2023年第0卷第3期文章目次
2023(3):1-7.
摘要:
基于2014—2019年4—9月西安多普勒雷达数据，在对因地形或高大建筑所造成的反射率遮挡区域进行修订的基础上，研究西安地区对流天气的雷达气候学特征。结果表明：（1）西安雷达在低仰角受到地形和高大建筑的严重遮挡，即在雷达05°仰角的西安东部、西南部及西北部方位与15°仰角的西安偏南部方位存在因地形因素遮挡造成的大范围反射率缺失现象，和因雷达站周边高大建筑等非地形因素导致的个别方位角上反射率因子缺失现象。本文通过交叉方位角插值法和高仰角反射率因子填补方法对遮挡区域进行修订并形成完整反射率因子数据，然后利用对流回波识别方法识别出对流回波。（2）西安雷达对流回波气候统计结果显示，2015年对流天气发生频次最多；2017年对流天气持续时间更长、强度更强，多发区主要为陕北南部至关中北部及关中南部至秦岭北麓；7—8月为对流天气高峰时段，其中7月下旬和8月上旬出现频次最多；日变化特征显示14—23时对流天气活动频繁，23时后活动频次迅速减少。
基于2014—2019年4—9月西安多普勒雷达数据，在对因地形或高大建筑所造成的反射率遮挡区域进行修订的基础上，研究西安地区对流天气的雷达气候学特征。结果表明：（1）西安雷达在低仰角受到地形和高大建筑的严重遮挡，即在雷达05°仰角的西安东部、西南部及西北部方位与15°仰角的西安偏南部方位存在因地形因素遮挡造成的大范围反射率缺失现象，和因雷达站周边高大建筑等非地形因素导致的个别方位角上反射率因子缺失现象。本文通过交叉方位角插值法和高仰角反射率因子填补方法对遮挡区域进行修订并形成完整反射率因子数据，然后利用对流回波识别方法识别出对流回波。（2）西安雷达对流回波气候统计结果显示，2015年对流天气发生频次最多；2017年对流天气持续时间更长、强度更强，多发区主要为陕北南部至关中北部及关中南部至秦岭北麓；7—8月为对流天气高峰时段，其中7月下旬和8月上旬出现频次最多；日变化特征显示14—23时对流天气活动频繁，23时后活动频次迅速减少。
2023(3):8-16.
摘要:
基于支持向量回归（SVR）、BP神经网络（BPNN）、随机森林（RF）、梯度提升决策树（GBDT）和极端梯度提升（XGBoost）等5种机器学习算法，利用2016—2021年逐小时PM25质量浓度监测数据和气象观测数据，构建汾渭平原代表城市PM25质量浓度预报模型，对比检验不同预报模型在不同时段的预报效果。结果表明：（1）5种机器学习算法模型总体表现为秋冬季和供暖期的预报效果要优于春夏季，各模型在细颗粒物污染较重时段的预报能力更加稳定，预报效果更好。（2）XGBoost模型无论在决定系数、平均绝对误差、均方根误差上均不同程度地优于其他模型，其次是GBDT、RF和BPNN模型，SVR模型预报能力较差。（3）XGBoost模型预报结果在量级和演变趋势上与实况十分接近，预报值偏离实况值的幅度较小，但春夏季预报结果有明显的高估或低估，对极端高值区也存在低估。（4）当前和过去1 h的能见度是影响预报效果的最关键因子，气象因子对汾渭平原PM25质量浓度预报存在明显的时间滞后性影响。
基于支持向量回归（SVR）、BP神经网络（BPNN）、随机森林（RF）、梯度提升决策树（GBDT）和极端梯度提升（XGBoost）等5种机器学习算法，利用2016—2021年逐小时PM25质量浓度监测数据和气象观测数据，构建汾渭平原代表城市PM25质量浓度预报模型，对比检验不同预报模型在不同时段的预报效果。结果表明：（1）5种机器学习算法模型总体表现为秋冬季和供暖期的预报效果要优于春夏季，各模型在细颗粒物污染较重时段的预报能力更加稳定，预报效果更好。（2）XGBoost模型无论在决定系数、平均绝对误差、均方根误差上均不同程度地优于其他模型，其次是GBDT、RF和BPNN模型，SVR模型预报能力较差。（3）XGBoost模型预报结果在量级和演变趋势上与实况十分接近，预报值偏离实况值的幅度较小，但春夏季预报结果有明显的高估或低估，对极端高值区也存在低估。（4）当前和过去1 h的能见度是影响预报效果的最关键因子，气象因子对汾渭平原PM25质量浓度预报存在明显的时间滞后性影响。
2023(3):17-22.
摘要:
利用2021年10月至2022年3月（2021年冬半年）欧洲中期天气预报中心（European centre for medium-range weather forecasts，ECMWF）细网格阵风预报数据和河南省国家级地面气象站阵风观测资料，基于一元线性回归（linear regression，LR）方法，对河南省ECMWF阵风预报进行订正，并对其检验评估。结果表明：（1）2021年冬半年，河南省多出现6级以下的阵风天气。ECMWF模式对于7级及以下的阵风预报存在整体高估的现象，对于7级以上的阵风预报存在低估的现象。（2）LR订正后准确率、均方根误差在所有预报时效均有明显的改善。订正后准确率较高、均方根误差较小的站点主要分布在京广线以东大部分地区、焦作、南阳南部；豫西山区订正效果一般，其复杂的地形易导致阵风偏高，而6级以上阵风样本数较少，预报订正值稳定性相对较差。（3）阵风预报与起报时次的关系不大。LR方法针对6级以下阵风预报有一定的优势，技巧评分（Ts评分）较ECMWF预报高，预报偏差（Bias评分）更接近1。
利用2021年10月至2022年3月（2021年冬半年）欧洲中期天气预报中心（European centre for medium-range weather forecasts，ECMWF）细网格阵风预报数据和河南省国家级地面气象站阵风观测资料，基于一元线性回归（linear regression，LR）方法，对河南省ECMWF阵风预报进行订正，并对其检验评估。结果表明：（1）2021年冬半年，河南省多出现6级以下的阵风天气。ECMWF模式对于7级及以下的阵风预报存在整体高估的现象，对于7级以上的阵风预报存在低估的现象。（2）LR订正后准确率、均方根误差在所有预报时效均有明显的改善。订正后准确率较高、均方根误差较小的站点主要分布在京广线以东大部分地区、焦作、南阳南部；豫西山区订正效果一般，其复杂的地形易导致阵风偏高，而6级以上阵风样本数较少，预报订正值稳定性相对较差。（3）阵风预报与起报时次的关系不大。LR方法针对6级以下阵风预报有一定的优势，技巧评分（Ts评分）较ECMWF预报高，预报偏差（Bias评分）更接近1。
2023(3):23-30.
摘要:
利用2017—2019年陕西省99个地面气象观测站资料分析近地面风场的时空分布特征，并对ERA5再分析资料10 m风速产品进行质量评估。结果显示：年平均风速陕北、关中北部及东部、商洛较大，汉江河谷及关中平原西部风速较小；大多数站点春季风速最大，秋季风速最小，4月风速最大，10月风速最小，8月风速存在次高点；白天风速明显大于夜间,最大风速一般出现在14—16时，最小风速多出现在20—21时前后和日出前后；夏季最大风速出现时间较其他季节提早2 h左右，前半夜风速明显大于后半夜。大部分站点有接近相反的两个主导风向，风速随季节有明显变化，陕北主导风向存在明显的季节变化。ERA5再分析资料10 m风速产品和自动气象站观测相比能够反映风场最基本的时空分布特征，风力日较差和标准差较站点观测偏小，连续性、均匀化特征明显；最大风速以及白天风速开始增大的时间较站点观测偏晚1 h左右；ERA5 10 m风速产品在陕北地区偏大，关中、陕南地区偏小，关中地区相对误差和均方根误差小，相关系数高，代表性优于陕北和陕南地区。
利用2017—2019年陕西省99个地面气象观测站资料分析近地面风场的时空分布特征，并对ERA5再分析资料10 m风速产品进行质量评估。结果显示：年平均风速陕北、关中北部及东部、商洛较大，汉江河谷及关中平原西部风速较小；大多数站点春季风速最大，秋季风速最小，4月风速最大，10月风速最小，8月风速存在次高点；白天风速明显大于夜间,最大风速一般出现在14—16时，最小风速多出现在20—21时前后和日出前后；夏季最大风速出现时间较其他季节提早2 h左右，前半夜风速明显大于后半夜。大部分站点有接近相反的两个主导风向，风速随季节有明显变化，陕北主导风向存在明显的季节变化。ERA5再分析资料10 m风速产品和自动气象站观测相比能够反映风场最基本的时空分布特征，风力日较差和标准差较站点观测偏小，连续性、均匀化特征明显；最大风速以及白天风速开始增大的时间较站点观测偏晚1 h左右；ERA5 10 m风速产品在陕北地区偏大，关中、陕南地区偏小，关中地区相对误差和均方根误差小，相关系数高，代表性优于陕北和陕南地区。
2023(3):31-36.
摘要:
利用秦巴山区44个国家级自动观测站的数据，统计分析1992—2021年秦巴山区暴雨和短时强降水时空特征。结果表明：秦巴山区年平均暴雨日为214 d，近30 a暴雨日呈增加趋势，巴山地区的暴雨日远多于秦岭山区；暴雨集中在6—9月，占全年暴雨日的879%，上半年的暴雨以局地暴雨为主，下半年区域性暴雨比例则明显增加，7月局地暴雨和区域性暴雨均为全年最多。秦巴山区暴雨日与年平均降水量自北向南有增加趋势，而暴雨贡献率自北向南则有减小趋势；年平均降水量南多北少，暴雨平均降水量西多东少。秦巴山区年平均短时强降水频次为58 h，自北向南有增加趋势，其中秦岭山区自西向东短时强降水的强度呈增加趋势，尤其在秦岭东北部多站的雨强大于70 mm/h。秦巴山区短时强降水呈明显的“夜雨”特征，午后为次高峰。
利用秦巴山区44个国家级自动观测站的数据，统计分析1992—2021年秦巴山区暴雨和短时强降水时空特征。结果表明：秦巴山区年平均暴雨日为214 d，近30 a暴雨日呈增加趋势，巴山地区的暴雨日远多于秦岭山区；暴雨集中在6—9月，占全年暴雨日的879%，上半年的暴雨以局地暴雨为主，下半年区域性暴雨比例则明显增加，7月局地暴雨和区域性暴雨均为全年最多。秦巴山区暴雨日与年平均降水量自北向南有增加趋势，而暴雨贡献率自北向南则有减小趋势；年平均降水量南多北少，暴雨平均降水量西多东少。秦巴山区年平均短时强降水频次为58 h，自北向南有增加趋势，其中秦岭山区自西向东短时强降水的强度呈增加趋势，尤其在秦岭东北部多站的雨强大于70 mm/h。秦巴山区短时强降水呈明显的“夜雨”特征，午后为次高峰。
2023(3):37-40.
摘要:
2021年8月22日勉县遭遇极端降水事件，日降水量高达2379 mm，灾害十分严重。统计分析1959—2021年勉县历史逐年最大日降水量特点，采用皮尔逊Ⅲ型（简称P-Ⅲ型）曲线分布和耿贝尔极值分布方法推算重现期及降水量，并将两者进行比较，对2021年8月22日极端大暴雨进行重现期估算。结果表明：勉县年最大日降水年际变化明显，2008年以来变率增大且有更极端的趋势；基于P-Ⅲ型曲线分布和耿贝尔极值分布的1959—2020年最大日降水积累概率拟合效果均较好，但耿贝尔极值分布对年最大日降水量的拟合优于P-Ⅲ型分布；应用耿贝尔极值分布推算勉县极值降水，100 a一遇的日降水量为1547 mm，2021年8月22日降水量2379 mm的重现期为4 88133 a。增加2021年最大日降水量进入样本序列重新构建耿贝尔极值分布函数，推算日降水量2379 mm的重现期为70735 a，100 a一遇的估算降水量为1834 mm，重现期及降水量估算变化均较大，说明超极端降水和样本长度对重现期的推算影响较大。
2021年8月22日勉县遭遇极端降水事件，日降水量高达2379 mm，灾害十分严重。统计分析1959—2021年勉县历史逐年最大日降水量特点，采用皮尔逊Ⅲ型（简称P-Ⅲ型）曲线分布和耿贝尔极值分布方法推算重现期及降水量，并将两者进行比较，对2021年8月22日极端大暴雨进行重现期估算。结果表明：勉县年最大日降水年际变化明显，2008年以来变率增大且有更极端的趋势；基于P-Ⅲ型曲线分布和耿贝尔极值分布的1959—2020年最大日降水积累概率拟合效果均较好，但耿贝尔极值分布对年最大日降水量的拟合优于P-Ⅲ型分布；应用耿贝尔极值分布推算勉县极值降水，100 a一遇的日降水量为1547 mm，2021年8月22日降水量2379 mm的重现期为4 88133 a。增加2021年最大日降水量进入样本序列重新构建耿贝尔极值分布函数，推算日降水量2379 mm的重现期为70735 a，100 a一遇的估算降水量为1834 mm，重现期及降水量估算变化均较大，说明超极端降水和样本长度对重现期的推算影响较大。
2023(3):41-48.
摘要:
利用2014—2019年5—9月（暖季）新疆北部19部ADTD型闪电定位仪资料及642个国家站和区域加密自动站逐小时降水资料，统计分析新疆北部短时强降水过程的闪电特征，并对初夏与盛夏闪电特征进行对比。结果表明：新疆北部暖季短时强降水过程的负闪频数明显多于正闪，前者是后者的51倍；各区域存在较大差异，阿勒泰地区负闪频数最多，博州最少。各区域初夏、盛夏短时强降水过程的负闪频数也明显多于正闪，但相同区域因时节的不同，正负闪比例有所不同。新疆北部短时强降水过程出现闪电的个例占744%，各区域出现闪电比例为633%～853%，其中阿勒泰地区、塔城北部较高，博州、伊犁较低。值得注意的是短时强降水过程的闪电比例与天气系统有关，其中西西伯利亚低槽（涡）型比例最高，西北气流型最低，闪电主要出现在短时强降水过程前1～6 h。
利用2014—2019年5—9月（暖季）新疆北部19部ADTD型闪电定位仪资料及642个国家站和区域加密自动站逐小时降水资料，统计分析新疆北部短时强降水过程的闪电特征，并对初夏与盛夏闪电特征进行对比。结果表明：新疆北部暖季短时强降水过程的负闪频数明显多于正闪，前者是后者的51倍；各区域存在较大差异，阿勒泰地区负闪频数最多，博州最少。各区域初夏、盛夏短时强降水过程的负闪频数也明显多于正闪，但相同区域因时节的不同，正负闪比例有所不同。新疆北部短时强降水过程出现闪电的个例占744%，各区域出现闪电比例为633%～853%，其中阿勒泰地区、塔城北部较高，博州、伊犁较低。值得注意的是短时强降水过程的闪电比例与天气系统有关，其中西西伯利亚低槽（涡）型比例最高，西北气流型最低，闪电主要出现在短时强降水过程前1～6 h。
2023(3):49-54.
摘要:
根据渭南市11个国家气象站1991—2020年逐日气象数据，结合夏玉米农业气象观测站的生育期资料，利用气候适宜度模型来分析渭南市夏玉米不同生育期的温度、日照、降水和气候适宜度特征，以及全生育期各种适宜度的时空分布规律。结果表明：降水是影响渭南夏玉米产量的主要气候因子；乳熟至成熟期渭南夏玉米易受连阴雨天气影响，日照适宜度最小，对产量和品质造成影响；北部温度适宜度最大，南部降水和光照适宜度最大，总体气候适宜度从北向南逐渐增大，南部最适宜种植夏玉米。
根据渭南市11个国家气象站1991—2020年逐日气象数据，结合夏玉米农业气象观测站的生育期资料，利用气候适宜度模型来分析渭南市夏玉米不同生育期的温度、日照、降水和气候适宜度特征，以及全生育期各种适宜度的时空分布规律。结果表明：降水是影响渭南夏玉米产量的主要气候因子；乳熟至成熟期渭南夏玉米易受连阴雨天气影响，日照适宜度最小，对产量和品质造成影响；北部温度适宜度最大，南部降水和光照适宜度最大，总体气候适宜度从北向南逐渐增大，南部最适宜种植夏玉米。
2023(3):55-58.
摘要:
针对目前定量研究雪茄生长所涉及的相关气象影响因素仍处于空白的现状，综合考虑气象条件、地理条件等指标因子，采用层次分析法，构建分析评价模型，计算各指标对评价结果的权重，分析湖北丹江口市两个雪茄种植区域相关气象影响因子的差异性。结果表明：模型准则层中气象条件、地理条件、产量因子的权重分别为0524 7、0333 8、0141 5，对雪茄种植来说，气象条件影响最大；对比分析两个种植区域指标层的影响因子统计结果，结合雪茄种植生育要求，均县镇适合茄衣和茄套烟叶的种植；习家店镇更适合雪茄茄芯烟叶的种植。
针对目前定量研究雪茄生长所涉及的相关气象影响因素仍处于空白的现状，综合考虑气象条件、地理条件等指标因子，采用层次分析法，构建分析评价模型，计算各指标对评价结果的权重，分析湖北丹江口市两个雪茄种植区域相关气象影响因子的差异性。结果表明：模型准则层中气象条件、地理条件、产量因子的权重分别为0524 7、0333 8、0141 5，对雪茄种植来说，气象条件影响最大；对比分析两个种植区域指标层的影响因子统计结果，结合雪茄种植生育要求，均县镇适合茄衣和茄套烟叶的种植；习家店镇更适合雪茄茄芯烟叶的种植。
2023(3):59-62.
摘要:
城市热岛效应已经成为最主要的城市环境问题之一，城市绿地被认为是改善城市空间热环境、缓解城市热岛效应的有效工具。然而，目前关于城市绿地冷岛效应的研究尚不充分。利用在西安市唐延路城市公园实测的夏季空气温度数据，分析了城市绿地冷岛强度的时空特征。结果表明：公园绿地的冷岛效应在夜间可达25 ℃，在日间则不明显；冷岛效应在夜间有明显的水平方向扩散效果，在日间则主要集中在树木冠层以下。研究结果表明在城市规划中可通过城市公园布局改善城市微气候并为居民提供适宜的室外活动场所。
城市热岛效应已经成为最主要的城市环境问题之一，城市绿地被认为是改善城市空间热环境、缓解城市热岛效应的有效工具。然而，目前关于城市绿地冷岛效应的研究尚不充分。利用在西安市唐延路城市公园实测的夏季空气温度数据，分析了城市绿地冷岛强度的时空特征。结果表明：公园绿地的冷岛效应在夜间可达25 ℃，在日间则不明显；冷岛效应在夜间有明显的水平方向扩散效果，在日间则主要集中在树木冠层以下。研究结果表明在城市规划中可通过城市公园布局改善城市微气候并为居民提供适宜的室外活动场所。
2023(3):63-67.
摘要:
根据满足业务需求、智能化、微型化和低功耗等设计原则，设计了一种由采集与通信端、云服务器和移动应用程序三部分组成的“视频+”微型气象站系统。系统实现了天气现象与视程障碍现象等视频实时监测，以及气温、湿度、气压、风向、风速、雨量等气象要素观测功能。微型气象站输出数据格式、通信交互指令与业务运行的六要素区域自动气象站一致，性能指标达到《便捷式自动气象观测仪分级技术规范（试行）》定义的乙类标准。移动应用程序具备气象实况数据及视频图像可视化、设备运行监控与短信告警等功能。“视频+”微型气象站已批量生产，且在中国气象局秦岭国家综合气象观测专项试验外场完成野外观测试验，并在宝鸡、延安等地投入气象观测和服务。
根据满足业务需求、智能化、微型化和低功耗等设计原则，设计了一种由采集与通信端、云服务器和移动应用程序三部分组成的“视频+”微型气象站系统。系统实现了天气现象与视程障碍现象等视频实时监测，以及气温、湿度、气压、风向、风速、雨量等气象要素观测功能。微型气象站输出数据格式、通信交互指令与业务运行的六要素区域自动气象站一致，性能指标达到《便捷式自动气象观测仪分级技术规范（试行）》定义的乙类标准。移动应用程序具备气象实况数据及视频图像可视化、设备运行监控与短信告警等功能。“视频+”微型气象站已批量生产，且在中国气象局秦岭国家综合气象观测专项试验外场完成野外观测试验，并在宝鸡、延安等地投入气象观测和服务。
2023(3):68-72.
摘要:
为更好地服务当地生态文明建设、“碳达峰、碳中和”目标和国家能源安全战略,本文通过对榆林能源化工气象服务现状进行分析梳理，找出能源化工气象服务在机构及队伍、监测预警能力、专业服务内涵、服务体系建设等方面存在的问题与不足，并对问题的原因进行剖析，围绕能化产业转型发展的新形势，把握能源化工基地建设、企业生产安全运营和提质增效对气象服务的新需求，深化“气象+”赋能行动，提出能源化工气象服务下一步发展的建议与对策,推进榆林能源化工气象服务向专业化、精细化、智慧化迈进，也为国内同类气象服务提供参考。
为更好地服务当地生态文明建设、“碳达峰、碳中和”目标和国家能源安全战略,本文通过对榆林能源化工气象服务现状进行分析梳理，找出能源化工气象服务在机构及队伍、监测预警能力、专业服务内涵、服务体系建设等方面存在的问题与不足，并对问题的原因进行剖析，围绕能化产业转型发展的新形势，把握能源化工基地建设、企业生产安全运营和提质增效对气象服务的新需求，深化“气象+”赋能行动，提出能源化工气象服务下一步发展的建议与对策,推进榆林能源化工气象服务向专业化、精细化、智慧化迈进，也为国内同类气象服务提供参考。
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