围绕全国天气预报、强对流（大风）监测预警服务等业务需求，对逐时极大风风速观测资料与模式小时阵风风速预报资料进行质量控制、时空匹配等预处理，同时采用多重网格变分分析方法，将极大风风速观测场与模式预报背景场进行融合，生成中国区域1 km逐时极大风实况分析产品（V1.0）。该产品滞后5 min更新，整体的独立检验均方根误差为1.9 m/s，非独立检验均方根误差为0.68 m/s。不同风速极大风产品的评价指标有较大差异，随着风速增大，样本数下降，产品的误差有较明显增大，且准确率逐步降低，但融合产品能够有效提升极大风速的数据质量。其中，9级以上风速的准确率提高了89.3%，相对误差下降了27.4%。该产品的研制可为灾害性大风、台风等防范及决策制定提供数据支撑。

郑州“7.20”暴雨是百年一遇的特大暴雨，持续时间长、小时降水强度大。本研究主要针对该暴雨过程瞬时降水强度特征展开边界层涡动传输对比分析，旨在探究此次小时降水极值形成过程中边界层结构特征及其作用。通过分别调整局地涡动扩散系数和逆梯度项系数，进行3组对比试验，结果显示：（1）边界层涡动传输过程对郑州特大暴雨局地1 h降水量极值有重要影响，局地涡动扩散系数减小主要使降水强度显著减弱，逆梯度项主要影响降水落区和演变过程；（2）边界层次网格尺度传输过程对产生暴雨的大尺度背景条件具有较强调制作用，调整边界层水汽和热量涡动传输过程可明显影响局地水汽供应和大气不稳定条件；（3）水汽和热量涡动传输可使水汽通量辐合及大气低层不稳定的分布、强度、时间演变发生显著变化，进而影响瞬时降水强度极值和出现时间，可能是影响本次局地强降水模拟的重要因子。

尽管台风路径和强度的数值预报已取得显著进展，但依然难以满足业务预报的需求。利用高分辨率中尺度数值预报模式WRF，通过不同的模式初值、起报时间和微物理参数化方案的8组组合试验，揭示模式初值对台风“利奇马”（1909）路径预报的敏感性，并将最大和最小路径误差的模拟结果作为代表性试验，构建了改进模式初值的敏感性试验，以此进一步研究不同模式初值导致台风路径预报差异的影响机制。结果表明：西太平洋副热带高压（简称副高）强度和范围的准确预报对台风路径的预报起重要作用，初始场中副高偏强将导致模式预报的副高偏强，致使台风沿副高西移、北上受阻且移速偏慢，从而导致路径预报误差显著增大。其次，台风移动路径与不同阶段台风内核结构的预报误差密切相关，而大尺度环流形势背景下的风垂直切变可能是导致这一误差的重要原因。此外，副高范围和强度偏大，台风中心附近水平风速非对称分布为对流触发提供了有利条件，进一步使得台风强度增大，是模拟台风移速偏慢的重要原因。

为深化对湘江河谷特殊地形下中尺度对流系统组织形态的认识，利用高时空分辨率的自动气象站观测资料、长沙气象站风廓线雷达资料、ERA5再分析资料并结合多普勒雷达分析系统四维变分同化资料，研究了2022年5月29日20时至30日06时（北京时）湘江河谷发生的一次极端强降水过程，重点分析了对流组织形态的演变过程。结果表明：此次极端强降水过程发生在700 hPa东北冷涡底部偏北干冷气流和西南暖湿气流的辐合区域。在起始阶段，簇状对流零星触发，并逐渐组织化为一条带状中尺度对流系统；在发展阶段，环境风垂直切变形成的正涡度和冷池产生的负涡度逐渐趋向平衡，配合西南急流的增强输送大量水汽，带状对流系统快速发展，1 h极端降水达103 mm；在维持阶段，带状对流系统内部上升气流产生的补偿下沉气流抑制了系统中部的对流生成，且下沉气流增强了对流中低层雨滴的蒸发并将西风水平动量下传至近地面，增强了带状对流系统东部的对流，导致对流系统分裂成多雨团中尺度对流系统；而后对流系统逐渐南移，低层暖湿气流受到雪峰山和明阳山阻挡产生绕流，新生对流多在湘江河谷西缘触发，移动至河谷东部后逐渐减弱，导致累计降水量的分布在湘江河谷呈西强东弱的特点。

华北地区日间和夜间强降水过程的环境条件特征异同尚未完全明确。利用经质量控制的981个地面加密气象站降水观测数据和ERA5再分析资料，综合分析了2013—2023年5—9月华北地区日间型和夜间型强降水过程的时、空分布特征和环境条件的异同，并利用倾斜旋转T模态主成分分析方法对这两类强降水过程分别进行了环流形势分类，从而对比分析各类环流形势的相应环境物理量分布特征，为加深对华北夜间强降水形成机制认识提供依据。结果表明：华北地区夜间型强降水过程午夜后加强特征突出、过程数多、站点分布集中，而夜间型过程的前半夜降水和日间型过程对流性更强，二者都主要发生在7和8月。夜间型强降水过程水汽条件显著好于日间型，而日间型对流有效位能（CAPE）强于夜间型；两类强降水过程的850和500 hPa温差、850 hPa垂直速度分布接近；降水峰值时刻前的低层风速和0—1 km风垂直切变夜间型明显强于日间型。副高边缘低槽和低涡是华北地区强降水过程的主要影响系统。不同类型环流形势的强降水环境物理量场特征分布存在差异，日间型的深槽类和夜间型的冷涡类环流形势水汽条件最差；0—6 km风垂直切变（SHR₆）和0—3 km风垂直切变（SHR₃）总体较弱，日间型强降水过程SHR₆略强于夜间型，夜间型强降水过程SHR₃略强于日间型。以上结果表明华北夜间强降水过程与东亚夏季风关系密切，具体表现为非常充沛的水汽、较高的假相当位温（θ_se）、适当的CAPE和强的大气低层风速等，而低层风场和SHR₃分布表明华北夜间强降水的主导因子之一是低空急流或强风速区的日变化。

为获取高精度的风廓线和湍流产品，全面认识测风激光雷达应用潜力，基于径向速度和信噪比，开展了测风激光雷达5波束（DBS5）模式观测资料的质量控制算法研究。通过与铁塔上安装的三维超声风速仪观测资料对比，评估了测风激光雷达DBS5模式获取的三维风速和湍流的探测性能。结果显示，在140 m高度处，测风激光雷达具有卓越的观测精度，水平风速（WS）、垂直速度（w）、垂直速度标准差（σ_w）、摩擦速度（u_*）和平均湍流强度（TKE）的均方根误差（RMSE）分别低至0.4 m/s、0.1 m/s、0.1 m/s、0.1 m/s和0.5 m²/s²。此外，还分析了时间尺度、观测仰角和空间尺度对雷达观测精度的影响。分析发现，时间尺度的变化对其观测精度影响可以忽略不计，而观测仰角对TKE影响较大。空间尺度对w、σ_w和u_*影响较小，而对WS和TKE影响较大。研究北京晴空条件下的湍流廓线特征发现，不同时段、不同高度垂直速度功率谱均展现经典−5/3幂次律特征，但在高频区域存在白噪声，且白噪声随着探测高度的上升而增大，在边界层以上尤为显著。对低空急流的垂直湍流结构特征分析表明，低空急流期间伴有强烈的上升运动，且急流高度以下的湍流较强，急流高度及其以上的湍流大幅度减弱。研究为测风激光雷达在不同场景下的应用提供了基础支撑，揭示了北京晴空条件下的湍流廓线特征。

后向传播型中尺度对流系统（Mesoscale Convective System，MCS）极易引发突发性、局地性短时强降水。为了揭示该类MCS的特征及其与强降水的联系，对浙江省2015—2021年暖季引发短时强降水的后向传播型MCS的时空分布、不同类型组织形态和环境热、动力因子进行了系统研究，结果表明，引发浙江短时强降水后向传播型MCS存在有显著的月际变化和日变化规律，主要发生在6和7月，且分别以最大小时雨量30和50 mm为主。MCS主要形成在11—14时（北京时，下同），尤其12—13时形成的最多。绝大多数MCS的持续时长≤12 h，其中持续10 h的数量最多。后向传播开始的时间呈准双峰型，较MCS生成的主要时间晚2—3 h。近90%的个例最大小时雨量出现时间在后向传播开始之后0—2.5 h内。根据对流系统组织的演变特征，短时强降水后向传播型MCS分为平流型、准静止型、转向型和传播型4种，约42%发生在弱天气尺度系统强迫下。后向传播型MCS常发生在中等能量、高湿、具有一定风垂直切变的热、动力环境中，但不同组织类型的环境因子存在一定差异。准静止型MCS占比最高（44.7%），其环境场动力特征较显著，具有较强的大气层结不稳定、较强的引导气流和中低层风垂直切变，产生的平均最大小时雨强相对较弱（中位数为50 mm/h）；而传播型MCS（占比约17%）的环境场热力特征较明显，表现为较大的对流有效位能（CAPE）和整层可降水量（PW），造成的平均最大小时雨强最强（中位数达70 mm/h）。

2023年河西走廊中部出现了60年一遇的极端高温干旱，给当地农业生产和生态环境带来不利影响，造成严重的经济损失。利用河西走廊中部6个国家基本气象站1951—2023年逐月降水和气温资料、黑河上游莺落峡水文站黑河径流量资料、FY-3D/MERSI资料、GF-1卫星观测资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料、国家气候中心提供的88项大气环流指数和26项海温指数，对2023年河西走廊中部高温干旱从气象、水文、生态、农业等多角度探讨了高温干旱特征及影响，重点分析了降水对大气环流和关键区海温的异常响应。结果表明：2023年5—9月河西走廊中部降水和平均气温均突破历史极值，降水量创历史新低，气温创历史新高，高温叠加降水偏少，使干旱强度明显加重，引发祁连山中段积雪面积减小45.8%，黑河年径流偏枯15%，主要水库面积减小25.8%—66.0%。干旱的传递特征是气象干旱—水文干旱—生态和农业干旱。河西走廊中部5—9月降水量存在5、11、17、32 a显著多尺度振荡，多个时间尺度显示2023年均处于偏少期。河西走廊中部干旱的异常环流特征是西太平洋副热带高压脊线偏南、西伸脊点偏东、南亚高压脊点偏东、印度低压偏弱、北半球和亚洲区极涡面积偏小、亚洲中高纬度阻塞高压偏强、欧亚地区西风环流经向度加大、Nino3区和西风漂流区海温偏高、黑潮区海温偏低。

气-浪相互作用是海-气交互面重要的动力学过程。海表空气动力粗糙度是气-浪相互作用的关键变量。旨在构建气-浪耦合系统并初步探索海浪模式提供的海表空气动力粗糙度对天气、气候模拟的影响。研究依托ESMF/NUOPC地球系统耦合框架，基于全球-区域一体化预测系统（GRIST）和海浪模式（WW3），发展了GRIST-WW3气-浪耦合模式系统。耦合系统中由大气模式提供海表10 m风场驱动海浪模式运行，根据海浪模式反馈的波浪参数计算海表粗糙度并导入大气模式。模拟结果表明，GRIST-WW3气-浪耦合模式系统能够保证大气和海浪模式的准确数据交换和高效运行，可再现和观测较为一致的海表风场和有效波高的空间分布。在南半球西风带和台风附近等高风速区域，GRIST模式模拟的10 m风速和有效波高相对ERA5再分析数据偏高。引入气-浪双向耦合过程显著提高了海表粗糙度的平均值和离散度，可减小高风速区域的模拟误差。在台风“烟花”个例的模拟试验中，气-浪耦合对台风中心最低气压的影响较小，对台风路径和10 m最大风速的模拟有一定优化效果。海表粗糙度参数化方案显著影响气-浪耦合模式系统在高风速区域的模拟准确性，方案后续优化应基于模式偏差特征，以降低风速模拟的偏差为主要出发点。

利用中国气象局上海台风研究所（CMA-STI）西北太平洋海域热带气旋（TC）最佳路径数据集，选取路径穿过江苏省的TC，采用统计分析与合成分析等方法，揭示了穿过江苏的TC活动及潜在破坏力的时空分布。结果表明，1949—2021年西北太平洋TC中共有67个穿过江苏，分别占西北太平洋和登陆中国TC总数的2.7%和10.2%，7和8月生成频数最多、源地分布范围最广。从生成到进入江苏，穿过江苏TC主要在6—10月登陆，8月登陆频次最多、登陆点南北跨度最大，登陆路线共有14种，其中以登陆中国台湾后二次登陆福建省经陆上进入江苏的登陆路线占比最高。穿过江苏的TC其4类路径的整体形态和穿过江苏时的运动方向与西太平洋副热带高压西伸北抬程度密切相关。TC主要发生在7—9月，从江苏东南部进入，于江苏东部沿海离开，西太平洋副热带高压和季风环流等大尺度系统的季节性调整使得TC进入和离开江苏的位置随月份分别发生北上-南落和西进-东退的分布变化。江苏TC路径频率总体上表现为由江苏东南部向西北方向减少的分布特征，TC平均移动方向以偏北或北偏东为主，路径频率和移速矢量的空间分布存在明显的月际变化。由于1949—2021年穿过江苏TC的登陆强度和在江苏境内平均强度均显著增大，江苏区域TC潜在破坏力（JS-PDI）存在显著上升趋势。JS-PDI存在明显月际变化，其中8月JS-PDI明显高于其他月份。JS-PDI大值区主要分布于沿海区域和苏南东部，与江苏区域TC平均强度大值区分布较为一致，同时JS-PDI大值中心与江苏省TC路径频率大值中心存在较好的对应关系。