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电瓷避雷器 2023年第2期 26-33页

作者：蔡彬彬郭凤霞张坤张志伟邹迪可初雨吴泽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/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044

利用三维雷暴云动力—电耦合数值模式,通过对青海东北部地区2011年7月29日一次雷暴发展过程进行研究模拟,分析了青海东北部地区雷暴的电荷结构演变特征并从微物理方面讨论了其过程主要形成原因。结果表明,对流过程中霰粒子比含水量分布... 详细信息

利用三维雷暴云动力—电耦合数值模式,通过对青海东北部地区2011年7月29日一次雷暴发展过程进行研究模拟,分析了青海东北部地区雷暴的电荷结构演变特征并从微物理方面讨论了其过程主要形成原因。结果表明,对流过程中霰粒子比含水量分布广,雹粒子比较少,以液态降水为主。青海地区雷暴以三极性结构为主,在上升气流比较弱时电荷结构呈现出下正中负的电荷结构,结构整体电荷密度分布较低,底部正电荷区与负电荷区深厚,霰粒子在下荷正电,冰晶在上荷正电。随着上升气流增大,冰晶粒子随着上升气流抬升碰并时荷正电在负电荷区上形成比较强的正电荷区,中部负电荷区主要是由霰粒子所携带负电荷形成,霰分布广且贴近地面,霰粒子在较低地方主要荷正电荷形成下部弱的正电荷区,随着降水过程拖拽霰粒子下部正电荷区消失,此时霰粒子对下部弱正电荷区形成起着重要作用。

关键词：青海雷暴电荷结构比含水量冰相水成物粒子

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基于化学组分参数化的大气气溶胶吸湿性特征

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中国环境科学 2022年第1期42卷 52-60页

作者：沈子宣徐敏胡波王跃思邹嘉南南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放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 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室北京100029

为了探讨大气气溶胶的吸湿性特征,基于观测气溶胶化学组分,计算了吸湿性参数κ.首先,通过PCA分析法,得到了对吸湿性参数κ贡献率较大的化学因子;其次,基于Kohler公式与ZSR混合理论,对各化学组分加权得到各时刻对应的吸湿性参数κ_(chemi... 详细信息

为了探讨大气气溶胶的吸湿性特征,基于观测气溶胶化学组分,计算了吸湿性参数κ.首先,通过PCA分析法,得到了对吸湿性参数κ贡献率较大的化学因子;其次,基于Kohler公式与ZSR混合理论,对各化学组分加权得到各时刻对应的吸湿性参数κ_(chemical);最后,基于κ-Kohler理论,讨论κ_(chemical)与其相关性,并通过κ_(chemical)对吸湿性特征参数(光学吸湿增长因子f(RH)、粒径吸湿增长因子gf)进行反演运算,探讨两者与理论值的差异.采用迭代算法与前人研究所得的经验公式求解吸湿性参数κ_(NEP),以验证化学方法计算吸湿性参数κ_(chemical)的准确性.此外,还根据所得的吸湿性参数,讨论其与能见度之间的关系.结果表明:κ_(chemical)与基于κ-Kohler理论计算得到的κ_(kohler)相关系数为0.78,两者的均方根误差为0.031,处于较低水平,两者比值基本分布于距中心拟合直线误差的10%内;反演所得的f(RH)与仪器测量值f(RH)_(measured)相关系数高达0.99,进一步证明了两者存在很强的线性关系;反演所得的gf与理论值gf_(NEP)重合度极高,也具有较高相关性;κ_(chemical)与能见度呈负相关性,在能见度≤5km时,κ_(NH_(4)NO_(3))对κ_(chemical)的贡献为74.63%.

关键词：化学组分参数化 κ-Kohler理论吸湿性

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云微物理参数化的改进及其对川藏铁路沿线降水的模拟优势

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中国科学：地球科学 2024年第3期54卷 874-891页

作者：徐晓齐衡志炜李跃清王顺久李建王元陈景华张佩文陆春松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 中国气象局成都高原气象研究所高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室成都610072 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 兰州大学西部生态安全省部共建协同创新中心兰州730000 南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

川藏铁路是我国铁路网的重要组成部分,该区域山洪、滑坡等地质灾害多发,而降水是诱发这些灾害的重要原因,因此该区域降水的准确模拟是至关重要的.本文改进了西南区域业务预报模式云微物理方案中不确定性较大的物理过程,包括云滴活化、... 详细信息

川藏铁路是我国铁路网的重要组成部分,该区域山洪、滑坡等地质灾害多发,而降水是诱发这些灾害的重要原因,因此该区域降水的准确模拟是至关重要的.本文改进了西南区域业务预报模式云微物理方案中不确定性较大的物理过程,包括云滴活化、云水自动转化、云雨碰并和混合蒸发过程.原方案中,不同大小的云水含量对应着相同的云滴浓度,与实际不符,造成云滴尺度过大,相关物理过程速率(比如云水自动转化率)过快,导致降水高估.新方案克服了云滴尺度过大的问题,云水自动转化和云雨碰并过程均与随机收集方程更为接近,云滴蒸发机制更符合云中实际物理过程.基于新旧方案,模拟了川藏铁路沿线2021年汛期的多次降水过程,利用地面观测和卫星反演资料,评估了模拟结果.新方案对云物理量的模拟变得更为合理,使原方案对液水路径和液滴半径的模拟偏差从2倍减少到1倍以内,并显著缓解了原方案对降水强度和范围的高估情况,降水的平均均方根误差减小22%.本文所得结果能够为提高模式在该区域预报降水和灾害防控能力提供科学参考.

关键词：川藏铁路云微物理降水模式改进

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基于U-net神经网络的新疆10 m风速预报订正研究

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大气科学 2024年第6期48卷 2300-2315页

作者：朱延和朱寿鹏夏平孔扬周林义吕阳王宇浩张殷宸智协飞霍文艾力亚尔·艾海提宁波市气象局宁波315012 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆塔克拉玛干沙漠气象国家野外科学观测研究站/新疆沙漠气象与沙尘暴重点实验室/塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地/新疆云降水物理与云水资源开发实验室/西天山云降水物理野外科学观测基地乌鲁木齐830002 中国气象局交通气象重点开放实验室/南京气象科技创新研究院南京210041 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

本文以新疆地区1~7 d预报时效的10 m高度处风速为研究对象,基于2000~2019年NCEP全球集合预报系统(Global Ensemble Forecasting System,GEFS)新疆地区10 m风再预报资料,构建了基于U-net神经网络的深度学习预报订正模型,并以两种传统方... 详细信息

本文以新疆地区1~7 d预报时效的10 m高度处风速为研究对象,基于2000~2019年NCEP全球集合预报系统(Global Ensemble Forecasting System,GEFS)新疆地区10 m风再预报资料,构建了基于U-net神经网络的深度学习预报订正模型,并以两种传统方法递减平均、分位数映射作为参考进行订正技巧对比分析。结果表明,原始GEFS风速预报误差呈不对称分布,表现出更多的正偏差特征,且在天山和昆仑山等海拔较高地区误差较大。与两种传统方法相比,U-net模型提高了整个新疆地区的风速预报技巧,有效改善了原始风速预报的正偏差情况,且对天山和昆仑山等原始预报误差较大区域改善效果尤为显著。此外,采用基于均方误差分解的误差分解方法来分析误差来源,结果表明,预报订正前后,序列误差项始终是主要误差来源,且随预报时效显著增长。三种订正方法对风速预报的偏差项、分布误差项和序列误差项都有不同程度的改进,其中U-net模型相较于两种参考预报的优势主要在于其对序列误差项的改进效果。经过U-net模型订正后序列误差项随预报时效增长缓慢,即使在7 d预报时效下,其序列误差项比原始预报减小60%。

关键词：新疆 10 m 风速预报订正 U-net 神经网络误差分解

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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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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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基于区域历史回归法的雷州半岛火箭增雨作业效果检验

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气象科学 2023年第3期43卷 412-419页

作者：张泽群邝家豪曹琪敏黄晓梅陈荣邹嘉南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/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 广东省湛江市气象局广东湛江524001 中山大学大气科学学院广东珠海510275

利用ERA5再分析资料,区域自动站雨量资料以及双偏振雷达基数据,采用区域历史回归方法,对2020年7月4日雷州半岛火箭人工增雨作业进行物理检验和统计检验。结果表明:作业后作业区域云系云冰含量大幅增加,强回波区面积增大,回波顶高度升高... 详细信息

利用ERA5再分析资料,区域自动站雨量资料以及双偏振雷达基数据,采用区域历史回归方法,对2020年7月4日雷州半岛火箭人工增雨作业进行物理检验和统计检验。结果表明:作业后作业区域云系云冰含量大幅增加,强回波区面积增大,回波顶高度升高,平均回波强度显著增加。选取1971—2000年作业影响区和对比区逐年7月的平均日降水量资料作为历史样本建立回归公式,结合作业当天区域自动站的雨量资料,计算得出日降水量和作业后3 h累积降水量的绝对增雨量分别为11.07 mm和2.32 mm,相对增雨率分别为51.08%和38.73%,均通过了置信水平为α=0.05显著性检验。因此,雷州半岛开展人工增雨作业对缓解气象干旱,满足水库蓄水等有重要意义。

关键词：人工增雨区域历史回归效果检验雷州半岛

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中国空气污染地区气溶胶与地闪活动关系研究

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电瓷避雷器 2022年第6期 98-104页

作者：汪海潮师正林琪李璐滢林晓彤游赛男顾雯怡胡子严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

基于9年地闪观测资料、气溶胶光学厚度(AOD)、对流有效位能(CAPE)和地面相对湿度(SRH)资料,对中国三个空气污染地区(R1,R2和R3)地闪密度对气溶胶浓度的响应进行了分析。结果表明,三个研究区域在不同季节以及夏季大部分地区污染条件(高A... 详细信息

基于9年地闪观测资料、气溶胶光学厚度(AOD)、对流有效位能(CAPE)和地面相对湿度(SRH)资料,对中国三个空气污染地区(R1,R2和R3)地闪密度对气溶胶浓度的响应进行了分析。结果表明,三个研究区域在不同季节以及夏季大部分地区污染条件(高AOD)下的地闪密度比清洁条件(低AOD)下的地闪密度更大,说明气溶胶可能通过云微物理作用促进三个研究区域的地闪活动。在减弱了CAPE和SRH的干扰后,气溶胶对R1和R2地闪密度仍有明显的增强作用,并且在高CAPE和SRH的条件下更显著,而气溶胶在R2地区对地闪密度的影响变得不明显,说明气溶胶对地闪密度的影响会受到CAPE和SRH等气象因素的干扰,并且高CAPE和SRH的条件更有利于气溶胶对地闪活动的增强作用。

关键词：闪电活动地闪气溶胶云微物理

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海南一次雷暴过程闪电特征分析

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电瓷避雷器 2022年第3期 89-96页

作者：蒋尧孙豪杨敢姚年鹏戴炳哲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开放实验室南京210044

利用海南省三维闪电定位资料、SA波段雷达资料及云顶亮温资料对2019年9月9日的一次强天气过程进行闪电特征、雷达回波特征以及云顶亮温特征的分析。结果表明:雷暴起始于海南的东北部,整个过程一直向西南方向发展。云闪始发高度在5.5 km... 详细信息

利用海南省三维闪电定位资料、SA波段雷达资料及云顶亮温资料对2019年9月9日的一次强天气过程进行闪电特征、雷达回波特征以及云顶亮温特征的分析。结果表明:雷暴起始于海南的东北部,整个过程一直向西南方向发展。云闪始发高度在5.5 km左右,雷暴发展期间高度维持在4~6 km。利用自主研发的磁天线对6次云闪和6次地闪进行分析,云闪上升沿时间、下降沿时间、半峰值宽度均在1~10μs区间;地闪半峰值宽度在10~25μs区间。闪电的电流强度在雷暴初期极不稳定,起伏较大,在发展过程中逐渐趋于稳定。雷暴旺盛发展阶段,闪电的雷达回波强度>30 dBz,部分超过了50 dBz;云顶亮温与闪电频次的相关性较好,闪电发生在190~230 K的冷云区中,云顶高度大概为14 km。

关键词：三维闪电定位磁天线雷达回波云顶亮温

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太平洋和其相邻陆地闪电活动特征及差异

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电瓷避雷器 2024年第2期 1-9页

作者：初雨郭凤霞张志伟邹迪可吴泽怡刘舟鲁鲜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

为了进一步明确太平洋及其相邻陆地闪电活动特征及其差异,以及进一步验证关于陆海闪电差异原因的两种观点,基于1995~2015年的OTD/LIS卫星资料、MOD08_M3和ERA5再分析资料对太平洋相邻陆地、近海、远海和太平洋总海域不同季节闪电随纬度... 详细信息

为了进一步明确太平洋及其相邻陆地闪电活动特征及其差异,以及进一步验证关于陆海闪电差异原因的两种观点,基于1995~2015年的OTD/LIS卫星资料、MOD08_M3和ERA5再分析资料对太平洋相邻陆地、近海、远海和太平洋总海域不同季节闪电随纬度的变化特征及闪电活动与对流有效位能和气溶胶光学厚度之间的相关性进行了详细的分析。结论表明:同纬度,闪电密度由大到小依次为相邻陆地、近海、总海和远海海域。相邻陆地、近海和总海的夏季是全年闪电活动最频繁的季节,远海地区为春季。相邻陆地日变化呈明显单峰单谷特征,其余3个区域呈双峰值特征。CAPE与太平洋地区的闪电活动呈明显正相关,且对不同区域的闪电活动影响不同,在陆地上,这种影响最为明显,远海最不明显,而AOD对太平洋地区的不同区域和不同季节的影响不同且影响程度不能确定。因此对于陆海闪电活动差异的原因解释,本研究的结论更支持热力学假说观点。

关键词：太平洋闪电海陆差异热力条件气溶胶

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