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气象科学 2024年第4期44卷 643-654页

作者：钱卓蕾钱月平马洁华绍兴市气象台浙江绍兴312000 中国科学院气候变化研究中心北京100029 中国科学院大气物理研究所竺可桢—南森国际研究中心北京100029 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南京210044 应急管理部国家自然灾害防治研究院北京100085

利用GPM_3IMERGM降水产品、地面加密自动站资料、黑体亮度温度(Blackbody Brightness Temperature,TBB)和ERA5再分析资料,研究台风“烟花”登陆浙江前后强降水雨带变化特征及其成因。结果如下:(1)台风“烟花”登陆前后降水强度减弱慢,... 详细信息

利用GPM_3IMERGM降水产品、地面加密自动站资料、黑体亮度温度(Blackbody Brightness Temperature,TBB)和ERA5再分析资料,研究台风“烟花”登陆浙江前后强降水雨带变化特征及其成因。结果如下:(1)台风“烟花”登陆前后降水强度减弱慢,强降水雨带分布不对称,登陆前强降水中心在北侧,且存在外围强降水雨带,登陆后强降水中心转至东侧并出现尾部雨带;(2)台风“烟花”引导气流弱、移速慢,台风“查帕卡”和“尼伯特”加强水汽输送,使得“烟花”强度减弱缓慢,维持强降水;“烟花”登陆前水汽输送主要来自南海,登陆后主要来自东侧西太平洋,有利于降水中心向东偏移;(3)垂直风切变的变化与台风“烟花”雨带中心移动有较好对应关系,雨带中心一般位于顺切变左侧或顺切变方向;台风“烟花”登陆前垂直散度场结构向北倾斜,台风区域内的上升运动自北向南减弱,登陆后散度场结构向东倾斜,上升运动自东向西减弱,台风降水中心逐渐从北侧移至东侧;(4)台风“烟花”登陆前的外围雨带受到杭州湾地形辐合和龙门山地形抬升作用影响,登陆后的尾部雨带主要与海岸线附近的摩擦辐合和四明山地形抬升有关。

关键词：登陆强降水雨带垂直风切变东风急流地形

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半干旱区生态保护虚拟仿真实验资源建设与探索

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实验技术与管理 2020年第8期37卷 141-144页

作者：吕晶晶朱彬何都良安俊琳项磊南京信息工程大学大气科学与气象信息虚拟仿真实验教学中心江苏南京210044 南京信息工程大学实验室与设备管理处江苏南京210044

半干旱区生态环境脆弱,自然和催化降水下土壤入渗对水循环和生态保护具有重要作用,但是针对半干旱区生态保护的传统实验教学难以解决时空受限、多要素影响的不可逆性以及催化降水的高成本的问题。该虚拟仿真实验以学生自主解决实际问题... 详细信息

半干旱区生态环境脆弱,自然和催化降水下土壤入渗对水循环和生态保护具有重要作用,但是针对半干旱区生态保护的传统实验教学难以解决时空受限、多要素影响的不可逆性以及催化降水的高成本的问题。该虚拟仿真实验以学生自主解决实际问题为出发点,发挥该校大气、生态环境、农学、水文学等多学科交叉优势,围绕降水—植被—入渗的不可逆过程,引入人工催化降水模块,对比了自然和人工催化降雨对土壤入渗过程的影响机制,提高了学生实践创新能力和生态环境保护意识。

关键词：生态保护大气科学虚拟仿真实验学科交叉

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集合变换卡尔曼滤波局地化对区域集合初始扰动的影响

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大气科学学报 2021年第2期44卷 314-323页

作者：马旭林何佩仪周勃旸和杰南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/资料同化研究与应用中心江苏南京210044 中国民航西南地区空中交通管理局气象中心四川成都610202 中国民用航空青岛空中交通管理站山东青岛266108

集合变换卡尔曼滤波(ensemble transform Kalman filter,ETKF)是一种有效的集合预报初始扰动构造方案。但是,有限的集合样本、相同的集合成员设置以及预报模式误差等可能会使两个距离较远的状态变量产生虚假相关,从而影响ETKF集合扰动... 详细信息

集合变换卡尔曼滤波(ensemble transform Kalman filter,ETKF)是一种有效的集合预报初始扰动构造方案。但是,有限的集合样本、相同的集合成员设置以及预报模式误差等可能会使两个距离较远的状态变量产生虚假相关,从而影响ETKF集合扰动的质量。为了有效解决远距离虚假相关问题,将局地化思想引入ETKF方案。本文针对GRAPES区域集合预报系统(GRAPES REPS),对ETKF初值扰动局地化方案的效果进行了试验分析,为进一步改善和优化局地化方案(LETKF方案)提供依据。通过一周的连续试验,从暴雨个例、集合预报多种评分检验等方面分析了LETKF初始扰动方案所产生的集合预报质量。结果表明,区域集合预报中集合变换卡尔曼滤波初始扰动的局地化方案能够更加合理地捕捉到快速增长的分析误差的物理结构,更准确地再现数值模式预报误差的线性与非线性传播和演变特征。该局地化方案可以较好地改进预报质量,提高降水预报的准确率,尤其是针对小雨、中雨、暴雨量级的预报。相对于现有区域集合预报的业务系统GRAPES REPS,基于局地化ETKF初始扰动方案的区域集合预报具有较明显的优势。总体来看,LETKF初始扰动方案可更好地改善区域集合预报的质量。

关键词：集合预报 GRAPES 集合变换卡尔曼滤波 LETKF 初始扰动

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苏州市雷电灾害致灾因子危险性区域差异研究

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气象科技进展 2023年第5期13卷 62-66页

作者：徐沈王金虎王宇豪周纬昕许俊辉南通气象科技有限公司南通226001 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南京210044 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 南京信大安全应急管理研究院南京210044

近年来,苏州市雷电灾害频发,对苏州市雷电灾害的风险区域差异化分级可为雷电灾害防御提供参考。基于2016—2020年苏州市三维闪电定位系统资料、高程数据(DEM)和土壤电导率数据进行归一化处理形成1 km×1 km的栅格数据,选取地闪密度... 详细信息

近年来,苏州市雷电灾害频发,对苏州市雷电灾害的风险区域差异化分级可为雷电灾害防御提供参考。基于2016—2020年苏州市三维闪电定位系统资料、高程数据(DEM)和土壤电导率数据进行归一化处理形成1 km×1 km的栅格数据,选取地闪密度、地闪强度、土壤电导率、海拔高度、地形起伏度5个指标分析苏州市雷电灾害致灾因子危险性,基于标准差分级法对致灾因子危险性结果进行风险区域等级划分。结果表明:高危险集中在常熟市的东北部,太仓市西北部;次高危险分布在虎丘区东部、吴中区东部和南部;中等危险分布于姑苏区北部;次低和低危险集中在昆山市和吴江区东部以及太湖地区(吴中区西部)。

关键词：苏州市雷电灾害致灾因子危险性区域差异

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山东暴雪机理与精准预警关键技术及应用

山东暴雪机理与精准预警关键技术及应用

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作者：杨成芳孙世军周雪松郭俊建赵宇刘畅李长军郑丽娜田山东省气象台山东省气象信息中心国网山东省电力公司应急管理中心南京信息工程大学东营市气象局

海效应暴雪(又称冷流暴雪)和江淮气旋暴雪是山东冬季主要灾害性天气，往往造成农业设施垮塌、电网大面积停电、交通瘫痪等，严重影响人民生活和社会经济发展。如2010年2月底，暴雪导致山东中北部交通瘫痪，大范围设施大棚压塌、蔬菜受... 详细信息

海效应暴雪(又称冷流暴雪)和江淮气旋暴雪是山东冬季主要灾害性天气，往往造成农业设施垮塌、电网大面积停电、交通瘫痪等，严重影响人民生活和社会经济发展。如2010年2月底，暴雪导致山东中北部交通瘫痪，大范围设施大棚压塌、蔬菜受灾，山东电网受损严重与华北电网紧急解列，全省直接经济损失23亿元。该项目依托国家自然科学基金、中国气象局关键技术集成与应用等国家、省部级、行业科研及应用项目，依据国家“十三五”科技创新规划关于“研究多灾种跨领域预测预报与预警发布、跨部门动态优化决策等关键技术”等重要研究方向，针对暴雪机理不清晰、相态识别难度大、暴雪预报精度低、缺少智能化暴雪预警平台等四大科学技术难题，开展了长达12年的理论机理研究、关键技术攻关与成果应用落地，取得四方面创新： 1.暴雪机理：提出山东暴雪多时空尺度影响因子作用机理，构建多要素耦合暴雪预警模型。首次提出海效应暴雪的天气尺度、中尺度、云微物理多空间尺度作用机理；揭示了水汽、动力、热力和地形条件对山东暴雪强度和空间分布的影响机理；构建多要素耦合暴雪预警模型，为暴雪精准预报预警提供理论基础。 2.相态识别：首创三维温度降水相态转换客观判识方法，研发多维异源因子积雪深度预报关键技术。突破传统的二维温度判识方法，解析近20年冬季多种降水相态的形成致因转换机理、关键因子权重适配，构建三维温度判识降水相态模型；研制降水相态转换先兆信号客观判识方法及系统；创新探索积雪深度的时空变化规律及多源影响因子，为暴雪精准预报预警提供技术支撑。 3.预报预警：提出暴雪无缝隙最优集成预报方法，研发多因子协同网格预报订正技术。提出暴雪临近预报关键因子精准辨识方法，将全省雷达拼图延时从10分钟缩短到1分钟；基于卫星图像特征识别海效应暴雪，使暴雪临近预报准确率提升10％，预警信号发布时效提前1-2小时；创建专家经验和机器学习相结合的山东暴雪无缝隙客观预报方法。暴雪预报实现由定性转为定量，降雪量精确到毫米级，提升了暴雪预报预警准确率和精度。 4.融合应用：创建基于暴雪影响的风险预警关键技术体系。研制《临近天气预报》等暴雪气象数据和预警标准；研发暴雪综合监测预报预警系统；建立基于灾害链耦合驱动的电网暴雪冰冻风险预警与应急处置技术体系，实现暴雪致灾预警及国家重大基础设施电网应急处置和保障的全链条“综合感知→智能预警→辅助决策→科学指挥→跨域协同”，为成果应用落地提供强有力技术支撑和创新实践。项目成果自2009年以来在国家、省、市、县四级气象及应急、电力、农业、民航、交通等行业广泛应用，纳入南京信息工程大学科研教学体系，推进暴雪学科理论和精准预警技术进步，取得显著社会经济效益。经鉴定，总体达到国内领先水平，多名院士高度评价，具有很高的推广应用价值。项目发表论文46篇，出版专著2部；获发明专利4项；研制发布国家标准等7项；软件著作权5项；获山地省气象局一等奖3项、中国气象局全国智能预报技术大赛优秀奖。

关键词：暴雪预报方法机器学习灾害性天气预报

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雾霾排放效率评估的二阶段DEA模型的构建及实证

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中国软科学 2020年第10期 184-192页

作者：郭际吴先华陈玉凤上海海事大学经济管理学院上海201306 南京信息工程大学气象灾害预警预报与评估协同创新中心江苏南京210044

本文根据雾霾是二次污染物的特点,将雾霾产生和治理分为二个阶段,构建了一种带有中间投入和中间产出的二阶段DEA模型,测算我国31个省份雾霾在产生和治理阶段的效率。结果发现:(1)除西藏的雾霾的排放和治理效率均为1,即DEA有效外,其他省... 详细信息

本文根据雾霾是二次污染物的特点,将雾霾产生和治理分为二个阶段,构建了一种带有中间投入和中间产出的二阶段DEA模型,测算我国31个省份雾霾在产生和治理阶段的效率。结果发现:(1)除西藏的雾霾的排放和治理效率均为1,即DEA有效外,其他省份的两阶段效率值均存在非有效的情况。(2)在雾霾的产生阶段,东部地区整体效率最高,西部地区其次,中部地区最低;在治理阶段,西部地区整体效率最高,中部地区其次,东部地区最低。(3)决定雾霾的产生和治理效率高低的因素主要包括经济条件、大气环境容量和气象条件等。在制定雾霾等大气污染物的排放额度等政策时,除考虑经济发展水平(如产业发展状况)外,还应该考虑各省份的气象和生态条件。本文首次构建了针对雾霾排放效率评估的网络DEA模型;扩充了DEA的应用范围,所得结论可以为雾霾等类似复合污染物的治理提供借鉴。

关键词：雾霾二阶段DEA模型效率评价

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“一带一路”区域气象灾害时空变化特征

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科技导报 2020年第8期38卷 57-65页

作者：姜彤谈科王艳君翟建青南京信息工程大学地理科学学院/灾害风险管理研究院南京210044 中国气象局国家气候中心北京100081

根据1980-2019年"一带一路"区域气象灾害数据,统计分析了该区域气象灾害时空变化特征。研究表明,1980-2019年"一带一路"区域气象灾害发生次数、经济损失和死亡人数分别占全球比重的54%、43%和81%,且均呈上升趋势。... 详细信息

根据1980-2019年"一带一路"区域气象灾害数据,统计分析了该区域气象灾害时空变化特征。研究表明,1980-2019年"一带一路"区域气象灾害发生次数、经济损失和死亡人数分别占全球比重的54%、43%和81%,且均呈上升趋势。空间上,南亚和东南亚地区最为严重;其中,气象灾害发生次数方面,东南亚占全球36%,南亚占29%;经济损失方面,南亚占40%,东南亚占39%;死亡人数上,南亚占48%,东南亚占37%。21世纪以来,"一带一路"区域气象灾害发生次数加速增长,2010-2019年气象灾害次数较2000-2009年增长了约2.8倍,但死亡人数减少了将近76%。建议尽早尽快开展"一带一路"区域气象灾害监测、预警和预报研究,为灾害风险管理提供有效的气候服务。

关键词： “一带一路”区域气象灾害时空变化

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共享社会经济路径(SSPs)下2020-2050年中国分产业产值时空变化

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气候变化研究进展 2020年第6期16卷 725-737页

作者：潘金玉苏布达王艳君景丞翟建青姜彤南京信息工程大学地理科学学院/灾害风险管理研究院南京210044 中国气象局国家气候中心北京100081

根据IPCC共享社会经济路径(SSPs)全球框架,基于中国国内生产总值历史资料、人口普查数据及历年各省统计年鉴,对柯布-道格拉斯(Cobb-Douglas)经济预估模型的劳动参与率、资本产出弹性、全要素生产率等参数进行本地化,预估分析2020—2050... 详细信息

根据IPCC共享社会经济路径(SSPs)全球框架,基于中国国内生产总值历史资料、人口普查数据及历年各省统计年鉴,对柯布-道格拉斯(Cobb-Douglas)经济预估模型的劳动参与率、资本产出弹性、全要素生产率等参数进行本地化,预估分析2020—2050年中国(除港、澳、台外)31个省(区、市)第一、第二和第三产业产值变化。结果表明:(1)不同SSPs路径下,中国各省分产业产值的变化趋势有显著差异。第一、第二产业产值变化趋势相同,但第二产业产值远高于第一产业。第一、第二产业在SSP1、SSP2和SSP5路径下持续增加,在SSP3和SSP4路径下呈现先增后减的趋势。第三产业产值在5种路径下均呈持续上升趋势。(2)三产产值增速总体呈下降趋势,产业间增速及物质需求的变化导致第一、第二产业对国内生产总值的贡献逐渐减少,第三产业比重增加,产业结构逐渐优化。(3)不同的社会经济发展政策对中国分省分产业产值影响显著。2020—2050年,三产产值基本呈现东高西低的空间特点。与2010年相比,2050年三产产值均在东部经济区增加最多,第一、第二产业产值在东北经济区增加最少,而第三产业在西部经济区最少。2050年,中国各省第一产业产值对经济贡献普遍低于8%,第二产业在25%~30%,第三产业普遍高于60%。东部经济区第三产业产值对经济总量的贡献始终高于西部,产业结构更为合理。

关键词：柯布-道格拉斯经济预估模型(Cobb-Douglas) 产业产值共享社会经济路径(SSPs) 中国分省

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基于FY-3B/MWRI数据的青藏高原地区积雪深度反演

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地球物理学进展 2020年第2期35卷 399-405页

作者：高凇吴莹钱博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/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 中国民用航空东北地区空中交通管理局沈阳110041 南京信息工程大学大气物理学院南京210044

以青藏高原地区(25°N-40°N,70°E-105°E)为研究区域,基于积雪深度与微波辐射计18.7 GHz水平极化通道和36.5 GHz水平极化通道的亮温差(Tb18H-Tb36H)具有良好的线性相关性,得出了适用于FY-3B/MWRI(Microwave Radiation... 详细信息

以青藏高原地区(25°N-40°N,70°E-105°E)为研究区域,基于积雪深度与微波辐射计18.7 GHz水平极化通道和36.5 GHz水平极化通道的亮温差(Tb18H-Tb36H)具有良好的线性相关性,得出了适用于FY-3B/MWRI(Microwave Radiation Imager)亮温数据反演青藏高原地区雪深的新算法.利用FY-3B/MWRI一级亮温数据,通过新的半经验算法反演了青藏高原地区的积雪深度,进而运用AMSR2(the Advanced Microwave Scanning Radiometer 2)的二级雪深产品验证了反演结果.结果表明:针对青藏高原地区,新算法相对于全球积雪深度算法具有更小的平均相对误差以及更小的均方根误差,在该研究区域具有更好的适用性.今后可以结合该地区的地表类型分类,对积雪深度反演算法进行更加细致化的拟合,以期提高反演精度,为青藏高原地球物理参数的遥感反演提供支持.

关键词： MWRI(Microwave Radiation Imager) 积雪深度青藏高原

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天津市地表水体与沉积物中7种高关注酚类化合物的污染特征与生态风险分析

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生态毒理学报 2020年第1期15卷 230-241页

作者：殷伟范德玲汪贞古文周林军刘济宁王冬梅石利利南京信息工程大学环境科学与工程学院南京210044 生态环境部南京环境科学研究所南京210042 天津市固体废物及有毒化学品管理中心天津300191

为探究地表水体与沉积物中酚类化合物的污染分布特征和生态风险,选择天津市3个水源地与6条主要河流,采集了26个地表水样与6个沉积物样品,利用固相萃取与超声萃取、高效液相色谱-串联质谱法(HPLC-MS/MS)测定了水样及沉积物中1-萘酚(1-nap... 详细信息

为探究地表水体与沉积物中酚类化合物的污染分布特征和生态风险,选择天津市3个水源地与6条主要河流,采集了26个地表水样与6个沉积物样品,利用固相萃取与超声萃取、高效液相色谱-串联质谱法(HPLC-MS/MS)测定了水样及沉积物中1-萘酚(1-naphthol)、壬基酚(nonylphenol,NP)、双酚A(bisphenol A,BPA)、2-苯基苯酚(biphenyl-2-ol)、3,4-二氯酚(3,4-dichlorophenol)、四溴双酚A(tetrabromobisphenol A,TBBPA)和对叔丁基苯酚(p-tert-butylphenol,PTBP)等7种高关注酚类化合物的浓度水平,并应用物种敏感性分布(species sensitivity distribution,SSD)法和熵值法(ecological risk quotient,RQ)评估7种酚类化合物水环境和沉积物的生态风险。结果表明,地表水样中7种酚类化合物均全部检出;其中壬基酚的检出浓度最高,其次为四溴双酚A、对叔丁基苯酚、1-萘酚、2-苯基苯酚、3,4-二氯酚和双酚A。沉积物中酚类化合物的污染分布规律与水样相似,除双酚A外的目标物全部检出。其中,壬基酚浓度比其他物质浓度高2个数量级。风险评估结果显示,壬基酚对水环境与沉积物存在不可接受的风险;而四溴双酚A、对叔丁基苯酚、1-萘酚、2-苯基苯酚、3,4-二氯酚和双酚A则对环境具有较低风险或者存在一定的风险。

关键词：酚类化合物天津生态风险物种敏感性分布地表水沉积物

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