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大气科学学报 2022年第1期45卷 1-13页

作者：李文铠郭维栋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/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害教育部重点实验室江苏南京210044 南京大学大气科学学院江苏南京210023

回顾了青藏高原雪盖的季节内变化及其影响研究的新进展。高原大部分地区雪盖不稳定且持续时间短,导致高原雪盖具有显著的季节内快速变化特征。局地气温和降水的季节内变化是控制高原雪盖季节内变化的直接原因,这种直接关系是区域大气环... 详细信息

回顾了青藏高原雪盖的季节内变化及其影响研究的新进展。高原大部分地区雪盖不稳定且持续时间短,导致高原雪盖具有显著的季节内快速变化特征。局地气温和降水的季节内变化是控制高原雪盖季节内变化的直接原因,这种直接关系是区域大气环流季节内活动的结果。高原雪盖季节内变化还与大尺度大气环流的季节内活动有关,热带季节内振荡、北极涛动和北大西洋涛动引起的大气季节内过程可解释部分高原雪盖季节内变率。高原雪盖季节内变化通过雪-反照率效应迅速对大气施加影响,雪盖造成的冷异常通过大气平流过程影响高原及其下游地区,造成东亚高空急流和东亚大槽增强。由于高原雪盖季节内变化的重要影响,数值预报中高原雪盖的初始场和预报场会影响次季节预报技巧。

关键词：陆气相互作用青藏高原雪盖大气季节内变化次季节预报

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基于“星-空-地-流”数字化融合的工业设施碳计量方法学研究

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气候变化研究进展 2025年第2期21卷 236-245页

作者：黄建章振冯蕾郑明月李莘莘李文怡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 南京信息工程大学大气物理学院南京210044 中新城镇化(北京)科技有限责任公司北京101400 中国电子信息产业发展研究院北京100081 中国科学院空天信息创新研究院北京100094 南京信息工程大学法学与公共管理学院南京210044

碳计量是开展碳排放双控管理、实现“双碳”目标的基础性手段,工业碳排放占比仍较高,工业碳排放的结构与特征决定了应进一步加强工业设施碳计量体系的科学性与有效性。当前工业设施碳计量方法学存在如下不足:碳核算方法仍占主导,但排放... 详细信息

碳计量是开展碳排放双控管理、实现“双碳”目标的基础性手段,工业碳排放占比仍较高,工业碳排放的结构与特征决定了应进一步加强工业设施碳计量体系的科学性与有效性。当前工业设施碳计量方法学存在如下不足:碳核算方法仍占主导,但排放因子不确定性较高;碳排放远程监测方法影响因素多,反演难度大;连续监测或现场监测方法实施障碍多,成本高;排放核查以人工为主,速度慢且易受主观影响。鉴于此,文中提出了基于“星-空-地-流”数字化融合的工业设施碳计量方法学框架与实施路径,具体如下:基于国际量值传递体系,推进基础数据监测检测标准化;以“星-空”监测手段结合碳排放数据基底,推进工业碳排放科学定位;“地”面监测与碳排放“流”模拟相结合,推进工业碳排放精准核算;创新工业碳排放数字化管理,推进工业碳排放快速核查;通过多场景、多领域、多层次应用,完善工业碳计量体系。

关键词：工业碳排放碳计量方法学 “星-空-地-流” 数字化融合

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东亚气温前冬与后冬反相的变化特征及可能影响因子

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大气科学 2021年第5期45卷 1039-1056页

作者：祁莉泮琬楠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

东亚冬季气温除了季节平均外,其显著的季内起伏也对国民生活及经济活动有着深远影响。本文利用1959~2018年台站及再分析资料,使用S-EOF(Season-reliant Empirical Orthogonal Function)方法提取东亚冬季气温季内起伏的主要年际变化模态... 详细信息

东亚冬季气温除了季节平均外,其显著的季内起伏也对国民生活及经济活动有着深远影响。本文利用1959~2018年台站及再分析资料,使用S-EOF(Season-reliant Empirical Orthogonal Function)方法提取东亚冬季气温季内起伏的主要年际变化模态,其主要模态表现为前冬暖(冷)、后冬冷(暖),即为前、后冬反相,其方差贡献达到31.1%。这种前后冬反相的特征并非局地现象,在北半球大尺度均存在。环流场上它表现为欧亚遥相关型波列(Eurasian teleconnection,EU)从前冬12月的负位相(正位相)向后冬2月正位相(负位相)的转变,相伴随的是低层西伯利亚高压与阿留申低压的强度在前、后冬转折,高层副热带急流的变化也与之匹配。分析发现,欧亚遥相关型的季内转向可能与北大西洋涛动(North Atlantic oscillation,NAO)在前冬12月与后冬2月的转向有关,后者通过北大西洋热通量作用进而影响下游EU波列的转向。此外,宽窄厄尔尼诺—南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)事件也有一定贡献,当厄尔尼诺(El Nino)发生时,经向上更宽(窄)的海温异常利于前冬气温偏高(低)向后冬气温偏低(高)的转向;而当拉尼娜(La Nina)事件发生时,情况与厄尔尼诺年相反。

关键词：冬季气温季内起伏欧亚遥相关型湍流热通量 ENSO 经向宽度

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雷暴电荷分布对正极性云闪放电特征影响的数值模拟

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大气科学 2022年第6期46卷 1407-1424页

作者：郑天雪谭涌波罗林洁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 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

本研究将云闪随机放电参数化方案植入到偶极电荷结构中,固定主负电荷区的参数和位置,通过不断调整上部正电荷区的参数(电荷浓度和水平范围)和位置以此来模拟不同高度处起始的正极性云闪,进而探讨正云闪放电特征与雷暴电荷分布之间的关... 详细信息

本研究将云闪随机放电参数化方案植入到偶极电荷结构中,固定主负电荷区的参数和位置,通过不断调整上部正电荷区的参数(电荷浓度和水平范围)和位置以此来模拟不同高度处起始的正极性云闪,进而探讨正云闪放电特征与雷暴电荷分布之间的关系。模拟结果表明在偶极电荷结构中,抬升上部正电荷区的高度,能够产生如观测所示的高海拔正云闪,不同于普通正云闪起始于向上传播的负先导及水平或稍向下延伸的正先导,高海拔处起始的正云闪以大范围向下传播的正先导及水平或轻微向上延伸的负先导为主要特征。随着上部正电荷区位置的抬升,正云闪起始高度也随之升高,当上部正电荷区抬升到一定高度后(本研究中当上部正电荷区下边界超过12 km),云闪通常起始于主正电荷区内,且上部正电荷区的浓度以及水平半径对于云闪的起始高度没有显著影响。此外,云闪正、负先导通道的长度与电荷区的浓度、水平半径以及起始点和负、正电荷区之间的距离存在显著的正相关关系。

关键词：正极性云闪数值模拟雷暴电荷分布起始高度通道长度

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基于卷积神经网络的长江流域夏季日最高温度延伸期预报方法研究

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大气科学学报 2022年第6期45卷 835-849页

作者：雷蕾徐邦琪高庆九谢洁宏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 广东省揭阳市气象局广东揭阳515599

长江流域是我国夏季高温热浪灾害的多发区之一,该地区日最高温度(T_(max))具有显著的低频(10~30 d和30~60 d周期)变化特征,超前-滞后相关分析和气温方程诊断的结果显示,影响长江流域T_(max)低频变化的大尺度环流/对流信号包含:自欧亚大... 详细信息

长江流域是我国夏季高温热浪灾害的多发区之一,该地区日最高温度(T_(max))具有显著的低频(10~30 d和30~60 d周期)变化特征,超前-滞后相关分析和气温方程诊断的结果显示,影响长江流域T_(max)低频变化的大尺度环流/对流信号包含:自欧亚大陆东移南下的低频波列,自东北亚向西南方向传播的异常环流,以及由西太平洋向东亚传播的低频对流;这些低频对流/环流活动通过改变辐射加热过程及绝热过程,导致长江流域T_(max)的低频变化。为了客观且有效地辨识和捕捉这些先兆信号,并考虑长江流域T_(max)与大尺度因子间的非线性作用,本文采用机器学习方法中的卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)对大量历史数据进行训练,并构建了长江流域T_(max)的延伸期预报模型。在独立预报阶段,CNN预报模型对长江流域区域平均T_(max)的预报时效达30 d,提前5~30 d预报的T_(max)与观测T_(max)的时间相关系数介于0.63~0.70(通过99%置信度的显著性检验),量级偏差(均方根误差)小于1个标准差,显示出CNN在延伸期灾害天气预报的应用潜力。

关键词：长江流域高温热浪低频振荡卷积神经网络延伸期预报日最高气温预报

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春季东大西洋/西俄罗斯遥相关型异常与我国气温异常的联系

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大气科学学报 2023年第6期46卷 876-883页

作者：李忠贤黄源源王健治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 南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044 中国民用航空局厦门空中交通管理站气象台福建厦门361006

利用1979—2017年逐月中国160站气温资料和美国NCEP-DOE再分析资料,研究了春季东大西洋/西俄罗斯(East Atlantic/West Russia,EATL/WRUS)遥相关型异常与我国气温异常的联系,并初步探讨了这一联系的可能物理机制。研究结果表明,春季EATL/... 详细信息

利用1979—2017年逐月中国160站气温资料和美国NCEP-DOE再分析资料,研究了春季东大西洋/西俄罗斯(East Atlantic/West Russia,EATL/WRUS)遥相关型异常与我国气温异常的联系,并初步探讨了这一联系的可能物理机制。研究结果表明,春季EATL/WRUS遥相关型正(负)位相表现为北大西洋至欧亚大陆中高纬地区的500 hPa位势高度场“+-+”(“-+-”)纬向波列,该波列的三个主要活动中心分别位于西欧、乌拉尔山附近和贝加尔湖南侧。在垂直方向上,春季EATL/WRUS遥相关型具有明显的相当正压结构。春季EATL/WRUS遥相关型异常与我国西北地区春季气温异常具有显著的正相关关系。当春季EATL/WRUS遥相关型处于正(负)位相年,乌拉尔山附近地区为负(正)位势高度异常和气旋性(反气旋性)环流异常,贝加尔湖南侧地区出现正(负)位势高度异常和反气旋性(气旋性)环流异常,使得影响我国西北地区的冷空气减弱(加强),从而导致我国西北地区春季气温异常升高(降低)。

关键词：东大西洋/西俄罗斯型大气遥相关气温异常环流异常波活动通量

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山区雷击高塔影响架空线感应过电压的模拟研究

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电瓷避雷器 2022年第2期 1-7,13页

作者：张金波顾佳莹张其林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实验室南京210044

为了研究山区雷击高塔对雷电感应过电压的影响,建立了三维时域有限差分(3D-FDTD)算法模型,计算复杂山体地形下的雷击高塔产生的电磁场,并结合Agrawal耦合模型计算架空线感应过电压。利用该模型计算对比了雷击平坦地面、雷击山顶和雷击... 详细信息

为了研究山区雷击高塔对雷电感应过电压的影响,建立了三维时域有限差分(3D-FDTD)算法模型,计算复杂山体地形下的雷击高塔产生的电磁场,并结合Agrawal耦合模型计算架空线感应过电压。利用该模型计算对比了雷击平坦地面、雷击山顶和雷击山顶高塔时的线路感应过电压,并讨论了山体坡度、距离、塔高、土壤电导率的影响。结果表明:与雷击平坦地面相比,架空线感应过电压幅值随锥形山体坡度的增加而增大;当雷击山顶高塔时,线路两端的感应过电压幅值随着距离的增加而减小、随塔高的增加而增大、随电导率的降低而增大,与雷击山顶相比,雷击山顶高塔时线路两端的感应过电压波形产生了明显震荡,波形幅值进一步增大;以南京紫金山真实山区地形为例,模拟结果发现与雷击平坦地面相比,雷击山顶时的线路两端过电压幅值分别提高了43.5%和48.9%,雷击山顶高塔时的线路两端过电压幅值分别提高了50.2%和124.3%。

关键词：三维时域有限差分算法山区地形高塔 Agrawal耦合模型雷电感应过电压

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平流层NAM事件中阻塞高压发生及其调制地面温度异常型的统计特征

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大气科学 2024年第3期48卷 875-892页

作者：李亚飞任荣彩虞越越 CAI Ming 天津市气象灾害防御技术中心天津300074 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/大气科学学院南京210044 美国佛罗里达州立大学地球、海洋和大气科学学院美国塔拉哈西32304

本文利用1979~2020年ERA5逐日再分析数据,分析了在平流层北半球环状模(NAM)正负事件中,阻塞高压(简称阻高)发生及其调制地面温度异常型的统计特征。结果表明,北半球的四个阻高系统分别趋于在NAM事件的不同阶段发生,其中格陵兰阻高(GB)... 详细信息

本文利用1979~2020年ERA5逐日再分析数据,分析了在平流层北半球环状模(NAM)正负事件中,阻塞高压(简称阻高)发生及其调制地面温度异常型的统计特征。结果表明,北半球的四个阻高系统分别趋于在NAM事件的不同阶段发生,其中格陵兰阻高(GB)和北太平洋阻高(NPB)更趋于出现在正NAM事件的发展阶段和负NAM事件的衰减阶段,乌拉尔山阻高(UB)多出现在正NAM事件的衰减阶段和负NAM事件的发展阶段,而大西洋–欧洲阻高(AEB)则多发生在正、负NAM事件的衰减阶段。尽管NAM事件过程中有阻高发生的天数远少于无阻高发生的天数,但阻高的存在对平流层NAM影响下的地面温度异常空间型有显著的调制作用,特别是在正NAM事件中,GB的出现可导致欧亚大陆从整体偏暖或北暖—南冷型变为北冷—南暖型,同时导致北美大陆从整体偏冷或北冷—南暖型变为北暖—南冷型;此外在负NAM事件衰减阶段出现的UB,不仅可导致欧亚大陆的北冷—南暖型反转为北暖—南冷型,亦可使北美大陆由北暖—南冷型转为南暖—北冷型。相比之下,AEB和NPB两阻高发生时地面温度异常型多由平流层NAM的影响所主导,即阻高的调制作用并不显著。在NAM影响以及各阻高的协同作用下,从正NAM事件峰值至负NAM事件发展阶段,整个中纬度地区欧亚大陆偏冷、北美偏暖;从负NAM事件衰减阶段至正NAM事件的初始阶段则相反;两大陆地区的温度异常多呈中—高纬南北反位相变化特征。本文进一步通过蒙特卡洛随机取样检验,证实了上述关于阻高调制地面温度异常型的结论。

关键词：平流层北半球环状模阻塞高压地面温度异常调制

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考虑中间层低层的平流层最后增温事件分类及其机制分析

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大气科学 2024年第6期48卷 2141-2156页

作者：胡景高谢金材任荣彩刘帅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 中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室北京100190 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100190 重庆市荣昌区气象局重庆402460

基于MERRA再分析数据集,本文对平流层最后增温事件(stratospheric Final Warming,简称FW)的分类进行了分析,这种分类将平流层和中间层低层进行了统一的考虑。研究发现中间层低层极区存在与平流层极区相似的纬向风场的季节转换,并且在春... 详细信息

基于MERRA再分析数据集,本文对平流层最后增温事件(stratospheric Final Warming,简称FW)的分类进行了分析,这种分类将平流层和中间层低层进行了统一的考虑。研究发现中间层低层极区存在与平流层极区相似的纬向风场的季节转换,并且在春季,极区温度和纬向风场存在与平流层类似的年际变率,基于此认定中间层低层仍存在FW事件。本文随后确定了FW事件逐年爆发日期,结果表明,FW事件在各个层次的平均爆发日期为4月7~27日,年际变率在11.3~18.3天,其中,1 hPa FW平均爆发日期最迟,0.1 hPa FW事件的年际变率最小。依据FW爆发日期垂直廓线的演变特征,本文将FW事件分为三类,分别为同时型、顺延型与气候态型。同时型FW事件由强烈的行星波活动所主导,整层爆发日期相差不大,FW的爆发伴随着强烈的极区环流异常符号的反转。顺延型FW事件的爆发过程与同时型具有类似的特征,但其中行星波活动强度更弱,非绝热加热的作用进一步提高。气候态型时,以10 hPa为代表的平流层中层FW事件的爆发由动力因素主导。平流层中层FW爆发后,平流层高层行星波活动受到抑制,FW的爆发则由辐射非绝热加热主导。在中间层低层0.1 hPa,FW事件的爆发有两种可能,一方面,可以由辐射非绝热加热主导;另一方面,在一些平流层FW事件爆发后,0.1 hPa可能会因为平流层FW爆发后的次级行星波活动而造成FW的爆发。

关键词：平流层最后增温事件中间层分类环流演变行星波活动

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2015—2019年保定市O_(3)变化及其周边源区分析

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环境科学学报 2022年第7期42卷 22-31页

作者：卢硕赵天良李晓岚孟凯马翠平罗悦函辛雨珊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 中国气象局沈阳大气环境研究所沈阳110166 河北省气象灾害防御和环境气象中心石家庄050021

利用保定市2015—2019年近地面O_(3)和气象观测数据,统计分析了该地区O_(3)变化特征及其与地面气温、相对湿度、风速和风向的关系,并确定了O_(3)的周边源区.结果表明,2015—2019年保定市O_(3)污染呈加重趋势,O_(3)污染超标天数从2015年... 详细信息

利用保定市2015—2019年近地面O_(3)和气象观测数据,统计分析了该地区O_(3)变化特征及其与地面气温、相对湿度、风速和风向的关系,并确定了O_(3)的周边源区.结果表明,2015—2019年保定市O_(3)污染呈加重趋势,O_(3)污染超标天数从2015年的63 d增加至2019年的95 d.由于秋冬季昼夜温差较大,导致其O_(3)日变化相对扰动高于春夏季节.O_(3)浓度与近地面气温呈非线性正相关关系,随相对湿度(RH)的增加呈阶段性的先增后减的变化趋势,其中当RH为40%~50%时,O_(3)浓度及其污染超标率均达到最大.此外,风场对O_(3)分布有重要影响,盛行偏南风时易发生O_(3)重污染,表明影响该地区O_(3)污染源区主要位于保定南部.潜在源贡献因子分析方法(PSCF)和浓度权重轨迹分析法(CWT)的分析结果表明,保定市春夏O_(3)源区分布范围最大,其中贡献高值区主要分布在保定以南的河南东部、山东西部,周边源区对保定市O_(3)污染具有重要影响作用.

关键词： O_(3) 气象要素周边源区保定

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