2025年, 第44卷, 第01期　
刊出日期：2025-02-01

  

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  基于深度学习的降水临近预报方法及其在2023年江苏汛期的应用评估

  庄潇然, 刘梅, 蔡凝昊, 王啸华, 郑玉, 徐珺, 曾康

  暴雨灾害. 2025, 44(01): 1-8.

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  与传统外推类临近预报方法相比，深度学习降水临近预报方法能够预报强降水的生消演变。目前应用较多的深度学习方法有PhyDNet、PredRNN-v2、GAN三种，前两种为深度学习框架下不同网络架构的时空卷积神经网络，第三种则是以PhyDNet为生成器、多层卷积为判别器构成的生成对抗网络。本文评估了上述三种方法在2023年江苏汛期(4—8月)的应用效果，并通过典型个例分析了各方法在不同降水类型中的适用性。结果表明：(1)从整体时段的评估结果看，PhyDNet和PredRNN-v2的TS评分表现优于GAN，而GAN对于主要降水雨带的预报偏差(BIAS)有着最优表现，可消除前两种方法中出现的随预报时效趋于平滑的问题。(2)系统性暴雨时段三种方法的评估结论与整体评估时段基本一致，但在局地强降水时段中，GAN的TS评分和BIAS表现均优于PhyDNet和PredRNN-v2。(3)典型个例分析结果表明三种方法均能刻画降水系统的生消演变，在系统性暴雨过程中，PredRNN-v2对降水增强过程的预报能力优于其他两种方法，而在局地强降水过程中，GAN不仅能够克服“模糊”导致的降雨区偏大的问题，还能更好描述降水中心强度及位置。以上结果表明，三种预报方法针对两类强降水预.报预警场景各具优势，PhyDNet整体评分表现最优，PreRNNv2适用于较长时效预报，GAN则适用于局地强降水预报，在实际业务中需根据各自特点择优参考。
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  山东半岛"平行"双支海风锋的中尺度特征分析及对流触发机制初探

  刘解明, 张勇, 房云龙, 刘雪映, 李可悦

  暴雨灾害. 2025, 44(01): 9-18.

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  海风锋是沿海地区触发对流天气的重要系统，其中双支海风锋的观测和研究极少。利用2023年7月9日常规观测、多普勒雷达、葵花-9卫星和ERA5再分析等资料，对山东半岛东部导致强对流天气的两条“平行”且相向移动的海风锋进行中尺度特征分析，初步分析了其触发强对流的机制。结果表明：(1)触发本次强对流天气的双支海风锋分别位于福山至牟平沿岸(北岸海风锋)和海阳至乳山沿岸(南岸海风锋)，其出现时的地面环境风为西南风。北岸海风锋建立初期呈西北—东南向，在向南推进过程中逐渐转为与南岸海风锋“平行”的东北—西南向。(2)极大风可以辅助雷达判断海风锋的位置。海风锋过境时南北岸的地面气象要素变化差异较大，北岸存在明显的南北风转换，而南岸相对湿度的激增最显著。(3)强对流发生前期，山东半岛东部南北两侧的海域中均伴有低层大气扰动抬升且向内陆推进。随着双支海风锋的建立，南北两侧低层大气扰动抬升区分别与两支海风锋的抬升区合并且均得以增强，两个合并的抬升区继续相向移动直至合并成最强上升气流，随后触发了短时强降水和雷暴大风等强对流天气。
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  陕西一次突发性大暴雨的中尺度特征及触发机制

  李明娟, 郭大梅, 张蔚然, 刘慧, 赵强, 郭莉, 高星星

  暴雨灾害. 2025, 44(01): 19-30.

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  2020年8月5—6日陕西中东部的平原和秦岭山区洛南县两处局地突发大暴雨，造成6人死亡、10人失踪，全球模式和中尺度模式对此次过程的强度和落区均存在预报偏差。为加深对此类天气过程的认识，利用常规地面、高空观测资料、ERA5再分析资料和多普勒天气雷达资料，对此次大暴雨过程的环流背景、环境条件和中尺度对流系统（MCS）演变特征及成因进行分析。结果表明：（1）大暴雨发生于弱天气尺度强迫条件下，暴雨区500 hPa为西太平洋副热带高压控制，中低层无明显天气尺度系统主导，地面上无冷锋；陕西中东部700 hPa未出现强水汽输送带，但边界层存在较强的水汽输送带，暴雨区本地水汽含量非常充沛，大气整层可降水量50～70 mm，大气可降水量偏离气候平均1.5～2σ，同时对流有效位能为3 000～4 800 J·kg^-1,0—6 km深层垂直风切变较弱，环境场条件有利于突发性大暴雨的发生。（2）平原和秦岭山区洛南两处落区的大暴雨物理过程有所不同。平原的雷暴由平原地区地面辐合线、平原南侧骊山分别触发，骊山触发的雷暴向平原地区传播与平原地区雷暴合并增强，形成β中尺度对流系统（M_βCS）。M_βCS沿高空西南风向东北方向移动，给平原地区带来局地大暴雨。强雷暴主要在β中尺度对流系统的东北侧生成和维持，M_βCS强雷暴中维持约1 h的低层γ中尺度气旋性涡旋直接造成了平原地区103.7 mm·h^-1极端短时强降水；冷池驱动、低层垂直风切变相对于雷暴出流边界方向的有利配置是平原地区雷暴加强和维持的原因。（3）秦岭山区洛南附近的雷暴由地形抬升边界层东南风触发，下午至夜间边界层稳定维持的东南风是雷暴触发的.关键因子，雷暴单体后向传播在西南平流作用下形成“列车效应”经过洛南北部，造成大暴雨天气。
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  2024年2月湖北省两次雨雪冰冻天气特征及海温影响分析

  吴瑶, 郭广芬, 史瑞琴, 夏智宏, 秦鹏程, 梁之辰

  暴雨灾害. 2025, 44(01): 31-40.

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  2024年2月湖北省连续发生两次雨雪冰冻天气，其中冻雨造成的灾害尤其严重，为深入分析这两次雨雪冰冻天气的成因，利用湖北省82个国家气象站1961年以来逐日观测、再分析及海温和环流指数资料，基于改进的持续低温雨雪冰冻强度综合指数，将这两次过程与2008年最强雨雪冰冻天气特征进行比较，并分析了这两次过程的环流异常特征及海温的影响，结果表明：(1) 2024年2月两次过程雨雪相态更复杂、冻雨范围和极端性均强于2008年，但持续时间和积雪深度不及2008年；(2) 500 hPa位势高度距平场为有利于降水的典型“西低东高”分布，西太平洋副热带高压(简称西太副高)异常增强，配合东路冷空气，形成持续低温雨雪冰冻天气过程；第一次过程具有更深厚的暖层条件和更强的西南水汽，以降冻雨为主；第二次过程冷空气相对更强，但西南水汽减弱，以冰粒和霰为主，期间夹杂冻雨，雨雪相态更为复杂；(3) 2024年2月两次过程发生于一次中等偏强厄尔尼诺事件达到峰值并开始衰减的海温背景下，印度洋异常增暖且呈“西暖东冷”分布，导致后冬西太副高异常增强、南方水汽充足；(4)我国黄海至日本海附近异常暖海温在日本海上空强迫出异常反气旋环流，阻挡西风带气流东移，冷空气南下与增强的西太副高输送的南方水汽交汇，形成持续雨雪冰冻天气。
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  青海“8·18”短时强降水过程的水汽特征分析

  安琳, 权晨, 沈晓燕, 申燕玲, 管琴, 王惠平, 保广裕

  暴雨灾害. 2025, 44(01): 41-51.

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  2022年8月17—18日青海省东北部出现一次短时强降水事件，造成多个市(县)出现重大人员伤亡和财产损失。本文利用青海省东北部513个国家和区域气象观测站的逐时观测资料、地基全球导航卫星系统(GNSS)反演的水汽资料以及ERA5再分析资料，分析此次短时强降水过程的大气可降水量(PWV)、水汽输送及收支特征。结果表明：(1) PWV的演变对强降水发生和结束有较好的指示意义，强降水发生前1～2 h,PWV出现急升，直至达到峰值；而强降水过程结束前1～2 h,PWV出现突降。(2)强降水发生前，青海省东北部整层水汽辐合量急剧增大，同时500 hPa垂直上升速度增强，为强降水形成提供了很好的水汽和动力条件。(3)高空西风水汽输送是此次强降水过程的主要水汽输送通道，且北部发生强降水前期，水汽条件的改善主要依赖于低层东风和南风水汽输送，而南部发生强降水的水汽输送除上述外，还依赖于低层北风水汽输送。
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  2021年秋季华北降水异常偏多的成因分析

  王艳, 裴育, 李晶晶, 赵尚卓, 张卉

  暴雨灾害. 2025, 44(01): 52-59.

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  2021年秋季华北地区降水量为自1961年以来同期最大值，采用国家级气象站逐日观测降水数据、ERA5再分析数据和NOAA海温资料，结合拉格朗日水汽后向追踪分析方法，对降水异常偏多特征及成因进行分析。结果表明：(1)华北区域2021秋季共经历了5次强降水过程，总降水量达284 mm，较气候态年平均(105.5 mm)偏多169.2%。2021年秋季华北地区水汽最大源地为中国东部海域，水汽输送贡献达到41%，远大于气候平均态的21%。(2) 2021年秋季中纬度异常偏强的东北亚高压引导的偏东气流使得来自东海、黄海和西北太平洋水汽输送明显偏强。北半球欧亚大陆表现为一槽一脊环流型特征，华北地区位于低槽后方，北方冷空气活跃且不断影响华北。(3)弱La Ni?a事件造成华北区域近地面气压较常年异常偏低，冬季风环流系统迟迟未建立，夏季风环流系统尚稳定维持，导致异常的偏东气流带来更多的水汽输送，最终造成华北秋季降水异常偏多。
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  基于分钟雨量的浙江省汛期短时强降水特征研究

  王宇浩, 王晓慧, 顾小丽, 陶局, 季焱, 肖王星

  暴雨灾害. 2025, 44(01): 60-70.

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  利用2018—2022年汛期（4—9月）浙江省国家和区域自动气象站分钟和小时雨量数据，结合功率谱分析方法，研究了浙江省近5 a前汛期（4—5月）、梅汛期（6—7月）和盛夏期（8—9月）短时强降水时空特征，对比分析了基于分钟和小时雨量数据统计的短时强降水时空特征差异，探究了短时强降水高发区降水特征。结果表明：（1）浙江省东部沿海和西南山区为短时强降水高发区，东部沿海地区短时强降水强度较其它地区偏强。东部沿海地区短时强降水集中发生于梅汛期和盛夏期的午后至傍晚，西南山区短时强降水集中发生于梅汛期的早晨至午后。（2）与分钟雨量相比，基于小时雨量数据统计的短时强降水时空特征与分钟雨量数据相似，但统计所得的短时强降水小时数偏少且强度偏小，小时数偏少约30%，强度偏小约20%。（3）在东部沿海地区，从前汛期至盛夏期，短时强降水过程频次、累计雨量、持续时间和降水效率随月份增加而增大。在西南山区，短时强降水过程频次、累计雨量和持续时间在梅汛期最大，而降水效率在梅汛期最小，在盛夏期最大。（4）不同高发区短时强降水过程分钟降水时间尺度接近，以35～55 min为主。过程初期雨强增大快，10～15 min达到峰值，20 min起雨强逐渐减小。2 mm·（5 min）^-1和5 mm·（10 min）^-1可作为浙江省短时强降水事件的预警参考指标，5 mm·（5 min）^-1是发生极端短时强降水事件的初期预警参考指标。
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  东北地区暖季小时降水特征分析

  牛元甫, 陈昊明, 李娟

  暴雨灾害. 2025, 44(01): 71-81.

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  我国东北地区洪涝灾害频发且降水的空间分布差异大，为揭示东北精细降水特征，利用2009—2021年暖季(5—9月)东北地区1 611个国家和区域站小时降水资料，首先分析了降水量、降水频率、降水强度和持续时间等特征的空间分布，利用E指数拟合法研究了不同区域降水强度的差异及其代表区域降水特征与海拔高度的关系，然后按照降水频率的峰值时间划分了4个典型区域，并分析了不同区域的降水平均日变化特征及不同持续时间降水事件的日变化特征，最后分析了东北地区降水的对称性并按照强降水事件峰值时间合成分析了2个典型区域降水的时间演变特征。结果表明：(1)东北地区降水量、降水频率总体呈现东多西少分布，小时雨强平原强于山地，降水量、降水频率随海拔高度升高增加，大兴安岭地区降水量相比其他地区较小，且降水量、降水频率随海拔高度升高减少；(2)东北地区大部分站点降水量、降水强度均为下午单峰值特征，以短历时强降水为主，东北平原部分地区和长白山地区降水频率在夜间至清晨达到峰值，长白山地区多为长历时弱降水；(3)基于小时降水峰值时刻的合成分析表明，东北地区强降水峰值前后表现出不对称性，即降水能较快达到峰值，达到峰值后能维持较长时间，长白山地区降水演变的不对称性弱于其他地区。
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  武汉市后官湖局地气候效应的数值模拟研究

  杨培强, 陈炜, 艾泽, 王祉苏

  暴雨灾害. 2025, 44(01): 82-92.

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  城市内湖对城市生态和人居环境作用显著，为研究武汉市内湖泊的局地气候效应，基于武汉市后官湖周边国家站2013—2022年观测资料和NCEP/FNL再分析资料，利用WRF数值模式开展冬、夏季典型月(2013年1月、7月)后官湖水体对湖区及周边地区地面要素的敏感实验并分析了可能影响机制。结果表明：(1)冬季典型月后官湖增温作用显著，夏季典型月则呈现弱增温作用。白天后官湖表现为冷湖效应，夜间表现为暖湖效应，日高温的降低和日低温的升高导致昼夜温差减小。(2)后官湖对湖区的平均风速和平均日极大风速均有增大作用，冬季典型月后官湖对湖区与下风向区域平均风速和平均日极大风速的增大量和增大区域明显大于夏季典型月。(3)后官湖在冬、夏两季典型月均有一定的“湿岛效应”，相对湿度随湖泊边界距离的增加而下降。而后官湖对湖区及周边地区降水量的影响很小。(4)湖泊与陆地的气温差异导致湖区风向发生昼夜转变。后官湖东南部湖体更大，对温度、风速、相对湿度影响的强度和范围更大。冬季典型月后官湖受偏北气流作用，对湖体南岸的气温、相对湿度的影响更显著，夏季典型月该特征反之。
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  基于随机森林算法的城市内涝风险预估方法及应用——以南昌市为例

  盛志军, 周雨, 孟明华, 刘禹杉, 傅文兵

  暴雨灾害. 2025, 44(01): 93-101.

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  利用南昌市2016—2022年内涝灾情资料及110个国家和区域气象观测站小时降雨数据，首先分析了南昌市内涝灾害的时空分布特征，确定了不同积水深度降雨指标强度临界值，结合承灾体条件，建立内涝风险预估等级；然后进一步基于随机森林算法，构建积水深度预估模型，开展城市内涝风险预评估；最后应用典型个例对风险等级预报的准确性进行检验。结果表明：(1)内涝灾害月变化呈现单峰型分布特征，峰值出现在6月；日变化呈现双峰型分布特征，峰值分别出现在09时和16时，灾害点多集中在城区核心区域。(2)短时强降雨或暴雨是导致南昌市50 cm以上积水深度的主要降雨类型，当1 h降雨量>40 mm、3 h累计降雨量>78 mm、6 h累计降雨量>98 mm、12 h累计降雨量>123 mm或24 h累计降雨量>135 mm时，极易引发50 cm以上的积水深度。(3)积水深度预估模型训练集和测试集平均精确率分别为96%和79%。依据积水深度预估区间[10, 25) cm、[25, 50) cm、≥50 cm，结合人口和GDP条件，将内涝气象风险划分为低、中、高3级。(4)南昌市两次暴雨过程内涝灾害点风险.等级预估准确率分别为67%和56%，提前1～3 h预估的27个内涝点均在预估风险区域内。
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  一种自动气象站小时降水数据非实时质量控制方法及应用

  闫荞荞, 王必强, 刘园园, 严婧, 李波, 杨宏谦, 刘莹

  暴雨灾害. 2025, 44(01): 102-111.

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  为分类检测隐藏较深的降水质量异常数据，定义了非实时降水质量异常事件，基于Madsen-Allerupt方法和百分位数法设计了一种自动气象站小时降水数据非实时质量控制方法，基于该方法对湖北省2 481个区域自动气象站2005—2022年经实时质量控制的小时降水数据做进一步的非实时质量控制，制作了小时降水质控数据集，并初步做了应用评估。结果表明：(1)设计的方法能够有效实现隐藏较深降水质量异常数据的分类检测，降水量持续偏小占比为87.9%，降水时数异常占比为8.7%，降水量持续偏大占比为3.4%。(2)质量异常数据的总量逐年趋于减少，空间分布无明显差异，时间上4—10月质量异常事件总量低于其他月份，冬季占比最高为36.7%，夏季最低为13.1%。(3)湖北省降水数据的质量建站初期整体欠佳，从2008年开始稳步提升，2008—2022年年数据可用率平均为95.6%，年内4—10月的数据平均可用率为97.8%，高于其它月份的92.6%。
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  防辐射罩区域自动气象站气温观测偏差分析及其订正方法

  王星宇, 严婧, 刘莹, 刘园园, 孙越

  暴雨灾害. 2025, 44(01): 112-122.

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  分析防辐射罩区域自动气象站气温值偏差变化特征，有助于自动站气温资料质量的订正，进而提高自动站气温资料的可用性。因此，基于2019年6月—2022年5月湖北省防辐射罩区域自动气象站及与其邻近的百叶箱站观测的逐小时气温资料，首先分析两类站点间小时气温偏差（T_bs）的季节变化和日变化特征，并探讨降水、相对湿度、日照、风速等气象要素对T_bs的影响；然后，基于多元线性回归和随机森林方法，分别建立两种防辐射罩站观测气温订正模型，评估两种模型对防辐射罩站气温观测偏差的订正效果。结果表明：（1）总体上，白天时段防辐射罩站小时观测气温较其邻近百叶箱站加权平均小时观测气温要高，防辐射罩站年均高温日数较其邻近百叶箱站偏高20.0 d;（2） T_bs存在明显季节变化和日变化特征，总体呈现夏季高、冬季低且日间高、夜间和清晨低的特点，平均T_bs在晴天13:00 （北京时，下同）最高，可达到1.0℃以上；（3） T_bs会随站点气象条件的变化而变化，在无降水现象时较大，而有降水时接近0℃；T_bs与相对湿度负相关，而与日照时数正相关，与风速则是先呈现正相关，随着风速增大至临界值以后呈现负相关；（4）多元线性回归和随机森林模型对防辐射罩站气温观测偏差均有较好的订正效果，使平均T_bs由0.72℃分别降至0.17℃和0.16℃。随机森林模型的订正效果总体优于多元线性回归模型，且对超过35℃的高温订正效果更佳，订正后防辐射罩站总高温日数下降比例超过55%。
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  2023年中国十大暴雨事件评选及过程简介

  杨浩, 吴翠红, 彭涛, 崔春光, 王俊超, 刘柯, 胡泊

  暴雨灾害. 2025, 44(01): 123-132.

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  为提高公众对暴雨的关注，助力暴雨学科高质量发展，进一步补充中国在年度重大暴雨事件记录上的信息，从2022年开始，在中国气象学会支持下，中国气象局武汉暴雨研究所联合多家单位组织开展中国年度十大暴雨事件遴选活动。2023年我国天气形势复杂，气候异常，暴雨洪涝和台风等极端事件频发，十大暴雨事件主要有以下特点：(1)空间分布不均，华北、华南沿海和东北暴雨灾害性强，台风“杜苏芮”给京津冀、东南沿海和东北地区带来特大暴雨，海河、松花江等流域遭遇严峻汛情；(2)过程连续降水量大、暴雨日数多，河北、吉林、广东、福建等地多个国家气象站的降水量和暴雨日数突破历史极值；(3) 2023年的十大暴雨事件中，有5次过程受台风系统或减弱后的低压环流影响，其他暴雨事件的影响系统主要包括低空急流、低层切变线和高空槽。