《气象》编辑部

2025年第51卷9期目录

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2025年第51卷9期封面

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高分辨率区域集合预报混合侧边界扰动方法研究

王婧卓,李红祺,陈静,徐致真,姚梦颖

受限于有限区域,侧边界扰动是区域集合预报的主要扰动方法之一。然而,如何为中国气象局高分辨率区域集合预报系统构建侧边界扰动以提高预报技巧仍不明确。本文利用中国气象局全球集合预报系统扰动场及区域确定性模式的侧边界场,开发了一种混合侧边界扰动方法,并通过动态扰动系数调整扰动振幅。结果表明,无侧边界扰动会抑制预报后期扰动能量的增长,导致集合离散度不足。混合侧边界扰动方案可提高α中尺度和大尺度的扰动能量谱,改进等压面要素和降水的离散度技巧和概率预报技巧。与混合侧边界扰动方案相比,动态混合侧边界扰动方案能增加波长100 km以上的波谱能量,提高离散度技巧关系及低层要素和24 h时效以后的降水概率预报技巧,显示出良好的业务应用潜力。

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CMA-CPEPS和CMA-REPS集合预报系统对2023年中国汛期降水预报的对比评估

熊洁,李俊,陈法敬,李红祺,王明欢,康兆萍

基于CMA对流尺度集合预报系统(CMA-CPEPS)和区域集合预报系统(CMA-REPS)对2023年中国汛期(6月15日至8月28日)降水预报性能进行评估,并检验"23·7"华北特大暴雨过程的预报,得到如下主要结论:CMA-REPS存在降水预报系统性偏强的问题,CMA-CPEPS显著改善了这一问题;相比于CMA-REPS,CMA-CPEPS对晴雨的预报及其随时间变化的预报能力明显更优,且对降水的概率预报和分辨能力更好;CMA-CPEPS和CMA-REPS离散度均偏小,两套系统离散度与均方根误差的比值及空间相关系数均相当;对于"23·7"华北特大暴雨过程的预报,CMA-CPEPS比CMA-REPS展现出更强的时空分布细节捕捉能力,且CMA-CPEPS在降水强度、降水强度随时间演变趋势以及强降水的时空分辨能力方面均更出色,尤其在短历时强降水的预报上具有明显优势。总体来说,CMA-CPEPS对2023年中国汛期降水的预报能力在CMA-REPS基础上提升明显。

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渤海湾飑线入海增强机制的个例研究

梅婵娟,王秀明,李蕊,万夫敬,张莉萍

利用常规观测资料、雷达资料和ERA5再分析数据等,对2021年7月31日夜间影响渤海海区的一次强飑线过程的增强、维持物理过程进行了分析。结果表明:海岸地形、海表温度是影响入海飑线强度变化的关键因子。渤海中西部暖水区有着更好的热力不稳定条件,且风速大值区与海表温度高值区相对应,渤海湾周边热力最不稳定,加上海岸喇叭口地形的"狭管效应"导致沿岸迎风一侧形成显著的风场辐合,有利于沿海对流的触发。初期,陆上多单体风暴形成的冷池出流与环境气流辐合使得风暴向东传播进入渤海湾,渤海湾北部复杂的海岸地形导致的非均匀向岸风有利于沿海分散雷暴单体新生,分散雷暴单体的多次并入使得陆上多单体风暴在沿海持续增强形成飑线。飑线入海后发展为"人字形",伴随冷池合并,并有一中尺度涡旋使得飑线在渤海湾北部海岸线附近加强。在海上飑线加强过程中,暖水区及冷池相关的边界层锋生发挥着至关重要的作用,最终使得飑线在渤海暖水区发展加强,在冷水区减弱消散。

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一次暖区对流组织化发展的成因分析

罗静,郑淋淋,姚晨,邵立瑛,邱学兴,高磊,朱红芳,祁文

2023年5月27日凌晨,安徽南部发生了一次以短时强降水为主的暖区强对流过程,多条南北走向平行排列的β中尺度短对流形成的列车效应造成突发性局地强降水,降水最强时段100 min累计降水量达到123.2 mm。采用安徽省气象台业务运行的快速更新同化系统WRF-EnKF对此次过程进行数值模拟。结果表明:大尺度环境场和中尺度对流系统的相互作用导致多条短对流水平尺度的增长、强度的增强。动力作用方面,对流发生后,短对流与低空急流核之间形成γ中尺度气旋性涡旋造成对流东移发展,同时雷暴出流与环境风场形成的地面辐合线导致南侧触发新对流,使短对流不断向南部线性发展;环境条件方面,多个平行排列的低空急流核为对流的发展提供有利的动力和热力条件,对流强烈发展在中高层形成反次级环流,使其南侧的大气不稳定和深层垂直风切变显著增强。对流之间的相互作用造成短对流结构维持。平行排列的对流形成平行排列的雷暴高压,相邻雷暴出流相互作用形成多个平行排列的正负散度对,垂直方向上在相邻对流之间形成多个平行排列的纬向-垂直环流,有利于多条短对流结构的维持和发展。

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四川盆地东部一次局地强对流天气微物理特征分析

王智立,呼延李豆,高郁东,肖雲

利用重庆S波段双偏振雷达观测、再分析资料和降水融合产品,分析了2021年8月8日西南低涡背景下四川盆地东部一次局地强对流降水天气过程的微物理特征。结果表明:在对流系统发展初期,雷达水平反射率因子(ZH)和差分传播相移率(KDP)开始增强,中上层的冰相水凝物主要由雪粒子构成,低层毛毛雨识别占比在20%〜40%,雨滴粒子较小,地面小时雨强较弱;在对流系统快速发展阶段,ZH、差分反射率因子(ZDR)和KDP均增强较快,出现高度超过8 km的ZDR柱和KDP柱,融化层以下液滴抬升形成过冷水并促进高层冰相过程发生,高层霰粒子增加产生冰雹粒子,伴随高层冰相粒子下落融化,中低层出现高浓度、大粒径雨滴,地面小时雨强快速增强;随着对流系统减弱东移,中高层霰粒子数量减少,冰相粒子再次以干雪和湿雪为主,中低层雨滴粒径和数量均减小,地面小时雨强也随之变弱。双偏振雷达观测参量、水凝物粒子相态类型识别结果能够基本反映此次过程对流系统内部各水凝物之间的变换特征,同时和地面小时雨强的变化特征匹配。

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天津机场一次极端雷暴大风过程的多尺度特征分析

孙一昕,张楠

利用多种资料对2013年8月4日天津机场发生的强雷暴大风(最大风速为31.5 m·s-1)过程进行分析,着重讨论环流背景、风暴结构特征以及强风的形成原因。结果表明:此次强对流过程发生在高空槽后的不稳定大气中,对流层中层存在显著干层,水汽主要集中于925 hPa及以下,对流有效位能超过3000 J·kg-1,配合较强的0~6 km垂直风切变以及边界层内较大的温度直减率,形成了有利于雷暴大风出现的环境条件。天津机场强风是由一个自西北向东南快速传播的飑线导致的,飑线前方的阵风锋过境造成了第一阶段大风的出现,随着飑线临近,其前沿一个快速发展的多单体强风暴产生的下击暴流又导致了第二阶段极端强风的发生。该过程中飑线和下击暴流都表现出明显的移动性,而降水的相变冷却和下沉拖曳以及中层气流辐合则是导致下击暴流形成的主要原因。

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贵阳近百年气温序列的建立及其变化

吴兴洋,严小冬,金凡琦,支亚京,陈怡璇

基于1920年9月5日贵阳国家基准气象站建站以来器测气温记录月报表,建立其百年最高、最低气温及气温日较差序列。经多种方法检验发现,1938—1944年最低气温、气温日较差与序列均值存在显著性差异,1937年、1944年、2000年序列出现断点。根据历史沿革、观测记录簿和天气报存根,多源、多站数据比对判定,1938—1944年报表中的日最高、最低气温不准确,数据改用观测簿记录。用1938—1949年日最高、最低气温均值与日气温差值,建立转换订正标尺,构建1921—1936年缺失日气温。站址迁移引起气温非均一,用本站初值和最优参考站逐年变化值递推订正,最终建立的贵阳近百年气温均一化序列与全球同期气温变化有较好的一致性。结果表明,近百年来,贵阳气温经历了两次较明显的"升温",1937—1953年及始于1978年的升温,本轮升温1996年加速,2011年发生突变。贵阳近百年气温变化倾向率为0.12〜0.14 °C·(10 a)-1;最低气温自1929年以来震荡上升,以0.26〜0.31 °C·(10 a)-1的变化倾向率升温;气温日较差以-0.29〜-0.27 °C·(10 a)-1的变化倾向率减小;最高气温没有明显趋势变化。气温和最低气温秋、冬季升温速率高于春、夏季,2月升温最多,7月升温最少;升温主要由最低气温升高所致。

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大气垂直结构对人工影响天气火箭弹弹道影响

何松蔚,陈昌,高建秋,游积平,刘盛嘉,李铸杰

利用气象观测资料和弹道理论,建立人工影响天气(简称人影)火箭弹飞行弹道模型,分析大气垂直结构对人影火箭弹上升飞行阶段弹道特性的影响。结果表明水平风场的强度和方向对弹道偏转程度影响较大,1000 m高度以下的低层风场对弹道影响明显,大气密度对弹道的影响较小。模型对人影火箭弹射程、射高、偏转有正向修正作用,可以较准确地预测人影火箭弹的飞行弹道。

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滇西南冰雹的X波段双偏振雷达特征统计

姚自伟,龚红梅,陈卓,高正南,何泉威

采用统计分析方法,对孟连X波段双偏振雷达探测到的22例冰雹样本进行分析,得到滇西南地区冰雹的X波段双偏振雷达特征。结果表明:冰雹风暴单体最大水平反射率因子(ZH)≥58 dBz;45 dBz回波高度(H45)≥7.1 km,H45与湿球0°C层高度差≥3.3 km,86%的冰雹单体H45超过-20°C层高度;50 dBz回波高度(H50)≥5.7 km,H50与-20°C 层高度差为-1.2〜2.7 km;垂直累积液态水含量(VIL)密度≥2.8 g·m-3,降雹前1个体扫VIL增大幅度为4.7〜18.3 kg·m-2。差分反射率因子(ZDR)和差分传播相移率(KDP)的平均值和中位数在0°C层及以上集中分布在零值附近,以负值为主;二者在0°C层以下1 km内由负值转为正值,随高度降低逐渐增大;在近地层最大,分别达到1.5 dB和0.7 °·km-1左右。在0°C层及以上,ZDR为-1.92〜1.35 dB、KDP为-1.97〜1.29 °·km-1、相关系数(CC)为0.86〜0.99;在0°C层以下,ZDR为-1.92〜3.74 dB、KDP为-2.98〜2.66 °·km-1、CC为0.79〜0.98。研究结果为滇西南地区X波段双偏振雷达探测识别冰雹的特征提供了参考依据。

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2025年6月大气环流和天气分析——入梅以来南方多地出现极端强降水

邱孙俊杰,张芳华

2025年6月,北半球中高纬度环流呈多波型,西西伯利亚平原至我国西北地区受平均高压脊和高度场正距平控制,西太平洋副热带高压偏西、偏北、偏强。全国平均气温为21.3°C,较常年同期(20.4°C)偏高0.9°C,为1961年以来的次高;高温日数为3.3 d,较常年同期(1.7 d)偏多。全国平均降水量为106.2 mm,较常年同期(102.8 mm)偏多3.3%;梅雨开始偏早,长江中下游等地降水明显偏多。月内有2个台风活动,台风生成显著偏晚,登陆偏早;出现6次暴雨过程、5次高温过程和 5次强对流天气过程,多地出现极端天气。本文简要分析了1号台风"蝴蝶"引发的强降水以及17—23日贵州至长江中下游等地极端强降水过程的基本成因和预报难点。

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2025年第51卷9期目录

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高分辨率区域集合预报混合侧边界扰动方法研究

王婧卓,李红祺,陈静,徐致真,姚梦颖

受限于有限区域,侧边界扰动是区域集合预报的主要扰动方法之一。然而,如何为中国气象局高分辨率区域集合预报系统构建侧边界扰动以提高预报技巧仍不明确。本文利用中国气象局全球集合预报系统扰动场及区域确定性模式的侧边界场,开发了一种混合侧边界扰动方法,并通过动态扰动系数调整扰动振幅。结果表明,无侧边界扰动会抑制预报后期扰动能量的增长,导致集合离散度不足。混合侧边界扰动方案可提高α中尺度和大尺度的扰动能量谱,改进等压面要素和降水的离散度技巧和概率预报技巧。与混合侧边界扰动方案相比,动态混合侧边界扰动方案能增加波长100 km以上的波谱能量,提高离散度技巧关系及低层要素和24 h时效以后的降水概率预报技巧,显示出良好的业务应用潜力。

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CMA-CPEPS和CMA-REPS集合预报系统对2023年中国汛期降水预报的对比评估

熊洁,李俊,陈法敬,李红祺,王明欢,康兆萍

基于CMA对流尺度集合预报系统(CMA-CPEPS)和区域集合预报系统(CMA-REPS)对2023年中国汛期(6月15日至8月28日)降水预报性能进行评估,并检验"23·7"华北特大暴雨过程的预报,得到如下主要结论:CMA-REPS存在降水预报系统性偏强的问题,CMA-CPEPS显著改善了这一问题;相比于CMA-REPS,CMA-CPEPS对晴雨的预报及其随时间变化的预报能力明显更优,且对降水的概率预报和分辨能力更好;CMA-CPEPS和CMA-REPS离散度均偏小,两套系统离散度与均方根误差的比值及空间相关系数均相当;对于"23·7"华北特大暴雨过程的预报,CMA-CPEPS比CMA-REPS展现出更强的时空分布细节捕捉能力,且CMA-CPEPS在降水强度、降水强度随时间演变趋势以及强降水的时空分辨能力方面均更出色,尤其在短历时强降水的预报上具有明显优势。总体来说,CMA-CPEPS对2023年中国汛期降水的预报能力在CMA-REPS基础上提升明显。

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渤海湾飑线入海增强机制的个例研究

梅婵娟,王秀明,李蕊,万夫敬,张莉萍

利用常规观测资料、雷达资料和ERA5再分析数据等,对2021年7月31日夜间影响渤海海区的一次强飑线过程的增强、维持物理过程进行了分析。结果表明:海岸地形、海表温度是影响入海飑线强度变化的关键因子。渤海中西部暖水区有着更好的热力不稳定条件,且风速大值区与海表温度高值区相对应,渤海湾周边热力最不稳定,加上海岸喇叭口地形的"狭管效应"导致沿岸迎风一侧形成显著的风场辐合,有利于沿海对流的触发。初期,陆上多单体风暴形成的冷池出流与环境气流辐合使得风暴向东传播进入渤海湾,渤海湾北部复杂的海岸地形导致的非均匀向岸风有利于沿海分散雷暴单体新生,分散雷暴单体的多次并入使得陆上多单体风暴在沿海持续增强形成飑线。飑线入海后发展为"人字形",伴随冷池合并,并有一中尺度涡旋使得飑线在渤海湾北部海岸线附近加强。在海上飑线加强过程中,暖水区及冷池相关的边界层锋生发挥着至关重要的作用,最终使得飑线在渤海暖水区发展加强,在冷水区减弱消散。

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一次暖区对流组织化发展的成因分析

罗静,郑淋淋,姚晨,邵立瑛,邱学兴,高磊,朱红芳,祁文

2023年5月27日凌晨,安徽南部发生了一次以短时强降水为主的暖区强对流过程,多条南北走向平行排列的β中尺度短对流形成的列车效应造成突发性局地强降水,降水最强时段100 min累计降水量达到123.2 mm。采用安徽省气象台业务运行的快速更新同化系统WRF-EnKF对此次过程进行数值模拟。结果表明:大尺度环境场和中尺度对流系统的相互作用导致多条短对流水平尺度的增长、强度的增强。动力作用方面,对流发生后,短对流与低空急流核之间形成γ中尺度气旋性涡旋造成对流东移发展,同时雷暴出流与环境风场形成的地面辐合线导致南侧触发新对流,使短对流不断向南部线性发展;环境条件方面,多个平行排列的低空急流核为对流的发展提供有利的动力和热力条件,对流强烈发展在中高层形成反次级环流,使其南侧的大气不稳定和深层垂直风切变显著增强。对流之间的相互作用造成短对流结构维持。平行排列的对流形成平行排列的雷暴高压,相邻雷暴出流相互作用形成多个平行排列的正负散度对,垂直方向上在相邻对流之间形成多个平行排列的纬向-垂直环流,有利于多条短对流结构的维持和发展。

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四川盆地东部一次局地强对流天气微物理特征分析

王智立,呼延李豆,高郁东,肖雲

利用重庆S波段双偏振雷达观测、再分析资料和降水融合产品,分析了2021年8月8日西南低涡背景下四川盆地东部一次局地强对流降水天气过程的微物理特征。结果表明:在对流系统发展初期,雷达水平反射率因子(ZH)和差分传播相移率(KDP)开始增强,中上层的冰相水凝物主要由雪粒子构成,低层毛毛雨识别占比在20%〜40%,雨滴粒子较小,地面小时雨强较弱;在对流系统快速发展阶段,ZH、差分反射率因子(ZDR)和KDP均增强较快,出现高度超过8 km的ZDR柱和KDP柱,融化层以下液滴抬升形成过冷水并促进高层冰相过程发生,高层霰粒子增加产生冰雹粒子,伴随高层冰相粒子下落融化,中低层出现高浓度、大粒径雨滴,地面小时雨强快速增强;随着对流系统减弱东移,中高层霰粒子数量减少,冰相粒子再次以干雪和湿雪为主,中低层雨滴粒径和数量均减小,地面小时雨强也随之变弱。双偏振雷达观测参量、水凝物粒子相态类型识别结果能够基本反映此次过程对流系统内部各水凝物之间的变换特征,同时和地面小时雨强的变化特征匹配。

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天津机场一次极端雷暴大风过程的多尺度特征分析

孙一昕,张楠

利用多种资料对2013年8月4日天津机场发生的强雷暴大风(最大风速为31.5 m·s-1)过程进行分析,着重讨论环流背景、风暴结构特征以及强风的形成原因。结果表明:此次强对流过程发生在高空槽后的不稳定大气中,对流层中层存在显著干层,水汽主要集中于925 hPa及以下,对流有效位能超过3000 J·kg-1,配合较强的0~6 km垂直风切变以及边界层内较大的温度直减率,形成了有利于雷暴大风出现的环境条件。天津机场强风是由一个自西北向东南快速传播的飑线导致的,飑线前方的阵风锋过境造成了第一阶段大风的出现,随着飑线临近,其前沿一个快速发展的多单体强风暴产生的下击暴流又导致了第二阶段极端强风的发生。该过程中飑线和下击暴流都表现出明显的移动性,而降水的相变冷却和下沉拖曳以及中层气流辐合则是导致下击暴流形成的主要原因。

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贵阳近百年气温序列的建立及其变化

吴兴洋,严小冬,金凡琦,支亚京,陈怡璇

基于1920年9月5日贵阳国家基准气象站建站以来器测气温记录月报表,建立其百年最高、最低气温及气温日较差序列。经多种方法检验发现,1938—1944年最低气温、气温日较差与序列均值存在显著性差异,1937年、1944年、2000年序列出现断点。根据历史沿革、观测记录簿和天气报存根,多源、多站数据比对判定,1938—1944年报表中的日最高、最低气温不准确,数据改用观测簿记录。用1938—1949年日最高、最低气温均值与日气温差值,建立转换订正标尺,构建1921—1936年缺失日气温。站址迁移引起气温非均一,用本站初值和最优参考站逐年变化值递推订正,最终建立的贵阳近百年气温均一化序列与全球同期气温变化有较好的一致性。结果表明,近百年来,贵阳气温经历了两次较明显的"升温",1937—1953年及始于1978年的升温,本轮升温1996年加速,2011年发生突变。贵阳近百年气温变化倾向率为0.12〜0.14 °C·(10 a)-1;最低气温自1929年以来震荡上升,以0.26〜0.31 °C·(10 a)-1的变化倾向率升温;气温日较差以-0.29〜-0.27 °C·(10 a)-1的变化倾向率减小;最高气温没有明显趋势变化。气温和最低气温秋、冬季升温速率高于春、夏季,2月升温最多,7月升温最少;升温主要由最低气温升高所致。

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大气垂直结构对人工影响天气火箭弹弹道影响

何松蔚,陈昌,高建秋,游积平,刘盛嘉,李铸杰

利用气象观测资料和弹道理论,建立人工影响天气(简称人影)火箭弹飞行弹道模型,分析大气垂直结构对人影火箭弹上升飞行阶段弹道特性的影响。结果表明水平风场的强度和方向对弹道偏转程度影响较大,1000 m高度以下的低层风场对弹道影响明显,大气密度对弹道的影响较小。模型对人影火箭弹射程、射高、偏转有正向修正作用,可以较准确地预测人影火箭弹的飞行弹道。

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滇西南冰雹的X波段双偏振雷达特征统计

姚自伟,龚红梅,陈卓,高正南,何泉威

采用统计分析方法,对孟连X波段双偏振雷达探测到的22例冰雹样本进行分析,得到滇西南地区冰雹的X波段双偏振雷达特征。结果表明:冰雹风暴单体最大水平反射率因子(ZH)≥58 dBz;45 dBz回波高度(H45)≥7.1 km,H45与湿球0°C层高度差≥3.3 km,86%的冰雹单体H45超过-20°C层高度;50 dBz回波高度(H50)≥5.7 km,H50与-20°C 层高度差为-1.2〜2.7 km;垂直累积液态水含量(VIL)密度≥2.8 g·m-3,降雹前1个体扫VIL增大幅度为4.7〜18.3 kg·m-2。差分反射率因子(ZDR)和差分传播相移率(KDP)的平均值和中位数在0°C层及以上集中分布在零值附近,以负值为主;二者在0°C层以下1 km内由负值转为正值,随高度降低逐渐增大;在近地层最大,分别达到1.5 dB和0.7 °·km-1左右。在0°C层及以上,ZDR为-1.92〜1.35 dB、KDP为-1.97〜1.29 °·km-1、相关系数(CC)为0.86〜0.99;在0°C层以下,ZDR为-1.92〜3.74 dB、KDP为-2.98〜2.66 °·km-1、CC为0.79〜0.98。研究结果为滇西南地区X波段双偏振雷达探测识别冰雹的特征提供了参考依据。

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2025年6月大气环流和天气分析——入梅以来南方多地出现极端强降水

邱孙俊杰,张芳华

2025年6月,北半球中高纬度环流呈多波型,西西伯利亚平原至我国西北地区受平均高压脊和高度场正距平控制,西太平洋副热带高压偏西、偏北、偏强。全国平均气温为21.3°C,较常年同期(20.4°C)偏高0.9°C,为1961年以来的次高;高温日数为3.3 d,较常年同期(1.7 d)偏多。全国平均降水量为106.2 mm,较常年同期(102.8 mm)偏多3.3%;梅雨开始偏早,长江中下游等地降水明显偏多。月内有2个台风活动,台风生成显著偏晚,登陆偏早;出现6次暴雨过程、5次高温过程和 5次强对流天气过程,多地出现极端天气。本文简要分析了1号台风"蝴蝶"引发的强降水以及17—23日贵州至长江中下游等地极端强降水过程的基本成因和预报难点。

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