标准降水检验方法和MODE空间检验方法,对CMA-MESO和CMA-SH9模式的2021年我国东部地区降水预报效果进行评估。结果表明:CMA-MESO和CMA-SH9模式对第二和第三季度的预报技巧相对较高,第一和第四季度的预报技巧相对较低,显示区域数值模... 采用标准降水检验方法和MODE空间检验方法,对CMA-MESO和CMA-SH9模式的2021年我国东部地区降水预报效果进行评估。结果表明:CMA-MESO和CMA-SH9模式对第二和第三季度的预报技巧相对较高,第一和第四季度的预报技巧相对较低,显示区域数值模式在暖季降水预报方面有较好的应用潜力。综合四个季度的ETS评分和BIAS分析,CMA-MESO模式第三季度降水预报技巧整体高于CMA-SH9模式,其他季节则是CMA-SH9模式预报技巧相对更高,另外,两家模式在各季度均存在BIAS偏大的特征,而且总体呈现出空报率较高的特征,改善这两方面的不足是提升区域模式降水预报技巧的重要抓手。四个季度的暴雨MODE空间检验结果显示,CMA-MESO和CMA-SH9模式对第二和第三季度的预报能力相对更优,但均存在对暴雨降水目标面积预报偏大的特征。CMA-SH9模式四个季度对暴雨降水目标各分位强度预报均相对观测值偏强,而CMA-MESO模式与观测值更为接近,仅第一季度呈现预报偏强特征。“21·7”河南特大暴雨和台风烟花的MODE空间检验结果显示CMA-MESO和CMA-SH9模式对大暴雨以上量级强降水预报均表现出影响范围偏大的特征,但对于降水极值预报偏小,CMA-SH9模式与观测极值更为接近。 展开更多
关键词 CMA-MESO CMA-SH9 中国东部地区 降水检验
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考虑风速空间异质性的LSTM-AM雾天能见度预测模型
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作者 王小建 林智婕 +4 位作者 马飞 苏彤 白元旦 郭庆元 黄凯 《气候与环境研究》 北大核心 2025年第4期439-449,共11页
针对现有方法在雾天能见度预测时对风速空间异质性考虑不足导致预测准确性和稳定性不高的问题,构建了考虑风速空间异质性的长短期记忆神经网络—注意力机制(LSTM-AM)雾天能见度预测模型。利用半变异函数对风速不同空间位置的变化特征进... 针对现有方法在雾天能见度预测时对风速空间异质性考虑不足导致预测准确性和稳定性不高的问题,构建了考虑风速空间异质性的长短期记忆神经网络—注意力机制(LSTM-AM)雾天能见度预测模型。利用半变异函数对风速不同空间位置的变化特征进行量化,融合邻近点空间分布及风速差异信息,采用风向夹角和变异值对风速空间异质性特征进行加权,实现对风速空间异质性的有效提取;利用AM机制能加强对关键信息关注的优势对LSTM方法进行改进,以有效捕捉和反映关键时刻气象因子对雾天能见度的影响,增强模型对重要时序信息关注的能力和模型预测的准确性,实现风速空间异质性下对雾天能见度的预测。研究结果表明,本文模型相关系数提升10%~20%,均方根误差下降25%~40%,平均绝对误差下降26.3%~39.1%,具有较高的雾天能见度预测精度。 展开更多
关键词 空间异质性 半变异函数 长短期记忆神经网络 注意力机制 雾天能见度
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降水预报机器学习订正及其在分类型降水测试的效果研究?
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作者 钟琦 梁红丽 +3 位作者 代刊 方祖亮 申莉莉 侯邵禹 《气象》 北大核心 2025年第8期914-927,共14页
强降水是对我国国计民生影响最为广泛的灾害性天气之一,其精准预报也是最具挑战的科学问题之一,湿物理过程的多尺度、非线性特征使数值预报和客观订正处理降水问题比处理一般气象要素困难得多。文章以京津冀地区3 h累计降水量为对象,基... 强降水是对我国国计民生影响最为广泛的灾害性天气之一,其精准预报也是最具挑战的科学问题之一,湿物理过程的多尺度、非线性特征使数值预报和客观订正处理降水问题比处理一般气象要素困难得多。文章以京津冀地区3 h累计降水量为对象,基于站点观测和数值模式预报,通过降水样本构建和采样、降水相关物理特征输入、使用残差训练等策略,探索了机器学习算法LightGBM应用于降水预报订正的效果。结果显示,面对降水样本的长尾分布难题,构建数据集时综合考虑保持降水的真实分布,同时适度增大较强量级降水样本的比例,是提升强量级降水订正效果的关键一环。独立测试集的统计检验表明,LightGBM订正方案在所有阈值降水的客观评分均较原模式预报显著提升,且提升率随降水阈值增大而增加。分类型降水的统计检验和个例评估显示,LightGBM订正方案在不同类型降水预报均体现出强度和落区的综合调整,其中:强天气系统强迫类型降水样本数量相对占优,在各降水阈值订正效果均较显著;而弱天气系统强迫类型降水订正在≥15 mm阈值时较难获得提升,落区的调整也更具挑战。这说明降水样本的不平衡分布仍是机器学习订正面临的挑战,但机器学习体现出对模式预报准确率更低的较大量级降水的订正潜力,即模式预报能力越低,机器学习订正提升的空间和幅度越大。特征重要性分析表明,输入与降水密切相关的动力、热力和水汽等物理特征,对提升LightGBM订正评分具有正贡献。 展开更多
关键词 京津冀地区 降水预报订正 机器学习 样本构建 分类降水
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FY-4A AGRI资料在对流尺度数值预报云初始化中的作用及对降水预报的影响分析
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作者 彭菊香 谢元富 +1 位作者 康兆萍 王阳 《大气科学》 北大核心 2025年第1期279-296,共18页
针对2020年7月1~8日梅雨期暴雨过程,利用LAPS(Local Analysis and Prediction System)云分析系统融合三维雷达反射率因子和FY-4A AGRI资料的可见光、水汽、红外通道辐射数据,获取云的三维分布,并将云场内的水凝物引入初始场热启动中尺... 针对2020年7月1~8日梅雨期暴雨过程,利用LAPS(Local Analysis and Prediction System)云分析系统融合三维雷达反射率因子和FY-4A AGRI资料的可见光、水汽、红外通道辐射数据,获取云的三维分布,并将云场内的水凝物引入初始场热启动中尺度预报模式,通过比较融合卫星资料前后两种方案云分析产品和降水预报的异同,重点分析融合FY-4A AGRI资料对分析场和预报场的影响。通过两种方案云产品与MODIS反演云产品的对比可发现,融合FY-4A AGRI资料能明显修正分析场的云顶高度,改善云量的水平分布,减少虚假云区。通过两种方案分析的水凝物与ERA5逐时水凝物的对比发现,融合卫星资料能在一定程度上降低云冰和云水混合比的峰值,有效剔除水凝物的虚假中心。通过两种方案预报降水与实况降水的对比发现,24 h累计降水的ETS和偏差评分均表明融合卫星资料对24 h降水预报有改进作用;逐时预报降水的FSS评分表明融合FY-4A AGRI资料能明显改善模式积分1 h的降水预报。 展开更多
关键词 FY-4A AGRI卫星数据 云分析 Local Analysis and Prediction System(LAPS) 云初始化
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中国区域逐10min近地面温湿风实况分析产品 被引量:2
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作者 廖志宏 韩帅 +13 位作者 谷军霞 师春香 张志强 阮新 赵琦 张涛 张志森 杜傲东 徐宾 孙帅 庞紫豪 张瑜 徐艳琴 杨磊 《应用气象学报》 北大核心 2025年第4期400-413,共14页
围绕天气监测业务和智能网格预报业务需求,国家气象信息中心在已业务准入的中国区域逐1 h近地面温湿风实况分析产品基础上,利用分钟级质量控制、地形偏差订正及多重网格融合分析技术,集成地面站点分钟级观测和近地面模式预报产品,研制了... 围绕天气监测业务和智能网格预报业务需求,国家气象信息中心在已业务准入的中国区域逐1 h近地面温湿风实况分析产品基础上,利用分钟级质量控制、地形偏差订正及多重网格融合分析技术,集成地面站点分钟级观测和近地面模式预报产品,研制了2020年以来中国区域逐10 min近地面温湿风实况分析产品,产品时效为5 min。采用2020年11月共4320个时次的产品进行独立检验,评估表明:新研制的中国区域逐10 min产品与逐1 h产品质量相当,其中气温独立检验均方根误差为1.5℃,湿度均方根误差约为7.0%,纬向风和经向风风速均方根误差约为1.3 m·s^(-1)。同时,与逐1 h产品相比,新研制产品提升了时间分辨率,利用研制的产品分别针对2025年3月寒潮过程、2022年北京通州的短时大风天气过程和2023年辽宁开原龙卷进行个例分析,结果表明:与逐1 h产品相比,新研制的逐10 min产品能够更加精细地刻画极端天气事件的过程,将近地面温湿风实况分析产品的业务能力由小时级提升到分钟级,有助于提升实况业务的产品服务能力。 展开更多
关键词 多源融合 气温 湿度
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临近气象预报大模型“风雷”V1版本检验及个例评估 被引量:2
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作者 盛杰 金荣花 +8 位作者 张小雯 代刊 张小玲 关良 杨波 张育宸 邢蓝翔 龙明盛 王建民 《气象》 北大核心 2025年第4期389-399,共11页
光流法等传统外推技术是目前强对流临近预报采用的主要客观方法,其无法体现对流系统的生消演变且预报时效有限;2024年中国气象局发布了我国首个基于人工智能的临近气象预报大模型“风雷”V1版本(以下简称“风雷”),基于雷达组合反射率开... 光流法等传统外推技术是目前强对流临近预报采用的主要客观方法,其无法体现对流系统的生消演变且预报时效有限;2024年中国气象局发布了我国首个基于人工智能的临近气象预报大模型“风雷”V1版本(以下简称“风雷”),基于雷达组合反射率开展3 h雷达回波外推预报。对2023年数据进行定量检验,结果表明“风雷”客观检验评分优于传统光流外推算法,1 h预报时效以上回波预报优势更加明显,检验评分下降相对平缓,3 h预报时效内始终保持较小的Bias,致灾性显著的强回波TS评分较光流法提升了33%。选取2024年不同尺度的强对流过程开展个例评估,“风雷”在一定预报时效内能够正确给出对流系统生消演变的预报,表现出传统方法所不具备的对雷暴变化趋势的预报能力,有效延长了外推时效,为强对流临近预报提供了较好的人工智能客观指导产品。 展开更多
关键词 人工智能 风雷 临近预报 检验评估
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不同分辨率和云微物理方案对四川盆地一次暴雨过程模拟的影响分析 被引量:1
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作者 马怡轩 徐国强 《大气科学》 北大核心 2025年第1期185-196,共12页
本文以美国国家环境预报中心(NCEP,National Centers for Environmental Prediction)的GFS(Global Forecast System)全球数值天气预报产品作为模式预报初始场,利用区域中尺度预报系统CMA-MESO(China Meteorological Administration Meso... 本文以美国国家环境预报中心(NCEP,National Centers for Environmental Prediction)的GFS(Global Forecast System)全球数值天气预报产品作为模式预报初始场,利用区域中尺度预报系统CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale Model)(原GRAPES_MESO)5.1版本对2021年9月3~5日发生在四川盆地的一次暴雨过程,采用3种不同分辨率(1 km、3 km、10 km)和2种云微物理参数化方案(WSM6、Thompson)设计5组试验进行数值模拟研究,结果表明:(1)试验模拟雨带与实况基本一致,但强降水时间、降水落区和降水强度与实况存在差异。随着降水阈值的提高,TS评分下降同时Bias变幅增大,空报率和漏报率也随之增加。(2)同分辨率是否采用积云参数化方案与同分辨率采用不同微物理方案对水汽通量模拟结果差异不大;5组试验在各自模拟的暴雨区均对应强烈的上升气流,且模拟强度均随分辨率提高而增大。(3)1 km分辨率下采用不同云微物理方案模拟液态粒子结果差异不大,但固态粒子明显不同。(4)3 km分辨率下加入积云参数化方案后,对于强降水中心的模拟结果存在较大偏差。整体而言,针对此次降水过程的各个试验模拟结果表明,在高分辨率条件下,Thompson方案饱和调整方案效果略好于WSM6方案,1 km_thompson方案对雨带刻画更精准,降水模拟最优。 展开更多
关键词 CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale Model) 云微物理 分辨率 暴雨
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基于多模式集成的降水空间结构预报改进研究 被引量:2
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作者 吉璐莹 智协飞 +2 位作者 季焱 朱寿鹏 罗其祥 《大气科学》 北大核心 2025年第1期257-278,共22页
分别从“点对点”雨量检验和降水空间结构特征检验两方面对多个数值模式东亚夏季中短期逐日降水集合预报进行评估,结果表明不同模式对降水的不同方面存在不一样的预报能力。借助基于对象的诊断评估方法(method for object-based diagnos... 分别从“点对点”雨量检验和降水空间结构特征检验两方面对多个数值模式东亚夏季中短期逐日降水集合预报进行评估,结果表明不同模式对降水的不同方面存在不一样的预报能力。借助基于对象的诊断评估方法(method for object-based diagnostic evaluation,简称MODE)提出了基于降水对象的超级集合(Object-based Superensemble,简称OBJSUP)模型,采用观测场和预报场中降水对象空间结构的相似度来分配各个成员模式的权重,有别于利用传统“点对点”误差分析来计算权重的超级集合(Gridpoint-based Superensemble,简称GPSUP)。相比于最优单模式,两种多模式集成预报均有效地提高了中短期降水预报技巧,且OBJSUP模型整体优于GPSUP模型,主要原因在于OBJSUP模型可以较好地改进降水对象的质心位置预报。为进一步检验多模式集成模型对强降水空间结构特征的预报能力,针对2018年夏季广东一次极端强降水事件,多模式集成预报与高分辨率区域模式动力降尺度预报对比表明,多模式集成对强降水的预报不足,但对广东省逐日大雨量级降水和过程累积降水量空间分布预报较好。高分辨率区域模式对此个例中粤东地区发生的强降水具有一定的预报能力,但对广东省其他地区降水量预报偏弱。 展开更多
关键词 基于对象的诊断评估方法 多模式集成 动力降尺度 极端降水
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中国数值天气预报业务系统70年发展
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作者 张卫民 沈学顺 +10 位作者 曹小群 孙健 吴建平 彭军 宋君强 朱小谦 王建捷 李泽椿 陈德辉 龚建东 赵延来 《气象学报》 北大核心 2025年第3期435-463,共29页
数值天气预报是天气预报业务和防灾减灾的核心科技。中国数值天气预报研究和业务应用一直受到高度重视,在基础理论研究、关键技术突破和业务系统研制方面取得了有广泛国际影响力的研究成果。在回顾中国数值天气预报技术及业务系统发展... 数值天气预报是天气预报业务和防灾减灾的核心科技。中国数值天气预报研究和业务应用一直受到高度重视,在基础理论研究、关键技术突破和业务系统研制方面取得了有广泛国际影响力的研究成果。在回顾中国数值天气预报技术及业务系统发展基础上,重点综述中国自主发展的GRAPES(Global Regional Assimilation and PrEdiction System)和YHGSM(YinHe Global Spectral Model)两大业务预报系统的重要科技进展。GRAPES在模式动力框架、四维变分资料同化、卫星资料同化技术、雷达资料同化应用、集合预报和云物理过程等方面实现了技术突破,建立了无缝隙的、包含确定性预报和集合预报系统的中国气象局数值天气预报业务体系。YHGSM持续走谱模式发展路线,突破了干空气质量守恒全球大气谱模式、集合四维变分资料同化、海-陆-气耦合集合预报等技术,建立了以高分辨率全球中期和月延伸数值预报系统为核心的数值预报体系。军队和地方自主研发的数值天气预报系统是长期坚持既定科学技术方向、学术研究和业务研制紧密结合的结果。 展开更多
关键词 数值天气预报 GRAPES YHGSM 半隐式半拉格朗日平流 格点模式 谱模式 物理过程 卫星资料同化 四维变 分资料同化 集合四维变分资料同化
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冰雹微物理过程影响对流云降水的数值模拟个例研究
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作者 李喆 陈小敏 +3 位作者 刘奇俊 马占山 江源 黄丽萍 《气象》 北大核心 2025年第2期182-190,共9页
使用高分辨率的中尺度天气数值预报系统CMA-MESO,在微物理方案中增加冰雹微物理过程,对山东一次对流云降水过程进行了数值模拟。通过对比分析,研究冰雹微物理影响对流云降水过程的机制和该模式对雹云降水过程的预报能力。结果显示,CMA-M... 使用高分辨率的中尺度天气数值预报系统CMA-MESO,在微物理方案中增加冰雹微物理过程,对山东一次对流云降水过程进行了数值模拟。通过对比分析,研究冰雹微物理影响对流云降水过程的机制和该模式对雹云降水过程的预报能力。结果显示,CMA-MESO模式能够较好地模拟这次对流降水过程,与观测相比,模式结果中的飑线生命周期与实况相当,降水分布及量级与实况接近。模拟区域平均液水、冰水路径,控制组大于含冰雹的试验组,在对流发展时,试验组对流核心区垂直速度略有增强,其余时刻有所下降。当冰雹产生时,由于冰雹的下落速度强于其他水凝物,在下落过程中融化吸热试验组强于控制组,抑制了对流的发展。增加冰雹会影响对流降水,试验组的中雨[1~10 mm·(24 h)^(-1)]面积占总降水面积比例减少,而大雨及以上[>10 mm·(24 h)^(-1)]面积占总降水面积比例稍有增加。就降水量而言,增加冰雹后,试验组的中小量级降水强度无明显变化,而大雨及以上量级降水的强度增大。 展开更多
关键词 CMA-MESO 冰雹 云微物理方案 对流云降水
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青藏高原观测对2020年长江中下游地区梅雨降水过程预报的影响
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作者 庄照荣 田伟红 +1 位作者 陈雨潇 陈静 《大气科学学报》 北大核心 2025年第2期217-228,共12页
青藏高原对我国气候、天气有重要的影响,青藏高原地区的观测分布相对于我国东部区域虽然密度稀疏,但对我国东部长江中下游地区预报有一定的影响。本文利用CMA-MESO快速更新循环系统对2020年7月上旬长江中下游地区的梅雨天气过程进行模拟... 青藏高原对我国气候、天气有重要的影响,青藏高原地区的观测分布相对于我国东部区域虽然密度稀疏,但对我国东部长江中下游地区预报有一定的影响。本文利用CMA-MESO快速更新循环系统对2020年7月上旬长江中下游地区的梅雨天气过程进行模拟,研究青藏高原地区观测资料的缺失对下游地区天气系统预报的影响。试验结果表明,青藏高原地区的观测资料缺失明显影响长江中下游地区24~72h的地面2m温度和10m风场预报质量,对前3d的降水预报也有显著负贡献。目标区观测资料影响估计也表明,青藏高原观测资料的影响主要在长江中下游地区,24~72h的预报信号方差在长江中下游地区最大。因此,改进长江中下游地区预报质量也需要考虑青藏高原的观测资料影响。另外,针对我国东部区域进行高分辨率模式模拟时,往往研究区域范围不包括青藏高原地区,但研究区域外的观测和预报信息时空传播对预报的影响也不可忽视。 展开更多
关键词 青藏高原观测 梅雨期降水 三维变分 CMA-MESO 快速更新分析预报
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基于机器学习的极端风场短时预测研究进展与思考
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作者 陶天友 邓鹏 +1 位作者 王浩 范延盛 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第5期78-91,共14页
近年来,极端风场短时预测因其对工程安全的重要性,已成为国际风工程领域的研究热点与学术前沿。在极端风场来临前,精准预测原位风速对于工程结构安全预警与应急防护具有重要意义。传统数值天气预报方法是极端风场预测的有效手段,但由于... 近年来,极端风场短时预测因其对工程安全的重要性,已成为国际风工程领域的研究热点与学术前沿。在极端风场来临前,精准预测原位风速对于工程结构安全预警与应急防护具有重要意义。传统数值天气预报方法是极端风场预测的有效手段,但由于其空间分辨率不足、计算资源消耗大,难以实现工程结构原位风速的实时预测。随着人工智能技术的快速发展,机器学习为解决上述难题提供了新思路,在极端风场短时预测中的应用日趋广泛,且展露出广阔的应用前景。据此,本文对基于机器学习的极端风场短时预测研究进展进行了综述。首先,回顾了时间序列模型、机器学习模型和混合模型在风场预测中的应用原理及其特点;其次,从良态强风、台风、雷暴风3种频发强风的角度,分类论述了常采用的极端风场短时预测方法,并对其优缺点进行了归纳总结。最后,针对极端风场短时预测的研究现状与挑战,阐述了对该领域未来潜在研究方向的思考。 展开更多
关键词 极端风场 短时预测 机器学习 工程安全 数值天气预报
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地形引导的多尺度残差密集网络CMIP6全球气候模式降尺度研究
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作者 程勇 顾雅康 +3 位作者 王军 王沂萱 王伟 何佳信 《热带气象学报》 北大核心 2025年第5期612-625,共14页
CMIP6全球气候模式是预测未来气候变化的重要工具之一,然而其输出数据的空间分辨率较为粗糙(通常大于1°),难以直接应用于区域尺度气候变化研究。为此,本文提出一种地形引导的多尺度残差密集网络(Terrain-Guided Multi-Scale Residu... CMIP6全球气候模式是预测未来气候变化的重要工具之一,然而其输出数据的空间分辨率较为粗糙(通常大于1°),难以直接应用于区域尺度气候变化研究。为此,本文提出一种地形引导的多尺度残差密集网络(Terrain-Guided Multi-Scale Residual Dense Network,TGMSRDN)降尺度模型,旨在提高应用于中国西南地区全球气候模式日平均气温数据的空间分辨率和精度。具体而言,该模型构建一种多尺度残差密集块,用于从粗分辨率气温数据中提取多尺度特征信息。此外,为充分利用地形信息,本文提出一种地形引导网络,该网络采用注意力机制有效聚合气温数据与地形信息,从而更精细地恢复了气温数据的空间细节。在中国西南地区进行的对比实验表明,TGMSRDN能够有效地将全球气候模式日平均气温空间分辨率由1°提升到0.1°,效果优于其它对比方法。最后,本文应用所提模型对研究区域2015—2050年在四种预估情景下(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5)气温预估数据进行降尺度分析。结果显示,四种情景下研究区域年平均气温均呈上升趋势,特别是在SSP5-8.5情景下,至2050年研究区域的升温幅度将超过1.5℃。 展开更多
关键词 CMIP6全球气候模式 气候变化 降尺度 气候变化预估
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