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大气科学学报 2022年第5期45卷 641-659页

作者：杨淑贤零丰华应武杉杨松罗京佳南京信息工程大学气候与应用前沿研究院/气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044

近年来,随着人工智能技术在多个领域大数据分析中的应用,许多研究工作者尝试将地学研究与人工智能跨学科结合,取得了很多新的进展,推动了地球科学的发展。其中气候预测与人类生活以及防灾减灾等息息相关,准确的气候预测至关重要。本文... 详细信息

近年来,随着人工智能技术在多个领域大数据分析中的应用,许多研究工作者尝试将地学研究与人工智能跨学科结合,取得了很多新的进展,推动了地球科学的发展。其中气候预测与人类生活以及防灾减灾等息息相关,准确的气候预测至关重要。本文简要总结了人工智能技术在气候预测应用方面的研究进展,包括资料同化、模式参数化、求解偏微分方程、构建统计预测模型、改进数值模式产品释用等领域。这些研究证明了利用人工智能提高气候预测技巧的可能性和适用性,可以极大地节省计算成本和时间。然而人工智能应用也存在诸多挑战,例如数据集的构建、模型的适用性和物理可解释性等问题,对这些难点问题的研究和攻克,可以让人工智能在大数据时代中更好地补充传统地球科学方法,产生更多有益的效应,极大地改进气候预测水平。

关键词：人工智能数值产品释用气候预测

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春季江淮气旋及影响的统计分析

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气象与环境科学 2020年第1期43卷 43-51页

作者：黄文彦孙燕卢楚翰姚丽娜雷正翠常州市气象局江苏常州213022 江苏省气象科学研究所南京210009 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

以Lu[1]改进的温带气旋识别方法为基础,结合江苏省73个人工气象观测站的降水资料,统计分析了近35年来春季江淮气旋及其与江苏春季暴雨的关系。结果表明,近35年来,春季江淮气旋发生的次数呈现趋势性递减的变化,其源地主要集中在安徽西南... 详细信息

以Lu[1]改进的温带气旋识别方法为基础,结合江苏省73个人工气象观测站的降水资料,统计分析了近35年来春季江淮气旋及其与江苏春季暴雨的关系。结果表明,近35年来,春季江淮气旋发生的次数呈现趋势性递减的变化,其源地主要集中在安徽西南部的大别山东侧和西北部的淮河上游平原。江淮气旋对沿江苏南的春季暴雨有重要影响,而对淮北地区暴雨的影响最弱,给江苏春季带来区域性暴雨的江淮气旋主要是介于中尺度和天气尺度之间的次天气尺度系统。引起淮北和江淮之间两个区域暴雨的江淮气旋源于皖、豫、鲁三省交界处的比例较高。春季江淮气旋造成的暴雨区主要位于气旋中心附近和气旋的南部。其中,淮北地区雨区主要位于气旋中心附近,沿江苏南的雨区在气旋中心和南部均有分布。气旋中心涡度和风速大小、低空西南急流的位置和水汽通量辐合的位置是暴雨落区差异的主要原因。

关键词：江淮气旋江苏暴雨源地路径

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闪电产生氮氧化物对青藏高原臭氧低谷形成的影响

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大气科学 2019年第2期43卷 266-276页

作者：郭凤霞穆奕君李扬王曼霏黄兆楚曾凡辉廉纯皓南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/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 广西壮族自治区环境保护科学研究院南宁530022

为了进一步了解青藏高原闪电的产生氮氧化物(LNO_x)经由光化学反应对O_3浓度变化及夏季O_3低谷形成的可能影响,本文利用2005～2013年由OMI卫星得到的对流层NO_2垂直浓度柱(NO_2 VCD)、O_3总浓度柱(TOC)和O_3廓线以及星载光学瞬变探测器... 详细信息

为了进一步了解青藏高原闪电的产生氮氧化物(LNO_x)经由光化学反应对O_3浓度变化及夏季O_3低谷形成的可能影响,本文利用2005～2013年由OMI卫星得到的对流层NO_2垂直浓度柱(NO_2 VCD)、O_3总浓度柱(TOC)和O_3廓线以及星载光学瞬变探测器OTD和闪电成像仪LIS获取的总闪电数资料,对青藏高原和同纬度长江中下游地区的TOC和NO_2 VCD月均值时空分布特征、闪电与NO_(2 )VCD的相关性和O_3的垂直分布特征及其与LNO_x的关系进行了对比分析。结果表明,青藏高原的O_3低谷主要出现在夏季和秋季,其TOC值比同纬度长江中下游地区低约10～15 DU(Dobson unit)。青藏高原NO_2VCD总体较小,表现为夏高冬低的分布特征。青藏高原夏季O_3浓度受南亚高压的影响总体呈减小趋势,但因强雷暴天气导致对流层中上部LNO_x浓度升高,并随强上升气流向对流层顶输送,同时通过光化学反应使O_3浓度增加,缩小了青藏高原和同纬度地区的O_3浓度差,减缓了O_3总浓度的下降,抑制了夏季O_3低谷的进一步深化。

关键词： O3 NO2 青藏高原

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地面湿度对雷暴云电过程的影响

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科学技术与工程 2019年第25期19卷 38-47页

作者：李春笋谭涌波师正王艺儒南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室气候与环境变化国际合作联合实验室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

分析了南京地区2002~2011年(共10年)闪电和地面相对湿度的卫星观测资料,分析表明:闪电密度与相对湿度呈正相关。为了进一步研究相对湿度对雷暴云起电和放电的影响,采用二维雷暴云起、放电数值模式进行敏感性试验。结果表明:随着相对湿... 详细信息

分析了南京地区2002~2011年(共10年)闪电和地面相对湿度的卫星观测资料,分析表明:闪电密度与相对湿度呈正相关。为了进一步研究相对湿度对雷暴云起电和放电的影响,采用二维雷暴云起、放电数值模式进行敏感性试验。结果表明:随着相对湿度的增大,云滴数目增多,上升风速增强;当相对湿度增加时,较大的上升气流和云水含量有助于产生更大尺寸的冰晶和霰粒子;较大的云滴、霰和冰晶通过非感应起电和感应起电机制促进电荷分离;当相对湿度从60%增加到90%时,总闪数增加,并且只有当相对湿度高达90%时,才能产生地闪。整体而言,相对湿度越大,对流活动更快更强,促进了雷暴云初始起电和放电。

关键词：相对湿度起电率电荷结构闪电放电

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大气冰核浓度对对流云降水过程影响的数值模拟

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气象科技 2020年第2期48卷 220-228页

作者：王梦旖师正谭涌波刘俊于梦颖郑天雪南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/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 河南省信阳市气象局信阳464000

在已有的三维对流云模式的基础上新植入了同质冻结和异质核化方案,结合一次山地雷暴个例,通过敏感性试验来探讨大气冰核浓度对对流云微物理过程和降水的影响。模拟结果表明:①冰核浓度的改变会对对流云的动力场及各水成物粒子产生明显... 详细信息

在已有的三维对流云模式的基础上新植入了同质冻结和异质核化方案,结合一次山地雷暴个例,通过敏感性试验来探讨大气冰核浓度对对流云微物理过程和降水的影响。模拟结果表明:①冰核浓度的改变会对对流云的动力场及各水成物粒子产生明显作用。增加冰核浓度,冰相粒子的数浓度随之增加;同时,凝华过程中释放大量潜热导致云中上升气流增强。由于水汽含量一定,各水成物粒子"争夺"水汽,使得云滴、冰晶和霰的增长均受到抑制,难以成为较大尺寸的降水粒子。②冰核浓度的增加,"贝吉龙效应"导致云滴的尺度减小,削弱了云-雨转化过程。雨滴、云滴混合比的减小抑制了雨滴对云滴的收集。同时,小尺度的霰粒子削弱了霰融化为雨滴的物理过程,最终导致地面累积降雨量降低。

关键词：冰核冰晶对流云降水

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青藏高原与同纬度其他地区热带对流层顶气压变化特征的比较

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大气科学学报 2019年第5期42卷 660-671页

作者：周顺武郑丹秦亚兰郭栋王传辉胡开喜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/气候与环境变化国际合作联合实验室江苏南京210044 安徽省气象局安徽合肥230031 中国气象局国家气象信息中心北京100081

基于1979—2014年ERA-Interim逐日再分析温度资料,依据温度递减率插值法计算出青藏高原及同纬度其他地区热带对流层顶气压数据,比较了高原和同纬度其他地区热带对流层顶气压季节变化和长期变化趋势,讨论了热带对流层顶气压与高空温度的... 详细信息

基于1979—2014年ERA-Interim逐日再分析温度资料,依据温度递减率插值法计算出青藏高原及同纬度其他地区热带对流层顶气压数据,比较了高原和同纬度其他地区热带对流层顶气压季节变化和长期变化趋势,讨论了热带对流层顶气压与高空温度的关系。结果表明:1)在季节变化上,除12月和1月外,青藏高原热带对流层顶气压全年低于同纬度其他地区;青藏高原热带对流层顶气压、对流层中上层以及平流层下部平均温度均表现出比同纬度其他地区更明显的单峰型特征。2)热带对流层顶气压与高空温度变化关系密切,对流层中上层(平流层下部)平均温度升高(降低),有利于热带对流层顶气压降低;相对于同纬度其他地区,青藏高原对流层顶气压与对流层中上层平均温度的关系更密切。3)1979—2014年青藏高原和同纬度其他地区各季节的热带对流层顶气压均呈现出不同程度的下降趋势,冬春季下降趋势更加显著;青藏高原各季节对流层中上层增温和平流层下部降温的幅度均超过同纬度其他地区,导致其热带对流层顶气压的下降趋势比同纬度其他地区更加明显。

关键词：青藏高原热带对流层顶气压季节变化趋势

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2011年长江中下游旱涝急转及汛期暴雨的对流条件研究

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热带气象学报 2020年第5期36卷 590-602页

作者：黄明策沈新勇刘会鹏李小凡南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 广西壮族自治区气象台广西南宁530022 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082 横县气象局广西南宁530300 浙江大学地球科学学院浙江杭州310027

利用ERA-Interim及雨量和土壤水分观测资料,对比诊断了2011年5—6月长江中下游梅汛前极旱期急转为梅汛期洪涝的极端天气事件的对流条件(水汽、不稳定、抬升作用)差异及特征,并研究条件性湿位涡垂直通量(CMF)指数与暴雨之间的定量关系。... 详细信息

利用ERA-Interim及雨量和土壤水分观测资料,对比诊断了2011年5—6月长江中下游梅汛前极旱期急转为梅汛期洪涝的极端天气事件的对流条件(水汽、不稳定、抬升作用)差异及特征,并研究条件性湿位涡垂直通量(CMF)指数与暴雨之间的定量关系。结果表明:在极旱期,干冷的东北气流控制,西太平洋副热带高压偏东,低层水汽通量弱且以偏北风输送为主,中低层为下沉气流,无低空急流,等θse线稀疏,边界层抬升机制缺乏,是干旱加剧的主要因子;在梅汛期,西南气流增强,西太平洋副热带高压西伸,低层气流在长江地区辐合,低层水汽通量增加且转为西南和东南风输送为主,伴随高低空急流耦合和深厚的上升运动,等θse线密集形成梅雨锋,增强不稳定暖湿空气强迫抬升和垂直输送,造成暴雨频发,引起区域性洪涝。暴雨中心600 hPa以下为负湿位涡的不稳定层,对流不稳定与条件性对称不稳定共同作用是强降水发生的不稳定机制。CMF指数与旱涝变化、暴雨过程演变非常一致,在极旱(梅汛)期,CMF指数低(高),变化平缓(剧烈),CMF指数在暴雨开始时逐步剧增,结束时迅速减小。

关键词：旱涝急转对流条件条件性对称不稳定梅雨锋暴雨增幅

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相似路径台风Soudelor(1513)与Matmo(1410)登陆前后的降水分布特征及成因的对比分析(9)

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大气科学 2019年第2期43卷 297-310页

作者：颜玲周玉淑王咏青南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室(LACS) 北京100029 中国科学院大学北京100049

利用欧洲气象中心(ERA-interim)再分析资料以及中国气象局观测站点的实况降水观测结合CMORPH卫星反演的逐时降水资料,对比分析了路径类似的1513号台风Soudelor和1410号台风Matmo在登陆福建前后期间的降水分布特征以及造成登陆台风暴雨... 详细信息

利用欧洲气象中心(ERA-interim)再分析资料以及中国气象局观测站点的实况降水观测结合CMORPH卫星反演的逐时降水资料,对比分析了路径类似的1513号台风Soudelor和1410号台风Matmo在登陆福建前后期间的降水分布特征以及造成登陆台风暴雨强度和落区差异的原因,得到以下初步结论:Soudelor和Matmo移动路径相似,但在登陆福建的过程中对浙、闽地区造成的降水强度和分布差异明显,如Soudelor造成的总降水强度比Matmo大,且Soudelor的强降水在登陆前主要分布在台风路径的右侧,台风中心的偏北方向,登陆以后主要在台风的偏北以及东北方向;而Matmo登陆前降水基本均匀分布在路径两侧,强降水区位于台风中心的西北方向,登陆福建以后向北移动的过程中强降水区转向台风中心的北边;不同的大尺度环流背景也会导致登陆过程中不同的降水分布特征,Soudelor影响期间副热带高压比较强盛,并阻断它与中纬度西风槽的作用,而Matmo登陆北上过程中逐渐减弱并汇入河北上空的西风槽中,所以登陆后期Matmo的降水比Soudelor强;Soudelor和Matmo台风登闽前后低层水汽输送及东风急流差异是导致大暴雨落区差异的原因之一,Matmo的水汽输送主要来自孟加拉湾及南海,而Soudelor登陆前东部有来自另一个台风Molave的水汽输送,登陆后强水汽输送通量区及水汽辐合带位于Soudelor偏北侧,这与Soudelor登陆造成的暴雨在中心偏北方向一致;南亚高压相对于台风的位置也会影响降水,Soudelor登陆时,大兴安岭上空大槽前的偏西风急流与南部高压西北侧的西南急流一起使得它登陆后减弱速度变缓,有利于台风暴雨的维持,而Matmo高空受急流造成的气旋性切变流场加速了台风的减弱;此外,台风自身的结构和强度变化以及登陆后维持时间不同也是造成两次过程降水差异的主要原因之一,台风暖心结构的强度以及台风高层暖心减弱的速度对台风降水有一定影响,但对登陆时台风暴雨的不对称分布影响较小;Soudelor登闽过程中,涡度场强度比Matmo大,且维持一个深厚的垂直对称结构,登闽后期附近的辐合上升气流主要位于中心东侧,而Matmo在登闽过程中,低层的强辐合区和上升运动区始终偏西,造成二者降水分布的不同。

关键词：登陆台风暴雨结构演变水汽输送对比分析

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BCC＿CSM1.1气候模式年代际试验对北极涛动季节回报能力的初步评估

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气候变化研究进展 2019年第1期15卷 1-11页

作者：伍丽泉李清泉丁一汇王黎娟辛晓歌魏敏南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 国家气候中心中国气象局气候研究开放实验室北京100081 中国气象局国家气象信息中心北京100081

本文基于国家气候中心气候系统模式BCC_CSM1.1自1960—2004年每年起报的年代际预测试验结果,初步评估了该模式对北极涛动(AO)的预报技巧。同时,把该模式年代际预测结果与历史试验模拟比较,分析了气候模式初始化对年代际试验预测季节尺... 详细信息

本文基于国家气候中心气候系统模式BCC_CSM1.1自1960—2004年每年起报的年代际预测试验结果,初步评估了该模式对北极涛动(AO)的预报技巧。同时,把该模式年代际预测结果与历史试验模拟比较,分析了气候模式初始化对年代际试验预测季节尺度AO及其年际变化的贡献。结果表明,年代际试验和历史试验均能反映出AO模态是北半球中高纬大气变率第一模态的特征,其中年代际预测试验回报的AO模态与观测的空间相关系数高于历史试验。两组试验基本能再现AO指数冬季最强、夏季最弱的特征。与历史试验相比,年代际预测试验回报月和冬季AO指数与观测的相关系数更高,特别是年代际试验与观测的月AO指数相关系数达到了0.1的显著性水平。年代际试验回报月、春季AO指数的变化周期更接近观测结果。因此,年代际试验中初始状态使用海温资料进行初始化,在一定程度上可以提高AO的回报能力。

关键词： BCC_CSM1.1 气候模式年代际北极涛动(AO) 季节回报

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全球变暖1.5℃和2℃阈值时青藏高原气温的变化特征

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气候变化研究进展 2019年第2期15卷 130-139页

作者：吴芳营游庆龙谢文欣张玲南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院上海200438

利用国际耦合模式比较计划第5阶段(CMIP5)中的21个气候模式的RCP4.5和RCP8.5情景预估结果,分析了全球变暖1.5℃和2℃阈值时青藏高原气温年和季节的变化特征。结果表明,对应1.5℃和2℃全球变暖,青藏高原变暖幅度明显更大,就整体而言,在RC... 详细信息

利用国际耦合模式比较计划第5阶段(CMIP5)中的21个气候模式的RCP4.5和RCP8.5情景预估结果,分析了全球变暖1.5℃和2℃阈值时青藏高原气温年和季节的变化特征。结果表明,对应1.5℃和2℃全球变暖,青藏高原变暖幅度明显更大,就整体而言,在RCP4.5/RCP8.5情景下,高原区域平均的平均、最高、最低气温变暖分别为2.11℃/2.10℃和2.96℃/2.85℃、2.02℃/2.02℃和2.89℃/2.77℃、2.34℃/2.34℃和3.20℃/3.14℃,冬季平均气温的变暖幅度(2.19℃/2.31℃和3.13℃/3.05℃)较其他季节更大;从空间分布形势上看,年变暖呈西南高东北低的分布,而春、冬变暖呈南高北低的分布,夏、秋变暖则呈西高东低的分布。到达同一温升阈值时,RCP4.5与RCP8.5情景下高原气温的响应也存在区域差异。高原年与各季平均气温对全球变暖1.5℃与2℃的响应差异均>0.5℃,其中冬季最明显,区域平均差异可达0.94℃,局地差异超过1.1℃。

关键词：气温变化青藏高原全球变暖1.5℃和2℃

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