摘要文中围绕近20余年对全球海雾发生频率时空分布及成因等海雾气候学研究和海雾天气学及相关机理研究进行综述。海雾气候学涉及全球(包括南极和北极)海雾频率分布、季节变化和海雾类型等。海雾天气学及相关机理研究,包含重力波扰动、海-陆热力差异、海表面温度锋、降水/云、辐射、湍流、平流、海-气相互作用等因素对海雾形成和演变的影响,强天气系统如台风、爆发性气旋影响下海雾和海雾-低云系统形成机理,等等;该部分内容主要根据对中国近海海雾的研究成果,但也包括了北太平洋、北大西洋、美国加利福尼亚沿海等水域具有代表性的相关研究成果,有助于更全面地了解海雾的研究动态,同时可进一步理解海雾生消物理过程的复杂性。最后,提出尚不清楚或者不确定的问题,以及对未来相关研究的展望。
摘要海雾是发生在海洋或沿海区域的大气边界层水汽凝结现象,因能见度低对海上交通、港口作业等活动造成严重影响。文中系统介绍了黄海海雾观测的研究进展,重点从定点观测和大面观测两个维度展开分析。研究表明,黄海海雾多发生于春夏季(4—7月),其形成与低层逆温、高湿环境及特定天气型密切相关;毫米波雷达等现代观测手段显著提升了边界层结构探测精度,但微物理化学特征的系统观测仍显不足。卫星遥感技术通过双通道差值法、多波段阈值法等实现了海雾大范围监测,AI技术的引入进一步提高了识别准确率,但低云与海雾的光谱相似性仍是技术瓶颈。文中还介绍了针对黄海海雾设计的微物理化学特征观测试验,初步揭示了海雾对气溶胶的清除作用。未来研究需加强立体协同观测、深化微物理过程与气溶胶相互作用的机制研究,并推动多源数据与AI技术的深度融合,以提升海雾监测预报能力。
摘要基于常规气象观测数据、微波辐射计反演数据、荣成L波段探空仪观测数据、ERA5数据以及美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)数据,选取2024年5—7月黄海北部发生的3次典型无降水的海雾个例进行分析。对微波辐射计和L波段探空仪数据进行相关性计算, 2km 高度以下温度、相对湿度平均相关系数分别为0.83、0.64,为显著相关,在此基础上,重点探讨不同季节、不同天气系统影响下海雾的温湿结构特征及形成机制差异。结果表明:(1)春季高压后部型海雾发生时,低层偏南风输送暖湿气流,高压后部冷气团和夜间辐射降温提供下垫面冷却作用,大雾形成同时具备增湿和降温的效应。温湿要素呈现日夜变化明显的特征,午后气海温差较高,同时相对湿度下降。液态水集中在 0.1~0.2km 高度,最大值为0.57g?m-3 ,与高湿层的形成时间较吻合。地面温度升高导致逆温层结构被破坏是大雾消散的主要原因。(2)夏初弱冷锋型大雾发生在槽后西北气流中,水汽条件较差,微波辐射计探测到高湿层较平流冷却雾浅薄,且湿层中间存在干层。近地层降温效应明显,地面至 300m 高度之间形成 5.3qC 的强逆温差。午后温度升高,大雾消散。(3)夏季盛行的平流冷却雾与副热带高压的稳定少动形势密切相关,低层偏东风持续输送水汽,大雾可维持数日。大雾期间温湿要素日夜变化不剧烈,逆温层温差最大仅为 3.81qC ,液态水含量丰富,且大值持续时间长,最大值超过 1.0g?m-3 ,以增湿效应为主。当原来稳定的天气形势发生变化时,稳定层结被破坏,大雾消散。
摘要利用逐时自动气象站和浮标站海洋气象观测资料、空气质量监测数据及ERA5再分析资料等,结合HYSPLIT轨迹模式结果,对山东半岛南部近海弱冷空气影响结束后海雾快速形成机制进行分析。结果表明:(1)此次海雾发生于地面弱冷空气向暖湿气流过渡阶段,属均压场型平流雾,岸滨附近海雾因辐射作用叠加,兼具平流辐射雾特征。(2)逆温层的建立主要由夜间近地面层辐射降温、辅以 975hPa 暖平流增温效应共同促成。(3)海风效应、湍流热量交换以及夜间辐射降温的协同作用,促进大气降温增湿,为海雾生成提供了必要的湿度条件。海上高湿条件下,气溶胶颗粒物质量浓度的升高导致远离岸滨海域能见度下降,促使轻雾发展为浓雾。(4)弱冷空气除具有降温增湿作用外,还将气溶胶颗粒物输送到山东半岛南部沿海地区,同时为海风环流提供了有利的弱环流背景场条件,海陆风辐合线为气溶胶颗粒物积聚创造有利条件。
摘要利用2016年1月1日—2021年12月31日广西沿海观测站的气象资料和 0.25°×0.25° 逐3h 的ERA5资料,基于海雾生成、消散的物理过程与预报员的经验,计算分析所需要的物理量值,预选出可能对海雾造成影响的68个物理量作为初步预报因子,建立基于配料法、决策树法和指数法的北部湾海雾客观预报模型,并对2023年1—4月的海雾过程预报的TS评分(threat score)进行检验。结果表明:(1)3种客观预报产品对北部湾海雾有较好的预报效果,但在北海海区的预报效果不如其他海区。(2)从3种方法 24h 预报的TS评分来看,配料法的预报效果明显优于决策树和指数法。(3)从3种方法 48h 和 72h 预报的TS评分来看,决策树法的预报效果明显优于配料法和指数法。(4)对比分析欧洲中期天气预报中心(EuropeanCentreforMedium-RangeWeatherForecasts,ECMWF)模式产品的TS评分,ECMWF模式产品对北部湾沿海海雾的平均TS评分(仅为0.30左右)均低于3种客观方法,且明显低于配料法与决策树法的平均TS评分(0.40),但从各海区的预报结果来看,ECMWF模式产品对防城港海区的预报效果(TS评分为0.46)明显优于配料法(TS评分为0.38)和指数法(TS评分为0.36)。
摘要2306号台风“卡努”在生命史中后期两次发生路径突变,对预报业务提出了巨大挑战。本文基于中央气象台预报数据、确定性预报数值模式及ERA5再分析资料,分析其路径突变的原因和预报偏差成因。结果表明:在第一次路径突变阶段,“卡努”南侧西南季风加强并且北抬,东侧西北太平洋副热带高压(以下简称“副高”)加强并延伸至“卡努”南侧,两者叠加形成深厚的西南风引导环境场,从而导致“卡努”路径突变(近海停滞然后西折);第二次路径突变的原因是“卡努”东侧副高再次加强并西伸,使得“卡努”先减速然后北折。首次路径突变前数值模式低估了副高核心区强度,导致南侧季风通道气压梯度偏小,风速偏弱,而“卡努”因移速偏快导致过早脱离了季风通道,从而导致“卡努”第一次路径突变预报的失败;第二次路径突变期间,模式对东北侧高空冷涡的强度预报偏强,抑制了副高西伸,使得预报路径转向失败。研究结果为台风路径主观预报启发了新的思路,即结合台风移速订正与引导流变化,同步订正台风移向,从而改进台风路径预报。
摘要针对2023年第6号台风“卡努”影响辽宁及周边地区产生的强降水,采用TS评分(threatscore)检验法和多种空间检验法,检验分析CMA_MESO、CMA_GFS和EC_IFS模式的日降水 24h 、48h 和 72h 预报在强度、落区形态结构和位置3方面的偏差特征。(1)TS评分检验表明,CMA_MESO、CMA_GFS和EC_IFS模式在 24h 预报时效下对大雨以下量级预报的TS评分分别为0.64、0.66和0.69,随着降水阈值的增大,TS评分值降低至0.4左右。EC_IFS的TS评分最好,CMA_MESO空报率最大。(2)SAL(structure,amplitude and location)空间检验表明,3个数值模式降水整体位置预报基本一致,但降水强度预报均偏弱,EC_IFS的预报落区结构预报与实况最相似,但对暴雨以上量级范围较实况偏大。(3)MODE(method for object based diagnostic evaluation)属性综合相似度评分表明,CMA_GFS模式对于此次台风降水预报不稳定;CMA_MESO模式预报稳定,但对于暴雨量级预报效果不理想;EC_IFS模式 24h 预报时效下的相似度评分最高,对于此次台风降水预报可靠性最高。空间检验法相比传统TS评分,能更精准定位模式在暴雨量级上的结构偏差,并量化雨带位置偏移。在实际业务工作中,应根据不同需求选择不同的检验方式,同时也可将不同的检验方法相结合,从不同角度分析数值模式的预报性能,有助于提高相似台风降水预报的模式适用性。
摘要针对 Sentinel-1C卫星搭载的合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)IW模式下的海面风速产品,开展精度评估与改进研究。以美国国家数据浮标中心(National Data Buoy Center,NDBC)浮标观测数据为真值基准,评估2025年4—6月Sentinel-1CSARLevel-2OCN官方风速产品的精度特征,发现其均方根误差(root mean square error,RMSE)为 1.31m?s-1 ,虽满足常规应用需求,但仍有优化空间。为提升产品精度,设计3种改进方案,探究背景风场、地球物理模型函数及归一化雷达散射截面(normalized radar cross section,NRCS)偏差修正的影响。结果表明:(1)替换欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)背景风场为更高分辨率的哥白尼海洋环境监测服务(Copernicus Marine Environment Monitoring Service,CMEMS)数据可降低RMSE至 1.28m?s-1 ;CMOD5.n模型反演效果优于C-SARMOD2;基于CMEMS与CMOD5.n构建的NRCS重定标模型,可有效修正NRCS的入射角相关残差。(2)最佳优化方案可使产品精度显著提升,平均偏差降至 -0.35m?s-1 ,均方根误差降至 1.21m?s-1 ,相关系数升至0.88。研究结果可为Sentinel-1CSAR海面风速产品的业务化优化提供技术支撑,并为同类C波段SAR风速产品的精度提升提供参考。
摘要青藏高原作为全球气候变化的敏感区域,其冰川和湖泊变化对气候系统具有重要影响。基于2000—2023年遥感影像数据,选取青藏高原的典型冰川和湖泊,融合归一化差异积雪指数(normalized difference snow index,NDSI)和Glacier-Unet方法提取冰川面积,结合归一化差异水体指数(normalized diference water index,NDWI)与双极化水体指数(sentinel dual-polarized water index,SDWI)提取湖泊面积。同时,利用相邻气象站的年平均气温和年降水量数据,通过主成分分析定量揭示气温升高通过增强消融作用直接驱动冰川退缩,降水增加则通过增强入湖补给主导湖泊扩张。结果表明:(1)7座典型冰川面积累计减少 20.75km2 ,退缩速率呈现由低纬度向高纬度递减的特征。气温是冰川退缩的主要驱动,不同冰川对气温升高的响应时序与幅度存在差异,但均体现出长期升温背景下消融增强、积累减弱的大趋势。(2)10座典型湖泊呈现扩张趋势,总面积增加 757.55km2 ,扩张主要集中在中南部内流区湖泊。不同湖泊对降水变化的响应时序与幅度存在差异,但均体现出在长期降水增加背景下补给增强、蒸发与外流相对不足导致面积扩张的大趋势。
摘要基于观测数据和多源再分析资料,对1981—2023年冬季(12月—次年2月)西伯利亚—青藏高原偶极型地表温度异常模态的特征及可能影响因子进行探究。结果表明:(1)冬季亚洲表现出西伯利亚—青藏高原偶极型地表温度异常,西伯利亚冷异常源于贝加尔湖低压异常削弱副极地西风导致的冷空气南下;青藏高原暖异常源于高压异常控制下云量偏少导致的短波辐射增加和冰雪反照率反馈加强。(2)秋末(10、11月)巴伦支—喀拉海海冰偏少时,热力作用激发上空高压异常并维持至冬季,进而波动能量南传,贝加尔湖低压异常形成,这有利于西伯利亚冷异常并有助于西伯利亚一青藏高原偶极型温度异常正位相形成。海冰偏多时相反。(3)冬季西地中海—东北大西洋降水偏多(少)时,高空负(正)波源激发副极地、副热带两条波列。贝加尔湖和青藏高原分别受低压(高压)和高压(低压)异常影响,有利于西伯利亚—青藏高原偶极型温度异常正(负)位相形成。本研究阐明了海冰—大气热力动力耦合及波动能量传播对西伯利亚—青藏高原偶极型温度异常的调控作用,为冬季西伯利亚和青藏高原地区温度年际变化预测提供了理论依据。
摘要为解决精细化短临预报中分级雷暴大风预警的难题,利用具有偏振功能的S波段多普勒天气雷达数据和1h极大风速数据,对2024年春季40次由孤立强风暴(回波强度不低于60 dBZ)引发的对流大风事件进行了分析,旨在提取其雷达特征先兆信号和预警指标。根据地面极大风风力将事件分为强雷暴大风事件(风力等级为9\~13级)和非强风事件(风力等级不高于7级)。结果表明:强雷暴大风事件的风暴结构特征与强风超级单体雷达特征类似,绝大多数具有持续性中气旋和其他超级单体结构特征,表明春季引发强风的孤立风暴主要是超级单体,且回波强度、垂直累积液态含水量、中层径向辐合强度和风暴移速均显著高于非强风组。值得一提的是,反射率因子核下降是强风暴的共性特征,不能区分雷暴大风的强度。 40% 的强风组个例在大风发生前 42min 出现差分反射率因子槽口,表明冰雹(霰)粒子及其下落过程中的相变(如融化、蒸发)引起的强下沉气流是雷暴大风形成的一种情形,相对连续的差分反射率因子槽口可作为强雷暴大风的预警指标之一。本研究明确了引发春季致灾强雷暴大风的孤立强风暴在雷达上的先兆信号和强风预警指标及其时间提前量,为强雷暴大风的预警和客观算法设计提供了科学依据。
摘要2025年3月2日山东出现一次极端雨雪天气过程,有53站日降水量突破本站3月历史极值。基于垂直探测网、气象观测站与ERA5资料,对该日发生相态转换时降水粒子的微物理特征进行分析,对新型探测资料在相态转换中的监测指标进行总结。结果表明:(1)此次过程的影响系统为江淮气旋。在前期降雨阶段,主要影响系统是高空槽、切变线与地面倒槽;在对流层低层转为偏东风后,气温下降,降水相态由雨转为雨夹雪或冰粒,最后转为纯雪;转成纯雪后,对流层低层为冷垫,中高层为暖湿空气沿冷垫爬升的回流形势,当冷垫增厚至近 5km 时,降雪结束。(2)在降雨阶段, 2km 高度附近存在融化层,融化层之下径向速度一般大于 5m?s-1 ,随着径向速度逐渐减小,相态转为雨夹雪或冰粒;当径向速度降至 2m?s-1 以下时,相态为雪。另外在雨转雪时,融化层高度会急剧下降至地面,这与近地层冷空气入侵的强度有关,双偏振雷达、毫米波测云仪和风廓线雷达的观测上均有表征。同时, 1km 以下水平极化反射率因子 (ZH) 大值区和差分反射率( ?ZDR )小值区一般对应强降雪时段。(3)降水相态为雨、冰粒或雨夹雪时,粒子直径和下落末速度的联合分布形态相似,均接近雨滴的经验关系,在转成雪后,粒子谱变宽,粒子直径达到最大,众多粒子下落末速度集中在 4m?s-1 以下。降水量的大小可以通过粒子浓度、粒子谱宽度与 ZH 强度加以判断。
摘要2025年秋季(9—11月)北半球大气环流特征为:极涡呈单极型分布,中高纬度地区呈4波型分布,欧亚大陆环流较为平直,呈现“两槽一脊”的环流型,西风带槽脊较弱。西北太平洋和南海共生成13个台风,台风活动较多年(1949—2024年)平均偏多1.66个,全球其他海域生成22个热带气旋。中国近海出现14次8级以上大风过程,其中台风引起的大风过程3次,台风与冷空气共同影响的大风过程6次,温带气旋影响的大风过程1次,冷空气与气旋共同影响的大风过程3次,冷空气单独影响的大风过程1次。近海出现 2.0m 以上大浪过程18次,大浪日数约占秋季总日数的 74.7% 。秋季,中国近海海面温度较常年平均偏高,其中9月黄海东部和东海东北部出现最大距平,较常年平均偏高 3~4°C,10 月渤海及渤海海峡出现最小距平,较常年平均偏高 1°C 以内。
摘要应用中央气象台业务实时资料、中国气象局台风最佳路径资料、风云卫星和常规观测资料等,对2025年发生在西北太平洋和南海的台风活动特征及对中国产生重大影响的台风路径、强度、风雨影响等进行概述和统计分析。分析结果显示:(1)2025年西北太平洋和南海共有27个台风生成,较气候平均值偏多1.9个,生成源地较多年平均明显偏北约3.2个纬度,偏西约5.3个经度,全年平均极值强度偏弱 5.2m?s-1 。(2)首个台风“蝴蝶”于6月11日生成,较多年平均明显偏晚,台风生成频数分布不均,呈现前期少、后期集中、秋季台风活跃的特点。(3)共有10个台风在中国沿海登陆,较气候平均值偏多2.8个,登陆地段集中在华南沿海,秋季先后有4个台风登陆广东,风雨影响的叠加效应给华南沿海带来严重灾害。