摘要:

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摘要:强对流天气预报业务是业务预报的难点之一，而龙卷监测预报预警则是强对流天气预报业务的难点。文中简要总结美国、欧洲和中国龙卷监测预报业务的发展历程，重点总结中气旋龙卷的监测和短期短时临近预报技术进展。龙卷时空尺度小，短期短时预报时效只能预报其有利环境条件和中尺度形成机制，强龙卷指数和最大上升气流螺旋度分别是短期和短时预报龙卷的特征物理量。中气旋龙卷监测依赖于双偏振多普勒天气雷达观测的龙卷涡旋特征和双偏振量演变特征，这些特征可以监测龙卷的形成和消散。准线状对流系统产生的龙卷依然很难直接判识和预警，但该类风暴的中涡旋与龙卷关系较为密切，已发展了利用垂直风切变和雷达双偏振量特征判识该类风暴中涡旋发展的技术方法。使用物理方法、随机森林或深度学习的龙卷监测识别和临近预报技术能力显著提升。龙卷监测预报预警能力当前依然存在很大不足，未来仍需要更多探测手段帮助提升监测识别能力、深化机理认识、发展超高分辨率数值模式和人工智能技术提升预报预警能力，更要发挥预报员的主观能动性和关键作用。

摘要:基于新一代天气雷达探测资料，结合探空、地面实况资料、灾情调查报告及ERA5资料，对2024年7月5日山东爆发性龙卷天气的环境物理量、风暴演变、龙卷风暴低层小尺度涡旋及双偏振特征进行分析。结果表明：温带气旋形势下，爆发性龙卷都出现在地面低压中心的东或东北方，低空急流较强，大的低空垂直风切变、风暴相对螺旋度和能量螺旋度指数是龙卷爆发的关键环境因子。6个龙卷产生在地面强的3 h负变压区内偏东风气流附近。准线性对流系统内的超级单体或弓形回波，或者线性对流系统前侧暖区新生发展起来的强风暴是爆发性龙卷的直接缔造者，强涡旋中心的快速下降或低层局部径向风的迅速增大，是小尺度龙卷涡旋产生的前兆。8个中气旋龙卷风暴低层中气旋旋转速度在20 m·s^-1以上，1个非中气旋龙卷由弓形回波诱发，其后部入流为42~45 m·s^-1。东明龙卷破坏性最强，母体风暴上升气流最强，低层龙卷碎片宽度约为2 km，顶部高度达9 km左右，呈分散状态，最大宽度约为4 km

摘要:2024年7月5日，受温带气旋影响，初步调查山东至少出现9个龙卷，1—4号龙卷由同一个超级单体产生。文中利用高空和地面常规气象观测资料，结合风廓线雷达和多普勒天气雷达等多源观测资料以及ERA5再分析资料，对“24·7”山东群发龙卷天气过程的中小尺度特征进行分析。结果表明：（1）强烈的低空急流（low-level jet，LLJ）提供了充足的水汽，不稳定的大气层结、中等强度的垂直风切变、低的抬升凝结高度为龙卷母体风暴提供了有利的环境条件。LLJ底高下降，1 000 m以下风速达10~12 m·s^-1，37 min后山东省菏泽市东明县出现1号龙卷。（2）温带气旋在河南中部快速加强，3支不同性质的气流汇聚于气旋东北象限，造成汇聚点涡旋加强、气压降低。龙卷主要发生在气旋东北方向62 km辐合线附近或者辐合线后侧的东北气流中。（3）1—4号龙卷期间，中气旋和龙卷涡旋特征（tornadic vortex signature，TVS）底高位于雷达探测的最低高度，中气旋的最大切变及其所在高度至少有一个体扫分别超过41×10^-3 s^-1和低于2.5 km；TVS最低层风速差和最大切变至少有一个体扫分别达37 m·s-1和82×10^-3 s^-1，同时最大切变高度低于2.5 km。（4）当TVS最大切变跃增至100×10^-3 s-1以上，且高度降至2.5 km以下时，预示龙卷即将发生。（5）当雷达探测到多个中气旋和TVS，龙卷倾向于出现在回波带的前沿。1个龙卷结束后，如果中气旋和TVS的强度均没有明显减弱，当二者的最大切变分别增强到20×10^-3 s^-1和70×10^-3 s^-1以上，或者TVS最低层风速差超过35 m·s^-1时，预示将再次出现龙卷。

摘要:针对2021年6月1日黑龙江尚志的一次龙卷过程，对龙卷发生的地面风场、雷达回波、天气背景和环境特征进行综合分析。高时空分辨率实况资料显示：（1）尚志龙卷发生在东北冷涡东南侧和500 hPa位势高度的大梯度区，具有高低空急流耦合、高空冷池和低层暖脊叠加、气温垂直递减率较高等特征。（2）龙卷发生前对流有效位能（convective available potential energy，CAPE）升高，随后迅速降低，龙卷移出后又有所增加，龙卷位置为CAPE梯度大值区；龙卷发生发展过程中垂直风切变持续增大，0~6 km垂直风切变的平均增幅在10 m·s-1以上；龙卷路径上并不存在风暴相对螺旋度（storm relative helicity，SRH）的大值区，龙卷发生于SRH大值的西北侧。（3）雷达观测显示此次龙卷为超级单体龙卷，超级单体发展过程伴随多个单体的合并，出现多次钩状回波，穹隆结构加强，垂直剖面上存在明显的悬垂结构。（4）龙卷期间中气旋径向直径和切变表现为随回波增大（减小）同频增大（减小）趋势，而中气旋顶高变化滞后1个体扫左右；龙卷涡旋特征（tornadic vortex signature，TVS）顶高和厚度呈现随回波增强（减弱）而增大（减小）的趋势，TVS最大切变量落后顶高1个体扫左右；龙卷报警产品提前12 min提出龙卷概率为78%，随后迅速增大到100%并维持至18:05，对此次龙卷有较好的预警作用。

摘要:基于常规气象观测资料、地面加密自动气象站观测资料、临沂多普勒天气雷达资料、邳州风廓线雷达资料和ERA5再分析资料，对2023年4月15日发生在山东临沂南部地区的EF2级超级单体龙卷的雷达特征和环境条件进行分析。研究发现，此次龙卷发生在弓形回波后部，龙卷母体风暴展现出经典的低层钩状回波结构，并伴有深厚的中气旋和龙卷涡旋特征（tornadic vortex signature，TVS）。中等强度的中气旋在3 km高度附近产生并发展，当其半径快速收缩且底高快速下降到1 km以下时，龙卷形成。龙卷形成前期，环境条件表现为弱的低层垂直风切变和强的大气层结不稳定。然而，随着沿冷池上升的西南低空气流与700 hPa附近的西北气流相交汇，在交汇区域形成了强的垂直风切变环境。沿冷池上升且富含不稳定能量的低空暖湿气流与对流触发区域的强垂直风切变相叠加，配合较强的上升运动，对流启动。对流启动后，丰富的不稳定能量输送促进超级单体快速增强并最终诱发龙卷。

摘要:利用美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）提供的Aqua和Terra卫星可见光云图和地球静止环境卫星（Geostationary Operational Environmental Satellites，GOES）红外卫星云图、欧洲中期天气预报中心提供的ERA5再分析数据（时间间隔为1 h，水平分辨率为0.25°×0.25°），对2012—2016年发生在太平洋上空439个“射线状”云的特征进行分析。结果表明，“射线状”云多呈近似圆形或椭圆形，有明显的云系中心和清晰的辐射状径向云臂，云臂通常自云系中心向四周发散，形状如古代车轮。统计分析指出，约85%的“射线状”云个例发生在南半球，其中绝大多数“射线状”云发生在东南太平洋的秘鲁沿岸。全年皆有“射线状”云发生，6、7、8月为“射线状”云高频发生月份，5、9、10月为中频发生月份，1、2、3、4、11、12月为低频发生月份。大气逆温层对“射线状”云有重要影响，云系内部以上升运动为主，部分“射线状”云个例呈旋转形态，上升与下沉运动会影响云系结构。

摘要:利用2015—2018年秋冬季气象及空气质量等资料，分析沙尘发生时华北地区PM10和PM2.5及其他污染物的分布特征，并对秋冬季沙尘的传输路径进行分类。结果表明：秋冬季沙尘的传输路径与500 hPa和850 hPa高空风密切相关，主要分为东向扩散型、东南传输型和东北传输型3类，分别占统计数量的38.9%、38.9%和22.2%。东向扩散型沙尘强度和影响范围最大，华北地区PM10和PM2.5平均质量浓度为156.4 μg·m^-3和86.1 μg·m^-3。华北地区风速大，污染物扩散快，东南传输型沙尘强度小，引起的污染在3类沙尘中最轻。东北传输型沙尘对应的华北地区PM10和PM2.5平均质量浓度分别为171.9 μg·m^-3和117.8 μg·m^-3，在3类沙尘中最高；华北地区地面较低的风速和下沉气流的影响可能导致污染的累积，另外东北传输型沙尘期间平均相对湿度比另两类沙尘期间高4%~5%，尤其在沿海区域相对湿度超过70%，可能会促进二次颗粒物的非均相生成从而加重污染。

摘要:利用欧洲中期天气预报中心0.25°×0.25°逐小时ERA5资料及北京大兴国际机场1号风廓线雷达资料，对比大兴国际机场2021年11月6—7日和2023年2月11—12日两次多相态降水过程，探究风廓线雷达在两次冬季多相态降水中的表现特征。结果表明：（1）风廓线雷达近地面风场偏东风建立、急流出现及中低空扰动均对冬季降雪临近预报起积极作用，低层冷空气增强对相态转换有一定指示意义，中高层暖湿气流爬升的强弱与降水强度变化有很好的对应关系。（2）降水强度和降水相态的变化均可在风廓线雷达探测的垂直速度上得到体现。两次过程的降雨时段在2.5 km以下有较大的正速度，随着降水相态由雨向雪转变，垂直速度发生锐减。（3）大气折射率结构常数（Cn²）和信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）回波结构特征相似，两者均能反映降水强度变化。两次过程Cn²对数值均在降水前1 h开始增大，Cn²值越大，降水越剧烈，降水相态转为雨夹雪时，Cn²对数值开始逐渐降低，高值区高度开始下降；两次过程SNR高值区主要集中在2.0 km以下，SNR结构越紧密、回波强度越大，降水越剧烈。（4）雷达探测高度受大气高层湿度的直接影响，可为降水强度的判断提供依据。

摘要:以一阶近似地转效应的浅水方程为基础，通过多尺度和摄动近似的方法，分析低纬海气耦合系统的非线性开尔文（Kelvin）波和罗斯贝（Rossby）波的相互作用。研究结果表明：（1）在没有风应力作用时，耦合波振幅较小，Kelvin波和Rossby波的振幅呈准周期变化，这种准周期变化是两种类型波各自的扭结效应和二者的非线性效应共同作用的结果。（2）在有风应力作用时，Kelvin波呈准周期振荡，Rossby波呈非周期振荡，这种准周期与非周期振荡的叠加效应体现了厄尔尼诺Symbolm@@南方涛动（El Nio-Southern Oscillation，ENSO）周期性不强的准周期振荡特征。（3）在ENSO运动中，Kelvin波和Rossby波一直存在，由于相互的非线性作用，二者在不同阶段体现出不同的状态，总体为：蛰伏（酝酿）→增长→衰减→蛰伏（酝酿）。

摘要:叶绿素a（Chlorophyll-a，Chl-a）浓度可以表征海洋浮游植物生物量，反映海洋生物的丰富度和多样性。卫星遥感技术在监测全球大尺度海洋Chl-a浓度时空分布方面展现出显著优势。基于2003—2022年MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）Chl-a浓度数据，调查分析全球大尺度海洋Chl-a浓度时空分布特征与变化趋势，进而分析其与全球海面温度（sea surface temperature，SST）、厄尔尼诺Symbolm@@南方涛动（El Nio-Southern Oscillation，ENSO）和印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole，IOD）的相关关系。结果表明：（1）空间上，沿岸海域Chl-a浓度普遍高于离岸海域，远洋海域最低（小于0.03 mg·m-3）。时间上，Chl-a浓度呈明显的季节变化。相比近海水体，远洋Chl-a浓度季节变化不明显。（2）太平洋、印度洋、大西洋的远洋海域Chl-a浓度总体趋势变化较小。绝大多数近岸海域的Chl-a浓度呈增长趋势。（3）全球海洋水体Chl-a浓度最高的月份大致沿纬度方向呈现带状分布。（4）整体而言，Chl-a浓度与SST在40°S~40°N海域呈显著负相关关系（p＜0.05），高纬度海域主要呈正相关。Chl-a浓度与ENSO和IOD之间的相关关系也呈现明显的季节性海域差异，表明ENSO和IOD对不同海域Chl-a浓度变化的影响不同。

摘要:利用国家级地面气象观测站数据与CMORPH（Climate Prediction Center MORPHing technique）降水数据融合资料和欧洲中期天气预报中心再分析资料，讨论分析2010—2019年青藏高原地区夏季降水的日变化特征。结果表明：青藏高原地区整体夏季降水量和降水频率的日变化规律均表现为峰值出现在傍晚，谷值出现在中午。分区域来看，青藏高原南北区域夏季降水量日变化规律不同，南部地区降水量日变化规律与高原地区整体日变化规律相同，而北部地区日降水量峰值出现在上午，谷值出现在凌晨。分降水持续时间来看，短时降水比持续性降水出现频率更高，但持续性降水约占总降水量的70%。因河谷地貌和海拔高度分布特征，青藏高原地区夏季夜雨率的空间分布呈“中间高、南北低”态势。青藏高原地区风场和散度场的强度变化特征与降水发生区域及降水强弱相对应，因此散度的正负值强弱变化可能是高原地区降水强度变化的重要原因之一。

摘要:气候变化背景下，研究植被生态质量状况及其对气候变化的响应，可为生态文明建设提供数据参考。基于多源遥感数据和气象观测资料，利用植被生态质量监测模型，研究德州2000—2022年植被生态质量时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明：23年间，德州植被生态质量明显改善，植被生态质量指数、植被净初级生产力和植被覆盖度每10年分别增加7.3、101.6 g C·m-2和6.8%。植被生态质量空间差异不大。气温和降水是改善植被生态质量的主要气候驱动因子，而且降水的驱动作用大于气温。适宜的气温、降水等水热条件，有助于植被生长发育，促进植被生态质量改善。干旱、高温、寒潮等极端气候事件，特别是多种极端气候事件叠加，会导致植被生态质量下降。