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海洋预报 2025年第1期42卷 89-97页

作者：杜梦蛟王臻臻张磊文仁强李华夏静雯辛欣易侃贾天下中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院北京100038 中国长江三峡集团有限公司广东分公司广东广州510030 宁波市鄞州区气象局浙江宁波315194 南京信息工程大学水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 南京信息工程大学水文与水资源工程学院江苏南京210044

利用WRF模式对ERA5再分析数据进行动力降尺度,获得近海高分辨率的WRF数据,并利用3座测风塔观测数据对WRF高分辨率数据和ERA5再分析数据进行适用性分析。结果表明:WRF模式的风速与观测更为接近,ERA5易低估各层风速;WRF和ERA5对广东近海... 详细信息

利用WRF模式对ERA5再分析数据进行动力降尺度,获得近海高分辨率的WRF数据,并利用3座测风塔观测数据对WRF高分辨率数据和ERA5再分析数据进行适用性分析。结果表明:WRF模式的风速与观测更为接近,ERA5易低估各层风速;WRF和ERA5对广东近海主导风向的再现能力基本一致,且均能反映主导风向;WRF和ERA5风速的时间序列与观测的相关性都很高,均通过99%显著性检验;相较于ERA5,WRF拟合得到的威布尔参数与观测更为接近。因此相较于ERA5,WRF模拟数据更适用于对广东风能资源的评估。利用WRF模拟得到的广东近海风资源空间分布结果表明,广东近海风能密度大(>200 W/m^(2)),有效风速的出现频率高(>0.88),且具有单一或两个主导风向,以上特征有利于广东近海的风能资源开发。

关键词：风能资源适用性评估海上风电 WRF模式

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不同风暴轴活动指标与东亚—西太平洋区域高影响天气的关系差异

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气象科学 2025年第1期45卷 13-25页

作者：肖娜余沛龙张立凤张潮杨明浩姜勇强国防科技大学气象海洋学院长沙410073 中国气象局高影响天气(专项)重点开放实验室长沙410073 南京信息工程大学气候系统预测与变化应对全国重点实验室/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南京210044

风暴轴是中纬度地区导致强风和降水等高影响天气的重要系统,然而不同风暴轴活动指标的天气影响可能存在差异。本文在归纳了13个常用风暴轴活动指标(9个欧拉指标和4个拉格朗日指标)的基础上,将月降水量和近地面大风定义为高影响天气指标... 详细信息

风暴轴是中纬度地区导致强风和降水等高影响天气的重要系统,然而不同风暴轴活动指标的天气影响可能存在差异。本文在归纳了13个常用风暴轴活动指标(9个欧拉指标和4个拉格朗日指标)的基础上,将月降水量和近地面大风定义为高影响天气指标,利用最大相关系数和变形典型相关分析方法研究了不同风暴轴活动指标与东亚—西太平洋区域高影响天气间的关系差异。结果表明,相较于其他风暴轴活动指标,对流层中低层的欧拉风暴轴指标与高影响天气指标有着较强的关联性,拉格朗日指标与降水指标的关联性要高于其与大风指标的关联性。具体而言,700 hPa垂直速度方差指标与近地面大风的相关性最好,850 hPa相对涡度方差和涡旋动能指标与降水的相关性最好。本文通过两个评估框架确定了与东亚—西太平洋高影响天气关系最为密切的风暴轴指标,可为深入认知中纬度风暴轴活动的天气影响,以及东亚—西太平洋区域高影响天气监测预警提供参考。

关键词：风暴轴活动东亚—西太平洋区域高影响天气

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海洋氧同位素三期冰盖对全球气候影响及其与千年尺度气候突变的联系

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第四纪研究 2025年第2期 406-418页

作者：范婧奇张晓邵晓华蒲阳南京信息工程大学地理科学学院南京信息工程大学气候系统预测与变化应对全国重点实验室/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

末次冰期的两类北大西洋千年尺度气候突变现象Dansgaard-Oeschger Oscillation(DO振荡)和海因里希事件(HS)在全球多处重建记录中均有体现，然而其触发机制及为何集中于海洋氧同位素第3阶段(MIS 3)发生仍处在探索阶段。本研究利用全球耦... 详细信息

末次冰期的两类北大西洋千年尺度气候突变现象Dansgaard-Oeschger Oscillation(DO振荡)和海因里希事件(HS)在全球多处重建记录中均有体现，然而其触发机制及为何集中于海洋氧同位素第3阶段(MIS 3)发生仍处在探索阶段。本研究利用全球耦合模式，模拟并分析了MIS 3背景场下冰盖变化对全球气候的影响及其与千年尺度气候突变事件的联系。结果表明：1)DO/HS间冰阶期间，高海拔冰盖使行星波振幅增大，大气向极区输送热量增加，北极变暖，北大西洋海冰面积减少，但格陵兰岛存在阻塞高压，使DO/HS间冰阶期间温度偏低。冰盖条件显著影响了北半球冬季大气环流形态且与DO/HS的发生有紧密的联系。MIS 3阶段冰盖较末次冰盛期(LGM)而言，更利于千年尺度气候振荡的形成。2)高冰盖情境下格陵兰岛有一定阻塞高压且地表气温降低，北大西洋副极地涡旋由于海洋表面风应力增加而加强，向北热量输送也相应增加。3)加入淡水强迫之后，大西洋经向翻转环流(AMOC)强度减弱，北大西洋海表温度降低，海冰增加，进入冰阶状态。此时，增强的大气向北热量输送削弱了由于AMOC减弱造成的降温，不利于格陵兰岛冰阶状态的维持，气候更容易发生突变。

关键词：海洋氧同位素第三期(MIS 3) 冰盖气候突变大西洋经向翻转环流海因里希 DO振荡

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西北太平洋热带气旋生成与路径的次季节预报方法及其性能评估

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气象学报 2025年第02期 320-333页

作者：卢莹赵海坤南京信息工程大学气候系统预测与变化应对全国重点实验室/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福建省气象灾害防御技术中心南京信息工程大学大气科学学院

基于世界气象组织次季节至季节尺度预测计划数据集中11个动力模式回算预报试验中的热带气旋（Tropical Cyclone,TC）资料，对西北太平洋海域使用正则逻辑回归方程构建了TC生成与路径的统计预报模型，并评估了模型在次季节尺度上TC生成... 详细信息

基于世界气象组织次季节至季节尺度预测计划数据集中11个动力模式回算预报试验中的热带气旋（Tropical Cyclone,TC）资料，对西北太平洋海域使用正则逻辑回归方程构建了TC生成与路径的统计预报模型，并评估了模型在次季节尺度上TC生成和路径的预报技巧，分析了动力模式在气候、年际和次季节尺度上对TC活动的预报能力及其对预报技巧的影响。结果表明：（1）西北太平洋TC活动本身的气候态预报能力对动力模式预报技巧具有关键影响，若动力模式能很好地再现气候和年际尺度上的TC活动、提高大气季节内振荡对TC活动调控作用的预报能力，可较好地改进TC生成和路径的次季节预报技巧。（2）在次季节尺度上，动力模式TC路径预报技巧普遍高于TC生成，较低的TC生成预报技巧反映了动力模式对TC强度预报能力的不足，制约了TC路径预报技巧的改进。提高动力模式在气候和年际尺度上对TC生成的预报能力有助于路径预报技巧的改进。

关键词：热带气旋次季节预报动力模式逻辑回归统计模型

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净零排放对中国大气二氧化碳浓度的影响——基于GEOS-Chem模型的理想模拟

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中国科学:地球科学 2025年第3期55卷 892-907页

作者：谭景烨王军毛慧琴王恒茂刘志强王美蓉阎然王训梅江飞南京大学地球关键物质循环前沿科学中心国际地球系统科学研究所南京210023 南京大学地理与海洋科学学院江苏省地理信息科学与技术重点实验室自然资源部陆地卫星遥感应用重点实验室南京210023 生态环境部卫星环境应用中心北京100094 重庆市气象科学研究所中国气象局气候资源经济转化重点开放实验室重庆401147 南京信息工程大学气候系统预测与变化应对全国重点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南京210044 西藏自治区气象局墨脱大气水分循环西藏自治区野外科学观测研究站日喀则和墨脱国家气象观测台拉萨850000

大气中二氧化碳(CO_(2))浓度的升高已引起全球气候变化,例如全球变暖及更频繁的极端气候事件.为控制CO_(2)浓度的持续上升,各国相继提出“碳中和”目标.为了研究中国“碳中和”目标对大气中CO_(2)浓度的影响,本文利用三维化学传输模型GE... 详细信息

大气中二氧化碳(CO_(2))浓度的升高已引起全球气候变化,例如全球变暖及更频繁的极端气候事件.为控制CO_(2)浓度的持续上升,各国相继提出“碳中和”目标.为了研究中国“碳中和”目标对大气中CO_(2)浓度的影响,本文利用三维化学传输模型GEOS-Chem进行了2015~2019年的一系列理想模拟.与碳观测卫星(OCO-2)的CO_(2)柱浓度(XCO_(2))及ObsPack地面CO测量数据对比发现,GEOS-Chem模型能有效再现CO_(2)的时空变化,模型在中国区域内对OCO-2 XCO_(2)的均方根误差(RMSE)为1.51ppm(R^(2)=0.89),对WLG站地面CO_(2)浓度的RMSE为2.65ppm(R^(2)=0.75)此外,与中国XCO_(2)在正常排放情况下2.83ppm a^(-1)的上升趋势相比,中国的净零CO_(2)排放使XCO_(2)的上升趋势减缓至1.81ppm a^(-1),下降幅度约为35.89%.同时,XCO_(2)的季节循环振幅(SCA)从(7.39±0.81)ppm降至(6.75±0.70)ppm,相对下降9.91%.从空间分布上,净零CO_(2)排放在华北和华南地区引起了XCO_(2)趋势的显著下降,而对SCA的影响则主要在华北和东北地区.此外,理想试验显示,化石燃料CO_(2)零排放使XCO_(2)的线性趋势降低了40.81%,而缺少陆地CO_(2)汇则使SCA显著减少16.61%.地面CO_(2)浓度的趋势和SCA对净零CO_(2)排放的响应与XCO_(2)相似,但表现出更高的敏感性.总体而言,本研究强调了中国“碳中和”目标在缓解全球变暖中的潜力,并指出全球各国需加强合作,共同应对气候变化.

关键词： XCO_(2) GEOS-Chem 碳中和净零排放地表CO_(2)浓度

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土壤湿度-地表气温耦合对长江中下游地区2022年8月复合型热浪事件的影响

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1709-1720页

作者：崔彩珍余锦华代刊云星娥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 国家气象中心北京100081

2022年8月长江中下游地区的复合型热浪给社会经济、人类健康、农业生产和自然环境等方面均造成了严重影响.本文利用国家信息中心提供的1979—2022年6—8月逐日最高、最低气温和欧洲中期天气预报中心再分析数据集的土壤湿度等资料,定义... 详细信息

2022年8月长江中下游地区的复合型热浪给社会经济、人类健康、农业生产和自然环境等方面均造成了严重影响.本文利用国家信息中心提供的1979—2022年6—8月逐日最高、最低气温和欧洲中期天气预报中心再分析数据集的土壤湿度等资料,定义了复合型热浪事件强度指数及其相应的土壤湿度-地表气温耦合指数,采用分段线性拟合等方法,探讨此次复合型热浪特征及土壤湿度-地表气温耦合的影响.结果表明:(1)2022年8月长江中下游地区的复合型热浪事件强度为1979年以来最强,伴随最强的土壤湿度-地表气温耦合.空间分布显示,强的热浪发生在四川东部、重庆西部、湖南等地,这些区域的土壤湿度严重偏干,蒸发受限,获得的净辐射主要用于地表向上的感热通量,使土壤湿度-地表气温出现强的正反馈过程,对热浪的维持起重要作用.(2)复合型热浪中土壤湿度-地表气温耦合影响日间和夜间热浪的物理强迫及过程不同:日间,地表净太阳短波向下辐射增强的强迫作用,促使发生强的土壤湿度-地表气温耦合,引起日间热浪.夜间,白天积累在土壤的热量,通过减小大气热量通量辐散,使夜间地表气温下降减慢,形成夜间热浪,这与以往研究单独夜间热浪的过程不同,后者认为夜间热浪主要与大气柱水汽增加引起的大气逆辐射增强有关.

关键词：复合型热浪事件土壤湿度-地表气温耦合长江中下游地区

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风云四号A星红外高光谱大气垂直探测仪观测资料质量评估

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红外与激光工程 2022年第9期51卷 168-179页

作者：王雨润官莉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

评估星载红外高光谱仪器观测资料的质量可以推进其在数值天气预报中的应用。使用2020年7月FY-4A红外高光谱干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,GIIRS)观测数据,分析GIIRS所有通道观测噪声随视场和纬... 详细信息

评估星载红外高光谱仪器观测资料的质量可以推进其在数值天气预报中的应用。使用2020年7月FY-4A红外高光谱干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,GIIRS)观测数据,分析GIIRS所有通道观测噪声随视场和纬度的变化、偏差(观测亮温与辐射传输模式模拟亮温的差)随时间、视场、纬度和天顶角的分布来评估GIIRS观测资料质量。研究结果表明:波段727.5~733.8 cm^(-1)、1 107.5~1 130 cm^(-1)和1 650~1 776.9 cm^(-1)的观测噪声超出仪器灵敏度设计指标,且这些通道的偏差和偏差标准差明显大于其他通道;除了长波观测噪声大的通道外,其余通道噪声等效温差NEdT在32×4阵列上均呈“中间小,两边大”的特征,且NEdT的分布不随纬度带和FOR阵列而改变,在进行GIIRS资料同化或变分反演时,其观测误差只用考虑不同通道在32×4阵列内的NEdT分布;由于数值预报模式的地表温度在白天时值偏低,使得模拟辐射量偏低,造成偏差绝对值减小,使偏差有明显的日变化;中波通道偏差特征基本不随32×4面阵的列而改变,主要与阵列中的行有关,在中波通道进行偏差订正时可以针对32×4面阵中行开展,基本不需要纬度带和卫星天顶角的订正。

关键词：红外高光谱大气探测仪噪声等效温差偏差

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中国东部AOD等级变化及与东亚夏季风的联系

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中国环境科学 2018年第9期38卷 3201-3210页

作者：马奋华管兆勇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

利用2000年3月～2017年1月Terra卫星反演的最新版本C06的MODIS气溶胶光学厚度(AOD)、NCEP fnl全球业务分析数据、CMAP降水、CERES SYN1deg Ed4月平均资料、NCEP/NCAR再分析资料等,依据区域平均AOD距平的显著年际变化特征,将历年AOD划分... 详细信息

利用2000年3月～2017年1月Terra卫星反演的最新版本C06的MODIS气溶胶光学厚度(AOD)、NCEP fnl全球业务分析数据、CMAP降水、CERES SYN1deg Ed4月平均资料、NCEP/NCAR再分析资料等,依据区域平均AOD距平的显著年际变化特征,将历年AOD划分为5个不同的污染等级,并探讨了不同污染等级的局地成因及其与季风环流的联系.结果表明,夏季中国东部地区AOD异常偏大与地面风速小、中高层季风环流系统不利于气溶胶扩散有关.气溶胶污染最重(最轻)时,气溶胶与到达地面的太阳短波辐射、地面气温、风速及降水存在密切联系;在其他污染等级下,除了与到达地面的短波辐射有密切关系外,与其他量的联系并不明显.气溶胶污染严重时,到达地面的太阳短波辐射相对减小,地面气温异常偏低,低层大气冷却,地面风速减小,地面降水呈现南多北少的变化特征;反之,气溶胶污染较轻时,到达地面的太阳短波辐射相对增加,地面气温异常偏高,低层大气加热,地面风速增大,地面降水呈现南少北多的变化特征.

关键词：中国东部地区 AOD 东亚夏季风

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基于星载红外高光谱观测用机器学习算法反演大气温湿廓线

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红外与激光工程 2022年第8期51卷 451-462页

作者：姚姝含官莉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

星载红外高光谱垂直探测仪GIIRS(Geostationary Interferometric Infrared Sounder)能够实现大气温度和湿度参数高垂直分辨率的观测,为数值天气预报提供精度更高的初始场。基于GIIRS观测辐射值采用BP神经网络(Back Propagation Neural N... 详细信息

星载红外高光谱垂直探测仪GIIRS(Geostationary Interferometric Infrared Sounder)能够实现大气温度和湿度参数高垂直分辨率的观测,为数值天气预报提供精度更高的初始场。基于GIIRS观测辐射值采用BP神经网络(Back Propagation Neural Network)法和深度学习的卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)法反演大气温度、湿度垂直廓线,重点在于CNN法模型的构建与参数的优化,得到反演精度最高的网络模型配置。将训练样本根据不同地表类型和是否有云的影响分为三种方案(方案一:不分类、方案二:陆地/洋面分类、方案三:晴空/有云分类),分别进行建模、反演和检验。结果表明两种反演算法都有较好的反演精度,相对而言CNN法在所有高度层上反演偏差、均方根误差和平均相对误差均较小,反演精度更高。CNN法温度反演在高层10~200 hPa改进较大,三种分类方案改进的最大值分别为1.15 K、1.06 K和1.02 K;湿度反演在对流层低层500~1000 hPa改进较大,三种分类方案分别平均改进了0.43 g/kg、0.41 g/kg和0.34 g/kg。BP神经网络法方案三时(即分晴空和云时)温度和水汽混合比廓线反演精度最好;CNN算法方案一时(即不对样本数据进行任何分类)反演精度最高。

关键词： GIIRS 大气温湿度廓线 BP神经网络卷积神经网络反演

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中国东部冷锋推进中的PM_(2.5)三维结构变化特征

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环境科学 2022年第1期43卷 85-92页

作者：牟南南朱彬卢文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国家综合气象观测专项试验外场南京210044

利用观测资料和中尺度天气-化学模式(WRF-Chem)对一次冷锋南下天气过程导致的我国东部大范围空气污染开展研究,强调了冷锋过境前后的边界层结构及其对PM_(2.5)三维结构和变化的影响.观测发现,地面重污染区域位于冷锋前部均压场或等压线... 详细信息

利用观测资料和中尺度天气-化学模式(WRF-Chem)对一次冷锋南下天气过程导致的我国东部大范围空气污染开展研究,强调了冷锋过境前后的边界层结构及其对PM_(2.5)三维结构和变化的影响.观测发现,地面重污染区域位于冷锋前部均压场或等压线稀疏区域,在冷锋由北向南快速移动过程中,途经各站点PM_(2.5)浓度峰值伴随锋前而至.WRF-Chem模式可以较好地模拟中国东部地面和高空气象要素以及PM_(2.5)浓度的时空变化.模拟结果表明,处于该移动冷锋天气系统相同位置的沿途各站点的边界层结构以及PM_(2.5)垂直廓线表现出相似的特征.即:当冷锋开始入侵时,锋前污染物从地面被抬升到高空,PM_(2.5)浓度的增加和高空风速的增大导致高空PM_(2.5)通量增大,且PM_(2.5)浓度高值区随着高度升高向暖气团一侧倾斜.夜间冷锋过境引发边界层内对流性不稳定增加,边界层高度可达1 km以上,打破了边界层昼夜演变特征.本研究表明,垂直观测和精细模拟的结合可以有效地解释天气过程对空气污染的输送、分布和演变的影响,并为区域空气污染归因和治理提供精确指导.

关键词：数值模拟空气污染边界层结构气象要素 PM_(2.5)三维结构

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