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热带海洋学报 2022年第5期41卷 17-28页

作者：束艾青许冬梅李泓吴海英沈菲菲邓华白亚雯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 中国气象局上海台风研究所上海200030 江苏省气象台江苏南京210041 高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室四川成都610225

文章基于天气研究和预报(weather research and forecasting,WRF)模式中的FY-3D卫星微波湿度计Ⅱ(micro-wave humidity sounder 2,MWHS-2)辐射率资料的直接同化模块,采用三维变分(three dimensional variation,3DVar)方法在晴空条件下同化MWHS-2辐射率资料,考察MWHS-2辐射率资料同化对台风“米娜”(2019)预报的影响。文中设计了4组试验,第一组试验不同化任何资料,第二组试验同化了单独的全球通信系统(global telecommunications system,GTS)常规资料,第三组试验联合同化了GTS常规资料和MWHS-2辐射率资料,第四组试验将MWHS-2辐射率资料换成先进技术微波探测计(advanced technology microwave sounder,ATMS)辐射率资料同化。研究结果表明:偏差订正后各通道观测和背景场差值的均值趋于0,同化后分析场相对观测的标准差与均方根误差较背景场显著减小,同化过程是有效的。与仅同化GTS常规资料和同化ATMS资料的试验相比,同化晴空MWHS-2辐射率资料后的增量场在台风中心附近有负的高度增量和正的温度增量,从动力与热力上有助于台风的维持。在确定性预报最后的12h,同化晴空MWHS-2辐射率资料的试验能够改进500h Pa环流形势的模拟,加强西南方向引导气流的强度,从而最终减小台风路径预报的误差。

关键词：台风“米娜” FY-3D卫星晴空MWHS-2辐射率资料三维变分数值预报

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两种相态降水粒子对微波、毫米波衰减特性的影响分析

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遥感技术与应用 2017年第6期32卷 1048-1055页

作者：王金虎葛俊祥魏鸣张其林李祥超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江苏南京210044 南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室江苏南京210044 南京信息工程大学大气科学与环境气象国家级实验教学示范中心江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室江苏南京210044

厘米波雷达和毫米波雷达已广泛应用于云以及降水的观测,实际观测时会遇到不同相态(液相或者冰相)的降水粒子,研究气象雷达电磁波探测两种相态降水粒子时衰减特性的差异有助于更好地利用雷达回波信息反演降水粒子的微物理参数。假设气象... 详细信息

厘米波雷达和毫米波雷达已广泛应用于云以及降水的观测,实际观测时会遇到不同相态(液相或者冰相)的降水粒子,研究气象雷达电磁波探测两种相态降水粒子时衰减特性的差异有助于更好地利用雷达回波信息反演降水粒子的微物理参数。假设气象雷达发射的频率分别为3、6、10GHz(厘米波雷达)以及35、94、140、220GHz(毫米波雷达),研究两种相态球形降水粒子的复介电常数随温度以及频率的变化,利用Lorenz-Mie理论研究单个降水粒子的衰减效率后发现,冰相降水粒子的振荡幅度大于液相降水粒子的幅度,虽然液相降水粒子的介电常数值大于冰相降水粒子的介电常数值。假设降水粒子谱满足M—P谱分布,计算降水粒子群的衰减系数随降雨率以及温度的变化,结果表明:当雷达发射频率≤35GHz时,液相降水粒子群的衰减系数大于冰相降水粒子群的衰减系数,但当雷达发射频率≥94GHz时,冰相降水粒子群的衰减系数大于液相降水粒子群的结果,原因在于此时冰相降水粒子衰减效率的振荡幅度及频次均大于液相降水粒子的情况。无论是冰相还是液相降水粒子群,其衰减系数随温度变化的影响较小,最后分别建立两种相态降水粒子的衰减系数与降雨率及温度的经验关系式。

关键词：厘米波气象雷达毫米波气象雷达冰相液相 M -P分布衰减特性

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区域气候模式REMO对中国气温和降水模拟能力的评估

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气候变化研究进展 2016年第4期12卷 286-293页

作者：徐经纬徐敏蒋熹 ArmelleReca C.Remedio Dmitry V.Sein Nikolay Koldunov Daniela Jacob 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/资料同化研究与应用中心南京210008 江苏省气象局南京210008 Climate Service Center Germany (GERICS) Hamburg 20095 German Alfred Wegener Institute (AWI) Bremerhaven 27568 German

采用泰勒图和偏差分析等统计方法,评估分析了德国区域气候模式(REMO)对中国1989—2008年气温和降水的模拟能力。结果表明:REMO气温模拟值与观测值空间相关系数为0.94,降水空间相关系数较低(0.42),气温模拟结果明显优于降水;从空间偏差上... 详细信息

采用泰勒图和偏差分析等统计方法,评估分析了德国区域气候模式(REMO)对中国1989—2008年气温和降水的模拟能力。结果表明:REMO气温模拟值与观测值空间相关系数为0.94,降水空间相关系数较低(0.42),气温模拟结果明显优于降水;从空间偏差上看,在中国大部分地区,REMO模拟的气温高于观测值,偏差在±4℃以内,青藏高原整体有明显的-4^-2℃的冷偏差;模拟的降水值则高于观测值,空间偏差分布较均匀,中国大部分地区偏差在±300mm之内;除青藏高原、华南和西南地区外,REMO能较准确地反映出中国气温和降水的空间分布特征,其中华北和东北地区模拟效果最好;REMO对夏季气温和冬季降水的模拟能力相对较好;REMO在地形起伏较大地区的模拟能力有待提高。

关键词：区域气候模式(REMO) 气温降水模拟能力评估

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基于FY-3DMWRI的海上大气可降水反演研究

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地球物理学进展 2024年第5期39卷 1723-1733页

作者：徐超凡官元红鲍艳松陆其峰李江涛南京信息工程大学数学与统计学院南京210044 南京信息工程大学江苏省应用数学中心南京210044 南京信息工程大学江苏省系统建模与数据分析国际合作联合实验室南京210044 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 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

水汽是大气中重要的组成部分,实现大气中水汽含量的高精度反演对气象研究有着重要意义.本文利用FY-3D卫星微波成像仪(FY-3D/MWRI)在2019—2022年间每年7月份的亮温资料,根据随机森林算法,以太平洋区域ERA5水汽数据为参考,分别建立海上... 详细信息

水汽是大气中重要的组成部分,实现大气中水汽含量的高精度反演对气象研究有着重要意义.本文利用FY-3D卫星微波成像仪(FY-3D/MWRI)在2019—2022年间每年7月份的亮温资料,根据随机森林算法,以太平洋区域ERA5水汽数据为参考,分别建立海上晴空大气可降水的六通道、八通道随机森林反演模型(RF6、RF8).试验结果表明,相较于经验回归反演模型,随机森林反演模型精度有明显提高,其中RF6模型精度提高了约22%,RF8模型精度提高了约28%.进一步,将基于太平洋区域数据训练生成的RF6、RF8反演模型应用于北大西洋与南印度洋的大气可降水反演,也得到了较好的结果.因此,海上晴空大气可降水的随机森林反演模型具有较好的稳定性和普适性,且RF8模型优于RF6模型,RF6模型优于经验回归模型.

关键词：微波成像仪大气可降水量反演随机森林模型经验回归模型

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WRF模式不同云参数化方案的暴雨预报能力检验及集成试验

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大气科学学报 2018年第6期41卷 731-742页

作者：梅钦智协飞王佳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 南京大气科学联合研究中心江苏南京210008 江苏省气候中心江苏南京210008

利用WRFV3. 6的8种微物理方案和6种积云参数化方案对湖北及其周边地区夏季12次暴雨过程进行回报,分析各种方案对暴雨预报的影响。结果显示,各种方案均能较好地预报出降水过程,但其降水强度和范围存在一定差异。当积云参数化方案为KF方案... 详细信息

利用WRFV3. 6的8种微物理方案和6种积云参数化方案对湖北及其周边地区夏季12次暴雨过程进行回报,分析各种方案对暴雨预报的影响。结果显示,各种方案均能较好地预报出降水过程,但其降水强度和范围存在一定差异。当积云参数化方案为KF方案时,对Lin、WSM6、Thompson、Morrison 2-mom、CAM5. 1、WDM5、WDM6、NSSL 2-mom微物理方案做敏感性试验,发现CAM 5. 1方案优于其他7种微物理方案,M orrison 2-mom次之。当微物理方案为CAM 5. 1时,对KF、BM J、GD、SAS、G3D、Tiedtke积云参数化方案做敏感性试验,发现在不同量级降水预报中,6种积云参数化方案各有优劣。综合考虑,GD、SAS、Tiedtke积云参数化方案优于其他3种方案。在此基础上开展多方案集成试验,结果表明集合平均(ensemble mean,EMN)在一定程度上可以减少预报误差,降低单个成员预报的不确定性。

关键词：暴雨 WRF模式微物理参数化方案积云对流参数化方案集成试验

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福建省森林植被NEP时空变化及影响因子分析

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生态环境学报 2023年第5期32卷 845-856页

作者：翁升恒张玉琴姜冬昕潘卫华李丽纯张方敏福建省气象科学研究所福建福州350001 福建省灾害天气重点实验室/中国气象局海峡灾害天气重点开放实验室福建福州350001 福建省气象宣传科普教育中心福建福州350001 南京信息工程大学应用气象学院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

不断加剧的气候变化和人类活动增加了区域生态系统碳循环研究的不确定性。净生态系统生产力(NEP)能够定量描述陆地生态系统与大气之间的碳交换量,探究区域生态系统NEP的时空变化及对气象、植被等因子的响应有助于明晰区域生态系统碳收... 详细信息

不断加剧的气候变化和人类活动增加了区域生态系统碳循环研究的不确定性。净生态系统生产力(NEP)能够定量描述陆地生态系统与大气之间的碳交换量,探究区域生态系统NEP的时空变化及对气象、植被等因子的响应有助于明晰区域生态系统碳收支状况和应对气候变化。基于TEC模型和生态系统呼吸模型评估了福建省森林2000-2020年NEP时空格局,并借助地理探测器和贡献率方法探究了福建省NEP时空变化的主要驱动因子。结果表明:(1)2000-2020年福建省森林多年年均NEP为528 g·m^(-2),呈极显著的增强趋势。空间分布规律为“高值主要分布在福建南部的内陆地区,低值主要分布在中北部和南部沿海地区”,约48.3%的地区NEP呈显著上升趋势,主要分布在福建省的中部偏西南地区,而仅有1.00%的地区呈显著下降趋势;(2)空间分布上,影响福建省森林NEP的空间分异的主要因子为植被、地形和气象要素。归一化植被指数对森林NEP空间分布的影响最大,是影响福建省森林NEP空间分异的主要驱动因子,其次是地形和太阳辐射,高程的最适区间为891-1 491 m,而辐射的最适区间为128-130 W·m^(-2)。与单因子相比,双因子间的相互作用均增强了对NEP空间分布的影响,其中归一化植被指数与太阳辐射的交互作用对NEP解释力最强;(3)时间变化上,气候与植被因子综合解释了福建省森林NEP年际变化的46.7%,其中归一化植被指数的升高是NEP多年变化的主导因素,而气象因子的变化均对NEP的上升趋势起到了负抑制作用,这说明在“双碳”建设时需要有效提高植被对气候变化的适应能力。

关键词：福建森林净生态系统生产力时空变化影响因子

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春季热带南大西洋海表温度异常与夏季亚澳季风区降水异常的联系

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大气科学学报 2021年第6期44卷 918-926页

作者：陈晨李忠贤陈兵于怡秋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 齐齐哈尔市气象局黑龙江齐齐哈尔161006 江苏省气候中心江苏南京210019 沈阳区域气候中心辽宁沈阳110166

利用1979—2019年Hadley中心的海表温度资料、GPCP的降水资料以及NCEP-DOE的再分析资料等,分析了北半球春季热带南大西洋海表温度异常与北半球夏季亚澳季风区降水异常的联系。研究表明,北半球春季热带南大西洋海表温度异常与随后夏季热... 详细信息

利用1979—2019年Hadley中心的海表温度资料、GPCP的降水资料以及NCEP-DOE的再分析资料等,分析了北半球春季热带南大西洋海表温度异常与北半球夏季亚澳季风区降水异常的联系。研究表明,北半球春季热带南大西洋海表温度异常与随后夏季热带西太平洋到南海(澳大利亚东侧海域到热带东印度洋)地区的降水异常为显著负相关(正相关)关系。北半球春季热带南大西洋的海表温度正异常可以引起热带大西洋和热带太平洋间的异常垂直环流,其中异常上升支(下沉支)位于热带大西洋(热带中太平洋)。热带中太平洋的异常下沉气流和低层辐散气流引起热带中西太平洋低层的异常东风,后者有利于热带中东太平洋海表温度出现负异常。通过Bjerknes正反馈机制,热带中东太平洋海表温度异常从北半球春季到夏季得到发展。热带中东太平洋海表温度负异常激发的Rossby波使得北半球夏季热带西太平洋低层出现一对异常反气旋。此时,850 hPa上热带西太平洋到海洋性大陆地区为显著的异常东风,有利于热带西太平洋到南海(澳大利亚东侧海域到热带东印度洋)地区出现异常的水汽辐散(辐合),导致该地区降水减少(增加)。

关键词：热带南大西洋海表温度异常亚澳季风区降水

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江苏省小麦赤霉病综合影响指数构建及时空变化特征

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生态学杂志 2019年第6期38卷 1774-1782页

作者：徐敏高苹徐经纬吴洪颜易红娟吴定邦徐东祥江苏省气象局南京210008 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 南通市通州区植物保护指导站江苏通州226301 建湖县上冈农作物病虫预测预报站江苏建湖224731 阜宁县东沟农作物病虫测报站江苏阜宁224426

基于2002—2017年江苏省13个市、南通市通州区、盐城市建湖县和阜宁县的小麦赤霉病病穗率资料与生育期观测资料及相应时段内的逐日气象数据,采用灰色关联、合成分析、相关普查、百分位法等统计方法,构建了小麦赤霉病综合影响指数和等级... 详细信息

基于2002—2017年江苏省13个市、南通市通州区、盐城市建湖县和阜宁县的小麦赤霉病病穗率资料与生育期观测资料及相应时段内的逐日气象数据,采用灰色关联、合成分析、相关普查、百分位法等统计方法,构建了小麦赤霉病综合影响指数和等级指标,并进行独立样本检验和历史回代检验,依据建立的赤霉病等级指标分析了江苏小麦赤霉病的时空变化特征。结果表明:累计雨日、平均相对湿度、平均气温是影响小麦赤霉病的关键气象因子,权重分别为0.348、0.340、0.312,由此构建的综合影响指数可以很好地反映江苏小麦赤霉病的发生情况;基于综合影响指数建立的等级指标能较好地反演出赤霉病不同发生程度的时空变化特征,近16年江苏小麦赤霉病维持着南重北轻的空间格局,但赤霉病发生最严重的区域有所变化,江淮之间东部沿海地区(主要集中在盐城)赤霉病大发生的次数明显高于其他地方,自2010年江苏各地小麦赤霉病发生严重的频次有所增加。本研究可用于赤霉病的预测和影响评估,对赤霉病的科学防控具有指导意义。

关键词：综合影响指数小麦赤霉病灰色关联时空分布

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新一代静止气象卫星葵花8号的晴空红外辐射率资料同化对台风“天鸽”的预报影响研究

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海洋学报 2022年第3期44卷 40-52页

作者：许冬梅沈菲菲李泓刘瑞霞王易束艾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江苏南京210044 中国气象局上海台风研究所上海200030 中国气象局沈阳大气环境研究所辽宁沈阳110166 高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室四川成都610225 国家卫星气象中心中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室北京100081 江苏省气象台江苏南京210008

本文以2017年第13号台风“天鸽”(Hato)为例,在WRFDA同化系统中结合日本葵花8号(Himawari-8)资料,通过同化Himawari-8晴空红外辐射率资料并进一步考察其对台风“天鸽”的结构、强度、路径分析和预报的影响。研究结果表明:同化Himawari-... 详细信息

本文以2017年第13号台风“天鸽”(Hato)为例,在WRFDA同化系统中结合日本葵花8号(Himawari-8)资料,通过同化Himawari-8晴空红外辐射率资料并进一步考察其对台风“天鸽”的结构、强度、路径分析和预报的影响。研究结果表明:同化Himawari-8晴空红外辐射率资料对台风背景场的水汽相关变量分析有显著改进,对背景场中的台风水汽信息有一定的改进作用。与控制实验,即没有同化Himawari-8晴空红外辐射率资料的实验相比,加入同化实验对台风“天鸽”的风场、500 hPa气压场的分析效果有所提高,台风气旋性环流加强,并进一步改进了对台风“天鸽”的路径、台风中心最低气压和近中心最大风速的预报。平均路径误差和降水预报相对于常规观测变量的均方根误差均有所改善。

关键词：葵花8号 WRF模式三维变分台风“天鸽”

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基于集合匹配尺度的邻域集合概率法及其在梅雨锋暴雨预报中的适用性

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热带气象学报 2024年第2期40卷 313-325页

作者：徐渊闵锦忠庄潇然陈云辉张璐田高山江西省气象台江西南昌330096 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 江苏省气象台江苏南京210008 民航西南空管局气象中心四川成都610202

概率预报是由集合预报衍生、包含不确定性信息的客观产品,对业务决策服务有重要的参考价值。传统的邻域集合概率法中,邻域半径固定不变,不符合实际天气过程中牵涉甚广的尺度谱。为此引入基于集合匹配尺度的邻域集合概率法(Neighborhood ... 详细信息

概率预报是由集合预报衍生、包含不确定性信息的客观产品,对业务决策服务有重要的参考价值。传统的邻域集合概率法中,邻域半径固定不变,不符合实际天气过程中牵涉甚广的尺度谱。为此引入基于集合匹配尺度的邻域集合概率法(Neighborhood Ensemble Probability based on Ensemble Agreement Scale,EAS_NEP),并在中国南方典型的梅雨锋暴雨中开展准确性和预报技巧的定量检验评估,以期验证该方法在此类过程中的适用性,并促进其在实际业务中的推广使用。联合扰动初始场、侧边界和物理过程所得到的集合预报能较好地表征实际的预报不确定性,进一步在此基础上比较了格点概率法、不同半径的邻域集合概率法以及EAS_NEP的优劣。试验结果表明,EAS_NEP能根据集合成员间的一致性程度,自适应地调整邻域半径,其在集中型降水中所确定的邻域半径通常大于分散型降水。动态调整的邻域半径既避免了半径过大时的过度平滑与关键信息丢失,又消除了半径较小所带来的奇异点,其空间分布呈阶梯型,空间连续性更优。此外,BS(布莱尔评分)、FSS(分数技巧评分)和ROC曲线(相对作用特征曲线)等定量评估结果也体现出EAS_NEP相比传统方法正的预报技巧,尤其是在分散型降水和高阈值检验时优势更明显。以上结果表明,EAS_NEP在梅雨锋暴雨的预报中具有较好的应用前景,运用在业务中能有效提升概率预报质量。

关键词：概率预报集合预报集合匹配尺度邻域集合概率梅雨锋暴雨

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