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三大洋对2020年6月长江流域破纪录强降水的影响

中国科学：地球科学 2021年第10期51卷 1611-1623页

作者：郑佳喻王春在中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室广州510301 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广州511458 中国科学院南海生态环境工程创新研究院广州510301

2020年6月长江流域的降水量破了1979年以来的纪录.研究表明三个大洋(太平洋、印度洋和大西洋)都有贡献,但是大西洋起到主导作用.三大洋的海温异常可以影响两个区域的相对涡度异常:一个是位于华北地区的200-hPa相对涡度(华北涡度)负异常... 详细信息

2020年6月长江流域的降水量破了1979年以来的纪录.研究表明三个大洋(太平洋、印度洋和大西洋)都有贡献,但是大西洋起到主导作用.三大洋的海温异常可以影响两个区域的相对涡度异常:一个是位于华北地区的200-hPa相对涡度(华北涡度)负异常,另一个是位于南海的850-hPa相对涡度(南海涡度)负异常.长江流域的降水异常主要受到华北涡度相关的大气过程控制.5月西北大西洋的海温正异常可以引起6月中纬度北大西洋的位势高度正异常,进而通过横跨欧亚大陆的大气波列影响华北涡度,从而造成长江流域的降水正异常.而印度洋和热带北大西洋,作为前一年冬季太平洋El Nino事件的电容器,可以引起南海涡度负异常(反气旋性环流异常),通过进一步加强水汽输送增强长江流域的降水.本研究表明5月西北大西洋海温是6月长江流域降水很好的预测因子,并且强调三大洋海温对中国极端天气和气候事件的重要作用.

关键词：降水长江流域三大洋大西洋

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春季青藏高原大气热源季节内振荡特征及其维持机制

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高原气象 2021年第6期40卷 1419-1431页

作者：刘伯奇段亚楠李健颖毛江玉中国气象科学研究院气候与气候变化研究所北京100081 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG) 北京100029

青藏高原大气热源在春季的形成,标志着高原对区域和全球天气气候热力强迫的开始。本文基于1981-2010年台站观测和JRA-55大气环流再分析资料,研究了春季青藏高原大气热源季节内尺度的时空变化特征。发现高原大气热源在春季存在显著的10~2... 详细信息

青藏高原大气热源在春季的形成,标志着高原对区域和全球天气气候热力强迫的开始。本文基于1981-2010年台站观测和JRA-55大气环流再分析资料,研究了春季青藏高原大气热源季节内尺度的时空变化特征。发现高原大气热源在春季存在显著的10~20天准双周振荡,在空间分布上表现为纬向偶极子型与单极子型异常模态之间的交替出现。其中,偶极子模态表现为凝结潜热异常在高原西北部和东南部的反相变化,而单极子模态则表现为高原上空感热异常一致性变化。在单极子模态的位相下,高原感热异常势必诱发低层环流异常,改变了高原东、西部的水汽输送,从而引起局地降水和凝结潜热异常,产生偶极子型的大气热源分布;随后,这种偶极子型大气热源异常又导致近地面纬向风调整,令高原整体感热异常不断加强,造成水汽输送再次改变,凝结潜热加热随之逐渐减弱,由此高原大气热源恢复单极子模态。因此,春季高原上空感热、凝结潜热和局地环流的相互作用是维持高原大气热源准双周振荡的关键机制。

关键词：青藏高原大气热源准双周振荡感热凝结潜热

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中国地面太阳辐射季节异常与主要大气环流指数的关联分析

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气候与环境研究 2022年第4期27卷 447-457页

作者：李爽肖子牛丁煌李朝晖中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049 中国电力科学研究院有限公司南京210003 国网河南省电力公司郑州450052

利用1989~2018年ERA5地面太阳辐射资料,分析了不同季节主要大气环流特征指数与中国地面太阳辐射异常的关系。结果表明:(1)在春季,东亚槽位置对中国中东部大面积的地面太阳辐射异常有一致性的影响,其位置偏东时,地面太阳辐射异常显著偏... 详细信息

利用1989~2018年ERA5地面太阳辐射资料,分析了不同季节主要大气环流特征指数与中国地面太阳辐射异常的关系。结果表明:(1)在春季,东亚槽位置对中国中东部大面积的地面太阳辐射异常有一致性的影响,其位置偏东时,地面太阳辐射异常显著偏少。冬季风强度和ENSO(El Niño–Southern Oscillation)分别对长江流域南北、中国南方东部和西部有反位相的影响。(2)夏季的影响因子比较复杂,NAO(North Atlantic Oscillation)和夏季风是两个较主要的影响因子,NAO对中国北方较多地区的地面太阳辐射异常的影响较为显著,而夏季风主要与江淮地区的地面太阳辐射异常相关联。当NAO指数偏大(小)时,北方大部分地区地面太阳辐射异常偏少(多)。当夏季风偏强(弱)时,江淮流域的地面太阳辐射异常显著偏少(多)。(3)在秋季,地面太阳辐射异常主要受到东亚槽位置、冬季风和NAO的影响,冬季风和东亚槽主要影响北方地区,当东亚槽偏西或冬季风偏强时,中国北方除东北地区外的大部分地区地面太阳辐射偏多。NAO主要与中国西部的地面太阳辐射异常关联,当NAO指数偏大时,西部地区北方地面太阳辐射异常偏少而南方大部分地区偏多。(4)在冬季,ENSO和冬季风是较重要的影响因子,但其显著影响区域并不对称。在ENSO负位相或冬季风较强时,中国北方大部分地区的地面太阳辐射异常显著偏多,而ENSO正位相或冬季风较弱最有利于中国南方地面太阳辐射异常偏少,但显著影响范围较小。

关键词：地面太阳辐射影响因子各个季节

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基于热带气旋风圈半径的海上风电场灾害预警时间估计方法研究及应用

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海洋预报 2023年第3期40卷 66-74页

作者：杜梦蛟刘瑞雪钟权加李响易侃中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院北京100038 武汉中心气象台湖北武汉430074 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国气象局上海台风研究所上海200030 国家海洋环境预报中心自然资源部海洋灾害预报技术重点实验室北京100081

利用2001—2019年美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的热带气旋最佳路径数据集,统计分析了西北太平洋上影响我国沿海的热带气旋的移速、强度和风圈半径等气候特征。结果表明:8级、10级和12级热带气旋风圈半径的平均值分别为198.2 km、111.... 详细信息

利用2001—2019年美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的热带气旋最佳路径数据集,统计分析了西北太平洋上影响我国沿海的热带气旋的移速、强度和风圈半径等气候特征。结果表明:8级、10级和12级热带气旋风圈半径的平均值分别为198.2 km、111.6 km、70.6 km,且风圈呈现不对称性,东北象限风圈半径最大,西南象限最小;风圈半径与强度变化呈现正相关关系;热带气旋移速、强度和风圈半径在各海域的空间分布特征明显不同,且8级和12级风圈半径随纬度变化存在显著差异。在气候特征分析的基础上,基于风圈半径、移速、强度和离岸距离等变量,提出一种针对海上风电场的热带气旋灾害预警时间估算方法,并根据不同风圈半径给出其预警时间的空间分布特征,为有效利用海上风能和开展抗台风措施提供参考。

关键词：风圈半径海上风电热带气旋预警

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激光雷达组网观测济宁市大气污染变化特征

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光谱学与光谱分析 2022年第11期42卷 3467-3475页

作者：李峰林晶晶云杰张帅王贺张海陶宗明山东省济宁市生态环境局山东济宁272004 山东省生态环境监测中心山东济南250013 呼和浩特市生态环境监控中心内蒙古呼和浩特010010 合肥中科光博量子科技有限公司安徽合肥230088 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 解放军陆军炮兵防空兵学院基础部安徽合肥230031

大气气溶胶通过直接效应影响到达地表的辐射量以及间接效应影响云的生消和降水等过程,还因其含有的各种有毒物质颗粒,影响城市能见度,导致霾过程频发,而这些颗粒进入人体会对人体健康造成一定危害。利用济宁市2018年—2019年期间多台气... 详细信息

大气气溶胶通过直接效应影响到达地表的辐射量以及间接效应影响云的生消和降水等过程,还因其含有的各种有毒物质颗粒,影响城市能见度,导致霾过程频发,而这些颗粒进入人体会对人体健康造成一定危害。利用济宁市2018年—2019年期间多台气溶胶激光雷达的垂直观测廓线数据与区域空气质量监测数据,分析了不同大气污染过程中的颗粒物时空演变特征。结果显示,济宁市夏季的细粒子污染存在一定的区域差异性,主要呈现两种日变化特征。一种是部分区域在夜间消光强,白天消光弱,主要是因为夜间受到湿度偏大与污染源排放叠加的影响;另一种是部分区域白天消光相对较强且整体无明显日变化特征,原因在于周围污染源较少且受人工湖的影响。此外,近地面气溶胶消光系数变化显示辰欣制药站与金马酒店站附近颗粒物浓度相对更高。沙尘观测结果显示,济宁市的沙尘天气多出现于4月和5月,沉降过程中颗粒物浓度可高达平时浓度的5倍。同时对比扫描观测结果显示,局地污染的轮廓无规则、范围小、突发且消光很强,而大范围污染过程则轮廓面积大且其消光逐渐增大。

关键词：激光雷达气溶胶沙尘大气污染变化特征

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一个ENSO多模式集合预报系统介绍

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中国科学：地球科学 2023年第6期53卷 1235-1245页

作者：刘婷高艳秋宋讯殊高川陶灵江唐佑民段晚锁张荣华陈大可自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室杭州300012 南方海洋科学与广东省实验室(珠海) 珠海519000 中国科学院海洋研究所海洋环流与波动重点实验室中国科学院海洋大科学研究中心青岛266071 复旦大学大气与海洋科学系大气科学研究院上海200438 河海大学海洋学院南京210098 Environmental Science and Engineering University of Northern British ColumbiaPrince GeorgeBritish Columbia V2N 4Z9Canada 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 南京信息工程大学海洋科学学院南京210044 崂山实验室青岛266237

厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o and Southern Oscillation,简称ENSO)是短期气候预测的主要可预报性来源.为提高ENSO的预报水平,我们构建了一个包含5个动力耦合模式的多模式集合预报系统,其中各个模式具有不同的复杂程度、参数化方案、分辨... 详细信息

厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o and Southern Oscillation,简称ENSO)是短期气候预测的主要可预报性来源.为提高ENSO的预报水平,我们构建了一个包含5个动力耦合模式的多模式集合预报系统,其中各个模式具有不同的复杂程度、参数化方案、分辨率、初始化和集合扰动生成方案,以尽可能全面地考虑各种不确定性对预报结果的影响.回报试验结果表明:多模式集合的预报效果明显好于任何一个单一模式,其显著降低了均方根误差,并提高了异常相关性技巧.该多模式集合的预报效果可以比肩甚至优于同期北美多模式比较计划中的ENSO多模式集合预报技巧.此外,多模式集合预报能够削弱“春季预报障碍”的影响,提供更为可靠的概率预报.实时预报能够提前六个月准确地捕捉到近期连续两年的拉尼娜事件,并且该系统从2022年4月开始的预报也显示出连续三年拉尼娜事件的可能性.总体来说,这一多模式集合预报系统能够提供比任何模式成员更加准确的确定性预报和概率预报.这些改进主要得益于:一方面不同模式之间的优势互补增加了可预报信息,另一方面该系统集合成员规模较大有助于更为合理地刻画预报不确定性的分布.

关键词：多模式集合 ENSO 预报

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印度洋偶极子研究进展回顾

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地球科学进展 2021年第6期36卷 579-591页

作者：姜继兰刘屹岷李建平张人禾中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心/物理海洋教育部重点实验室山东青岛266100 青岛海洋科学与技术国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237 复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院上海200438

印度洋偶极子是热带印度洋中重要的年际变率之一,对印度洋周边国家乃至全球的气候有着重要的影响,关于其形成机制及气候影响的研究对于气候预测具有重要意义。主要回顾了近10年印度洋偶极子的相关研究进展,包括印度洋偶极子的基本特征... 详细信息

印度洋偶极子是热带印度洋中重要的年际变率之一,对印度洋周边国家乃至全球的气候有着重要的影响,关于其形成机制及气候影响的研究对于气候预测具有重要意义。主要回顾了近10年印度洋偶极子的相关研究进展,包括印度洋偶极子的基本特征、与热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动之间的关系、与亚洲夏季风之间的关系、对全球气候的影响以及全球变暖背景下的变化等。印度洋偶极子与热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动之间的关系体现为二者之间是相互影响的,但不同类型的印度洋偶极子对热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动的影响机制尚不明确,还需进一步的研究。印度洋偶极子与亚洲夏季风之间的关系体现为二者之间存在强烈的相互作用,印度洋偶极子与印度洋东部夏季风环流之间存在相互促进作用,而印度洋偶极子与印度夏季风环流之间的相互作用尚需进一步研究。此外,研究表明全球变暖背景下极端正印度洋偶极子的发生将增多,同时极端印度洋偶极子对我国极端气候事件的发生有着重要影响。以往的研究主要集中于单独的印度洋偶极子或印度洋偶极子和热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动的结合对我国极端气候的影响,而印度洋偶极子与中高纬环流系统或泛热带海洋之间的协同作用对我国极端气候事件的影响还亟需相关研究。对印度洋偶极子的系统性回顾可为未来印度洋偶极子的研究提供一定的科学基础。

关键词：印度洋偶极子厄尔尼诺—南方涛动亚洲夏季风相互作用全球增暖

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云贵高原锋线的动态特征

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气象学报 2021年第6期79卷 889-901页

作者：宇如聪李建原韦华中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 横断山区(低纬高原)灾害性天气研究中心昆明650034 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG) 北京100029

面向精细化的气象服务需求,为做到对云贵高原锋面系统变化的精准把控,深入认知其动态演变规律,基于50 a(1971—2020年)逐日台站观测资料,提出了一种利用线性拟合近似判定云贵高原地面锋线的方法,并通过综合分析锋线位置和锋线周边气象... 详细信息

面向精细化的气象服务需求,为做到对云贵高原锋面系统变化的精准把控,深入认知其动态演变规律,基于50 a(1971—2020年)逐日台站观测资料,提出了一种利用线性拟合近似判定云贵高原地面锋线的方法,并通过综合分析锋线位置和锋线周边气象要素的空间分布和时间变化特征以及长持续锋线事件的锋线位置、走向变化,系统揭示了云贵高原锋线的移动特征,展现了云贵高原准“静”止锋的“动”态特征。结果表明,冷性锋线集中在102.5°—105°E,最大降温区在锋线东侧,暖性锋线集中在104.5°-105.75°E,最大升温区位于锋线西侧;锋线附近气象要素的变化与锋线的移动紧密相关,西进的锋线一般会伴随锋线附近的降温、升压和日照减少,东退的锋线则相反;根据长持续锋线事件的连续演变过程,可将锋线事件区分为静止、西移和东移3类,静止型出现次数最多,西移型可连续快速推进并伴随锋线南部的顺时针摆动,东移型出现频次较低且移速相对较慢。上述结果通过对云贵高原锋线,特别是其动态特征的客观定量描述,为该地区在锋线影响下各气象要素的精细化预报提供了重要参考。

关键词：云贵高原锋线时空特征动态特征长持续锋线

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陆面过程模式研究进展——以CAS-LSM为例

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高原气象 2021年第6期40卷 1347-1363页

作者：王龙欢谢正辉贾炳浩王妍李锐超谢瑾博陈思秦佩华师春香中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210029 国家气象信息中心北京100081

陆面过程是气候系统的重要组成部分,影响大气环流和气候变化。陆面过程模式中人类活动、生物物理和生物化学过程的合理描述有助于理解陆面与大气之间相互作用机制。本文首先回顾了陆面过程模式的发展历程,陆面过程模式从最初简单的箱式... 详细信息

陆面过程是气候系统的重要组成部分,影响大气环流和气候变化。陆面过程模式中人类活动、生物物理和生物化学过程的合理描述有助于理解陆面与大气之间相互作用机制。本文首先回顾了陆面过程模式的发展历程,陆面过程模式从最初简单的箱式模型发展到考虑了较为完备的陆面物理、化学和生物过程,正朝着精细化、集成化的方向发展。农业灌溉与施肥、干旱区河流输水、点源污染排放、城市规划实施等与生产生活密切相关的人类活动,影响陆地碳氮水循环过程及河流水生生态系统。地下水侧向流动、土壤冻融界面变化等过程改变陆气水分收支和能量平衡,影响天气气候与环境。因此,迫切需要在陆面生态水文模拟中合理表示这些过程和人类活动的作用。随后介绍了陆面过程模式CAS-LSM的研究进展及应用。陆面过程模式CAS-LSM可应用于干旱区内陆河流域模拟,定量评估河流输水的生态水文效应;结合气候系统模式,可以实现监测河流水环境特别是氮输送的变化;与区域气候模拟结合,实现城市规划实施的天气与气候效应的定量评估。

关键词：陆面过程模式研究进展参数化方案

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全球气候变化中的云辐射反馈作用研究进展

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中国科学：地球科学 2022年第3期52卷 400-417页

作者：张华王菲汪方李剑东陈晓龙王在志李建周喜讯王秋艳王海波游婷谢冰陈琪端义宏中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心气象灾害教育部重点实验室南京210044 中国气象局气候研究开放实验室国家气候中心北京100081 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国气象局气候模式室国家气候中心北京100081 中国气象科学研究院气候与气候变化研究所北京100081 中国科学院大学北京100049 中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室北京100029 重庆市气象科学研究所重庆401147

云的形成过程及其类型复杂多样,在气候系统中发挥着重要作用.在当前气候背景下,云在大气顶的净辐射效应为负值,即对地气系统起着强烈的冷却作用.云反馈过程是当前气候变化研究中不确定性最大的因子之一,其强度会随时间、空间、云量、云... 详细信息

云的形成过程及其类型复杂多样,在气候系统中发挥着重要作用.在当前气候背景下,云在大气顶的净辐射效应为负值,即对地气系统起着强烈的冷却作用.云反馈过程是当前气候变化研究中不确定性最大的因子之一,其强度会随时间、空间、云量、云高、云光学厚度等发生变化.目前,观测研究和气候模拟都表示全球平均云反馈为正值,以热带高云高度反馈和热带海洋低云量反馈两个正反馈为主,但是云反馈仍然存在较大的不确定性.在温室气体驱动的全球变暖下云如何对气候系统进行反馈至关重要,它直接影响气候敏感度的估算并决定着气候模式对未来全球变暖预估的准确性.因此,云反馈强度也会在很大程度上影响温室气体减排政策的制定.为此,本文回顾了云在气候系统中反馈作用的最新研究进展,指出了该研究领域当前面临的关键挑战,最后,对未来需要开展的研究进行了讨论与展望,以期为全球和东亚区域云辐射物理过程模拟、模式不确定性分析以及未来气候变化和全球变暖预估等方面的研究提供系统的科学参考.

关键词：云辐射云反馈气候反馈气候敏感度气候变化

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