2024年, 第43卷, 第05期　
刊出日期：2024-10-01

  

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  西南地区东部夏季降水转化率特征及成因分析

  卢楚翰, 黄丁安, 秦育婧, 李永华, 向波

  暴雨灾害. 2024, 43(05): 499-508.

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  利用格点化降水观测数据集(CN05.1)以及ECMWF再分析资料(ERA5)，分析1961—2020年夏季西南地区东部(Eastern Southwest China,ESWC)的降水、水汽含量及降水转化率特征，并利用天气学分析方法初步探究地形分布对降水转化率空间分布差异的影响，最后利用中尺度数值模式WRF4.0 (Weather Research and Forecasting Model)设计地形敏感性试验验证地形对西南地区东部夏季降水的作用。结果表明：(1) 1961—2020年夏季西南地区东部的降水呈现东多西少的分布特征，但水汽含量却在其东南部和西北部存在两个大值区，水汽大值区降水转化率偏低，强降水区与水汽含量大值区分布存在明显差异，通过分析强降水区与水平风场及垂直速度场的形势配合发现地形是导致此差异的重要因素。(2) WRF模式能较好地模拟出西南地区东部夏季降水的空间分布特征，通过地形敏感性试验发现，区域内大娄山、方斗山及大巴山组成的西南-东北向山地地形分布对降水强度有显著影响，地形高度的降低将导致区域东南部降水量显著减少。(3)敏感性试验中将区域地形高度分别降低一半和去除地形后，区域东南部的降水在月时间尺度中将分别减少9.89%和19.90%。地形高度的改变也会引起区域垂直速度、水平风场、水汽输送及水汽辐合量发生改变，当地形高度降低后，上升运动及西南风明显减弱，水汽输送强度降低，水汽辐合量减少，不利于降水形成。
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  青藏高原东坡两次暴雨的MCS演变及机理对比分析

  竹利, 康岚, 陈永仁, 吕俊杰, 李晓容, 周学云

  暴雨灾害. 2024, 43(05): 509-520.

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  受MCS长时间影响下的暴雨天气在复杂地形区容易造成山洪等严重灾害，研究其特征及成因有助于更好地认识和防御类似的灾害天气。利用多源气象观测资料对青藏高原东坡复杂地形区2020年8月10—11日(过程1)和2021年8月4—5日(过程2)两次暴雨过程的降水特征和中尺度对流系统(MCS)演变特征及形成机理进行对比分析，结果表明：(1)两次过程均为弱天气尺度系统影响下的暖区暴雨天气过程，强降水落区均位于罗纯山脉西侧的平坝河谷地带，地形对强降水落区的影响十分明显；相较过程2，过程1降水强度更大、范围更广且降水落区更集中。(2)造成两次暴雨的MCS均在雅安西部的高海拔迎风坡初生，并在罗纯山西侧维持发展，但过程1的MCS尺度和强度更大、维持时间更长。(3)过程1的强降水主要由一尺度更大的对流性(积状云为主) MCS稳定少动造成，过程2则分别为两个相继发展的混合性(积云-层云混合) MCS经过同一地区造成。(4)两次过程中的MCS维持机制不同，过程1的主要机制为罗纯山地形强迫抬升作用下不断形成的深对流单体与原MCS＿1A合并，使其长时间维持在罗纯山西侧，形成准静止后向建立型MCS回波带，同时地形对冷池出流的阻挡作用以及对暖湿气流的绕流作用也在一定程度上使得MCS＿1A稳定少动。而过程2的MCS维持的主要机制为高海拔迎风坡地形反馈作用。
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  2023年4月18日厦门暖区特大暴雨中尺度特征及低空急流的作用

  崔梦雪, 张晗昀, 陈德花, 黄昕, 苏志重, 胡雅君

  暴雨灾害. 2024, 43(05): 521-531.

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  2023年4月18日厦门遭遇入汛以来最强暖区暴雨过程，过程具有降水强度大、局地性强等特点。利用常规观测资料、地面自动站观测资料以及双偏振雷达、风廓线雷达、雨滴谱仪等新型探测资料对此次暴雨的天气背景、中尺度对流系统发展演变及低空急流在其中的作用进行了分析，结果表明：(1)此次暖区暴雨主要影响系统为偏南风天气尺度低空急流和东南风边界层急流，其强烈发展增强了局地的水汽及不稳定条件；(2)低质心的线状中尺度对流系统(MCS)嵌有类超级单体风暴在低空急流左侧辐合区内形成发展，MCS在福建南部沿海长时间维持，形成“列车效应”导致厦门极端强降水的发生；(3)类超级单体风暴强回波区差分反射率因子(ZDR)、差分传播相移(KDP)与相关系数(CC)均较大，质心低于经典超级单体风暴。此外，强降水云具有高浓度的小雨滴与大雨滴并存的暖区暴雨云微物理特征。(4)低空急流迅速增强和向下扩展与强降水密切相关，双低空急流耦合产生的上升运动是此次暖区暴雨主要的天气尺度触发机制。
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  副高边缘辽宁短时强降水过程的水汽特征分析

  胡鹏宇, 徐爽, 杨磊, 王月, 袁宁乐, 严俊

  暴雨灾害. 2024, 43(05): 532-541.

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  西太平洋副热带高压(简称副高)边缘的短时强降水突发性强、降水集中、可预报性低，常常给预报带来挑战。筛选出2021—2022年5—10月发生在副高边缘的辽宁8次区域性短时强降水过程，基于副高及西风带影响系统将上述强降水过程分为副高边缘低槽和副高边缘涡旋两类。利用常规气象观测资料、ERA5再分析资料和GDAS气象数据，应用HYSPLIT4轨迹模式，重点分析上述两类短时强降水过程中的水汽输送特征，并分别挑选其中强降水覆盖范围大且出现短时强降水站数最多的一次过程作为典型短时强降水个例分析水汽通量变化和低空急流的作用。结果表明，受副高和低涡、高空槽的共同影响，辽宁上空水汽多来自于欧亚大陆中部、我国东部沿海、内蒙古和华北地区。尽管受相似的天气系统影响，不同天气过程的水汽输送通道仍表现出明显差异，对应为气团的源地、移动轨迹和气团获得水汽的途径不同。水汽通量大值区的演变与850 h Pa风场的演变趋势一致。短时强降水过程中，在低空急流的动力抬升和水汽输送作用下，水汽辐合大值区、强上升气流区和水汽输送通道三者的位置均与低空急流所处的位置密切相关。辽宁副高边缘典型短时强降水过程中，来自欧亚大陆中部和内蒙古地区的气团在水汽供应方面占比约为32%。
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  一种改进的数值模式降水预报时间降尺度方法

  苏翔, 孙泓川, 蔡凝昊, 李杨, 宗培书

  暴雨灾害. 2024, 43(05): 542-550.

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  数值模式降水预报时间降尺度的目的是将较低时间分辨率的模式降水预报通过统计方法降尺度到较高的时间分辨率上，以近似代替较高时间分辨率的模式降水预报。将现有的基于三次样条插值逐点拆分、位置订正、光流动态重构、频率匹配、逐点总量约束的网格降水预报时间降尺度方法(以下简称为“现有方法”)应用于未经订正的数值模式降水预报时，其中的订正步骤受制于数值模式预报的总降水量的约束，所生成的降水预报时间降尺度产品在强度上存在明显的不合理波动。因此，改进设计了一种适用于数值模式降水预报的时间降尺度方法(以下简称为“改进方法”)，包含分段三次Hermite插值逐点拆分、金字塔LK光流动态重构、均衡的逐点总量约束三个步骤，不依赖于降水实况订正，且保留了原始模式的系统偏差。利用2020年4—10月中国气象局华东区域中心模式逐1 h降水预报场和其累加生成的逐3 h降水预报场，分别将其作为数值模式降水预报时间降尺度方法的验证场和输入场，评估对比了单纯的逐点拆分、“现有方法”和“改进方法”的时间降尺度效果，并使用匀速运动的圆形雨带理想模型和真实个例分析分别加以验证。结果表明：(1)“改进方法”所生成的逐1 h降水预报在强度分布上更加均衡合理，短时强降水的平均TS评分和BIAS偏差的波动幅度仅为“现有方法”的27%和9%。(2)使用“改进方法”所生成的逐1 h降水预报与真实的数值模式生成的逐1 h降水预报场更为相似，平均TS评分和BIAS偏差幅度分别提升13%和下降31%以上，且在理想模型中均方根误差相比于“现有方法”总体下降10%。改进的数值模式降水预报时间降尺度方法同时满足运动合理、强度波动合理和降水总量约束的基本要求，可通用于任意网格降水预报的时间降尺度。
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  Rossby波传播特征及其对北极东北航道起始段海域天气的影响研究

  杨宁, 闫敏慧, 陈农, 钱眺, 王蕾, 张金峰, 周莹

  暴雨灾害. 2024, 43(05): 551-559.

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  北极东北航道起始段海域位于我国黄渤海，大风和强降水是可能威胁到该海域航运安全的主要灾害性天气类型。其中寒潮天气过程伴随的冷空气大风以及热带气旋、温带气旋等天气系统产生的大风、强降水等灾害性天气，对该海域航运安全造成很大影响。利用1991—2020年美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)全球逐日再分析资料，分析了北极东北航道适航期(7—10月) Rossby波沿高空急流能量传播特征及其对北极东北航道起始段海域天气的影响，特别是对强降水的影响。结果表明：(1)沿北半球副热带地区250 hPa高空西风急流轴经向风表现为纬向三波型准静止的Rossby波形态；(2)高空250 hPa大气准静止Rossby波波源位于地中海地区，波动在此激发并沿急流向东传播，传播过程中波动能量耗散，但波源即地中海地区能量的不断注入，使其得以维持和加强；(3)波作用通量散度指数与北极东北航道起始段海域降水量、风速相关系数绝对值达0.5以上，其中位于我国东北部至鄂霍茨克海地区的波作用通量指数与降水量和风速相关系数的绝对值均接近0.9，属于强相关，说明Rossby波沿高空急流传播时能量汇集、加强，对北极东北航道起始段海域的降水量、风速影响较大，从而可触发强降水、大风等灾害性天气；(4)当Rossby波扰动偏强时，向下游传播能量偏强，则西风急流加强，垂直上升运动增强，导致北极东北航道起始段海域降水异常偏多。
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  冬季亚洲两种大气环流型对云南低温事件的影响

  晏红明, 尹俊智, 金燕, 马思源, 段丽华

  暴雨灾害. 2024, 43(05): 560-571.

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  利用1961—2022年云南125个国家气象站冬季逐日平均气温观测资料、NCAR/NCEP大气环流再分析资料，分析了冬季亚洲环流变化的主要类型及其对云南低温事件的影响，发现冬季亚洲500 hPa大气环流存在纬向型和经向型两种环流类型，并对云南低温事件产生明显不同的影响。纬向型环流时，冷空气从贝加尔湖直接南下，主要影响东亚东部，云南低温事件也主要发生在东部地区，此时的低温过程与乌拉尔山高压和西伯利亚高压加强、欧亚中高纬度波列的活动密切联系；而经向型时，冷空气伴随贝加尔湖地区的异常反气旋东侧偏北气流沿着东亚大陆东部沿岸南下，并在中低纬度地区以回流的形式向东南推进，活动位置偏南偏西，使得云南全省、青藏高原和东南亚低纬度地区气温偏低，此时的低温过程主要与副热带波列的活动和青藏高原海平面气压(Surface level Pressure,SLP)的正距平加强有关，与乌拉尔山和西伯利亚地区的高压加强关系不密切。
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  基于有效降雨的武汉市地质灾害易发性动态评估方法及其应用

  李明, 张丽, 熊启华, 袁凯, 黄钟吕

  暴雨灾害. 2024, 43(05): 572-579.

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  降雨等地质灾害诱(触)发耦合因素是地质灾害发生的充分条件。利用2016—2022年武汉市地质灾害数据、降雨实况网格数据以及地质环境基础等资料，采用聚类分析、多元回归等方法，对武汉市地质灾害分布特点及其与强降雨的关系进行研究，并使用多源数据融合、机器学习等方法对地质灾害易发性进行动态评估。结果表明：武汉市约76.49%的地质灾害由降雨诱发，武汉地质灾害强降雨影响期为13 d，在影响期内发生地质灾害的可能性高达87.69%。基于有效降雨量的武汉市地质灾害气象风险预测模型，通过引入最新的地质灾害发生情况、地质环境和雨量信息等数据，可实现地质灾害易发性分区的动态评估，24 h平均准确率可达79.51%，在2022年地质灾害预测应用中识别率达90%，具有较好的地质灾害预测能力。
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  安徽省雪灾危险性精细化评估与区划

  鞠晓雨, 田红, 程向阳, 唐为安, 朱浩

  暴雨灾害. 2024, 43(05): 580-586.

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  在全国气象灾害综合风险普查技术规范基础上，针对安徽省雪灾影响特点，增加雪压这一观测要素，建立以年均最大积雪深度、年均积雪日数和最大雪压作为致灾因子的危险性评估模型，利用1978—2020年安徽省81个国家气象观测站雪深、雪压及地理信息等资料，分析各致灾因子的时空分布特征，并进行积雪日数地形订正，开展安徽省雪灾危险性精细化评估。结果表明：安徽省国家站最大积雪深度平均值、积雪日数平均值和最大雪压的年际变化趋势差异较大，位列前三的年份均为2008年、1984年和2018年；年均最大积雪深度大值区主要集中在大别山区、皖南山区和江淮之间。由于100 m以上区域的年均积雪日数与高程相关性显著且样本数量适中，对该区域进行地形订正后，年均积雪日数高值区位于大别山区及皖南山区，其次为淮北地区西北部至大别山区北麓一带。对最大雪压进行缺测插补计算，宣城、铜陵、黄山北部等地最大雪压值有所提高，且局地特征更为显著。安徽省雪灾致灾高危险区主要位于大别山区以及皖南山区等海拔较高地区，而低危险区主要位于淮北地区东部、江淮之间东部和沿江西南部。
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  三峡地基遥感垂直观测系统温湿廓线的误差分析与订正方法探讨

  张明, 徐桂荣, 杜裕, 叶丹

  暴雨灾害. 2024, 43(05): 587-597.

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  三峡地基遥感垂直观测系统是中国气象局“补短板工程”的先行试点，用于监测三峡库区大气垂直廓线的精细结构及演变，其中大气温湿廓线通过微波辐射计反演得到，评估大气温湿廓线的反演偏差并提高其精度对发挥好垂直观测系统在三峡库区的精密监测作用具有重要意义。利用2022年11月—2023年6月三峡微波辐射计和同址探空、自动气象站、毫米波测云仪等探测资料，评估了三种天气条件下(晴天、云天、雨天)微波辐射计83个探测高度层温湿度的反演偏差，提出对83个高度层重新分组与探空建立线性回归的微波辐射计温湿度订正方法；评估了订正前后的精度变化并以一次雨雪天气过程的探测结果讨论了订正方法的适用性。结果表明：(1)三种天气条件下微波辐射计和探空温度一致性均较好，多数高度层平均偏差在2℃以内。(2)晴天所有高度层微波辐射计探测湿度均高于探空探测；云天和雨天6 km以上高度层探测湿度均方根误差达30%。(3)高度层重新分组后建立的订正关系能明显提升微波辐射计探测的温湿廓线精度。(4)以一次雨雪天气过程探测为例，订正后的微波辐射计探测的温湿廓线与实况更接近。
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  基于随机森林算法优选FY-4B AGRI通道订正雨量产品研究

  夏进一, 官莉

  暴雨灾害. 2024, 43(05): 598-606.

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  为提高卫星反演地面定量降水产品的精度，基于2022年6月1日—7月31日FY-4B静止轨道辐射成像仪AGRI(Advanced Geosynchronous Radiation Imager)中国区域一级辐射观测产品、二级云检测产品、二级定量降水估计业务产品及国家站雨量观测，利用随机森林算法分别建立了白天和夜间的降雨有无判断模型和降雨量反演模型，评估了AGRI一级辐射观测15个通道重要性，筛选白天和夜间适合判断和反演地面雨量的优选通道并建立各自优选通道判断和反演模型，最后依据各自优选通道模型反演2022年8月的降水并与FY-4B AGRI的二级定量降水估计业务产品进行检验对比，结果表明：(1)白天中波红外通道7和8重要性较低，白天判断和反演模型不使用通道7和8，夜间判断和反演模型使用所有红外通道，反演的降水量与国家站雨量观测最接近；(2)白天和夜间优选通道判断模型对有无降水的判断均优于FY-4B降水业务产品，尤其是命中率大大提高，但两种优选通道雨量反演模型反演雨量都偏多，白天反演雨量的准确率高于夜间；(3)白天和夜间两种优选通道雨量反演模型反演雨量的误差均小于FY-4B降水业务产品，降水业务产品和两种优选通道模型反演结果均高估小雨雨量、低估大雨雨量，降水强度越强低估越严重；(4)对于优选通道反演模型不同量级降水的反演，除夜间暴雨外，白天和夜间其他量级降水的均方根误差均较降水业务产品有所提升，其中小到中雨的精度提升最明显。
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  四川盆地降水对PM_2.5和PM₁₀的清除作用分析

  郑飒飒, 王维佳, 刘东升, 苗红妍

  暴雨灾害. 2024, 43(05): 607-616.

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  四川盆地是中国空气污染最严重的区域之一，为研究降水对四川盆地PM_2.5、PM₁₀的清除作用，利用2016—2021年四川盆地90个环境监测站PM_2.5、PM₁₀质量浓度观测资料和17个地面气象站观测资料，首先分析了降水对四川盆地PM_2.5、PM₁₀空间分布的影响；然后基于描述降水前后气溶胶粒子质量浓度变化的清除率，揭示了降水强度、时长对PM_2.5、PM₁₀清除效果的影响；最后，利用雨滴谱分布、雨滴大小、下降末速度等雨滴谱参量计算污染物的清除系数，分析了四川盆地4次污染事件中降水对PM_2.5、PM₁₀的清除效果。结果表明：（1）四川盆地降水影响PM_2.5、PM₁₀空间分布，降水量越大、降水持续时间越长，清除率越大，清除效果越明显；（2）大雨个例中，降水持续时间大于6 h后，清除率对降水持续时间增加不敏感；（3）当雨滴直径、雨滴总个数和分钟雨强出现峰值，雨滴谱加宽变强后，PM_2.5、PM₁₀质量浓度快速降低；（4）清除系数对PM_2.5和PM₁₀质量浓度变化具有指示意义，当清除系数峰值达10 h^-1以上，降水对PM_2.5和PM₁₀清除效果显著。
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  2021年4—10月我国主要暴雨天气过程简述

  闵爱荣, 廖移山, 张文

  暴雨灾害. 2024, 43(05): 617-626.

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  利用2021年中国大陆2 424个站日降水资料和常规天气图资料，对当年4—10月我国主要暴雨天气过程进行了统计分析，概述了其主要影响系统及降水情况，并对2008—2021年4—10月暴雨日数、主要暴雨过程次数进行了比较分析。结果表明:2021年4—10月我国共出现199个暴雨日、32次主要暴雨过程，暴雨日数比前13 a (2008—2020年)同期平均偏多10.6 d，主要暴雨过程次数比前13 a同期平均偏少3.7次。2021年4—10月主要暴雨过程平均每月5.3次，7月最多(7次)，5月和8月次多(均为6次)，4月最少(1次)，10月次少(3次)，另外6月和9月分别出现了5次和4次，其中5次由热带气旋登陆或影响所致。当年全国最大日降水量为552.5 mm,7月20日出现在河南郑州。本年度暴雨过程累积雨量最大为820 mm，也出现在河南郑州(7月18—22日)。当年影响最为广泛、造成直接经济损失最为严重的一次重大暴雨事件是7月18—22日的北方暴雨，即郑州“7.20”特大暴雨。