摘要:利用北京闪电定位网（BLNET，Beijing Lightning Network）和SAFIR3000（Surveillance et Alerte Foudre par Interometrie Radioelectrique）定位网7年共423次雷暴的闪电资料，并按照雷暴产生闪电多少，同时参考雷达回波和雷暴持续时间，将雷暴划分为弱雷暴（≤1000次）、强雷暴（>1000次且≤10000次）和超强雷暴（>10000次），分析了北京地区的闪电时空分布特征及不同强度等级雷暴对闪电分布的贡献。北京总闪电密度最大值约为15.4 flashes km^-2 a^-1，平均值约为1.9 flashes km^-2 a^-1，大于8 flashes km^-2 a^-1的闪电密度高值区基本分布在海拔高度200 m等高线以下的平原地带。不同强度雷暴对总雷暴闪电总量贡献不同，弱雷暴（超强雷暴）次数多（少），产生的闪电少（多），超强雷暴和强雷暴产生的闪电分别占总雷暴闪电的37%和56%。不同强度雷暴对总雷暴的闪电密度高值中心分布和闪电日变化特征影响显著，昌平区东部、顺义区中东部和北京主城区是总雷暴闪电密度大于12 flashes km^-2 a^-1的三个主要高值区中心，前两个高值中心受强雷暴影响大，而主城区高值中心主要受超强雷暴影响。总雷暴晚上频繁的闪电活动主要受超强雷暴和强雷暴影响，这两类雷暴晚上闪电活动活跃，分别占各自总闪电的69%和65%，而弱雷暴闪电活动白天陡增很快，对总雷暴午后的闪电活动影响大。另外，不同下垫面条件闪电日变化差异大，山区最强的闪电活动出现在白天，午后闪电活动增强很快，主峰值出现在北京时间18：00，而平原最强的闪电活动发生在晚上，平原（山麓）的主峰值比山区推迟了约1.5小时（1小时）。

摘要:本文利用逐年7～8月平均的ERA-Interim再分析资料并结合SWOOSH（Stratospheric water and ozone satellite homogenized）水汽数据，分析了青藏高原及周边地区330～360 K层次水汽质量分布的年际异常特征及其成因。结果表明，水汽质量分布异常表现为整体异常型、东西偶极异常型和南北偶极异常型三个主导分布型。整体异常型在水汽质量整体偏多时，青藏高原地区对流和垂直向上的水汽质量非绝热传输偏强，上对流层为异常偏强的水汽质量非绝热辐合；此时对应南亚高压偏强，青藏高原地区上对流层的水汽质量绝热辐散和高原以西地区的水汽质量绝热辐合都异常偏强，水汽质量整体偏少时则相反。东西偶极异常型水汽质量呈西多/东少分布时，青藏高原西部（中东部）对流和垂直向上的水汽质量非绝热传输异常偏强（弱），上对流层的水汽质量非绝热辐合和水汽质量绝热辐散也异常偏强（偏弱）；同时对应南亚高压偏西，青藏高原以西到伊朗高原的上对流层有异常的自东向西的水汽质量绝热输送和水汽质量绝热辐合。水汽质量呈西少/东多分布时则有相反的结果。南北偶极异常型水汽质量呈北多/南少分布时，对应南亚高压偏北，青藏高原北部的上对流层有异常自南向北的水汽质量绝热输送所造成的水汽质量辐合，同时该地区低层异常偏强的自下向上的水汽质量非绝热输送也加强水汽质量辐合，而青藏高原南侧上对流层则为异常偏弱的水汽质量绝热辐散和水汽质量非绝热辐合，水汽质量呈北少/南多分布时相反。

摘要:加强大气季节内振荡研究是发展延伸期预报能力的关键之一。研究表明低温形成与冬季风和冷空气的季节内振荡有密切联系。因此，本文利用192站日最低温度观测资料和ERA-Interim再分析环流资料，讨论了偏东路径南下冷空气造成的南方低温事件中准双周振荡特征及低频环流特征，并进行热力学诊断，希望提高对中高纬度地区持续性低温事件中低频信号的认识。结果显示：我国南方地区最低温度存在显著的10～20 d振荡周期，低温事件伴随低频振荡的加强而发生。1996年2月17～24日低温过程前后的低频环流场分析表明，西伯利亚及东亚上空的异常高/低压是影响我国大部分地区冬季温度的关键区，系统沿西北—东南向低频波列向下游移动，东移特征在中纬度带最明显，异常偏北风引导高纬冷空气向南推进是低温事件爆发的根本原因。垂直结构上，内陆以正压性为主，东亚沿岸表现出斜压性。热力学诊断发现温度局地变化主要受平流项和非绝热项作用，冷平流是维持低温过程的关键。

摘要:基于大气运动方程组及散度方程，对高原横切变线上扰动稳定性问题以及切变线诱发高原低涡的动力学机制进行了理论分析并用欧洲中心（ECMWF）ERA-interim再分析资料对其进行验证。得出高原横切变线是高原低涡产生的重要背景场，切变线以南的水汽输送与辐合对于低涡的诱发作用是大气处于不平衡状态而引起散度场调整的结果，辐合增强区有利于高原低涡生成，低涡中心对应非平衡正值中心，低涡外围为非平衡项负值区。非平衡项负值大值与水汽辐合带的重叠区对降水落区有较好的指示意义。当高原南部的西南风带向东或东北方向移动或当低涡下游出现非平衡项负值中心时，低涡亦同向移动。若高原出现气旋式环流并且环流中心与非平衡项正值中心对应时，有利于低涡生成；进一步，当低涡中心与非平衡项正值中心对应且正值中心数值不断增大时，低涡趋于发展加强。

摘要:降水邻域集合概率法是处理高分辨率降水集合预报不确定性的一种新方法。利用2017年5～7月GRAPES（Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）区域集合预报系统24 h降水预报资料，进行GRAPES降水邻域集合概率方法试验，并针对邻域概率法的等权重和邻域尺度问题，设计了邻域格点权重修正邻域方案以及二分类权重修正邻域方案，进行降水的集合概率法、等权重邻域集合概率方法、权重修正邻域集合概率方法和二分类权重修正邻域集合概率方法等四种方法的格点相关及敏感性试验，并利用多种概率预报检验评分评估上述四种方法的预报效果。试验结果表明：（1）尽管采用邻域计算方案的三种邻域集合概率方法的降水概率预报评分各有优劣，如等权重邻域集合概率法的相对作用特征曲线面积评分略优，而权重修正邻域集合概率法和二分类权重修正邻域集合概率法的降水概率预报可靠性更高，但采用了邻域计算方案的降水概率预报评分均优于传统的集合概率方法；（2）降水邻域集合概率方法的预报技巧对邻域尺度很敏感，统计评分最优的邻域半径为5～8倍模式水平格距；（3）引入了权重修正的两个邻域集合概率预报方法在24 h降水量超过10 mm时改进较明显，能够提供更加客观的概率预报结果。总体上看，降水邻域集合概率方法具有较好的应用前景，恰当的邻域概率方法及邻域半径可以获得更合理的降水概率预报结果。

摘要:尺度适应（scale-aware）的物理过程是现代数值预报发展的一种趋势，本文针对GRAPES_Meso（Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）模式没有考虑物理过程尺度适应的现状，首先在KFeta（Kain-Fritsch Eta）积云对流参数化方案中引进了尺度适应过程，对该方案的对流时间尺度、格点垂直速度以及夹卷率进行了基于尺度适应参数化的改进。为研究尺度适应KFeta方案与原KFeta方案对不同分辨率模式模拟结果的影响，选取了一次华南飑线过程进行数值模拟和影响分析。结果表明：在3 km、5 km、10 km、20 km水平分辨率的GRAPES_Meso模式中，尺度适应KFeta方案相比原方案，对降水强度及落区分布的模拟有一定的正效果，随着模式水平分辨率提高，次网格降水减少、格点降水增多、对流层中低层夹卷略有增强，对原来存在的对流层高层及低层偏冷的偏差有一定的改进，对流活跃区域的上升气流强度、云中水凝物含量更符合真实的天气系统演变。综合来看，改进后的方案更适用于高分辨率数值预报模式，该研究结果可以为尺度适应对流参数化方案的应用及数值模式强降水预报性能的优化提供有益的参考。

摘要:研究不同云系降水的微物理参数特征，对研究降水机制、人工影响天气、雷达定量测量降水、数值预报模式中微物理参数化方案的选择等都有一定意义。本文针对2015年济南地区的液态降水过程，基于微降水雷达（Micro Rain Radar，简称MRR）资料，研究不同云系降水的微物理参数。在400 m高度上，层状云降水0.02～0.2 mm h^-1雨强样本数很大，但对累计降水量的贡献很小。混合云和对流云降水在大粒子端数浓度较高。在垂直方向上，层状云降水中的粒子的尺度较集中，中值体积直径D₀平均在1 mm左右，随高度的变化不大。对流云降水在雨强大于20 mm h^-1时，强垂直气流（包括上升气流和下沉气流）对粒子直径的影响较大，进而影响空中微降水雷达反演降水参数的数据质量。而垂直气流的影响对层状云降水影响较小，在层状云降水时，微降水雷达可以用来分析零度层亮带以下雨滴谱在垂直方向上的演变。

摘要:利用2008～2016年国家气象信息中心提供的0.1°分辨率的中国地面与CMORPH融合逐小时降水产品，分析了重庆地区的降水时空分布特征，尤其是小时强降水的时空分布特征。结果表明：（1）年均降水量总体呈西低东高分布，大值中心位于重庆东北和东南部，且存在一定的季节性差异，特别是夏季，西部降水明显增强，总降水呈两高（西部、东部）一低（中部）的分布；降水频次、降水强度与地形的相关性较高，海拔高度较高的山区（海拔高度>1000 m）降水频次多大于盆地和丘陵区（海拔高度<1000 m），降水强度与之相反，且小时强降水多发生在迎风坡前侧的过渡区域，说明高海拔区域易出现降水，但降水强度不强，而地形抬升则是触发强降水的重要原因，导致山前降水明显大于山峰。（2）重庆地区降水主要集中在5～9月，降水量、降水强度和小时强降水频次均呈单峰型分布，峰值出现在6～7月，降水频次呈双峰型分布，一个峰值出现在5～6月，另一个峰值出现在10月，7～8月为低频期，与副高控制下的连晴高温天气有关。（3）重庆地区降水存在明显的日变化特征，降水以夜雨为主，且降水峰值出现时间表现为向东延迟的特征，重庆西部日峰值出现在凌晨02：00（北京时，下同），中部出现在清晨05：00，东北部出现在早上08：00。从不同季节来看，春季、秋季和冬季降水日变化呈单峰型分布，主要集中在清晨，而夏季受午后局地对流性天气的影响，在下午17：00左右存在一个次峰值。（4）强降水的主要集中在夏季，在空间上存在三个大值中心，受西南涡及地形的相互作用，夏季在缙云山以西的盆地区域，小时强降水频次明显较高。

摘要:利用拉格朗日轨迹追踪模式FLEXPART（the Flexible Particle Model）和水汽源区定量贡献分析方法，研究了超强台风“威马逊”登陆期间（2014年7月17日06：00至19日06：00，协调世界时）强降水的水汽来源和源区定量贡献。结果表明，大量目标气块源自目标降水区西南侧和东侧，西南侧气块可追溯到阿拉伯海和孟加拉湾等地区，且大部分气块来自相对较低层大气，高度在输送途中变化不大，来自东侧的气块可追溯到西太平洋海域，气块初始位置相对较高，在输送途中逐渐降低；源区定量贡献分析显示：南海区域（C）贡献最大，目标降水区域（T）局地贡献次之，孟加拉湾（B）和西太平洋南部区域（D）贡献相当且均低于区域T；区域C和T对“威马逊”登陆期间降水贡献较大源于其较高的源区水汽摄取率（尤其是区域C）和较低的沿途损耗率（尤其是区域T）；区域B源地水汽摄取量高于区域D，但从前者摄取的水汽到达目标降水区域而未被释放的比例明显高于后者，同时，两者沿途损耗率相当，造成两者对目标降水区域的最终贡献也相当；尽管阿拉伯海区域（A）水汽摄取亦较明显，但由于沿途的显著消耗，导致其对目标降水区域的最终贡献显著降低。FLEXPART轨迹追踪模式和水汽源区定量贡献分析方法，与以往常用的环流和水汽通量进行定性分析相比，可更为清晰和定量地揭示热带气旋降水的水汽来源特征。

摘要:基于风廓线雷达、云雷达、粒子谱仪、微波辐射计和自动站等垂直观测设备，结合中尺度数值模式WRF对2017年3月23～24日北京延庆海坨山地区的一次降雪过程进行了观测和数值模拟研究。研究结果表明：垂直探测仪器结合中尺度数值模式可以获得降雪的宏观结构和微物理信息，有助于对降雪的深入研究。此次降雪过程由中高层西南及偏南暖湿气流与低层东南偏冷空气交汇造成动力和水汽辐合抬升形成，4～5 km高度处的风切变有利于降雪的增强。上升气流有助于水汽的输送、冰雪转化以及雪晶凝华、聚合，冰晶数浓度中心对应着上升运动顶部。然而此次降雪云系低层过冷云水含量不足，降雪回波<20 dBZ，回波顶高<7 km，雪花垂直下落速度<2 m s^-1，地面降水量大值与低层强回波区对应。降雪粒子谱分布范围较窄，以直径1 mm左右的小粒子为主，相态主要为干雪，基本不存在混合相态。

摘要:利用2009～2017年7～9月福建省逐小时地面加密自动站资料和2015～2017年7～9月厦门站的探空资料，通过K均值聚类法和中尺度数值模式（WRF3.9.1.1版本）理想数值模拟，分析了我国东南沿岸及复杂山地（福建）后汛期降水日变化特征，揭示了地形热力环流以及海陆风环流在热对流降水日变化形成中的作用，探讨了环境温湿廓线及风垂直廓线对热对流降水日峰值强度和日峰值出现时间的影响。结果发现：我国东南沿岸复杂山地（福建）后汛期降水日变化受地形热力环流和海陆风环流的影响和调制，白天辐射加热在复杂山地形成的局地热力环流激发出对流降雨带，午后受海风环流的影响，对流降雨带组织发展达到峰值，之后随着地形热力环流和海风环流减弱雨带逐渐减弱。武夷山及周边复杂山地的降水日变化主要受地形热力环流的影响，在午后对流降水达到峰值，夜间减弱几近消失。理想数值试验进一步证实了我国东南沿岸复杂山地地形热力环流对对流降雨的触发以及海陆风环流在山地对流雨带组织发展中的作用，环境温湿廓线以及风垂直廓线对热对流降水日峰值强度以及日峰值出现的时间具有重要影响，其中环境温湿廓线的大气抬升凝结高度、大气可降水量、大气的对流不稳定度以及大气中低层湿度分布的不同，会影响热对流降水日峰值强度，并通过影响山地热力对流触发时间，改变热对流降水日峰值时间，而环境风垂直廓线的低层气流强度和方向、中低层垂直风切变的不同，会影响地形热力对流系统的启动、组织发展和移动等特征，进而影响热对流降水日峰值强度以及热对流降水日峰值时间。

摘要:基于1957～2017年观测和再分析资料，合成分析了北太平洋年代际振荡（Pacific decadal oscillation，PDO）不同位相下El Niño发展年和La Niña年东亚夏季风的环流、降水特征及季节内变化。结果表明，PDO正、负位相作为背景场，分别对El Niño发展年、La Niña年东亚夏季风及夏季降水具有加强作用。PDO正位相一方面可增强El Niño发展年夏季热带中东太平洋暖海温异常信号，另一方面通过冷海温状态加强中高纬东亚大陆与西北太平洋的环流异常，从而在一定程度上增强了东亚夏季风环流的异常程度；反之，PDO负位相则增强了La Niña年热带海气相互作用以及中高纬环流（如东北亚反气旋）的异常。在季节内变化方面，El Niño发展年6月贝湖以东反气旋性环流为东亚地区带来稳定的北风异常，东北亚位势高度减弱；7月开始，环流形势发生调整，日本以东洋面出现气旋性异常，东亚大陆偏北风及位势高度负异常均得到加强；8月，随着东亚夏季风季节进程和El Niño发展，西太平洋出现气旋性环流异常，东亚副热带位势高度进一步降低，西北太平洋副热带高压（简称副高）明显东退。La Niña年6月异常较弱，主要环流差异自7月西北太平洋为大范围气旋性异常控制开始，东亚—太平洋遥相关型显著，副高于季节内始终偏弱偏东。上述两种情况下，均造成东亚地区夏季降水总体上偏少，尤其是中国北方降水显著偏少。

摘要:降雪是北京冬季的重要降水天气过程，但目前对实例降雪形成的微物理机制的观测—模拟研究较少。本文利用中尺度WRF模式结合外场观测资料，对北京2015年1月24日和11月5～6日两次不同天气条件下的山区降雪云系的微物理结构特征及降雪形成的微物理转化机制进行了分析研究，定量比较了云中水凝物含量的比例和降雪形成机制的差异。研究结果表明：（1）由于两次降雪过程的天气形势和水汽输送有较大差异，导致降雪形成的微物理转化机制也出现较大差异。11月5日降雪第一阶段水汽输送较强，云中过冷水含量较高，降雪形成以凝华增长和凇附增长为主，地面表现为雨夹雪天气，而1月24日和11月5～6日第二阶段水汽输送弱，降雪形成以凝华增长和聚并增长为主，地面表现为纯降雪天气；（2）11月5日的雨夹雪天气过程中，云中不仅有冰晶（9%）、雪晶（72%），还有云水（6%）和雨水（12%）的存在，高层生成的雪胚在下落过程中主要通过凝华（78%）和凇附（20%）过程增长。而1月24日与11月5～6日第二阶段的纯降雪过程中，云中水凝物分布相似，以冰晶和雪晶为主，1月24日冰晶含量占28%，雪晶含量占72%；11月5～6日冰晶含量占11%，雪晶含量占88%，冰粒子主要分布在高层。首先高层6～12 km通过云冰转换生成的雪胚下落到低层水汽充足区，然后通过凝华和聚并过程增长，1月24日凝华增长过程占92%，聚并增长过程仅占5%；11月5～6日凝华占88%，聚并仅占3%。（3）垂直上升气流速度与冰晶、雪晶生成和增长过程呈正相关，上升气流带来充足的水汽，配合垂直运动使得雪胚增加，凝华、凇附凇附和聚并过程增强，导致雪晶含量增加。

摘要:为了利用人工增雨技术合理开发六盘山地区空中水资源，首先需要了解该地区水汽场、地形对当地降水的影响和空中水资源的特征及典型降水过程中云系的降水效率。本文采用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）发布的高时空分辨率ERA5再分析数据集和中分辨率成像光谱仪（MODIS）数据，通过统计分析研究了该地区水汽的输送、地形强迫作用下的辐合抬升状况和地形云参量特征，并分别利用WRF模式数值模拟的输出结果和ERA5再分析数据，估算2016～2017年夏季自西向东移经该山区的多次混合降水云系的水凝物降水效率。研究结果表明：位于西北地区东部的六盘山地区具有较为丰沛的大气可降水量和更强的水汽输送。受亚洲季风影响，夏季偏南风向六盘山地区输送了丰沛的水汽，山区成为相对湿度高值区；春、夏、秋季午后山区云量（CF）达70%及以上，夏季云水路径（CWP）和云光学厚度（COT）均明显大于周边地区。在夏季降水过程中，地形引起的动力场对降水有明显的影响，在日降水量5 mm以上强度的过程中，气流遇迎风坡地形产生明显辐合抬升，且辐合抬升越强时降水强度越大。夏季典型降水系统中，山区水凝物降水效率平均约为48.1%，空中还有较大部分的水凝物未能成为降水。因此作为水源涵养地的六盘山地区夏季空中水资源相对丰富而降水量不足，空中水资源具有一定开发空间。

摘要:根据观测资料的研究指出春季北极涛动（Arctic Oscillation， AO）对随后冬季厄尔尼诺—南方涛动（El Niño-Southern Oscillation， ENSO）的影响具有明显不对称性。春季AO处于正位相时，它对随后冬季厄尔尼诺（El Niño）事件的影响显著，然而春季AO负位相对随后冬季拉尼娜（La Niña）的影响不明显。本研究分析了30个来自CMIP5的耦合模式对春季AO与随后冬季ENSO不对称性关系的模拟能力。30个CMIP5耦合模式中，只有CNRM-CM5和GISS-E2-H-CC模式能较好地抓住春季AO与冬季ENSO的联系。进一步分析这两个模式中春季AO与冬季ENSO的不对称性关系，发现CNRM-CM5模式能较好地再现春季AO与冬季ENSO的非对称关系，即春季AO正（负）位相会导致赤道中东太平洋出现El Niño（La Niña）型海表温度增暖（冷却）。然而，GISS-E2-H-CC模式的模拟结果显示，春季AO对随后冬季ENSO的影响是对称的。本文随后解释了CNRM-CM5（GISS-E2-H-CC）模式能（不能）模拟出春季AO与冬季ENSO不对称关系的原因。对于CNRM-CM5模式，在春季AO正位相年，副热带西北太平洋上空存在明显的异常气旋和正降水异常，正降水异常通过Gill型大气响应对赤道西太平洋异常西风的形成和维持起着重要作用，异常西风通过激发向东传播的暖赤道Kelvin波对随后冬季El Niño事件的发生产生显著的影响；然而，在春季AO负位相年，副热带北太平洋的异常反气旋和负降水异常较弱，导致赤道西太平洋的异常东风不明显，因此，春季AO负异常对随后冬季La Niña的影响不显著。所以，CNRM-CM5模式能够较好地抓住春季AO对随后冬季ENSO事件的非对称性影响。相比之下，对于GISS-E2-H-CC模式，春季AO正（负）位相年副热带西北太平洋上存在显著的正（负）降水异常，通过Gill型大气响应在赤道西太平洋激发出明显的异常西（东）风从而影响随后冬季的El Niño（La Niña）事件。因此，在GISS-E2-H-CC模式中，春季AO对随后冬季ENSO具有对称性影响。另外，模式捕捉春季AO对随后冬季ENSO非对称性影响的能力与模式对春季AO空间结构的模拟能力有一定的联系。

摘要: