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暴雨灾害 2023年第4期42卷 437-445页

作者：荀爱萍赵玉春李菲张妤晴张晗昀厦门市海峡气象开放重点实验室厦门361012 厦门市气象台厦门361012 厦门市海沧区气象局厦门361026

双偏振雷达的一个重要应用是进行定量降水估测(QPE),常用的双偏振雷达降水估测方法主要有基于反射率(ZH)的R(ZH)关系、基于ZH和差分反射率(Z_(DR))的R(Z_(H),Z_(DR))关系、基于差分传播相移率(K_(dp))的R(K_(dp))关系、基于K_(dp)和Z_(... 详细信息

双偏振雷达的一个重要应用是进行定量降水估测(QPE),常用的双偏振雷达降水估测方法主要有基于反射率(ZH)的R(ZH)关系、基于ZH和差分反射率(Z_(DR))的R(Z_(H),Z_(DR))关系、基于差分传播相移率(K_(dp))的R(K_(dp))关系、基于K_(dp)和Z_(DR)的R(K_(dp),Z_(DR))关系四种。本文利用厦门X波段相控阵雷达组网试验的36个降水时段的小时降水资料,采用最优化处理法,对S波段双偏振雷达适用的四种降水估测方法分别进行优化,使其适用于X波段相控阵雷达,并将优化后估测方法的测雨效果与X波段雷达自带的定量降水估测产品(X-QPE)进行对比评估,结果表明:(1)使用偏振参量K_(dp)的降水估测关系能够改善雷达的降水估测效果,R(K_(dp))、R(K_(dp),Z_(DR))的测雨效果相对于R(Z_(H))、R(Z_(H),Z_(DR))有明显提升。其中R(K_(dp),Z_(DR))在降水估测的误差以及稳定性方面表现最优,其效果优于X-QPE。(2)R(K_(dp),Z_(DR))对于稳定性以及混合性降水的估测效果略差于X-QPE,对于大雨量级的降水效果略差于R(Z_(H)),但对于暴雨量级的降水、对流性质的降水以及深对流降水,R(K_(dp),Z_(DR))测雨效果的提升非常显著。

关键词：相控阵雷达定量降水估测最优化处理法统计评估

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闽中南罕见冬季锋前暴雨个例特征分析

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气象 2019年第2期45卷 228-239页

作者：陈健康赵玉春陈赛黄惠镕郑辉海峡气象开放实验室厦门361012 厦门市气象台厦门361012

利用福建省逐小时加密自动站资料、风廓线、S波段双偏振雷达与雨滴谱等新型探测资料以及NCEP逐6 h的1°×1°大气再分析资料,分析了2017年2月21—22日福建中南部一次预报失败的冬季暴雨过程。结果表明:(1)此次暴雨过程类似... 详细信息

利用福建省逐小时加密自动站资料、风廓线、S波段双偏振雷达与雨滴谱等新型探测资料以及NCEP逐6 h的1°×1°大气再分析资料,分析了2017年2月21—22日福建中南部一次预报失败的冬季暴雨过程。结果表明:(1)此次暴雨过程类似于锋前暖区暴雨,自2000年以来仅此一例,十分罕见,是在低空急流偏强并长时间维持的背景下产生的,并未受到南支槽和冷空气的影响。(2)闽中大到暴雨带和闽南暴雨区的对流系统相互独立,有多个对流系统影响闽中地区,仅两个对流系统影响闽南地区。降水有较明显对流特征,属暖云弱对流降水,容易导致预报员对雨强估计不足。(3)此次冬季暴雨过程的水汽主要来自南海地区,低层水汽条件与汛期暴雨相当,但整层水汽条件较汛期略差;低空急流对暖湿气流的输送使暴雨区趋于不稳定,但对流不稳定度较汛期弱。(4)高空辐散低层辐合的配置为冬季暴雨带来了有利的动力抬升条件,但暴雨区涡旋性不强,无明显正涡度柱。其中,闽中大到暴雨主要与条件性对称不稳定有关,是在湿斜压作用下倾斜上升运动中产生,而闽南暴雨区既存在对流不稳定,也存在条件性对称不稳定。

关键词：冬季锋前暴雨微物理特征低空急流水汽湿位涡

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2006号台风“米克拉”近海急剧增强诊断分析

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热带气象学报 2023年第3期39卷 337-347页

作者：荀爱萍吕巧谊黄昕陈德花郑辉厦门市气象局/厦门市海峡气象开放重点实验室福建厦门361012 厦门市气象台福建厦门361012

利用ERA-5再分析资料、日本葵花8号卫星黑体亮温资料以及中国气象局上海台风研究所台风最佳路径集资料,对2020年第6号台风“米克拉”(2006)近海强度急剧增强进行诊断分析。(1)比常年偏暖的29~30℃的南海东部海温是“米克拉”急剧增强的... 详细信息

利用ERA-5再分析资料、日本葵花8号卫星黑体亮温资料以及中国气象局上海台风研究所台风最佳路径集资料,对2020年第6号台风“米克拉”(2006)近海强度急剧增强进行诊断分析。(1)比常年偏暖的29~30℃的南海东部海温是“米克拉”急剧增强的有利下垫面条件;200 hPa加强东移的南亚高压、500 hPa加强西伸的副高、低层加强的偏南-西南急流是主要影响系统;相对比深层和高层大气,持续低于4 m/s的低层大气垂直风切是重要因子。(2)“米克拉”的增强主要体现在对流层低层动能的不断增强,在台风急剧增强过程中,中低层的气旋性涡度、低层辐合强度、中高层辐散强度以及上升运动均明显加强;对流层中高层动能在台风急剧增强前的减小可能与增强的高空出流相关。(3)在“米克拉”急剧增强前,深对流云系强度不断增强,但覆盖面积变化不大;在急剧增强阶段,深对流云系组织的更加紧实集中,覆盖面积明显增大。

关键词： “米克拉” 近海急剧增强深对流云系

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台湾岛地形对登陆台风“莫兰蒂”(1614)强对流雨带发展影响的模拟研究

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大气科学 2019年第1期43卷 27-48页

作者：赵玉春王叶红厦门市气象局海峡气象开放实验室厦门361012 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

2016年9月14～15日超强台风"莫兰蒂"(1614)登陆厦门后在福建省中北部引发了特大暴雨天气过程,特大暴雨由台风登陆后北侧至东北侧一个缓慢移动的长生命史中尺度强对流螺旋雨带活动造成。利用中尺度数值模式WRF(V3.9)对台风登... 详细信息

2016年9月14～15日超强台风"莫兰蒂"(1614)登陆厦门后在福建省中北部引发了特大暴雨天气过程,特大暴雨由台风登陆后北侧至东北侧一个缓慢移动的长生命史中尺度强对流螺旋雨带活动造成。利用中尺度数值模式WRF(V3.9)对台风登陆引发福建省中北部特大暴雨过程进行了大区域无嵌套数值模拟,较准确地模拟了台风引发特大暴雨的强度和落区,并成功地再现了台风登陆后北侧至东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带的发生、发展过程。分析发现,台风大风区外围几个零散的中尺度辐合区在移入台湾地形下游的弱风切变区、正涡度带、湿静力能(假相当位温、比湿)锋区后,组织发展成一个带状的中尺度辐合带而形成强对流螺旋雨带,长时间地维持和发展,并向东北方向缓慢移动。台湾地形在有利于强对流螺旋雨带长时间组织发展和维持的中尺度环境场的形成中扮演着重要角色,即地形效应在其下游形成的正涡度带(正位涡带)、雨带(位于高湿静力能区)南侧低湿静力能带(即湿静力能锋区),对强对流螺旋雨带的长时间发展维持非常重要。地形敏感性试验的结果进一步证实了台湾地形在台风登陆后东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带形成及维持中的重要作用。

关键词：台风特大暴雨中尺度地形数值模拟

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集成学习和动态融合算法在福建省短时强降水预报中的应用

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气象 2024年第1期50卷 48-58页

作者：陈锦鹏黄奕丹朱婧林辉程晶晶杨德南厦门市海峡气象开放重点实验室厦门361012 福建省灾害天气重点实验室福州350001 福建省漳州市气象局漳州363005 集美区气象局厦门361021

为了提高短时强降水预报准确性,在2019—2020年4—9月福建省逐时降水实况观测资料与中国气象局广东快速更新同化数值预报系统(CMA-GD)模式预报产品的基础上,应用LightGBM集成学习算法框架,建立以30 mm·h^(-1)为阈值的逐时降水预报... 详细信息

为了提高短时强降水预报准确性,在2019—2020年4—9月福建省逐时降水实况观测资料与中国气象局广东快速更新同化数值预报系统(CMA-GD)模式预报产品的基础上,应用LightGBM集成学习算法框架,建立以30 mm·h^(-1)为阈值的逐时降水预报模型。通过特征处理、自助聚合及超参数搜索等技术对模型进行优化,结合AUC、AUPR与传统分类指标,设计了包括业务模拟测试在内的多项试验,通过对比各建模方案验证了模型对于较长时效的短时强降水预报的适用性。结果表明:模式预报本身的命中率和空报率均较高,各建模方案具有不同程度的改善作用。自助聚合可以增强模型预测稳定性,轻微不平衡子训练集能降低模型预测空报率而取得更高的综合评分,在验证集中最佳TS评分可达17.5%;对分类信息增益贡献最大的特征变量为K指数,其次为500 hPa露点温度和时间参数特征;试验指标从优到劣依次为:随机交叉验证、小时划分的随机交叉验证、业务模拟测试,可见模型有效性主要来自相同或相邻时刻的样本信息;设计基于逻辑回归的异质模型动态融合方案以改善静态同质模型表现,各项指标均有小幅提升,在命中率接近50%时削减空报样本超过52万个。

关键词： LightGBM 短时强降水预报样本不平衡动态融合

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闽南沿海一次春季海雾过程微物理特征分析

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气象 2021年第2期47卷 157-169页

作者：张伟陈德花胡雅君荀爱萍蒋永成孙学金厦门市气象局海峡气象开放实验室厦门361012 福建省灾害天气重点实验室福州350001 厦门市气象台厦门361012 国防科技大学气象海洋学院南京211100

利用地面自动站观测、风廓线雷达、ERA5再分析资料、葵花8号高分辨率卫星资料以及FM-120型雾滴谱资料,分析了2019年4月7日闽南沿海一次强浓雾过程的环流形势以及微物理特征。环流形势分析表明,此次海雾过程500 hPa为槽底偏西西北气流,70... 详细信息

利用地面自动站观测、风廓线雷达、ERA5再分析资料、葵花8号高分辨率卫星资料以及FM-120型雾滴谱资料,分析了2019年4月7日闽南沿海一次强浓雾过程的环流形势以及微物理特征。环流形势分析表明,此次海雾过程500 hPa为槽底偏西西北气流,700 hPa至地面为一致的偏南气流,探空形势稳定。海雾发生前,整层风速明显减小,弱风速层厚度迅速增大,为海雾的形成提供了稳定的环流背景。卫星监测分析表明,海雾首先快速形成于台湾海峡上,在偏南气流作用下,平流至沿海地区。水文条件分析表明,福建近海存在一条冷水带,从海峡中部至沿海海温梯度大,海温在18~24℃,近海气海温差介于0~2℃,有利于海峡内平流冷却雾的形成。雾滴谱分析表明,翔安站能见度显著下降伴随着粒子数浓度、液态水含量显著增加,雾滴谱爆发性拓宽。海雾过程中,5 min平均粒子数浓度最大超过200个·cm^(-3),瞬时数浓度最大达到468个·cm^(-3),雾过程平均数浓度为100个·cm^(-3)。5 min平均液态水含量最高达到0.41 g·m^(-3),瞬时液态水含量最大达到1.35 g·m^(-3),雾过程平均液态水含量为0.17 g·m^(-3)。粒子浓度呈现双峰结构特征,峰值分别位于4~6和22~26μm,表明小粒子和大粒子对海雾的形成均有明显的贡献。

关键词：海雾气海温差雾滴谱

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辽宁开原龙卷强对流过程的扰动天气环境

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地球物理学报 2021年第5期64卷 1531-1541页

作者：钱维宏艾阳陈笑晨北京大学大气与海洋科学系北京100871 中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室广州510641 厦门市海峡气象开放重点实验室厦门361013 福建省气候中心福州350001

2019年7月3日下午辽宁部分地区出现短时强降水和冰雹等强对流天气,其中开原市金钩子镇遭遇了龙卷风,造成当地严重的生命财产损失.本文重点分析有利于这次龙卷和冰雹等强对流过程发生的大气变量扰动环境,包括数值模式预报产品中的扰动天... 详细信息

2019年7月3日下午辽宁部分地区出现短时强降水和冰雹等强对流天气,其中开原市金钩子镇遭遇了龙卷风,造成当地严重的生命财产损失.本文重点分析有利于这次龙卷和冰雹等强对流过程发生的大气变量扰动环境,包括数值模式预报产品中的扰动天气环境以及雷达回波和卫星云图演变对应的大气扰动风场变化特征.结果发现:开原单个龙卷与苏北多次单个龙卷发生的大气温压场扰动环境相似,发生地位于对流层上部下伸到地面的位势高度扰动槽线和近地面水平方向上冷暖温度扰动气团交界线附近,其冷暖扰动气团之间的强度对比较美国多龙卷爆发时的弱小.利用来自欧洲中期天气预报中心(ECMWF)模式产品和美国国家环境预报中心全球预报系统(NCEP/GFS)的实时分析资料进行扰动环流形势分析并与当地实况卫星云图和雷达回波相结合,可以从潜在趋势上定性地推断有利于强对流天气发展的位置.

关键词：龙卷风强对流天气扰动变量模式产品卫星云图雷达回波

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我国东南沿岸及复杂山地后汛期降水日变化的数值研究

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大气科学 2020年第2期44卷 371-389页

作者：赵玉春王叶红厦门市气象局海峡气象开放实验室厦门361012 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 福建省灾害天气重点实验室福州350001

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... 详细信息

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。

关键词：地形影响海陆风热对流降水日变化

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利用分裂窗直方图法对半透明云云顶高度的反演研究

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北京大学学报（自然科学版） 2019年第3期55卷 461-472页

作者：梁玉冰李万彪黄亦鹏北京大学物理学院大气与海洋科学系北京100871 厦门市气象局海峡气象开放实验室厦门361012

针对2016年4—9月90°—140°E,15°—55°N区域的半透明云,使用分裂窗直方图法,利用Himawari-8的AHI观测数据进行云顶高度反演。首先使用阈值法筛选出半透明云区;然后基于分裂窗直方图法,利用Himawari-8的10.4μm和12.... 详细信息

针对2016年4—9月90°—140°E,15°—55°N区域的半透明云,使用分裂窗直方图法,利用Himawari-8的AHI观测数据进行云顶高度反演。首先使用阈值法筛选出半透明云区;然后基于分裂窗直方图法,利用Himawari-8的10.4μm和12.4μm两个分裂窗通道数据以及ERA-Interim再分析资料中的温度气压层数据和位势高度气压层数据反演云顶高度,并将反演结果与CloudSat的2B-GEOPROF产品数据进行匹配和对比,结果表明:1)分裂窗直方图法对Himawari-8数据反演半透明云云顶高度的结果与CloudSat的数据结果较一致,均方根偏差为1.45 km; 2)海陆类型对反演结果没有明显的影响。所提算法有较强的适用性,可以应用于不同卫星的分裂窗通道数据反演,特别是对中国新一代静止气象卫星风云四号的业务反演有理论参考价值。

关键词：分裂窗直方图法半透明云 Himawari-8 云顶高度

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“莫兰蒂”台风致灾大风的结构特征及成因

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大气科学学报 2018年第5期41卷 692-701页

作者：陈德花张玲张伟赵玉春蒋永成郑辉厦门市气象局海峡气象开放实验室福建厦门361012

利用多种观测资料分析1614号"莫兰蒂"台风致灾大风的风场结构特征及成因。结果表明:"莫兰蒂"登陆前台风环流内的局地强风呈阶段性波动特征,局地强风相对台风方位角的变化随着台风靠近先顺转后逆转;基于台风风压关... 详细信息

利用多种观测资料分析1614号"莫兰蒂"台风致灾大风的风场结构特征及成因。结果表明:"莫兰蒂"登陆前台风环流内的局地强风呈阶段性波动特征,局地强风相对台风方位角的变化随着台风靠近先顺转后逆转;基于台风风压关系的分析表明"莫兰蒂"强度估计与实测吻合;台风登陆后受地形摩擦影响,台风左侧的风速大于右侧;数值模拟分析表明在影响局地强风过程的主要物理因子中,风矢量的水平平流和气压梯度项的影响最重要;"莫兰蒂"台风的强风区呈现明显的中尺度特征,较高动量的空气垂直输送和动量下传作用导致眼壁周围风力增强。

关键词： “莫兰蒂”台风致灾大风风压关系数值模拟

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