A critical analysis of the assumptions underlying the formulation of maximum potential intensity for tropical cyclones
伊曼纽尔的最大潜在强度概念（E-PI）是在假设热成风（梯度风和流体静力平衡）和自由对流层倾斜中性的情况下，根据环境参数估算热带气旋的最大速度。E-PI的关键方程将饱和湿熵和角动量的径向梯度成比例地联系起来。这里的E-PI推导重新考虑表明，热成风和倾斜中性意味着零径向梯度的饱和熵和角动量在一个高度，对于一个给定的半径，切向风有一个最大值。它进一步表明，虽然E-PI的关键方程要求，在最大切向风的点，空气温度必须增加对风暴中心，热成风方程指示相反。通过对自由对流层最大切向风高度上的运动方程的分析，得出了这里的气流必然是超梯度的结论。这意味着当气流趋于恢复平衡时，自由对流层中的超梯度因子（梯度风不平衡的量度）必须改变。结果表明，这样的变化修改的导数饱和熵角动量，因此不能保持恒定的E-PI要求在自由对流层。E-PI的内部相干性，包括其边界层封闭，这些研究结果的影响进行了讨论。
2023-01-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Determining Meteorological Tidal Transport through a Channel on the Coast
Louisiana State University（路易斯安那州立大学）
本研究通过关联船载与底置ADCP数据的方法，确定海岸通道的气象潮汐水体输送量，发现远程风效应主导输送，通道取向对输送幅度和相位至关重要，揭示了天气系统对陆-海水体交换的影响。
2026-08-17 physics.ao-ph
The Design and Performance of Meteorological Sensors for WindBorne Global Sounding Balloons
WindBorne Systems；Center for Western Weather and Water Extremes, Scripps Institution of Oceanography, University of California San Diego（西加州天气与水极端研究中心，斯克里普斯海洋研究所，加利福尼亚大学圣迭戈分校）；NOAA/NCEP Environmental Modeling Center（美国国家海洋和大气管理局/国家环境预报中心）
本文介绍了风载体全球 sounding 气球的传感器设计与性能，通过校准和数据处理优化，实现了高精度的气象数据收集与验证。
2026-02-02 physics.ao-ph
Meteorological conditions during Dunkelflauten in Germany: Characteristics, the role of weather regimes and impacts on demand
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
本研究引入天气型概念分析德国Dunkelflauten（黑暗无风期）的气象特征，发现其多发生于冬季，主要由欧洲阻塞型高压导致，格陵兰阻塞型下的该现象还会推高用电需求，为弹性能源系统规划提供依据。
2022-12-09 physics.ao-ph
A two-year intercomparison of CW focusing wind lidar and tall mast wind measurements at Cabauw
荷兰皇家气象研究所（KNMI）在Cabauw站点对ZephIR 300垂直剖面连续波（CW）聚焦激光雷达进行了为期两年的测量活动。我们专注于（高度相关）的数据可用性的风激光雷达在各种气象条件下的数据质量，通过比较与现场风测量在几个级别的213米高的气象桅杆。我们发现质量控制的风激光雷达数据的总体可用性为97%至98%，其中缺失的部分主要是由于超过1 mm/h的降水事件或100 m以下的雾或低云。水平风速的平均偏差在0.1 m/s以内，桅杆测风激光雷达测量值与测风激光雷达测量值之间具有高度相关性，尽管在某些特定条件下（非常高的风速、雾或低云）观察到较大的偏差。风向的平均偏差在2度以内，这与风激光雷达和桅杆风向标的对准中的组合不确定性处于相同的量级。这种类型的仪器的风向输出中的众所周知的180度误差发生在大约9%的时间。采用了基于10 m高度辅助风向标数据的修正方案，使180度误差减小到2%以下。该方案可以应用于实时应用中，如果附近的，自由暴露的，桅杆与风向测量在一个单一的高度。
2021-05-25 physics.ao-ph
Alternative application for the radiation background in the development of the atlas database of atmospheric radiation
辐射是当今环境预测中需要考虑的变量之一，它与全球变暖、温室效应的加剧有着密切的关系。气象组织考虑的辐射取决于世界辐射参考（WRR），世界标准组（WSG），由世界气象组织（WMO）处理。这项工作是以宇宙微波背景为基础的，它是为了获得关于地球大气层中入射辐射的信息而需要估计的一个变量，是对UPME和IDEAM建立辐射图集的一个宝贵和有意义的贡献。由于考虑的变量是紫外和红外辐射、臭氧柱、直接辐射和散射辐射，后两者得到的是全球辐射，也是全国唯一由国家气象组织评估的。作为一个研究项目，对宇宙背景辐射的研究将提供数据，以加强哥伦比亚的气象信息系统，并得到贝叶斯方法的支持;证明宇宙背景辐射可大大增加全球变暖造成的对流层、平流层和中间层世界温度的变化。
2014-09-16 physics.ao-ph physics.ins-det
Meteorological data for the astronomical site at Dome A, Antarctica
本文分析了昆仑自动气象站在南极冰穹A收集的气象资料，包括雪面以上8个海拔高度0 ~ 14.5m的温度和风速。2 m和14.5 m处的平均温度分别为$-54^{\circ}$ C和$-46^{\circ}$ C。我们发现，一个强烈的逆温存在于所有高度超过70%的时间，逆温通常持续超过25小时，这表明一个非常稳定的大气。低海拔地区的温度梯度大于高海拔地区。在4 m海拔处平均风速为1.5m/s。我们发现，当风速较低时，逆温较强，温度梯度在每个海拔高度的特定风速下急剧下降。强烈的逆温和低风速导致其上有一个浅而稳定的边界层，上面有弱的大气湍流，这表明Dome A应该是一个很好的天文观测地点。气象站的所有数据都可以下载。
2014-08-01 astro-ph.IM physics.ao-ph
Meteorological assessment of vertical axis wind turbine energy generation potentials across two Swiss cities in complex terrain
本研究通过高分辨率气象模拟和VAWT功率曲线，评估了洛桑和日内瓦两座复杂地形城市的垂直轴风力发电潜力，发现洛桑风速高24%，夏季潜力最大，单机年发电2665千瓦时，强调需考虑城市异质性和区域环流。
2025-01-19 physics.ao-ph physics.soc-ph
Descriptor: Five years of meteorological surface data at Oak Ridge Reserve in Tennessee
本文对橡树岭国家实验室五年15分钟间隔气象数据进行了全面质量评估、清洗与插补，并公开数据产品及可推广的Python处理流程，用于训练复杂地形下的大气扩散模型。
2025-01-27 physics.ao-ph
Improving trajectory calculations using deep learning inspired single image superresolution
University of Bremen（不来梅大学）；University of Vienna（维也纳大学）；Memorial University of Newfoundland（纽芬兰纪念大学）
拉格朗日轨迹或粒子弥散模型以及半拉格朗日平流方案需要独立于规则网格移动的粒子的确切时空位置处的气象数据，例如风、温度和地球势。传统上，这种高分辨率数据是通过从气象模型或再分析的网格化数据中插值气象参数获得的，例如使用空间和时间上的线性插值。然而，插值误差是这些模型的一个很大的误差源。减少它们需要具有高空间和时间分辨率的气象输入字段，这可能并不总是可用的，并且可能导致严重的数据存储和传输问题。在这里，我们将此问题解释为单个图像超分辨率任务。我们将原始分辨率下可用的气象场解释为低分辨率图像，并训练深度神经网络将其扩展到更高的分辨率，从而为拉格朗日模型提供更准确的数据。我们在低分辨率ERA5再分析数据上训练各种版本的最先进的增强型深度残差网络超分辨率，目标是将这些数据扩展到任意空间分辨率。我们发现，由此产生的放大风场的均方根误差的一半大小的风与线性空间插值在可接受的计算推理成本。在使用拉格朗日粒子扩散模型FLEXPART和降低分辨率的风场的试验装置中，我们证明，计算出的轨迹与用未退化的0.5°风计算出的“地面实况”轨迹的绝对水平输送偏差至少减少了49.5%当在2°至1°（4°至2°）分辨率数据上训练时，相对于使用风数据的线性插值的轨迹，48小时后的平均风速（21.8%）。
2022-06-07 cs.LG physics.ao-ph
PARMESAN: Meteorological Timeseries and Turbulence Analysis Backed by Symbolic Mathematics
本文介绍 Python 包 PARMESAN，它基于符号数学生成气象时间序列与湍流分析函数，支持多种大气物理量计算、谱分析、文档自动生成及误差传播，并保证单位与值域一致性。
2023-09-26 physics.ao-ph
Gaussian copula modeling of extreme cold and weak-wind events over Europe conditioned on winter weather regimes
需要向可再生能源过渡，以减缓气候变化。在欧洲，这一转变由风能引领，风能是增长最快的能源之一。然而，能源需求和生产在多个时间尺度上对气象条件和大气变化很敏感。为了实现这两个变量之间所需的平衡，在能源系统的设计中必须考虑高需求和低风能供应的临界条件。我们描述了一种方法来建模气象变量的联合分布，而不对它们的边际分布做任何假设。在这种情况下，高斯copula模型的相关性质的冷弱风事件。边际分布建模与逻辑回归定义两组二元变量作为预测因子：四个大规模的天气制度和延长冬季的月份。通过将此框架应用于ERA5数据，我们可以计算高分辨率网格（0.25度）上冷和弱风事件共同发生的联合概率。我们的研究结果表明：a）在模拟冷和弱风事件时必须考虑天气状况，b）在模拟这些事件的联合分布时，必须考虑这些事件之间的相关性，c）我们需要单独分析每个月，以及d）复合事件的最高估计天数与北大西洋涛动的负相位有关（1月芬兰、爱尔兰和立陶宛平均3天，2月法国和卢森堡平均3天）和斯堪的纳维亚阻塞模式（1月爱尔兰和2月丹麦平均3天）。这一信息可用于对此类事件进行季节性或次季节性预测。
2023-01-26 physics.ao-ph
Hybrid Quantum-Classical Corrective Diffusion Modeling for Meteorological Downscaling
University of Iceland（爱沙尼亚大学）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；University of Cologne（科隆大学）
提出一种混合量子-经典校正扩散模型，通过在扩散UNet的瓶颈层插入变分量子电路进行潜在通道混合，在10米风场降尺度任务中改善了MAE和CRPS，并保持了空间结构与能谱分布。
2026-05-22 cs.LG physics.ao-ph quant-ph
Logarithmic Wind Profile: A Stability Wind Shear Term
在湍流动能方程项的基础上，提出了对数风廓线的稳定性风切变项。在剪切产生项中考虑了受热分层影响的部分。这种热影响的剪切力与浮力项进行比较，得到稳定性风切变项。雷諾应力也被认为是与来自机械层结和热层结过程的风切变有关的两个分量之和。在非中性条件下，稳定性风切变不仅与热力层结项的雷諾应力有关，而且与力学项的雷諾应力有关。在巴西东北部海岸，距海岸线300米的平坦地形上，用Pedra do Sal实验的数据验证了风廓线及其导数。这里靠近赤道线，所以气象条件受信风和海风的影响很大。该站点有一个100米高的塔，有五个仪器水平，一个3D声波风速计和一个高达500米的中程风激光雷达剖面仪。从2013年9月到11月，对数据集进行了处理和过滤，得到了大约550小时的数据。结果表明，风廓线的导数R^2为0.87，RMSE为0.08 m/s。计算得到的风廓线在不稳定状态下可达400 m，在稳定状态下可达280 m，R^2优于0.89。所提出的方程是有效的，这一特定的网站，并限于一个稳定的状态条件下，恒定的湍流通量在表层。
2014-05-20 physics.ao-ph
Identifying Lightning Processes in ERA5 Soundings with Deep Learning
本研究构建深度神经网络关联ERA5垂直廓线与ALDIS闪电数据，识别闪电有利环境，在2019年测试集上优于传统专家特征模型，且学习到的特征符合雷暴电荷分离物理机制。
2024-06-25 physics.ao-ph
Forecast of surface layer meteorological parameters at Cerro Paranal with a mesoscale atmospherical model
本文的目的是证明所有最相关的经典大气参数的天文应用（风速和风向，温度）以上的ESO的Cerro Paranal的地面基地网站与中尺度大气模型称为Meso-Nh的预测的可行性。在前人的文章中，我们初步讨论了模式在重建0-30~m近地层大气参数时的性能，研究了20个夜晚统计样本的偏差和RMSE。结果非常令人鼓舞，因此似乎必须在更丰富的统计样本上证实这样一个良好的结果。本文将研究扩展到2007年至2011年期间分布在太阳年不同部分的129个夜晚的总样本。这一大样本使我们的分析在模型性能方面更加稳健和明确，并使我们能够确认模型的优异性能。此外，我们提出了一个独立的分析模型的性能使用列联表的方法。这样的方法使我们能够提供补充的关键信息方面的偏见和RMSE特别有用的业务实施的预测系统。
2015-04-07 astro-ph.IM physics.ao-ph
Internal wave and turbulence observations with very high-resolution temperature sensors along the Cabauw mast
了解大气边界层的特性对于理解特别是由湍流运动驱动的空气和悬浮物的再分布是至关重要的。尽管有许多模拟研究，仍然需要详细的观察，在稳定和不稳定的条件下的湍流交换的发展。在本文中，我们提出了一个尝试，观测描述大气内波及其相关的湍流涡旋的细节，在不同的稳定条件。因此，我们在200米长的电缆上安装了198个高分辨率温度T传感器，间距为1米。2017年夏末，这条装有仪器的电缆沿着荷兰Cabauw 213米高的气象桅杆连接。桅杆在6个高度的可伸缩吊杆处装有标准气象设备。声波风速计位于离地面60米处。T传感器在空气中的时间常数为τ = 3 s，表观漂移约为0.1 ℃/mo。此外，由于辐射效应，短期测量不稳定性在夜间为0.05摄氏度/小时，在白天为0.5摄氏度/小时。由于最大一个数量级的相对较窄的惯性子范围，这些T传感器特性妨碍了对大气湍流的定量研究。然而，高度-时间图像从两个对比的夜晚显示内波的浮力约300秒，和剪切和对流变形的分层在整个197米的观测范围内，夜间边缘稳定分层的支持。中等风速导致20米高对流穿过较弱层结，弱风速导致<10米高切变不稳定穿过较大层结。
2022-08-15 physics.ao-ph
Early warning of road icing from antecedent meteorological conditions without consistent critical slowing down
Hankuk University of Foreign Studies（韩国外国语大学）；Jeju National University（济州国立大学）
本研究基于韩国道路气象站数据，发现道路结冰前无一致临界减速信号，但结合前期气象条件可提升预警准确性，表明结冰主要由外部强迫驱动。
2026-09-29 physics.ao-ph stat.AP
Meteorology-driven Causal Nowcasting of Fugitive Landfill Emissions from Measured Coupling Timescales
UKHSA（英国卫生安全局）
本研究提出CAIRN机器学习框架，结合气象数据实现垃圾填埋场逸散排放的因果临近预报，生成分级警报助力公共卫生部门主动干预，减少居民暴露。
2026-10-02 cs.AI cs.CY cs.LG
Site testing study based on weather balloons measurements
我们目前的风和温度廓线在圆顶C测量气球出生的探空仪在极地夏季。在2000年至2004年期间，为4次活动处理了197次飞行的数据。结果表明，C穹顶的风况异常，平均地面风速为3.6m/s。11月中旬，我们注意到高空强风（40米/秒）的存在，可能是由于极涡在夏季消失。这些风似乎对同一时期用DIMM进行的测量没有影响。温度廓线在高度5500米（雪面以上）处出现最小值，定义了对流层顶。近地层温度廓线下午在距地面前50 m处有负梯度，午夜前后有较强的逆温层（50 m以上5°C）。风廓线与其他天文网站进行比较，并与法国气象局的气象模型。
2018-11-30 astro-ph.IM physics.ao-ph
Modeling Daily Pan Evaporation in Humid Climates Using Gaussian Process Regression
University of Tabriz（大不里士大学）；Ton Duc Thang University（东德大学）；Obuda University（欧布达大学）；Oxford Brookes University（牛津布鲁克斯大学）；J. Selye University（塞利耶大学）
蒸发是水文循环中的主要过程之一，是农业、水文和气象研究中最关键的因素之一。由于蒸发量是一个复杂的非线性现象，受多种气候因子的影响，利用基于数据的方法可以对蒸发量进行精确估计，为此，采用高斯过程回归、最近邻法、随机森林和支持向量回归等方法对伊朗Golestan省的蒸发皿蒸发量进行了估计。为此目的，从2011年到2017年从Gonbad-e Kavus、Gorgan和Bandar Torkman站收集的气象数据，包括PE、温度、相对湿度、风速和日照时数。采用均方根误差、相关系数和平均绝对误差等统计指标对所研究方法的准确度进行了评价。此外，泰勒图用于评估所述模型的精度。我们报告说，GPR的Gonbad-e Kavus站的输入参数的T，W和S和GPR的Gorgan和Bandar Torkmen站的输入参数的T，RH，W，和S有最准确的性能，并提出了精确的估计PE。由于伊朗的蒸发率高，而且缺乏测量仪器，目前的研究结果表明，可以用几个容易精确测量的气象参数来估计PE值。
2019-08-01 cs.LG physics.ao-ph stat.ML
Thirteen years of Weather Statistics at San Pedro Martir Observatory
我们提供了2007-2019年期间在Sierra San Pedro Mártir国家天文台（OAN-SPM）收集的13年气象站数据的天气统计数据。这些气象站包括测量温度、大气压力、相对湿度、降水和风力状况以及其他气候变量的传感器。白天和夜间气温的中值分别为$10.3^{\circ}$ C和$7.0^{\circ}$ C。相对湿度随季节变化，4月至6月是最干燥的月份，而7月至9月是最潮湿的月份。白天和夜间数据的持续风速中值分别为11和14 km hr $^{-1}$。首选风向为SSW和北。持续的风力在夜间和12月、1月和2月期间更强。我们的数据表明，年平均降雨量为313毫米，其中大部分发生在夏季下午雷暴。
2020-08-06 astro-ph.IM physics.ao-ph
Incorporating geostrophic wind information for improved space-time short-term wind speed forecasting
准确的短期风速预测是风能资源快速开发和高效运行的需要。然而，这是一个非常具有挑战性的问题。虽然在大尺度上，风速与气压，温度和其他气象变量有关，但通过将气压和温度直接纳入先进的时空统计预报模型，三角方向日（TDD）模型，并没有发现预报精度的提高。本文提出了将地转风作为一个新的预报因子加入到TDD模式中。地转风通过观测到的气压梯度力和由于地球自转引起的科里奥利加速度之间的近似平衡来捕捉风和气压之间的物理关系。根据我们对西德克萨斯州数据的数值实验，我们的新方法比TDD模型更准确地预测了基于三种不同评估标准的1至6小时的气压和温度预报。此外，采用逐时移动平均风速来拟合日变化模式，可以进一步减小预报误差。例如，我们的新方法获得了13.9%和22.4%之间的整体平均绝对误差减少相对于持久性在2小时前的预测，和5.3%和8.2%之间的减少相对于最好的以前的时空方法在这种设置。
2014-12-05 physics.ao-ph stat.AP
DeepPhysiNet: Bridging Deep Learning and Atmospheric Physics for Accurate and Continuous Weather Modeling
Beihang University（北京航空航天大学）；Shanghai AI Laboratory（上海人工智能实验室）；University of Hong Kong（香港大学）
本文提出DeepPhysiNet框架，通过结合深度学习与大气物理定律，解决了NWP与DLP的兼容性问题，实现了更准确且具备连续时空分辨率的天气预报。
2024-01-04 cs.AI cs.LG physics.ao-ph
Superstatistical wind fields from point-wise atmospheric turbulence measurements
湍流风场的精确模型在大气科学中变得越来越重要，例如，用于确定风力发电场的时空相关性、涡轮机转子和叶片上的单个负载的估计，或者用于大气云中的颗粒-湍流相互作用或城市环境中的污染物分布的建模。由于禁止的任务，解决领域在广泛的规模，人们往往不得不诉诸随机风场模型，满足特定的，经验观察，属性。在这里，我们提出了一个新的模型，可以理解为一个著名的曼恩模型的扩展，在风能科学流入湍流的合成风场的生成。而这种高斯随机场模型仅控制二阶统计（即，速度相关张量或动能谱），我们明确表明，我们的扩展模型模拟高阶统计的影响。最重要的是，经验观察到的小尺度湍流现象，这可以被认为是大气湍流的关键特征之一，再现高精度和相当低的计算成本。我们的方法基于最近开发的湍流速度场的多点统计描述[J. Friedrich等人，J. Phys. Complex. 2 045006（2021）]，并且由具有波动协方差的多变量高斯统计的叠加组成。我们示范如何“超统计”风场可以约束在一定数量的逐点测量数据从气象桅杆阵列。
2022-09-01 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
