近年来，人工智能技术在图像识别领域取得了突破性进展，为探寻人工智能模型在武汉地区雷达回波临近预报中的应用价值，本文利用湖北武汉市2015—2020年雷达回波和降水量观测资料，对PredRNN++、MIM、CrevNet和PhyDNet 4种深度学习模型进行雷达回波临近预报训练，并基于2021年汛期雷达回波资料进行雷达回波临近预报。在此基础上，通过降水强度和降水面积指数筛选降水过程，并以均方误差（Mean Square Error， MSE）、结构相似性指数（Structural Similarity Index Measurement， SSIM）、命中率（Probability of Detection， POD）、空报率（False Alarm Rate， FAR）和临界成功指数（Critical Success Index， CSI）为指标，检验评估上述4种深度学习模型和光流法对2021年汛期武汉地区雷达回波的临近预报性能。结果表明：（1）整体来看，MIM模型的MSE最小、POD最高，MIM和PredRNN++模型的SSIM并列最高；所有深度学习模型的FAR均低于光流法，且PhyDNet模型的FAR最低；除CrevNet模型外，其余3种深度学习模型的CSI均高于光流法，且MIM模型的CSI最高。（2）预报的前12 min，光流法的CSI最高，而在18~120 min MIM模型的CSI最高，显示了深度学习模型长预报时效的优势。（3）随着回波强度增加，深度学习模型和光流法的POD和CSI均迅速降低，而FAR光流法与各模型则表现出不同的变化规律。（4）随着区域性降水强度增加，深度学习模型的预报能力均先降低后明显增强，而光流法对降水强度变化的敏感性较弱，故在强降水背景下深度学习模型的CSI较光流法增幅最大；对于局地一般对流性降水过程，所有深度学习模型和光流法的预报能力均大幅降低。（5）暴雨个例分析结果表明，深度学习模型不仅具备一定回波强度变化的预报能力，而且对回波运动的预报能力也明显高于光流法，展示了深度学习模型良好的应用前景。
基于四川地区1990—2019年的逐日2 m最高、最低温度站点实况数据，对气温转折天气过程进行统计和分析，在此基础上，应用LightGBM（Light Gradient Boosting Machine）算法及NCEP/NCAR（National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research）逐日再分析资料，构建气温转折天气过程变温订正模型。结果表明：（1）出现气温转折过程最多的区域是高原与盆地的边坡过渡区，最少的是盆地；（2）各区域的气温转折过程具有明显的季节差异，均表现为春季最多、冬季最少，且春季的气温转折过程明显多于其他3季；（3）在1990—2019年验证集中，LightGBM订正模型表现较好，准确率为78.64%，平均绝对误差为1.35 ℃。（4）在2020年的独立样本测试中，LightGBM订正模型的准确率为53.60%，平均绝对误差为2.19 ℃，整体订正效果优于ECMWF模式（European Centre for Medium-Range Weather Forecasting）、中央台城镇预报指导报（SCMOC）及四川省气象台数值预报客观释用城镇预报指导报（SPCO）的预报。
为深入认识对流尺度集合预报对川渝地区降水的预报性能，利用2020—2021年暖季（5—9月）川渝地区7 213个自动气象站逐日降水观测数据，综合评估对流尺度集合预报系统的控制预报（Control Forecast， CNTL）、集合平均（Ensemble Mean， MEAN）和概率匹配平均（Probability-matched Ensemble Mean， PM）对川渝地区降水的预报能力，并对比不同起报时次（08：00和20：00，北京时，下同）的预报差异。结果表明：（1）PM和MEAN的预报性能相对CNTL有所提高，MEAN对中雨和大雨量级降水预报具有指示意义，PM对大量级降水具有明显的预报优势。（2）模式预报的降水频率在小雨量级相比观测呈区域一致的正偏差，中雨及以上量级降水的预报正偏差集中在大巴山、华蓥山、武陵山脉等高海拔山区，预报负偏差主要位于四川盆地和丘陵区域，MEAN对小雨和中雨（大雨和暴雨）的预报正（负）偏差最明显。（3）08：00起报的36 h时效临界成功指数（Critical Success Index， CSI）和命中率（Probability of Detection， POD）整体高于20：00起报的48 h时效预报结果，但08：00起报的降水频率对高海拔山区的高估更明显。（4）PM和MEAN对四川盆地2021年9月4—7日强降水过程的降水落区预报优于CNTL，这是因为集合预报能够更好地把握天气系统的位置和形状特征。
国家气象信息中心基于多源观测数据，利用数据融合与同化技术研制的实况分析产品已通过业务准入评审并发布。为保证实况分析产品评估结果的客观性和真实性，对参与实况分析产品检验评估的数据源——地面站点资料的代表性进行研究。选取2020年5—8月四川省地面气象站点经度、纬度、坡度、坡向、数据可用性等10个降水影响指标，利用相关分析、主成分分析，在指标筛选基础上，通过确定各影响指标的权重，形成各地面站点的综合影响指标，并对其进行分级检验。结果表明：10个影响指标经过筛选保留5个指标，其权重从大到小依次为数据可用性、设备稳定性、坡度变率、地表粗糙度、海拔高度；四川盆地内站点综合影响指标值大部分在0.9以上，综合影响指标值较低的站点主要分布在四川省甘孜州、阿坝州和凉山州，这与上述区域地形复杂、站点代表性较差密切相关；通过综合影响指标的分级评估，将指标值在0.8以上的站点数据作为降水实况分析产品评估的“真值”数据源较合理。
为了探明气温与呼吸系统疾病住院人数的关系，合理实施辽宁省县域城市疾病预防预警，基于2016—2018年辽宁省北票市和西丰县两县域城市的逐日气象观测资料和呼吸系统疾病住院病例资料，分析当地呼吸系统疾病住院就诊人数的季节分布特征及其年龄分布特征。在此基础上，采用广义相加模型（Generalized Additive Model，GAM）和分布滞后非线性模型（the Distributed Lag Non-linear Model，DLNM）探究了气温对呼吸系统疾病住院人数的影响，并按性别、年龄分层建模，使用归因分值（Attributable Fraction，AF）量化了暴露在特定气温（极端低温、中度低温、中度高温、极端高温）范围内的患病风险。结果表明，两地呼吸系统疾病住院人数全年峰值出现在冬春季，患病人群以少儿和老年人群居多。北票市、西丰县人群的最适宜气温分别为26.2、22.2 ℃；气温对呼吸系统疾病患病的影响以低温滞后效应为主，高温存在即时效应但并不显著。北票市和西丰县分别有27.0%（95%置信区间为20.3%~32.9%）和29.0%（95%置信区间为22.1%~35.0%）的呼吸系统住院人数归因于气温，且患病风险主要以中度低温为主，北票市和西丰县患病归因于中度低温分别占25.9%（95%置信区间为19.5%~31.5%）和28.1%（95%置信区间为21.5%~33.9%）。就年龄分布而言，与成年组相比，少儿组和老年组中归因于中度低温的患病百分比均较高，此外老年组对极端低温也较敏感。就性别而言，女性比男性更容易受低温影响。辽宁省两县域城市的气温对不同人群的影响不同，气温对女性与老年居民造成的发病风险较大。
为了探究银川市大气边界层逆温特征和影响因素及其与冬季PM2.5污染的关系，利用2015—2020年银川气象站探空、地面气象观测资料及银川市空气质量监测数据，在分析银川市大气边界层逆温及地面气象要素特征基础上，以冬季为研究时段，探讨逆温与地面气象要素对PM2.5污染的影响。结果表明：（1）银川市清晨大气边界层较傍晚更易出现逆温，且逆温多为贴地逆温，贴地逆温较悬浮逆温强度大、厚度小；逆温频率和厚度冬季最大、夏季最小，逆温强度秋季最强、夏季最弱。（2）冬季晴天，地面平均风速1.0~1.5 m·s-1、相对湿度30%~60%的气象条件下易出现逆温。（3）贴地逆温是影响冬季PM2.5污染天气的主要气象因素之一，当逆温厚度超过596 m、强度超过1.4 ℃·（100 m）-1时，易出现PM2.5污染天气，且随着逆温厚度增大、强度增强，污染加重。（4）冬季PM2.5污染天气下，清晨天空状况多为晴天，通常地面平均风速小于1.3 m·s-1、相对湿度大于54%，且随着湿度增大污染加重。（5）边界层高度与PM2.5质量浓度存在显著负相关，边界层高度越低，PM2.5污染越重。
利用雷达、降水及探空资料对2015—2020年海南岛昌江霸王岭及五指山毛阳试验点的暖云吸湿性焰条催化试验在不同月份及天气系统影响下的增雨效果进行评估并通过选取典型个例研究催化过程的物理响应特征。结果表明：南海低压槽和华南沿海槽影响下的催化试验整体增雨正效果较明显，平均绝对增雨量均超过未催化组2.00 mm。7、8、9月暖云催化试验均能展现出不同程度的增雨正效果，其中8月催化试验平均绝对增雨量最高，达4.71 mm。海南岛2个试验点总催化样本平均绝对增雨量0.73 mm，平均相对增雨率13.52%，平均增水量39.73万m3。由典型个例的物理检验中发现，催化后0.5 h是一个关键时刻，即催化云和对比云的几乎所有物理检验指标约在催化后0.5 h后拉开差距。
基于济南S波段双偏振多普勒天气雷达（CINRAD/SA-D）探测资料，并结合区域自动气象站以及常规观测资料，对2020年8月5日和6日山东两次极端强降水风暴环境条件进行对比分析，并重点分析莘县王庄集和兖州大安风暴的双偏振参量特征。结果表明：两次极端强降水天气均具有较高的K指数和较大的对流有效位能（Convective Available Potential Energy，CAPE），湿层厚，垂直风切变中等偏弱，但6日强降水低层垂直风切变和相对风暴螺旋度明显偏强。风暴气流结构有明显差异：王庄集和大安风暴分别表现为倾斜上升和气旋性旋转气流结构，前者风暴顶辐散强而后者较弱，从而导致前者风暴顶高度及差分相移率（KDP）柱高度较高。不同高度微物理结构有差异：-10 ℃层高度之上，两者以固态粒子为主，而王庄集风暴含有更加深厚、丰富的霰粒子，-20~-10 ℃层还有一定浓度较小的液态粒子；-10 ℃层高度以下，两者以浓度较高的液态粒子为主，而王庄集风暴含有一定数量的冰相粒子。风暴低层测站周围差分反射率（ZDR）、KDP和相关系数（Correlation Coefficient， CC）大致相当，ZDR适中，粒子大小适中，KDP和CC较大，风暴降水主体液态雨滴浓度较高，含水量丰富，从而产生高强度降水。
边界层参数化方案是造成数值模式预报误差的重要来源之一，筛选适用于环渤海地区台风暴雨模拟的边界层参数化方案，可为该地后续业务应用及科研工作提供参考依据。应用WRFV4.3模式中的8种边界层参数化方案（ACM2、BouLac、GBM、MYJ、MYNN、QNSE、UW、YSU），对2021年第6号台风“烟花”北上阶段造成的暴雨过程进行数值模拟试验，对比分析不同边界层参数化方案对暴雨模拟结果的影响，并基于ERA5资料进行边界层热动力结构的模拟效果检验。结果表明：（1）各方案对台风北上阶段的降水（24 h累积降水量、累积降水极值和位置、降水ETS评分、小时最大降水量以及逐小时10.0、20.0 mm降水的落区分布）模拟结果表现出明显差异，对路径的模拟差异主要体现在模拟时段的中后期。（2）局地闭合的BouLac方案对于10.0 mm以上量级24 h累积降水量的ETS评分表现最优，而非局地ACM2方案所模拟的24 h累积降水量在25.0、50.0、100.0 mm以上量级降水的ETS评分均为最优，且累积降水极值、区域平均24 h累积降水量以及小时最大降水量均值等也与ERA5资料较为接近，在环渤海地区海陆共存的下垫面背景下，ACM2方案是最适合台风“烟花”暴雨过程模拟的参数化方案。（3）与其他方案相比，ACM2方案对于边界层高度、位温和水汽混合比垂直廓线的模拟与实况最接近，这是ACM2方案对大雨以上量级预报较为准确的原因。（4）各方案模拟的700 hPa垂直速度基本决定了小时最大降水量的变化趋势以及区域平均24 h累积降水量的相对大小。
为了提升高速公路沿线低能见度预报预警能力，本文利用连霍高速公路陕西段沿线10个交通气象观测站逐时观测资料和欧洲中期数值预报中心ERA5逐小时再分析数据，分析公路沿线低能见度分布特征，探究低能见度与其他气象要素的关系。结果表明：1月是连霍高速公路陕西段沿线低能见度天气高发月份，而2月低能见度天气最少；一日中00：00—10：00（北京时，下同）低能见度出现次数最多，其中0~50 m的低能见度主要出现在05：00—06：00；低能见度持续时间较短，多在2 h以内，最长持续17 h。兴平到常兴段、陈仓段低能见度天气较多，是日常交通气象服务需要重点关注的路段。低能见度与各气象要素的关系分析发现，0~5 ℃的气温、90%以上的相对湿度、1.0 m·s-1以下的风速且处于东北风至东风条件下低能见度出现次数最多。夏季和冬季低能见度多与降水天气有关，低能见度通常出现在降水过程中或过程后，这种低能见度天气均在天气系统影响时出现，较辐射降温引起的低能见度持续时间更长、范围更广。各季节低能见度形成时的相对湿度不尽相同，冬、夏、秋季低能见度天气的相对湿度较高，而春季低能见度天气的相对湿度较低。
基于2016—2021年湖北多普勒雷达及加密自动气象站资料，对湖北雷暴阵风锋特征进行分析。结果表明：（1）湖北阵风锋主要出现在6—8月，占总数的96%，其中8月最多；一天中主要发生时段为15：00—18：00（北京时，下同），峰值在17：00；大多数阵风锋持续时间为1.5~3.0 h；产生阵风锋的母雷暴中35%为多单体雷暴，40%为多单体雷暴群，25%为飑线。（2）阵风锋主要有5个生成区域，分别为省外、鄂东北、江汉平原、鄂西北的襄阳和鄂西南的宜昌，相同区域生成的阵风锋移动方向有较好的规律性。鄂东北生成的阵风锋最多，占总数的33%。（3）不是所有母雷暴及其阵风锋都能引发地面大风，69%的母雷暴和9%的阵风锋产生的地面极大风速大于等于17.0 m·s-1。在多单体和多单体雷暴群中，母雷暴的回波强度越强，母雷暴及其阵风锋产生的地面大风概率越大，阵风锋产生的地面风速强度与其回波强度、空间尺度关系不大。（4）阵风锋有较强对流触发能力，91%的阵风锋在其后部、附近和前侧触发对流单体。母雷暴与其阵风锋反馈作用不同，对流触发与阵风锋的相对位置有差别，正反馈型大多在阵风锋后部触发对流，负反馈型在阵风锋后部、附近和前侧均可触发对流，29%的触发对流回波强度大于等于55 dBZ。35%的阵风锋与周边已有雷暴合并发展形成合并型阵风锋，此型在鄂东北发生次数最多。
气候变暖背景下全球干旱风险升高，而对气候变化高敏感的中国西北干旱半干旱区尤为突出，严重制约着区域经济的可持续发展，科学开发空中云水资源是解决该区域水资源短缺的有效途径。利用甘肃永登国家气象观测站地基多通道微波辐射计资料和常规气象观测资料，研究祁连山东段大气水汽和液态水的时空分布及不同性质降水前演变特征。结果表明：（1）受大气环流、地形、边界层及局地和区域天气气候条件等多因素影响，祁连山东段98%以上的水汽集中在6.0 km以下，大气水汽密度随高度下降，液态水含量则随高度先增后减。降水天气背景下，水汽密度及液态水含量明显增大，且液态水含量最大值出现高度有所降低。（2）水汽及液态水存在明显的季节变化，夏季大气可降水量远大于冬季，夏季液态水垂直伸展高度及最大值出现高度均大于冬季。（3）水汽及液态水日变化明显，且存在季节差异。水汽日峰值出现在下午至傍晚，谷值出现在清晨至中午；夏半年峰值及谷值出现时间较冬半年迟，且峰谷值变化幅度更大。液态水垂直伸展高度白天高于夜间，且夏半年垂直分布较冬半年深厚。（4）大气可降水量存在10~20 d和8 d左右的主周期，夏、秋季4~7 d和21~32 d的周期变化也比较明显。（5）不同类型降水前水汽及液态水均存在跃增现象，但跃增量、跃增时间及高度存在差异。其中，7—8月积层混合云降水前跃增时间最早，积云降水前跃增量最大、跃增高度最高，而暖云降水前跃增高度明显偏低。
研究秦淮河流域气象水文要素变化特征及径流变化归因对该流域水旱灾害防御工作具有重要指导意义。利用秦淮河流域气象水文观测数据和遥感资料，采用β-z-h三参数综合指示法、联合突变检测法等分析该流域气象水文序列时空变化趋势、变异点和变异度，采用弹性系数法定量评估气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明：（1）秦淮河流域年平均气温和年径流深呈显著增加趋势，且未来仍将保持显著增长趋势；年降水量和参考作物蒸散量呈不显著增加趋势，且未来仍将维持微弱上升；年平均相对湿度呈显著减少趋势，且未来仍将维持显著减少。年降水量未发生变异，年平均相对湿度在2004年发生巨变异，年平均气温在1994年发生强变异，年参考作物蒸散量在2003年发生中变异，年径流深在2002年发生弱变异。（2）基准期（1981—2002年）和变化期（2003—2019年）秦淮河流域径流深与降水量呈显著正相关，与参考作物蒸散量、下垫面指数呈负相关；变化期较基准期参考作物蒸散量和下垫面指数弹性系数增大，而降水量弹性系数减小，下垫面指数的变化对径流增加贡献量较大（91.20%），表明人类活动引起的下垫面变化是径流增加的主要因素，起正贡献作用。秦淮河流域城市发展应充分考虑土地利用和覆被变化的水文效应，一方面保护滞蓄能力较强的耕地和林地，另一方面关注气候变化带来的防洪压力。
为预估黄河流域宁夏段不同地区未来气候特征及其变化趋势，利用宁夏区内19个国家气象站观测资料和CMIP6（Coupled Model Intercomparison Project 6）模式数据，在检验CMIP6模式对宁夏气温模拟能力的基础上，对不同情景下宁夏引黄灌区、中部干旱带和南部山区未来气温变化进行预估。结果表明：（1）CMIP6大部分模式对黄河流域宁夏段年平均气温模拟能力较好，空间相关系数为0.603~0.930，时间相关系数为0.381~0.782，多模式集合优于单个模式模拟效果。（2）在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5 4种情景下，预计2021—2099年黄河流域宁夏段年平均气温均呈明显增温趋势，增温速率为0.09~0.68 ℃·（10 a）-1。不同情景下增温速率差异明显，SSP1-2.6情景下呈减小趋势，SSP2-4.5情景下先增后减，SSP3-7.0情景下呈“增大、减小、增大”特征，SSP5-8.5情景下呈增大趋势。（3）预计4种情景下21世纪30年代引黄灌区、中部干旱带和南部山区年平均气温分别达10.91~11.29、9.48~9.87、7.47~7.84 ℃，21世纪60年代分别达11.46~13.21、10.00~11.75、7.97~9.66 ℃。
根据乌鲁木齐河流域7个国家气象站和20个自动气象站2013—2021年植被生长季（5—9月）逐日降水量资料，分析植被生长季乌鲁木齐河流域降水量、降水日数、不同量级降水及其贡献率随海拔变化特征，以期为流域的水资源利用、生态环境治理及保护提供一定参考。结果表明：乌鲁木齐河流域植被生长季降水量和降水日数均随海拔升高呈波动增加趋势，分别以17.4 mm·（100 m）-1、2.85 d·（100 m）-1速率增加，其中生长季降水量以海拔1 000 m左右为分界，海拔依赖性由弱转强，在海拔约1 200 m和2 000 m出现降水高值带，并且降水高值带呈现由低海拔山地逐渐抬升至中高山带而后回落的变化规律；降水日数高值地带始终在中高山带（海拔高于1 800 m），且具有较强稳定性。植被生长季降水日数与降水量的月际特征有较好的一致性，均随海拔升高而增加，海拔2 200 m以下区域，6月的降水量和7月的降水日数随海拔升高增速最显著，分别以4.8 mm·（100 m）-1、0.72 d·（100 m）-1的速率增加，二者均在9月增速最不显著，分别为1.1 mm·（100 m）-1、0.37 d·（100 m）-1。流域植被生长季仅小雨、中雨和大雨发生次数具有较强的海拔依赖性且不同强度降水的贡献率与海拔无明显关联。
为加强多源闪电数据在干旱区的融合应用，利用新疆民航三维地基闪电探测系统（3-Dimension Lightning Location System，3-DLLS）、全球闪电定位网（World-Wide Lightning Location Network，WWLLN）和气象部门ADTD（Advanced Time of Arrival and Direction System）、FY-4A闪电成像仪（Lightning Mapping Imager，LMI）等多源闪电资料，针对新疆地区2019年11次典型雷暴过程，开展FY-4A LMI探测性能的初步评估，并结合FY-4A云顶温度（Cloud Top Temperature，CTT）资料，详细分析2019年7月21日强雷暴过程的闪电特征，探寻CTT与闪电活动的相关关系。结论如下：（1）FY-4A LMI闪电“组”（LMI Group，LMIG）数量约为3-DLLS的1/5、WWLLN的1.02倍、ADTD的1/3。白天，在太阳背景光影响下FY-4A LMI的探测效率有所下降，即使日出后雷暴系统有所加强，但LMIG数量并无增加趋势。（2）在2019年7月21日强雷暴过程中，3-DLLS探测的闪电时空分布与ADTD重合度较高，而WWLLN的闪电定位与前两者在时空上存在一定偏差，这主要是各系统的探测原理（WWLLN主要探测的是强地闪，ADTD主要监测地闪回击，而3-DLLS探测的是全闪）及测站布局和数量不同所致。（3）在强雷暴过程不同发展阶段，闪电发生区域的FY-4A CTT值差异较大，初始阶段、旺盛阶段和消散阶段闪电区域对应的CTT值分别为260~280 K、230~240 K和240~260 K。
随着全球变暖，旱涝异常的强度和频率不断增加，为增进对旱涝异常转换事件的认识，提高西北地区东部降水预测水平，利用1979—2020年我国西北地区东部逐月降水、海表温度（Sea Surface Temperature， SST）数据以及NCEP/NCAR环流再分析资料，通过建立旱涝转换指数，对西北地区东部春、夏季旱涝转换环流特征进行分析，并围绕大西洋SST异常对其可能产生的影响进行探讨。结果表明：西北地区东部旱转涝年，春季极涡偏弱，乌拉尔山阻塞高压偏强，东亚大槽偏深，西北地区东部受西北干冷气流控制，降水易偏少；夏季上游低值系统活跃，南亚高压偏强，西太平洋副热带高压偏强、偏西，西北地区东部受副热带高压和上游低槽系统共同影响，且有暖湿气流，降水易偏多，涝转旱年情况相反。上年冬季至当年夏季，大西洋类“三极子”型的SST异常是造成季节间降水明显差异的关键因子，旱转涝年春季大西洋类“三极子”负位相的SST状态激发出一支纬向型遥相关波列，经欧洲中西部、巴尔喀什湖地区东传至我国东北至日本海一带，此时中高纬环流形势有利于西北地区东部降水偏少；夏季SST异常激发的波列强度减弱、位置西移，中高纬关键环流系统的强度和位置较春季明显调整，转为有利于研究区降水偏多的环流形势，涝转旱年相反。
在全球增暖背景下，我国干旱灾害的严重程度、持续时间和影响范围均呈增加趋势。气象干旱是干旱灾害发生的前提，厘清气象干旱形成原因，对提高干旱预警能力、制定干旱灾害应对策略和防御措施有重要科学意义。本文较为全面地梳理了我国气象干旱成因的研究进展。首先，考虑干旱的成因具有区域差异性，分别总结了我国西北、华北、东北、华东、华南及西南6个区域的干旱成因；考虑干旱的时间持续性，基于季节干旱、两季连旱和三季连旱，分别从冷暖空气、位势高度场、海温场异常等方面归纳各区域不同持续时间气象干旱形成的主要影响因子。其次，提出了目前我国气象干旱成因研究面临的科学问题和未来研究方向。鉴于已有的干旱成因研究多以对单一影响因子研究为主，即便考虑了干旱形成的多个影响因子，但仍然相对缺乏对多因子间协同作用的定量分析，因此未来需要关注不同影响因子对气象干旱形成的贡献率及彼此间协同作用的定量关系。
