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2022年长江中下游夏季极端高温干旱复合事件及陆面反馈的可能贡献

大气科学 2025年第1期49卷 229-244页

作者：郭祎陈海山董寅硕南京信息工程大学气候系统预测与变化应对全国重点实验室/气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

2022年夏季长江中下游地区发生异常极端高温干旱复合事件,对社会经济造成严重影响。为了解此次极端复合事件的发生机理,本文基于观测和再分析资料,分析了此次极端复合事件的基本特征和异常环流特征,并结合陆气耦合指数,探讨与土壤湿度... 详细信息

2022年夏季长江中下游地区发生异常极端高温干旱复合事件,对社会经济造成严重影响。为了解此次极端复合事件的发生机理,本文基于观测和再分析资料,分析了此次极端复合事件的基本特征和异常环流特征,并结合陆气耦合指数,探讨与土壤湿度相关的陆面反馈对此次复合事件的影响及可能机理。结果表明,2022年8月长江中下游地区极端高温干旱复合天数高达20天,为1979年以来最高;西太副高异常西伸,南亚高压异常东伸,导致长江中下游地区为深厚的异常高压控制,局地表现为强烈的辐合下沉运动,下沉绝热增温是导致近地面温度变化的直接原因。同时西风急流北移增强,阻挡北方冷空气南下,不利于水汽在长江流域辐合,导致长江中下游降水异常偏少,进而形成此次极端高温干旱复合事件。此外,同期局地土壤湿度异常偏低,陆气耦合指数异常偏高,说明此时温度异常受到与土壤干燥有关的蒸发和感热加热的影响。合成分析结果表明,土壤湿度偏干会导致感热通量增加,有利于对流层中上层反气旋环流发展,异常高压在局地形成下沉运动,造成云量减少,入射短波辐射增加,进而导致地表增温且不利于降水的形成。回归分析的结果也进一步量化了长江中下游局地土壤湿度对温度的贡献为65.6%。陆气耦合及陆面反馈的作用对长江中下游地区温度的升高和降水的减少具有不可忽视的贡献。

关键词：长江流域极端高温干旱复合事件土壤湿度陆面反馈

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陆—气耦合对中国东部夏季高温事件影响的区域性差异及其可能机制

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大气科学 2025年第1期49卷 107-122页

作者：陈泠羽陈海山齐雅静南京信息工程大学气候系统预测与变化应对全国重点实验室/气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

针对陆—气耦合对中国东部夏季高温事件影响的区域性差异及可能的机制,利用ERA5-Land/GLDASNOAH再分析资料,基于“两步法”陆—气耦合指数,分析了中国东部陆—气耦合强度的空间分布特征,并探究了其对高温事件影响的区域差异及可能机制... 详细信息

针对陆—气耦合对中国东部夏季高温事件影响的区域性差异及可能的机制,利用ERA5-Land/GLDASNOAH再分析资料,基于“两步法”陆—气耦合指数,分析了中国东部陆—气耦合强度的空间分布特征,并探究了其对高温事件影响的区域差异及可能机制。结果表明,中国东部极端高温事件的发生与土壤湿度关系密切,表现为明显的负相关关系。其中,东北地区及长江中下游地区最为显著,且极端高温频次与土壤湿度异常变化的主模态均为南北反位相变化的偶极型分布。进一步分析发现陆—气耦合存在明显的空间差异,土壤湿度通过陆—气耦合对高温事件的影响也存在显著差异。东北地区的高温事件更易受土壤变干导致的感热增加影响,当土壤偏干时,蒸散减弱,伴随着潜热通量减少、感热通量增加,有利于地表增温;同时该地区阻塞高压发展,存在陆面热力异常加热,最终导致东北地区高温事件频发。而在长江中下游,高温事件主要受环流演变伴随的地表能量变化影响,发生高温事件时,西太平洋副热带高压西伸发展,云量偏少且短波辐射增强,伴随着下沉运动产生的绝热加热,陆面存在异常增暖,地表温度升高,有利于蒸散增强,使得土壤湿度降低,进而维持了地表增温的正反馈,为该地区高温事件发生提供了有利的环流形势。

关键词：中国东部地区陆—气耦合区域性差异土壤湿度极端高温

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夏季西北太平洋副热带高压主模态年际变化特征及其季节预报模型

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大气科学 2025年第1期49卷 67-92页

作者：刘菲菲陶丽张俊凯南京信息工程大学大气科学学院南京210044 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 云南省临沧市气象局临沧677099

作为东亚夏季风环流系统的重要成员,夏季西北太平洋副热带高压(简称副高)活动对我国降水和西北太平洋上热带气旋活动有重要影响,但副高季节预测仍然具有挑战性。本文采用1979~2022年月平均海气资料和海气指数,基于信息流方法特有的因果... 详细信息

作为东亚夏季风环流系统的重要成员,夏季西北太平洋副热带高压(简称副高)活动对我国降水和西北太平洋上热带气旋活动有重要影响,但副高季节预测仍然具有挑战性。本文采用1979~2022年月平均海气资料和海气指数,基于信息流方法特有的因果关系来挑选副高主模态变化的预报因子,并建立预报模型。本文首先利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)分解,得到1979~2020年副高变化的前两个主模态及其对应的主成分(PCs),其分别与El Ni?o衰减和La Ni?a发展关系密切。然后利用信息流和多元逐步回归筛选1980~2015年建模期间PC1和PC2的预报因子。PC1、PC2的预报因子均为7个,PC1的预报因子主要包括了Ni?o 4指数、赤道中太平洋北部海表温度(SST)等。PC2的预报因子主要包括了热带中太平洋北部SST、大西洋多年代际振荡(AMO)指数等,表明由春季PMM(Pacific meridional mode)发展起来的夏季La Ni?a和北大西洋SST对接下来夏季EOF2模态的形成有重要影响。1980~2015年期间预报PCs和实际PCs序列的相关系数达到0.91和0.88,并用该预报模型预报2016~2020年PCs序列,相关系数分别达到0.74和0.85。1980~2022年的预报重构场与实际观测场的区域平均时间相关系数、多年平均的空间相关系数分别为0.63、0.48,均通过99%的信度检验,且预报的效果很大程度上依赖于预报上限。我们还通过PCs值进行相似年份预报,以弥补重构场异常较弱的缺陷。

关键词：西北太平洋副热带高压信息流预报模型相似年预报

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基于多模式集成的降水空间结构预报改进研究

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大气科学 2025年第1期49卷 257-278页

作者：吉璐莹智协飞季焱朱寿鹏罗其祥南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室南京210041 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 31153部队南京210000

分别从“点对点”雨量检验和降水空间结构特征检验两方面对多个数值模式东亚夏季中短期逐日降水集合预报进行评估,结果表明不同模式对降水的不同方面存在不一样的预报能力。借助基于对象的诊断评估方法(method for object-based diagnos... 详细信息

分别从“点对点”雨量检验和降水空间结构特征检验两方面对多个数值模式东亚夏季中短期逐日降水集合预报进行评估,结果表明不同模式对降水的不同方面存在不一样的预报能力。借助基于对象的诊断评估方法(method for object-based diagnostic evaluation,简称MODE)提出了基于降水对象的超级集合(Object-based Superensemble,简称OBJSUP)模型,采用观测场和预报场中降水对象空间结构的相似度来分配各个成员模式的权重,有别于利用传统“点对点”误差分析来计算权重的超级集合(Gridpoint-based Superensemble,简称GPSUP)。相比于最优单模式,两种多模式集成预报均有效地提高了中短期降水预报技巧,且OBJSUP模型整体优于GPSUP模型,主要原因在于OBJSUP模型可以较好地改进降水对象的质心位置预报。为进一步检验多模式集成模型对强降水空间结构特征的预报能力,针对2018年夏季广东一次极端强降水事件,多模式集成预报与高分辨率区域模式动力降尺度预报对比表明,多模式集成对强降水的预报不足,但对广东省逐日大雨量级降水和过程累积降水量空间分布预报较好。高分辨率区域模式对此个例中粤东地区发生的强降水具有一定的预报能力,但对广东省其他地区降水量预报偏弱。

关键词：基于对象的诊断评估方法多模式集成动力降尺度极端降水

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2000年以后北大西洋涛动对中国北方冬季降雪影响增强

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中国科学:地球科学 2025年第4期55卷 1281-1289页

作者：周波涛郭楚儿胡跃鹏谢文欣孙博韩婷婷施宁南京信息工程大学气候系统预测与变化应对全国重点实验室/气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044 浙江省气象台杭州310002

中国北方降雪对社会经济和人民生活具有深远影响,因此,理解该区域降雪异常变化的物理机制至关重要.本研究基于1961~2018年的观测和再分析资料,探讨了中国北方冬季降雪与北大西洋涛动(NAO)的关系.结果表明,二者的联系在2000年左右发生了... 详细信息

中国北方降雪对社会经济和人民生活具有深远影响,因此,理解该区域降雪异常变化的物理机制至关重要.本研究基于1961~2018年的观测和再分析资料,探讨了中国北方冬季降雪与北大西洋涛动(NAO)的关系.结果表明,二者的联系在2000年左右发生了年代际变化.在2000~2018年期间, NAO与中国北方冬季降雪呈显著的负相关关系.当NAO位于负位相时,东亚副热带急流和极锋急流分别趋于北移和南移.同时,巴尔喀什湖至贝加尔湖地区的对流层中低层为异常气旋性环流控制.该大气环流背景有利于冷空气和暖湿空气在中国北方交汇,从而导致该地区降雪增多.然而,在1981~1999年期间, NAO与上述大气环流的联系并不显著,因而减弱了其与中国北方冬季降雪的联系.进一步研究表明, NAO与上述大气环流联系的加强可能在于NAO南部中心位置从前一时段到后一时段的西移.

关键词：冬季降雪中国北方北大西洋涛动年代际变化大气环流

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中国西北地区复合极端高温-降水事件可能成因

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大气科学学报 2025年第1期48卷 62-76页

作者：杨怡蓉袁潮霞南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/气候与应用前沿研究院江苏南京210044 日本海洋科学技术开发机构应用实验室日本横滨2360001

基于1961—2018年欧洲中期天气预报中心的再分析资料、中国高分辨率格点资料,采用合成分析方法,揭示了中国西北地区复合极端高温-降水事件(compound extreme heat-precipitation events,CEHPE)的成因,并探讨了与无强降水热浪事件的异同... 详细信息

基于1961—2018年欧洲中期天气预报中心的再分析资料、中国高分辨率格点资料,采用合成分析方法,揭示了中国西北地区复合极端高温-降水事件(compound extreme heat-precipitation events,CEHPE)的成因,并探讨了与无强降水热浪事件的异同。结果表明,CEHPE是由上游向东南方向传播的准正压反气旋环流异常引起:当异常环流中心接近关键区(95°~105°E,35°~40°N)时,与之相关的异常下沉运动一方面使得大气下沉增温,增加了低层大气温度;另一方面下沉运动减少云量,增强了向下短波辐射并加热地表,被加热的地表又向上释放了更多的长波辐射,进一步加热低层大气,最终导致了热浪的形成。在热浪发生时,由于地表热强迫,对流层低层发展出低压异常,其伴随的异常辐合,引导东南方向水汽至关键区,提高关键区大气水汽含量。增加的大气水汽含量和增高的气温使得热浪期间关键区大气不稳定能量异常增强。当准正压反气旋异常东移出关键区时,热浪结束,同时上游方向有异常气旋靠近,关键区位于对流层中高层的槽前脊后,有助于高层辐散低层辐合,因此强对流迅速发展,关键区出现极端降水,完成一次CEHPE的过程。无强降水热浪事件与CEHPE的热浪在强度和形成机制上几乎相同,但在热浪结束时,准正压反气旋异常水平范围较大,虽强度减弱,但中心仍位于关键区附近,因此对流层低层低压及其伴随的辐合上升异常的发展受到压制,导致对流层低层气旋、水平水汽辐合、垂直水汽输送以及不稳定能量异常小于同时期的CEHPE,无法引发强降水事件。

关键词：复合极端天气和气候事件热浪强降水中国西北

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调控华北沙尘日数年代际变化的大气环流及其近期预估

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大气科学学报 2025年第2期48卷 229-239页

作者：宁淑畅宋晓蕾霍芊伊尹志聪南京信息工程大学气候系统预测与变化应对全国重点实验室/气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044

沙尘天气对社会经济与生态环境产生不利影响,认识其年代际变化并探索其未来态势具有重要意义。本文使用站点资料与再分析数据,研究了调控1961—2020年3—4月华北地区沙尘日数年代际变化的关键大气环流,并利用CMIP6和CESM-LE两套模式数... 详细信息

沙尘天气对社会经济与生态环境产生不利影响,认识其年代际变化并探索其未来态势具有重要意义。本文使用站点资料与再分析数据,研究了调控1961—2020年3—4月华北地区沙尘日数年代际变化的关键大气环流,并利用CMIP6和CESM-LE两套模式数据预估其近期变化。结果表明,华北地区沙尘日数在20世纪80年代末90年代初发生了显著突变,高发时期(1961—1989年,P1)的沙尘日数大约是低发时期(1992—2020年,P2)的3.5倍。这一变化受到由西欧平原东传至乌拉尔山及蒙古高原的波列系统(西欧低压-乌拉尔山高压-蒙古低压异常,anomaly of geopotential height in Western Europe,Ural Mountains and Mongolia,简称EUM)影响。相较于P2时期,P1时期波列较强,乌拉尔山地区位势高度升高,其东部异常偏北气流有利于冷空气南下。蒙古地区位势高度降低,显著的蒙古气旋异常为华北地区沙尘天气提供了动力条件。同时沙源地上空水汽辐散,不利于降水。EUM指数具有与华北地区沙尘日数较为一致的年代际变化特征,对后者未来变化有一定的指示作用。但不同模式对EUM年代际变化的模拟能力差异较大。通过筛选能够再现EUM年代际减弱特征的最优模式集合,发现在高排放情境下,未来近期(2021—2050年,P3)EUM显著增强,有利于华北地区沙尘天气增加。

关键词：沙尘日数年代际变化影响机制模式评估近期预估

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夏季热带太平洋海表温度与北极海冰年际关系的年代际变化

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地球物理学进展 2025年第1期40卷 1-10页

作者：顾稷泰曾刚李忠贤南京信息工程大学气候系统预测与变化应对全国重点实验室/气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 中国气象局气象发展与规划院北京100081

本研究利用1979—2023年哈德来中心HadISSTv1.1数据集的月平均海表温度、海冰密集度资料及NCEP/NCAR全球大气再分析资料,分析了夏季热带太平洋海表温度与北极海冰年际关系的年代际变化及其可能机理.结果表明,夏季热带中太平洋海表温度... 详细信息

本研究利用1979—2023年哈德来中心HadISSTv1.1数据集的月平均海表温度、海冰密集度资料及NCEP/NCAR全球大气再分析资料,分析了夏季热带太平洋海表温度与北极海冰年际关系的年代际变化及其可能机理.结果表明,夏季热带中太平洋海表温度与同期波弗特海海冰关系在2001年前后发生了显著的年代际变化,特征为由相关性不显著转变为显著的正相关,其原因在于热带中太平洋海表正温度异常由弱转强.2001—2023年期间,由于热带中太平洋海表温度异常,增强了局地大气垂直运动,加强Rossby波的经向传播,在环流场上形成“+-+-”的经向四极波列,为波弗特海海冰正异常创造了有利的平流与辐射条件,使得热带中太平洋海表温度与波弗特海海冰关系表现为显著正相关.同时,我们也利用Liang-Kleeman信息流验证了热带中太平洋海表温度异常仅能单方面影响波弗特海海冰的变化.1979—2000年,由于热带中太平洋海表温度正异常偏弱,难以激发到达高纬地区的波列,因此热带中太平洋海表温度与波弗特海海冰相关性不显著.

关键词：热带太平洋海表温度波弗特海年际关系年代际变化

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2022年夏季西太平洋副热带高压异常强盛且稳定维持与长江中下游持续性极端高温事件

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气象学报 2025年第1期83卷 33-45页

作者：陈蔚管兆勇杨华栋王磊江苏省气象台南京210008 气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京信息工程大学南京210044 南京气象科技创新研究院南京210008

2022年夏季长江中下游地区发生了1960年以来最强的高温事件,其形成和维持与西太平洋副热带高压(WPSH)异常强盛有关。利用站点观测资料和再分析资料,通过对不同变量的诊断分析,研究了高温时段WPSH异常强盛且稳定维持的机制,得到如下结论:... 详细信息

2022年夏季长江中下游地区发生了1960年以来最强的高温事件,其形成和维持与西太平洋副热带高压(WPSH)异常强盛有关。利用站点观测资料和再分析资料,通过对不同变量的诊断分析,研究了高温时段WPSH异常强盛且稳定维持的机制,得到如下结论:(1)在高温时段,长江中下游地区盛行比一般高温年更强的下沉运动,扰动垂直动力加热是长江中下游地区高温维持的主要因素。短波辐射通量表现为向下的异常,可通过向上的感热通量将热量由地面传输至近地层空气并促使其升温。(2)与一般高温年不同,2022年WPSH与南亚高压(SAH)重叠于长江中下游地区,有利于WPSH在大陆上空维持,为此次极端高温事件的出现提供了有利的环流条件。WPSH强度维持与局地负涡度的维持有关。一是扰动负涡度的垂直向下输送,二是相对涡度水平平流负异常。特别是,在长江中下游地区上空WPSH的维持,自上而下的负涡度的垂直输送起着极为重要的作用。(3)不同于一般高温年,WPSH在海洋上的主体部分的维持主要与180o附近赤道中太平洋海温异常偏低有关。而WPSH在大陆上的部分,其维持与菲律宾群岛附近对流活动关系密切,有利于长江中下游地区上空负涡度的维持。研究结果将有利于加深对WPSH变化成因的认识,为后续研究持续高温的成因提供理论支撑。

关键词：极端高温西太平洋副热带高压维持机制长江中下游 2022年

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南大西洋副热带偶极子的统计特征及其与ENSO的关系

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大气科学学报 2025年第2期48卷 255-266页

作者：王晓红官元红王曰朋吴香华李兴钰南京信息工程大学数学与统计学院江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省应用数学中心江苏南京210044 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044

利用逐月Hadley Center海表面温度、NCEP/NCAR海表面风场和海平面气压等资料,探讨了南大西洋副热带海表面温度的特征及其与ENSO(El Ni1o-Southern Oscillation)的关系。结果表明:1)在北半球冬季,南大西洋副热带海表面温度异常的EOF(empi... 详细信息

利用逐月Hadley Center海表面温度、NCEP/NCAR海表面风场和海平面气压等资料,探讨了南大西洋副热带海表面温度的特征及其与ENSO(El Ni1o-Southern Oscillation)的关系。结果表明:1)在北半球冬季,南大西洋副热带海表面温度异常的EOF(empirical orthogonal function)第一模态(解释方差为27.82%)呈现东北-西南的反位相分布,即南大西洋副热带偶极子(South Atlantic Subtropical Dipole,SASD);其形成主要是由于南大西洋副热带高压变化引起了表面风的变化,表面风的变化引发了潜热通量东北-西南异常反位相分布,从而导致了海温的变化。2)SASD存在明显的季节锁相特征:9—11月SASD模态开始发生发展,12月—次年2月成熟并达到峰值,次年3—5月减弱。3)1960—2022年SASD主要以4~6 a的时间尺度发生周期变化。4)SASD与ENSO存在较强的相关关系,两者的相关系数达0.55,其中正、负SASD分别与厄尔尼诺、拉尼娜事件相对应。与El Ni1o同时发生的正SASD事件对El Ni1o的强度和范围有增强和扩大的作用,且正SASD与El Ni1o事件同时发生会激发次年La Ni1a事件发生,La Ni1a事件反过来又能加强下一年负SASD事件的强度。

关键词：南大西洋副热带偶极子厄尔尼诺拉尼娜气候变率极端事件

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