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第33届中国气象学会年会

作者：张峰吴琨 Jiangnan Li 杨全赵剑琪李建南京信息工程大学气象灾害省部共建重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心

辐射传输方程是一个描述辐射传输过程的微分积分方程。由于方程难以求得解析解,故通常采用近似方案。对于短波（太阳）辐射而言,在气候模式中多采用二流累加方案[1-2]。近年来,张峰等[3-4]提出了短波四流累加辐射传输方案,结果表明该的... 详细信息

辐射传输方程是一个描述辐射传输过程的微分积分方程。由于方程难以求得解析解,故通常采用近似方案。对于短波（太阳）辐射而言,在气候模式中多采用二流累加方案[1-2]。近年来,张峰等[3-4]提出了短波四流累加辐射传输方案,结果表明该的精度明显高于二流累加辐射传输方案。从不变性原理[5]出发的累加法可以灵活解决气候模式中的次网格云重叠问题[6-8]。对于长波（热红外）辐射而言,现有的气候模式中多采用的仍是忽略散射的吸收近似方案[2]。然而吸收近似方案会造成较大的通量误差[9-11]。目前为止,并未建立红外四流累加辐射还传输方案。本文旨在建立红外四流离散累加方案。本研究中热源（普朗克函数）分别采用指数型和线型两种型式。为了方便讨论,用δ-2DDA表示二流累加辐射传输方案,δ-4DDA表示新建立的四流累加辐射传输方案。本文的以DISORT辐射模式中的64流为精确值,来讨论δ-2DDA和δ-4DDA的精度。我们首先比较了δ-2DDA和δ-4DDA在两层大气中的大气层顶比辐射率和大气层底比辐射率的计算精度。标准值为64流。如图1,在水云[9]的例子中,δ-2DDA在光学厚度较小时大气层底比辐射率的相对误差可达10%,且在地表发射率小于0.4时大气层顶比辐射率相对误差大于5%。而相比之下,δ-4DDA大气层顶和大气层底比辐射率的相对误差基本在2%以内。在冰云[9]例子中（图略）,同样可以得到δ-4DDA精度远高于δ-2DDA的结论。此外,为了检测红外四流离散累加法的算法完备性,我们将均质大气分别分为3、7、10层,发现计算结果不随所分层数的变化而变化,可见红外四流离散累加法在物理上是具有完备性的。为了更全面的分析δ-2DDA和δ-4DDA的计算精度,本文这两种方案耦合到辐射传输模式中进行精度讨论。大气辐射模式中采用相关K分布方案[12],并包含H2O,O3,CH4,CO2和N2O等几种主要的温室气体。在模式中红外共划分9个波带,分别为0-340,340-540,540-800,800-980,980-1100,1100-1400,1400-1900,1900-2200,2200-2500cm-1。大气廓线数据采用美国标准大气数据[13]。地表发射率分别设为0和1。理想实验共分为5种大气情况,分别为晴空、低云、中云、高云和全空（同时加有低、中、高三种云,图2）。我们用δ-4DDA表示普朗克为线型的δ-4DDA,并用δ-4DDA表示普朗克为指数型的δ-4DDA。结果表明,δ-4DDA（δ-4DDA和δ-4DDA）对加热率和通量的计算均比δ-2DDA有这更高的精度,尤其是在有云的大气情况下。本文还对δ-2DDA和δ-4DDA的运算效率进行了检测。我们用δ-2DOM表示原有的二流离散近似方案（用矩阵方法求解多层辐射传输）,并用δ-4DOM表示原有的四流离散近似方案（用矩阵方法求解多层辐射传输）[9,14-15]。结果表明δ-4DDA单纯算法的运行时间仅是δ-4DOM的1/3。运用δ-4DDA的辐射模式运行时间约为运用δ-4DOM辐射模式运行时间的43%。总体而言,δ-4DDA比δ-2DDA有着更高的运算精度,尤其是在有云的大气情况下;δ-4DDA有较高的运行效率,可运用到气候模式中。故新发展的红外四流离散累加方案是一种具有较好运算精度和较高运行效率的近似方案。

关键词： DDA 相对误差大气层比辐射率地表发射率传输方案

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凝结潜热释放和地表热通量对一次飑线过程的影响

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气象科学 2016年第6期36卷 709-720页

作者：沈新勇岳俗甲刘佳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北京100029 浙江大学地球科学学院杭州310027

针对2013年7月4—5日一次产生大风、短时强降水强对流天气的飑线过程进行数值试验,研究了凝结潜热释放和地表热通量在中尺度对流系统的发生发展过程中的影响。结果表明:(1)凝结潜热释放对飑线系统有重要的作用,对飑线发展维持、移动及... 详细信息

针对2013年7月4—5日一次产生大风、短时强降水强对流天气的飑线过程进行数值试验,研究了凝结潜热释放和地表热通量在中尺度对流系统的发生发展过程中的影响。结果表明:(1)凝结潜热释放对飑线系统有重要的作用,对飑线发展维持、移动及成熟阶段的垂直结构都有着一定影响。(2)当飑线系统进入成熟阶段后,小尺度的积云对流中的凝结加热作用于中高层大气,加强了高层辐散低层辐合的配置,而对流系统内垂直上升运动的加强又导致凝结加热作用更强。(3)凝结加热作用极大地促进了飑线的低层入流、高层出流的垂直结构,以及系统前方中层入流和高层出流之间形成的间接垂直反环流,促进高空动能下传的同时,使系统前方对流不稳定性增加,新的对流单体易于触发。(4)潜热释放间接增强了对流内部的冷性下沉气流,进而加强了低层的阵风锋,使得新的对流单体能在飑锋处触发,飑线以新老对流单体交替的方式向前移动。(5)在高低空急流的垂直耦合促进飑线发展的同时,成熟阶段飑线中较强的凝结加热对高低层急流有反馈作用,一定程度上增强了这种垂直耦合。(6)地表感热、潜热通量等边界层非绝热过程在对流系统的触发和发展中起到了较为重要的作用。地表热通量在白天加强了对流边界层的湍流混合作用,由此产生的特征维持到了夜间,形成了适合飑线触发的层结条件。另外,在对流形成之前,与地表潜热通量相关的边界层加湿作用为对流的爆发贮存了丰富的水汽和不稳定能量。

关键词：飑线敏感性试验凝结加热地表热通量

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南京地区一次臭氧污染过程的行业排放贡献研究

南京地区一次臭氧污染过程的行业排放贡献研究

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第五届经济快速发展地区空气质量改善国际学术研讨会

作者：马晓丹赵天良胡俊孙晓芸张磊单云鹏刘端阳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 美国沙漠研究所大气科学科美国内华达州里诺市89512 美国内华达大学里诺分校大气科学系美国内华达州里诺市89512 江苏省气象台南京210008

采用WRF-CHEM模式对南京地区春季一次臭氧(O3)污染过程进行了模拟及行业排放贡献分析.此次O3污染过程发生在2015年5月22-26日,南京地区一直处于地面高压控制的晴好天气之下,并于25日达到O3污染的峰值.模拟与观测的一致性指数IOA达到0.89... 详细信息

采用WRF-CHEM模式对南京地区春季一次臭氧(O3)污染过程进行了模拟及行业排放贡献分析.此次O3污染过程发生在2015年5月22-26日,南京地区一直处于地面高压控制的晴好天气之下,并于25日达到O3污染的峰值.模拟与观测的一致性指数IOA达到0.89,表征本次O3污染过程的模拟与观测结果的一致性较高.通过5类排放源(工业源、农业源、居住源、交通源、生物源)的敏感性试验,探究各行业排放源中O3前体物对近地面O3浓度的相对贡献.结果表明工业源在白天为持续正贡献,且在午后16:00时达到峰值,而交通源、居住源和农业源的贡献随气温的升高在白天由负贡献转为正贡献,并在18:00时左右达到峰值.在夜晚,O3则主要通过交通源排放的大量NO进行滴定消耗.在高O3浓度(≥200μg·m-3)时,各人为排放源均为正贡献,工业源的贡献最大,达到50μg·m-3,在低O3浓度(＜200μg·m-3)时,交通源、居住源和农业源呈负贡献.生物源在人为排放源主导的南京城区O3污染过程中的贡献几乎为零.考虑到O3生成机制的复杂性,对于南京地区,减少工业源排放是控制O3污染的关键.

关键词：臭氧污染行业排放贡献一氧化氮滴定消耗

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2015/2016冬季北极世纪之暖与超级厄尔尼诺对东亚气候异常的影响

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大气科学学报 2016年第6期39卷 735-743页

作者：贺圣平王会军徐鑫萍李靖祎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 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

利用1980—2016年美国国家海洋与大气管理局气候预测中心的ENSO指数和NCEP/NCAR再分析资料,研究了2015/2016年冬季北极增暖和超级厄尔尼诺对东亚气候的影响。2015/2016年冬季热带中东太平洋爆发了超级厄尔尼诺事件,尽管大气环流出现了对... 详细信息

利用1980—2016年美国国家海洋与大气管理局气候预测中心的ENSO指数和NCEP/NCAR再分析资料,研究了2015/2016年冬季北极增暖和超级厄尔尼诺对东亚气候的影响。2015/2016年冬季热带中东太平洋爆发了超级厄尔尼诺事件,尽管大气环流出现了对ENSO的响应特征（如西北太平洋反气旋异常,东亚南部南风异常）,但东亚（尤其是我国东北、华北地区）1月的气温却明显偏低。分析表明,此次东亚气温偏低现象可能与2016年1月北极显著增暖有关。1980—2016年1月再分析资料的统计诊断分析结果显示,巴伦支海—喀拉海气温的升高会引起局地大气的上升运动异常,之后在下游（70-90°E附近）向南运动,并在西伯利亚地区（60-100°E,50-70°N）下沉,使得西伯利亚高压增强,其东侧的北风异常导致东亚气温偏低。基于Nino3.4指数、北极温度指数,采用多元线性拟合所得到的2016年1月东亚气温的回报结果与观测气温之间的空间系数为0.71,表明2016年1月北极增暖以及热带中东太平洋的厄尔尼诺事件能够从一定程度上解释东亚气温偏低的现象。

关键词：北极增暖超级厄尔尼诺东亚气温西伯利亚高压

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飑线回波结构与环境风垂直切变的关系

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科学技术与工程 2016年第8期16卷 18-26页

作者：韩颂雨魏鸣张蕾中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京信息工程大学南京210044 华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室上海200241 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 安徽省公共气象服务中心合肥230000

为研究春季和夏季的环境风垂直切变对飑线结构的影响,结合雷达、卫星及探空资料,重点分析了2014年7月27日浙江宁波地区飑线过程的天气背景和不稳定能量垂直结构特征,揭示了产生飑线天气的先兆信息。为进一步研究飑线的回波结构与环境风... 详细信息

为研究春季和夏季的环境风垂直切变对飑线结构的影响,结合雷达、卫星及探空资料,重点分析了2014年7月27日浙江宁波地区飑线过程的天气背景和不稳定能量垂直结构特征,揭示了产生飑线天气的先兆信息。为进一步研究飑线的回波结构与环境风垂直切变的关系,利用雷达回波的垂直剖面图,对比分析了20140727飑线与20140319台州飑线个例的垂直结构,发现在浙江地区,春季飑线强回波主体有向环境风方向倾斜的趋势;而夏季个例强回波主体无倾斜。暖空气入流上升后的出流方向受高空环境风的影响,春季高空风强,风速垂直切变大,入流上升后在风暴高层向前部出流,类似于中纬度引导型飑线的结构;夏季高空风弱,风速垂直切变小,入流气流上升后向风暴高层的后部出流,类似于热带传播型飑线的结构。为了改进飑线的临近预报水平,计算了20140727飑线的径向散度场。结合回波强度和速度分析飑线的辐合区,可以更准确地预测强对流的位置,揭示回波的生消演变。研究结果有助于深入理解飑线回波结构与环境风垂直切变的关系。

关键词：飑线雷达回波垂直剖面径向散度环境风

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西北东部夏季极端干旱事件机理分析

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大气科学学报 2016年第4期39卷 468-479页

作者：朱伟军王燕娜周兵潘佳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 北京延庆区气象局北京102100 国家气候中心北京100081 民航西北空中交通管理局宁夏分局宁夏银川750004

利用国家气候中心提供的1951—2012年逐日降水、温度、综合气象干旱指数、逐月NCEP/NCAR再分析资料等,采用REOF分析、动力诊断、相关分析以及合成分析等方法,从大气环流异常特征、高空急流与季风异常等方面揭示西北东部夏季极端干旱事... 详细信息

利用国家气候中心提供的1951—2012年逐日降水、温度、综合气象干旱指数、逐月NCEP/NCAR再分析资料等,采用REOF分析、动力诊断、相关分析以及合成分析等方法,从大气环流异常特征、高空急流与季风异常等方面揭示西北东部夏季极端干旱事件的可能机理。研究发现西北东部夏季发生极端干旱时,副热带急流轴"倾斜",且急流与东亚夏季风强度均处于相对偏弱阶段。极端干旱的成因研究表明:急流轴"倾斜"及其强度减弱导致西北东部地区高层大范围的异常辐合;该地区为水汽源区,对流层整层水汽收支显著亏损;此外,该地区低层盛行来自内陆干旱区的异常西南风,东亚夏季风强度偏弱,高低层配置及大尺度环流形势不利于降水产生。

关键词：西北东部夏季极端干旱环流异常

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中国1981～2014年太阳总辐射的时空变化

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干旱区资源与环境 2016年第11期30卷 143-147页

作者：陶苏林戚易明申双和李雨鸿周寅气象灾害预报预警与评估协同创新中心/江苏省农业气象重点实验室/南京信息工程大学应用气象学院河南省商丘市气象局辽宁省气象科学研究所 94857部队61分队

利用1981-2014a逐日总辐射资料和最高气温、最低气温、日照时数资料,确定我国逐日太阳总辐射DSRM-C模型（Daily solar radiation model-C）的时不变参数。利用该模型与气象资料,估算各站逐日总辐射,分析近34a总辐射的空间格局。并利用Ma... 详细信息

利用1981-2014a逐日总辐射资料和最高气温、最低气温、日照时数资料,确定我国逐日太阳总辐射DSRM-C模型（Daily solar radiation model-C）的时不变参数。利用该模型与气象资料,估算各站逐日总辐射,分析近34a总辐射的空间格局。并利用Mann-Kendall（M-K）方法检验辐射量年和季节的变化趋势。结果表明,我国1981-2014a太阳总辐射量总体下降。华北、东北和西南地区总辐射量显著下降,西北地区辐射量明显增加,华南地区则无明显变化。夏、秋、冬季辐射量呈下降趋势,且以夏季变化幅度最大;春季辐射量略有上升。总辐射量四季变化趋势空间分异明显。东部地区夏季和华北地区春、秋、冬季总辐射量明显下降,将影响夏粮和秋粮的生产。

关键词：太阳总辐射日照百分率气温日较差模型参数时空分布

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未来百年夏季青藏高原臭氧变化趋势及可能机制

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大气科学学报 2016年第3期39卷 309-317页

作者：苏昱丞郭栋郭胜利施春华刘仁强刘煜宋刘明徐建军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 空间天气研究所江苏南京210044 中国气象科学研究院北京100081 浙江省嘉兴市气象局浙江嘉兴314050

利用全大气气候通用模式(WACCM3)对政府间气候变化专门委员会排放情景特别报告中2001年到2099年A1B、A2、B1三种排放情景进行了模拟,分析了三种排放情景下青藏高原地区未来百年臭氧总量在夏季(6—8月)的变化趋势及引起该变化的可能机制... 详细信息

利用全大气气候通用模式(WACCM3)对政府间气候变化专门委员会排放情景特别报告中2001年到2099年A1B、A2、B1三种排放情景进行了模拟,分析了三种排放情景下青藏高原地区未来百年臭氧总量在夏季(6—8月)的变化趋势及引起该变化的可能机制。结果表明:在三种排放情景下未来百年夏季高原区臭氧总量均呈现增长趋势,其中A2情景下臭氧增长最快,B1情景下增长最慢,但相对于同纬度其他地区,高原区的臭氧总量增长较慢,即高原区臭氧谷加深。高原区高空污染物的减少以及局域Hadley环流的减弱是未来高原区臭氧总量增加的原因;而南亚高压的增强,以及与之相对应的辐散增强则可能是高原区臭氧谷继续加深的原因。

关键词：臭氧青藏高原未来百年趋势机制

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灾害性天气交通事故特征及雾天公路通行预警指标体系

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干旱气象 2016年第2期34卷 370-375页

作者：张金满谭桂容武辉芹张彦恒张娣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象灾害教育部重点实验室江苏南京210044 河北省气象服务中心河北石家庄050021

利用2008~2012年河北省高速公路交通事故资料和交通气象自动站、气象站观测资料,统计分析了高速交通事故的日、月及年变化特征及其与雨、雪、雾等灾害性天气的关系。在此基础上,基于气象、路网、交通和地形等因素,采用专家评分法和指标... 详细信息

利用2008~2012年河北省高速公路交通事故资料和交通气象自动站、气象站观测资料,统计分析了高速交通事故的日、月及年变化特征及其与雨、雪、雾等灾害性天气的关系。在此基础上,基于气象、路网、交通和地形等因素,采用专家评分法和指标权重法,构建河北省雾天高速公路通行预警指标体系,并结合2013~2014年京沪、黄石高速河北段案例,对预警指标体系进行检验。结果表明：河北省高速公路交通事故年发生频次变化较大,总体呈下降趋势;每日00~05时为高速交通事故高发时段,12时、16时为次高峰;夏季是高速交通事故多发季节（30.2%）,冬季最少（20.2%）。其中,7月交通事故最多,5月、6月、8月次之。5~9月、9月至翌年3月、12月至翌年2月,分别是河北雨、雾、雪等灾害性天气高速交通事故多发期,每日06~08时是雾天高速交通事故高发时段。2013~2014年试预报检验京沪、黄石高速通行预警级别准确率分别为84%、75.9%,精度较高,该指标体系可为河北省交通气象服务及防灾减灾提供一定参考。

关键词：灾害性天气交通事故预警指标气象服务

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气候变化情景下黄淮海区域热量资源及夏玉米温度适宜度

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大气科学学报 2016年第3期39卷 391-399页

作者：李萌申双和吕厚荃韩艳褚荣浩沙修竹南京信息工程大学应用气象学院江苏南京210044 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/江苏省农业气象重点实验室江苏南京210044 中国气象局国家气象中心北京100081 河南大学环境与规划学院河南开封475004 河南省人工影响天气领导小组办公室河南郑州450003

利用黄淮海区域90个站点1971—2000年逐日气象资料以及国家气候中心发布的未来气候变化情景(A1B)下区域气候模式(Reg CM3)模拟的黄淮海区域1951—2070年0.25°×0.25°格点气象资料,结合夏玉米主要生育期对温度的需求,构建... 详细信息

利用黄淮海区域90个站点1971—2000年逐日气象资料以及国家气候中心发布的未来气候变化情景(A1B)下区域气候模式(Reg CM3)模拟的黄淮海区域1951—2070年0.25°×0.25°格点气象资料,结合夏玉米主要生育期对温度的需求,构建了黄淮海区域的温度适宜度和变异系数模型,并对1951—2070年黄淮海区域热量资源、夏玉米主要生育期的温度适宜度及其变异系数的时空变化特征进行分析。结果表明:1)黄淮海区域≥10℃积温和80%保证率下日平均温度≥10℃的初日均呈现由北向南依次增加的趋势,且随时间推移,分别呈增加和提前趋势。2)黄淮海区域夏玉米播种—出苗期的温度适宜度随时间整体呈逐渐上升的变化趋势、其变异系数随时间呈降—升—降的变化趋势;出苗—抽雄期的温度适宜度随时间呈先降后升的变化趋势、其变异系数呈降—升—降—升的变化趋势;抽雄—成熟期的温度适宜度空间上呈现2010年前北低南高、未来情景下中部低四周高的分布趋势,时间上呈2010年前稳定、未来情景下先降后升的变化趋势,其变异系数呈相反变化趋势;3)黄淮海区域夏玉米温度适宜度及其变异系数从播种—出苗期—出苗—抽雄期—抽雄—成熟期均呈反相位的变化关系。

关键词：夏玉米热量资源温度适宜度变异系数

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