中国东部夏季降水年代际变化的影响因子及其机制已有大量研究，但青藏高原植被变化的可能影响及过程尚不清楚。本文基于GIMMS（Global Inventory Modeling and Mapping Studies）叶面积指数数据及中国区域格点降水等观测资料，分析了青藏高原春季植被年代际增加与中国东部夏季降水年代际变化的关系及影响过程。研究结果表明，青藏高原晚春（5月份）植被覆盖在2010年前后经历了显著的年代际转折，植被叶面积指数异常由偏少转为偏多；与此同时，中国东部夏季降水在2010年前后也发生了一次明显的年代际变化，淮河及华南地区由涝转旱，东北、华北及长江中下游地区的降水则由偏少转为偏多。针对高原地表能量收支及东亚夏季风环流变化的合成分析表明，伴随着2010年后青藏高原晚春植被覆盖的增加，与植被低反照率特性相对应，高原地表净短波辐射增加，有利于高原地表温度升高，从而增强地表向上感热通量。前期春季感热偏强有利于后期夏季大气热源整体偏强，高原上空大气加热增强，有利于南亚高压的增强与东伸，西太平洋副热带高压增强、西伸，从而使得2010年前后中国东部夏季降水发生上述年代际转变。本研究阐明了高原植被变化在年代际尺度上对中国东部夏季降水变化的重要调制作用。

本文基于地面站观测数据、ERA5再分析资料和GPCP全球降水资料，诊断分析了2019年6月4～7日的高原涡与西南涡耦合引发区域性大暴雨过程。结果表明：（1）此次天气过程是由高原涡与西南涡共同作用引发，降水在夜间至凌晨有爆发性发展。6月4日两涡各自在西北和西南地区产生降水，且降水在低涡中心及后部；5～6日凌晨两涡耦合，降水移至低涡前部加强并达到峰值，大暴雨中心在湖北北部；6日夜间两涡东移出海，降水区在陆地上消失。（2）两涡演变过程中，发现高原涡东移出高原时，散度项和垂直输送项增强了盆地的正涡度，同时伴随低空辐合配置显著加强，诱导西南涡在盆地生成，两涡区域随之出现降水，并为后续耦合大暴雨提供了关键的动力条件。（3）在耦合发展时，两涡不同高度的气旋中心合并形成深厚对流系统，激发出强正涡度柱和强对流不稳定，并伴随垂直上升运动和次级环流发展。西南季风和副高外围的偏南气流向低涡前部输送充沛的水汽，在深厚的切变辐合和强动力抬升协同作用下，最终导致大暴雨发生。

本文利用1982～2022年中国CN05.1逐日最低气温、相对湿度数据资料和ERA5再分析资料，探讨我国南方冬季两类复合极端低温事件的时空分布特征及可能成因。结果表明，我国冬季冷干事件在南方大部均有分布，并且高频次中心在东部和江淮地区，而我国冬季冷湿事件呈南多北少的分布特征，主要发生在西南和华南以西地区。近41年（1982～2022年）来我国南方大部分地区冷干事件呈增加趋势，冷湿事件则明显减少，两类事件年际变率明显。冷干事件多发生于前冬季，而冷湿事件则多发生于后冬季。进一步分析两类事件成因差异，揭示了两类事件发生的前冬和后冬对应着不同的环流系统和水汽条件。亚洲中高纬度斜脊和东亚大槽是冷干事件的关键环流特征，为冷空气南侵提供有利环流条件，同期我国南方地区水汽显著辐散，有利于冷干事件发生。冷湿事件发生时期北支波列使得东半球中高纬地区维持两槽一脊的环流形势，南支波列通过西亚和中东地区传播导致南支槽加深并和西太平洋上空异常反气旋共同为我国南方地区输送暖湿气流，对应南方地区水汽辐合，为冷湿事件提供充足水汽。

利用理想数值模式资料，对比分析了不同高度垂直风切变（简称风切变）影响下热带气旋外核区对流尺度上升运动的特征。结果表明，上升运动在高层和低层风切变环境中呈现不同的特征：（1）低层风切变试验顶高达到12 km以上的上升运动的比例更高，上升运动的垂直质量输送和最大垂直速度更大，与较大的对流有效位能、边界层相当位温和边界层水汽混合比有关。此外，低层风切变、热带气旋主环流诱发的局地风切变和地面冷池之间的相互作用对上升运动的发生发展也产生积极影响。（2）上升运动的径向倾斜与上升运动的顶高和非对称径向流场有关。低层风切变试验穿透性对流上升运动占比较大，顺着风切变象限（简称顺风切）的上升运动受到对流层高层非对称径向出流的影响随高度径向向外倾斜，逆着风切变象限（简称逆风切）的上升运动受到对流层高层非对称径向入流的影响随高度径向向眼区倾斜；高层风切变试验大部分上升运动受到顺风切右侧和逆风切对流层高层非对称径向入流及顺风切左侧对流层中低层非对称径向入流的影响随高度径向向眼区倾斜。（3）低层风切变试验对流层低层以相对对称的径向入流为主，大部分上升运动向眼区移动；高层风切变试验顺风切对流层低层为径向入流，上升运动径向向眼区移动，逆风切对流层低层为径向出流，上升运动径向向外移动。（4）低层风切变试验上升运动的正热力浮力和降水拖曳作用较大，动力浮力以负值为主，导致总浮力从负值到正值分布；高层风切变试验上升运动的正热力浮力和降水拖曳作用较小，动力浮力和总浮力以较小的正值为主。

利用1980～2020年ERA5再分析资料、中国气象局提供的台站降水资料以及NOAA（美国国家海洋和大气管理局）月平均海表温度以及向外长波辐射通量（OLR）资料，分析了东亚副热带急流东西位置与我国夏季降水的关系及其对热带中东太平洋海温异常的响应。结果表明：东亚副热带急流异常偏西年，长江流域高层辐合，低层辐散，偏东偏弱的西太平洋副热带高压（简称西太副高）不利于水汽输送到长江流域，降水异常减少；河套地区高层辐散，伴随上升运动和水汽辐合，降水增多。急流异常偏东年，西太副高偏强、偏西，上述2个地区高低层辐合辐散形势、水汽条件及垂直运动与急流偏西年相反，因此降水异常也呈反位相分布。急流的东西位置与夏季热带中东太平洋海温关系密切。热带中东太平洋海温负（正）异常可以直接冷却（加热）大气，导致该处的对流活动减弱（增强），作用于Walker环流使得热带西太平洋地区出现异常的上升（下沉）运动，再经由经圈环流影响东亚中纬度地区，30°N附近对流活动减弱（增强），通过改变非绝热加热减小（增大）原气候态急流区东部的南北温度梯度，对流层西风减弱（增强），有利于急流偏西（东）。

毫米波云雷达是探测云微物理特征的重要设备，但易受飞虫、飞鸟、气溶胶等非气象目标影响产生晴空回波，导致反演偏差。为提升晴空回波识别精度与普适性，本文提出并实现了一种通用的毫米波云雷达晴空回波识别的深度学习模型——ATNN（Multi-Head Attention Neural Networks），仅利用反射率因子、径向速度、相对高度三种数据产品实现垂直结构特征的自适应学习。基于广西百色市毫米波云雷达观测资料的测试表明：ATNN 在汛期的评分较高，晴空回波识别率平均值为91.98%，气象回波保留率平均值为94.28%；在非汛期过渡到汛期期间，ATNN 评分稍低，晴空回波识别率平均值为87.56%，气象回波保留率平均值为86.38%；相比ATNN，NN（Neural Networks）对晴空回波的识别率稍高，但会把低空强度较低的大量气象回波误判为晴空回波，在非汛期期间气象回波保留率平均仅有54.96%。进一步利用全国15部云雷达资料评估验证，ATNN平均晴空回波剔除率为81.17%，气象回波保留率达93.89%，展现出良好的区域适应性。

基于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）、中国气象局（CMA）、英国气象局（UKMO）和美国国家环境预报中心（NCEP）四个模式的次季节至季节（S2S）数据集以及1997～2022年4～9月的地面观测降水数据，本研究定制化设计的深度残差网络（ResNet）模型，开展持续性极端降水（PEP）的延伸期概率预报。将定制化ResNet模型的确定性预报和概率预报结果与其他四种算法（单一模式集合平均、多模式集合平均、主成分回归和贝叶斯多模式集合平均）进行了对比。结果表明，定制化ResNet模型在概率预报方面优于其他算法。ResNet模型的性能提升得益于空间相关系数的提高，这源于其能够深度挖掘ECMWF S2S数据中PEP特征及ResNet网络结构的优化。因此，定制化ResNet模型的Brier技巧评分（BSS）正技巧可延伸至30天，这对于中国东部地区持续性极端降水的延伸期概率预报具有重要意义。

2024年8月中旬至9月中旬，中国西南地区出现了一次典型的高温干旱复合灾害事件，对当地经济和人民生活造成了较大影响。西南地区的高温干旱复合灾害事件与来自不同地区的季节内振荡（Intraseasonal Oscillations，简称ISO）有关，然而常规统计分析不能区分不同ISO对高温干旱复合灾害的特定作用，本文通过大气环流特征诊断并进行不同ISO信号驱动的WRF侧边界强迫数值模拟试验，分析发现：本次过程由对流层高层的中纬度西风带波列引起的ISO信号导致西南地区区域平均升温1.331°C，主要影响西南地区北部，该ISO信号对整个区域高温干旱贡献率为62.8%；对流层中层的遥相关波列引起的ISO信号造成西南地区区域平均升温0.768°C，主要影响区域集中在四川东部及重庆大部地区，此ISO信号对整个区域高温干旱事件贡献率达37.2%。此次西南地区高温干旱复合灾害发展主要受来自西北边界的中纬度西风带波列的影响，使得南亚高压显著发展并控制西南地区造成位势高度正异常；同时，受来自西北太平洋副热带高压西伸北抬影响下的暖平流作用影响，伴随对流层的位势高度场正异常，引起了区域性温度升高及土壤湿润度的下降。本研究有助于更好地了解西南地区高温干旱复合灾害的成因，并为提高该区域次季节预测水平提供基础。

云模拟的不确定性会影响气候模式中的关键物理过程。本文利用CloudSat/CALIPSO和CERES卫星资料及ERA5再分析资料，分析了LASG/IAP开发的气候系统模式FGOALS-f3中的大气分量FAMIL在100 km、25 km、12.5 km分辨率下对全球气候态云量和云辐射效应（CRE）模拟的分布特征；并基于Xu-Randall云量诊断方案，讨论了模式偏差的可能来源。结果表明，不同分辨率下，云量模拟结果均呈现低（高）纬地区均被低（高）估的特征，而随分辨率增加，模拟技巧呈非线性变化。在全球尺度上，25 km模式云量模拟偏差较100 km模式增大，12.5 km模式较25 km模式在西太平洋暖池等区域云量偏差改善了约4%。模式分辨率增加后，模拟的CRE随云量的减少而偏低。在Xu-Randall方案中，相对湿度（RH）是气候态云量形成的主导因子，因此分辨率的提升会通过影响温度和垂直速度等变量进一步改变RH，间接影响云量偏差。在低纬度对流层中高层，100 km模式垂直速度偏弱，间接导致云量被低估；25 km模式较100 km模式温度偏高，导致云量偏差增大；12.5 km模式较25 km模式温度偏低，致使云量偏差减小。

ENSO（El Niño-Southern Oscillation）是全球海气系统最显著的年际信号，也是影响京津冀夏季降水的重要因素之一。本文基于1961～2023年春季海表温度与京津冀夏季降水、大气环流等数据，分析了春季ENSO与京津冀夏季降水关系的年代际变化及其可能成因。结果表明，对京津冀夏季降水年际异常产生显著影响的春季ENSO关键区在1990年代末发生年代际变化，由前期东太平洋到后期转为中太平洋，尽管转变前后春季ENSO关键区海表面温度（Sea Surface Temperature，SST）对京津冀夏季降水异常的影响均表现为较强的负相关，然而其成因却存在显著差异。在春季ENSO关键区的海温出现异常时，北太平洋、印度洋和大西洋的夏季海温会表现出不同的特征，进而通过不同区域海温异常的协同作用引起热带和中高纬环流异常。当春季ENSO关键区表现为暖海温异常时，副热带西北太平洋存在明显的反气旋环流，在发生年代际转变后此反气旋环流相对偏强，但仍未把水汽输送到京津冀地区；京津冀上空受气旋性环流控制，前期的气旋性环流与北太平洋海温异常相关，后期则是由北大西洋的海温异常激发出欧亚大陆上空的纬向波列所引起，偏北风异常控制京津冀地区导致降水异常偏少。