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2020年梅汛期强降水事件的预报误差来源分析

气候与环境研究 2022年第4期27卷 469-479页

作者：林琳卢楚翰周菲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实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

基于WRF模式(Weather Research and Forecasting Model)分析2020年超长梅汛期内11次强降水事件的预报误差来源。分别以FNL(Final Global Data Assimilation System)、TIGGE_EC(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble from European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)作为初始场进行预报,对比预报结果发现,TIGGE_EC初始场的预报结果普遍优于FNL,这说明初始条件的不确定性对预报结果有重要影响。进一步探究初始条件不确定性(初始误差)来源的区域(敏感区)和变量(敏感变量)发现,敏感区集中分布于降水区西侧上游,相对应的敏感变量为水汽场。分别考察动能、有效位能以及比湿能在初始误差总能量中的占比,结果表明,扰动比湿能占比最小,但敏感性试验表明比湿场扰动对预报效果的影响最大。选取比湿场扰动对预报效果影响最大且WRF_EC具有更好预报效果的6个暴雨事件,通过HYSPLIT后向轨迹模式分别追踪其累计降水量最大值点的水汽来源及路径发现,有6个事件均有向降水区西侧上游延伸的水汽来源通道,进一步表明了敏感区的初始水汽场的准确性对暴雨预报的影响。因此降水区西侧上游的水汽场的误差是这11次梅汛期暴雨过程重要的预报误差来源,对其准确描述可有助于预报效果的提升。

关键词：初始误差梅雨期强降水敏感区敏感变量水汽来源

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地闪三维随机模型的改进及多上行先导的数值模拟研究

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气象学报 2022年第6期80卷 999-1008页

作者：林雨荷谭涌波余骏皓樊佳乐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/南京信息工程大学中国气象局气溶胶-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/雷电物理和防护工程实验室北京100081

为了探讨地闪连接过程中多上行先导的起始与发展,考虑到光学观测事实及雷暴电场环境,本研究在已有多上行先导三维随机参数化方案的基础上,植入背景电场模块并改进上、下行先导模块。基于新模型开展大量敏感性试验,结果如下:(1)新模型模... 详细信息

为了探讨地闪连接过程中多上行先导的起始与发展,考虑到光学观测事实及雷暴电场环境,本研究在已有多上行先导三维随机参数化方案的基础上,植入背景电场模块并改进上、下行先导模块。基于新模型开展大量敏感性试验,结果如下:(1)新模型模拟的下行先导形态多样、分支数大幅度减少,能更好地再现多样的地闪连接过程。(2)在孤立建筑物情况下,上行先导长度、闪击距离以及触发多上行先导的次数与建筑物高度成正相关。(3)随着建筑物增高,同一次地闪中首个始发的上行先导与后续始发的上行先导间的起始时间差整体呈现上升趋势。初步研究表明:建筑物高度对触发多上行先导的影响显著。此外,受到建筑物高度及正、负先导发展情况的影响,低矮建筑物触发的多上行先导几乎同时起始,而高建筑物上允许首个始发的上行先导优先发展一定长度后再始发后续上行先导。

关键词：数值模拟多上行先导建筑物高度

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全球气候变暖:浅谈从AR5到AR6的认知进展

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大气科学学报 2021年第5期44卷 667-671页

作者：周波涛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/气候与环境变化国际合作联合实验室江苏南京210044

自政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告(AR5)发布以来,国际科学界在气候系统变化领域取得显著进展,有关气候变化的科学认识不断深入。IPCC第六次评估报告(AR6)第一工作组(WGI)报告对这些科学进展和最新认识作了综合评估。温... 详细信息

自政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告(AR5)发布以来,国际科学界在气候系统变化领域取得显著进展,有关气候变化的科学认识不断深入。IPCC第六次评估报告(AR6)第一工作组(WGI)报告对这些科学进展和最新认识作了综合评估。温度是全球变化最直接的指示器。本文从温度变化视角,对从AR5到AR6的科学进展进行了梳理和简要评述,主要聚焦观测的变化、归因以及未来预估三个方面。与AR5相比,AR6以更强有力的证据进一步确证了近百年全球气候变暖的客观事实,人类活动对气候变暖影响的信号更为清晰,未来变暖幅度取决于温室气体减排力度。

关键词： AR6 全球气候变暖观测变化归因预估

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基于迁移CNN的江淮持续性强降水环流分型

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应用气象学报 2021年第2期32卷 233-244页

作者：蔡金圻谭桂容牛若芸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 国家气象中心北京100081

利用新建的1981—2018年区域持续性强降水个例集、1981—2018年中国逐日降水量及NCEP/NCAR全球再分析资料,运用江淮地区持续性强降水典型模态个例样本及残差神经网络(CNN),通过迁移学习分步训练建立针对江淮强降水的环流客观分型模型;... 详细信息

利用新建的1981—2018年区域持续性强降水个例集、1981—2018年中国逐日降水量及NCEP/NCAR全球再分析资料,运用江淮地区持续性强降水典型模态个例样本及残差神经网络(CNN),通过迁移学习分步训练建立针对江淮强降水的环流客观分型模型;并运用该模型对1981—2015年全国持续性强降水个例的环流进行客观分型,比较其与相似量(R)分型、余弦相似系数(COS)分型的效果,且对2016—2018年逐日环流进行客观识别与分型。结果表明:迁移CNN在拟合准确率达到100%后,测试集损失函数很快稳定,准确率较高,比R分型、COS分型效果好。在强降水客观分型中,迁移CNN所得各型与典型模态降水之间的相关系数远高于R分型、COS分型,其中不一致型个例分析表明迁移CNN所得各型与典型模态降水间的相关系数明显高于R分型、COS分型。在独立样本分型中,迁移CNN所得各型与典型模态降水的相关系数也均高于R分型、COS分型,且对非持续性强降水环流分型也存在一定的识别能力。

关键词：江淮地区强降水客观分型残差神经网络迁移学习

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地形对华南飑线升尺度影响机制的数值模拟研究

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大气科学 2022年第6期46卷 1319-1331页

作者：沈新勇王林乔娜尹宜舟李焕连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 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082 天津市静海区气象局天津301600 江苏省镇江市气象局镇江212000 国家气候中心北京100081 中国气象局气象干部培训学院北京100081

本文利用NCEP/NCAR提供的1°×1°的再分析资料,应用WRF4.0中尺度数值模式对2016年4月13日华南地区的一次飑线升尺度过程进行模拟,并设计一系列的敏感性试验,详细研究了南岭对飑线升尺度增长的影响以及可能的机制。结果表明... 详细信息

本文利用NCEP/NCAR提供的1°×1°的再分析资料,应用WRF4.0中尺度数值模式对2016年4月13日华南地区的一次飑线升尺度过程进行模拟,并设计一系列的敏感性试验,详细研究了南岭对飑线升尺度增长的影响以及可能的机制。结果表明:WRF模式较好的模拟了本次飑线过山前后的变化以及其降水的分布。强对流在过山后比过山前发展要强烈,水平的尺度增长快。但不同高度的地形敏感性试验表明,适宜的地形高度对于风暴的发展更有利。地形影响了飑线的尺度和组织,地形过高会使得广东北部的对流分散。地形可以通过改变水平流场、水汽场、垂直运动以及低层的垂直风切变等来间接影响飑线中的对流单体的分布和对流单体的强度。无地形阻挡时,有利于急流的北进,水汽输送更为有利。但是,一定的地形高度对低层的垂直运动是有利的。地形较高,则会利于高层的垂直运动,低层更多的可能以绕流为主。当地形超过一定高度时,低层的辐合场也相应的减弱。

关键词：飑线敏感性试验地形升尺度增长华南

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长江三角洲梅汛期降水与大气环流季节内演变的关系及延伸期预报

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气象学报 2022年第2期80卷 190-204页

作者：马悦信飞卢楚翰上海市气候中心/中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室上海200030 上海市嘉定区气象局上海201800 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

基于1981—2020年长江三角洲(简称长三角)地区62个国家基本气象站的逐日降水量资料及NCEP/NCAR全球大气逐日再分析资料,分析了长三角地区梅汛期降水与前期大气环流季节内协同演变的关系,在此基础上利用改进的时空投影方法(STPM)构建了... 详细信息

基于1981—2020年长江三角洲(简称长三角)地区62个国家基本气象站的逐日降水量资料及NCEP/NCAR全球大气逐日再分析资料,分析了长三角地区梅汛期降水与前期大气环流季节内协同演变的关系,在此基础上利用改进的时空投影方法(STPM)构建了针对该地区梅汛期降水的延伸期预报模型。结果表明:(1)长三角地区梅汛期降水存在显著的10—80 d季节内振荡,且振荡强度有明显的空间差异和年际变化,降水量越大对应的季节内振荡越强。(2)梅汛期降水发生前15—10天大气环流发生季节内调整,热带低频对流活跃并出现经向传播,在西北太平洋、长江流域至黄淮—日本海的对流层低层(高层)激发反气旋(气旋)—气旋(反气旋)—反气旋(气旋)的低频波列,建立起低层辐合、高层辐散的环流配置,长三角地区对流增强;大气低频响应导致南亚高压季节内南北振荡和东西进退明显,西太平洋副热带高压在长三角东南侧稳定维持,上述低、中和高纬度环流的季节内动态协同演变共同促进了该地区梅汛期低频降水的发生。(3)将影响梅汛期降水的前期大气环流季节内动态演变过程作为预报因子,基于STPM方法训练得到长三角梅汛期降水的延伸期逐候预报模型,近10年的独立回报评估显示该模型对梅汛期未来10—25 d降水有较高的预报技巧。

关键词：长江三角洲梅汛期季节内演变延伸期预报

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山东地区一次夏季极端暴雨中尺度系统发展演变过程及机理分析

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大气科学 2023年第3期47卷 786-804页

作者：龚琬丁周玉淑钟珊珊沈新勇李小凡邓国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院重点实验室(LACS) 北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082 浙江大学地球科学学院杭州310027 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

对2020年7月22日山东半岛一次极端暴雨天气过程开展观测分析,并利用中尺度模式WRF对此次局地降水过程进行了高分辨率数值模拟,对暴雨过程进行了天气背景和中尺度降雨的诊断。WRF模式较好地再现了此次极端暴雨过程,结果表明:此次极端暴... 详细信息

对2020年7月22日山东半岛一次极端暴雨天气过程开展观测分析,并利用中尺度模式WRF对此次局地降水过程进行了高分辨率数值模拟,对暴雨过程进行了天气背景和中尺度降雨的诊断。WRF模式较好地再现了此次极端暴雨过程,结果表明:此次极端暴雨过程短时降水强度大且局地性强,在时空上具有明显中尺度特征。降水发生在北抬副热带高压与华北低涡底部之间的西南气流中,强低涡与低空急流是影响此次降水的重要天气系统。西南急流为本次暴雨过程极端水汽的主要输送载体;在弱高空辐散场下,从地表延伸至500 hPa高空的深厚低涡是造成本次暴雨的主要影响因子,其时空演变特征与中尺度云团变化一致,与暴雨的发生直接相关。低涡、低空急流和副高之间的相互作用使低涡加强发展,低涡南部有暖湿气流入流,北部有干冷气流流入,比湿梯度基本呈现为自南向北递减分布,是典型的伴有低空急流的中尺度低涡流场分布;低涡辐合及其与副热带高压边缘强风速带的共同作用,导致强垂直运动发展并维持,是造成本次山东半岛极端暴雨的重要原因。

关键词：山东半岛极端暴雨中尺度低涡低空急流发展演变过程

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淮河流域夏季极端降水频次空间分布的客观分类及其形成机理

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大气科学 2021年第6期45卷 1415-1432页

作者：卢睿朱志伟李天明潘晓江叶艳陆雅君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 淮河流域气象中心合肥230031 安徽省气象台合肥230031

本文基于1961~2016年淮河流域四省(江苏、安徽、河南、山东)逐日降水观测资料及全球大气再分析资料,利用K均值聚类、旋转经验正交函数分解对淮河流域夏季极端降水频次分布进行了客观分类,利用统计诊断和数值模拟的手段讨论了其相关环流... 详细信息

本文基于1961~2016年淮河流域四省(江苏、安徽、河南、山东)逐日降水观测资料及全球大气再分析资料,利用K均值聚类、旋转经验正交函数分解对淮河流域夏季极端降水频次分布进行了客观分类,利用统计诊断和数值模拟的手段讨论了其相关环流异常和形成机理。结果表明:(1)淮河流域夏季极端降水频次的空间分布可客观分为以极端降水主要发生在淮河流域33°N以南地区的南部型,主要发生在32°~36°N之间的中部型,和主要发生在34°N以北的北部型这三种分布类型;(2)南部型极端降水频次分布与西北太平洋副热带高压异常偏西偏南有关,西北太平洋异常反气旋北侧的异常气旋性环流使得水汽输送停留在淮河流域南部,导致南部极端降水频次偏多。中部型对应淮河流域受鞍型场环流结构控制,导致中部极端降水频次偏多。北部型极端降水频次分布时,淮河流域处于反气旋性环流异常西南侧,偏南风将水汽输送至淮河流域北部,导致北部极端降水频次偏多;(3)南部型和北部型的极端降水频次分布相关环流异常分别受厄尔尼诺和拉尼娜相关海表温度异常所影响,而中部型极端降水频次分布的相关环流异常是巴伦支海/喀拉海海冰异常在欧亚大陆上空激发的自西北向东南传播的准定常罗斯贝波所导致的。

关键词：极端降水空间分布客观分类淮河流域中纬度罗斯贝波

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亚洲中高纬环流春夏季节转换过程的关键特征

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大气科学 2022年第1期46卷 151-167页

作者：布和朝鲁林大伟齐道日娜诸葛安然中国科学院大气物理研究所国际气候与环境科学中心北京100029 中国气象局人工影响天气中心中国气象局云雾物理环境重点开放实验室北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 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

亚洲中高纬环流春夏季节转换是亚洲大陆上发生的不同区域春夏季节转换中的一个重要组成部分,它为江淮流域梅雨形势的建立提供必要的中高纬环流条件。但是关于其独特性和关键特征,迄今为止尚没有系统性的总结。本文利用NCEP/NCAR再分析资... 详细信息

亚洲中高纬环流春夏季节转换是亚洲大陆上发生的不同区域春夏季节转换中的一个重要组成部分,它为江淮流域梅雨形势的建立提供必要的中高纬环流条件。但是关于其独特性和关键特征,迄今为止尚没有系统性的总结。本文利用NCEP/NCAR再分析资料I的逐日数据,分析和总结了这一春夏季节转换过程的关键特征。亚洲中高纬环流春夏季节转换以500 hPa东北亚脊和"双阻型"环流形势的依次建立为重要标志。东北亚脊及其相关的海陆温度差异的形成主要归因于东北亚积雪融化和局地强烈增温过程。东北亚低压(850 hPa)的建立是亚洲中高纬环流春夏季节转换的另一个重要标志。当季节转换发生时,青藏高原上空的200 hPa急流轴从35°N向北跳到37°N,与此同时亚洲温带急流彻底消失。伴随着季节转换,亚洲中高纬地区近地面温度经向梯度减弱,高频瞬变斜压扰动随之减弱;与之形成鲜明对比,低频天气系统,包括亚洲阻塞高压和东北冷涡系统,则成为该地区主导天气系统。本文也从春夏季节转换早晚的角度,探讨了亚洲中高纬环流和天气系统的演变特征,由此进一步补充了春夏季节转换的关键信息。

关键词：亚洲中高纬环流春夏季节转换东北亚脊东北亚低压阻塞高压

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青藏高原南侧大气热源对江淮流域南北偶极型降水季节内振荡的调节

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气象科学 2024年第6期44卷 1061-1071页

作者：孙嘉路陈兵王昊钟珊珊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/气候与环境变化国际合作联合实验室南京210044 江苏省气候中心南京210019 黑龙江省气候中心哈尔滨150030 常熟市气象局江苏常熟215500

基于1979—2018年我国台站观测的逐日降水和JRA-55大气逐日再分析资料,本文分析了夏季江淮流域南北偶极型降水10~30 d季节内振荡(Intra-seasonal Oscillation, ISO)特征,并重点探讨了青藏高原南侧大气热源不同强度的加热状态对江淮流域... 详细信息

基于1979—2018年我国台站观测的逐日降水和JRA-55大气逐日再分析资料,本文分析了夏季江淮流域南北偶极型降水10~30 d季节内振荡(Intra-seasonal Oscillation, ISO)特征,并重点探讨了青藏高原南侧大气热源不同强度的加热状态对江淮流域南北偶极型降水ISO的峰值和谷值的调节作用。结果表明,当高原南侧为强加热状态,有利于增强江淮流域夏季降水的南涝北旱;而当高原南侧为弱加热状态,则易于加剧江淮流域的南旱北涝。这主要由于青藏高原南侧异常强加热,对流层低层异常热低压增强,加热气泵的抽吸效应有利于孟加拉湾水汽向高原辐合。同时,高原南侧的辐合上升运动又促使其对流层上层气流辐散增强,导致自西向东传播的欧亚遥相关波列的异常反气旋性环流在抵达高原西部时,将向高原南侧扩张并增强,进一步加剧上层气流的辐散,加强对流层低层的水汽输送,江淮流域南部充足的水汽供应导致降水增强。此外,高原南侧和孟加拉湾形成的北正南负的非绝热加热的经向不均匀性分布,促使异常局地负涡源的产生,增强了孟加拉湾的反气旋性环流外围水汽向高原的辐合并转向江淮南部。当高原南侧为弱加热状态时,情况则相反。

关键词：江淮流域南北偶极型降水季节内振荡青藏高原大气热源

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