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导航定位学报 2024年第2期12卷 129-138页

作者：崔许睿王苗苗卞桂阳周德福费叔春戴宇航蔡文轩常州工学院计算机信息工程学院江苏常州213032 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

为了进一步研究全球导航卫星系统(GNSS)反演层析的水汽在降雨监测中的应用,以香港地区卫星定位参考站网(SatRef)中18个站点的GNSS观测数据和气象观测数据为基础,采用非差分方式分析网内各站点上空的天顶对流层湿延迟和测站上空的大气可... 详细信息

为了进一步研究全球导航卫星系统(GNSS)反演层析的水汽在降雨监测中的应用,以香港地区卫星定位参考站网(SatRef)中18个站点的GNSS观测数据和气象观测数据为基础,采用非差分方式分析网内各站点上空的天顶对流层湿延迟和测站上空的大气可降水量反演:结合水汽层析技术获得三维分布的大气水汽结构,并分别以大气可降水量和无线电探空站的垂直剖面数据为参考对层析结果进行检核,结果表明,内部平均差异约2 mm,外部差异最大1.7 mm,显示出较好的一致性;以红色警告的一次降雨过程为例,对降雨前后水汽的分布及其变化进行分析。实验结果表明,GNSS反演的区域大气可降水量及空间水汽尤其是低高度层的水汽,在降雨前后变化较为明显,能够更加及时有效地反映降雨前后及降雨过程中水汽的变化和空间移动过程。

关键词：全球导航卫星系统(GNSS)气象学大气可降水量(PWV) 水汽层析降雨监测

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深度学习模型TAGAN在强对流回波临近预报中的应用

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大气科学 2022年第4期46卷 805-818页

作者：胡家晖卢楚翰姜有山何婧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 南京市气象局南京210009

近年来深度学习模型在解决对防灾减灾影响巨大且极具挑战性的临近预报问题的应用中日益增多。本文中,我们把临近预报作为一个时空序列预测的任务,将雷达反射率因子作为试验对象,使用基于对抗神经网络(GAN)优化构建的TAGAN深度学习模型... 详细信息

近年来深度学习模型在解决对防灾减灾影响巨大且极具挑战性的临近预报问题的应用中日益增多。本文中,我们把临近预报作为一个时空序列预测的任务,将雷达反射率因子作为试验对象,使用基于对抗神经网络(GAN)优化构建的TAGAN深度学习模型预测未来1小时的雷达回波图像,并且与Rover光流法、基于卷积神经网络的3D U-Net模型进行对比试验。选取2018年全球气象AI挑战赛雷达回波数据集进行训练与测试,检验结果表明TAGAN模型在命中率(POD),虚警率(FAR),临界成功指数(CSI)以及相关系数等多种评分上要优于传统的光流法和对比的3D U-Net深度学习模型,TAGAN模型在以上的检验评分表现出色,并且随预测时间的增加较之传统光流模型效果更优,这为拓展和提升深度学习模型在临近天气预报中的应用提供了参考依据。

关键词：临近预报时空预测深度学习雷达回波

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春夏季节转换前北亚平稳增温过程的热力学特征

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大气科学 2023年第4期47卷 1183-1195页

作者：符诗怡施宁张东东谢作威南京信息工程大学大气科学学院南京210044 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南京210044 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

本文利用1958~2019年日本气象厅逐日再分析资料(JRA-55),基于热力学方程,详细研究了北亚地区春夏季节转换前(第19至28候)平稳增温过程的热力学特征。结果表明,气候温度平流和非绝热加热有相反的变化趋势,它们先后主导着北亚春夏季节转... 详细信息

本文利用1958~2019年日本气象厅逐日再分析资料(JRA-55),基于热力学方程,详细研究了北亚地区春夏季节转换前(第19至28候)平稳增温过程的热力学特征。结果表明,气候温度平流和非绝热加热有相反的变化趋势,它们先后主导着北亚春夏季节转换前的温度变化。在第22候之前,绝热的气候温度平流主导着北亚地区的增暖过程。但随着欧亚大陆中高纬度上的非绝热加热逐步增强,气候温度平流逐渐变为冷平流,使得非绝热加热成为主导项。线性斜压模式结果表明,非绝热加热除直接加热局地大气外,它还会在北亚地区强迫出气旋式环流异常和上升运动,从而引导着原位于新地岛附近的低压系统向北亚地区移动,进而在水平和垂直方向上引起绝热的冷平流。该冷平流部分抵消了非绝热的加热作用,最终在北亚地区形成平稳的增温过程。

关键词：北亚非绝热加热温度平流春夏季节转换

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变分框架下双偏振雷达直接同化算子的构建及其初步应用

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气象学报 2024年第6期82卷 774-788页

作者：张海阳陈耀登孙涛陈敏黄向宇孙健王瑞春范水勇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 美国国家大气研究中心博尔德803073 北京城市气象研究院北京100089 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

双偏振雷达探测资料(简称双偏振雷达资料)能够更好地识别水凝物粒子特征。为发挥双偏振雷达资料的作用,更有效地同化双偏振雷达资料,提高对流天气的预报效果,发展建立了一套基于水凝物控制变量的双偏振雷达资料变分直接同化方案,并开展... 详细信息

双偏振雷达探测资料(简称双偏振雷达资料)能够更好地识别水凝物粒子特征。为发挥双偏振雷达资料的作用,更有效地同化双偏振雷达资料,提高对流天气的预报效果,发展建立了一套基于水凝物控制变量的双偏振雷达资料变分直接同化方案,并开展了观测算子和伴随算子的切线性及伴随检验、单点观测试验及真实个例的循环同化预报试验。切线性及伴随检验结果表明,该双偏振雷达资料直接同化方案的模拟结果符合精度要求,算子构建合理。单点观测试验表明,双偏振观测信息通过水凝物背景场误差协方差传递到水凝物等相关变量,实现了相关变量的协调分析。一个真实个例的循环同化及预报试验表明,双偏振雷达资料同化改进了分析场及预报场的热力和动力及微物理结构特征,进而提高了降雨预报效果。基于变分框架下的双偏振雷达资料直接同化方案能够合理同化双偏振雷达观测信息,并改进6 h降水预报效果,相对采用集合卡尔曼滤波方案同化该资料效率更高,更便于业务推广应用。

关键词：数值预报资料同化双偏振雷达直接同化

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中国冬季干、湿低温灾害的时空分布特征

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大气科学 2023年第5期47卷 1355-1374页

作者：虞越越张伶俐管兆勇杨汶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/大气科学学院南京210044 吉林省长白山气象局吉林省长白山市133613

基于1980~2019年11月至翌年3月全国低温灾害性天气文字记录,结合高精度再分析资料NASA MERRA2,构建了我国低温灾害(低温、降温、冰冻、雨雪、雪灾)的精细化格点数据,采用线性趋势分析、集合经验模态分解(EEMD)和小波分析等方法研究了我... 详细信息

基于1980~2019年11月至翌年3月全国低温灾害性天气文字记录,结合高精度再分析资料NASA MERRA2,构建了我国低温灾害(低温、降温、冰冻、雨雪、雪灾)的精细化格点数据,采用线性趋势分析、集合经验模态分解(EEMD)和小波分析等方法研究了我国低温灾害的时空分布特征,初步描绘了我国低温灾害图谱。研究表明:干低温灾害(低温、降温、冰冻)往往不是单一灾种致灾,而湿低温灾害(雨雪、雪灾)多为单一灾种致灾。不同灾种的发生频次具有显著的区域和季节内差异:1月低温的致灾范围最广,发生频次由南向北呈现“高—低—次高”的三极型分布;降温灾害在12月发生频次最多,呈“东高西低”分布;雨雪灾害在1~2月的南方地区发生最多;雪灾发生频次明显多于前四个灾种,多分布在牧区等高敏感地带。就全国而言,干低温和雨雪灾害的发生频次和受灾面积呈现长期上升趋势,而雪灾则在前后冬有相反趋势,其受灾面积的上升趋势主要来自1月,发生频次的减少趋势来自3月;干低温和雨雪灾害的灾情指数年代际变率在2000年之后波动增加,而雪灾则在2000年之前变率较大;大部分低温灾种(除雪灾)发生频次的年际变率在2005年后均有显著增加。单一灾种中,仅降温受灾面积有显著的上升趋势,主要归因于1月。复合灾种中,降温与湿低温的组合呈显著上升趋势。

关键词：低温灾害灾害面积灾害频次长期趋势多时间尺度变化集合经验模态分解

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全球空中水资源管理潜力的关键区识别与源汇分析

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科学通报 2023年第20期68卷 2678-2689页

作者：张博美高红凯魏江峰华东师范大学地理科学学院上海200241 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境重点实验室北京100101 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南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

传统水资源管理以流域为边界,降水是输入水量,径流是水资源量,蒸发被认为是水量损失.然而,陆地蒸发与降水之间存在复杂循环和互馈关系,流域蒸发的水汽并未消失,往往在其他区域产生降水.人为驱动下的土地覆被变化可直接影响蒸发,进而通... 详细信息

传统水资源管理以流域为边界,降水是输入水量,径流是水资源量,蒸发被认为是水量损失.然而,陆地蒸发与降水之间存在复杂循环和互馈关系,流域蒸发的水汽并未消失,往往在其他区域产生降水.人为驱动下的土地覆被变化可直接影响蒸发,进而通过大气水循环过程影响下风区域的降水,理论上存在对空中水资源进行管理的可能性.但大气水循环过程具有复杂性,甚至随机性,多数区域的水汽源汇关系复杂,空中水资源管理的可行性长期存疑.本文基于降水域(precipitationshed)的框架,根据水汽源贡献水量的相对大小,确定对目标区域降水贡献最大的核心水汽源区,即核心降水域.使用空间分辨率为1°×1°的Utrack水汽循环数据集,在全球尺度下,计算分析了各格网的核心降水域,进一步与国家边界叠加分析,识别了全球空中水资源管理潜力的关键区.结果显示,中国中部、俄罗斯西伯利亚、刚果(金)中部、巴西南部、秘鲁西部、美国西北部以及加拿大西部具有较高的空中水资源管理潜力;与国界、土地利用覆盖、人口等综合分析发现,中国是全球最具空中水资源管理潜力的国家.本研究为从全球水循环的全局角度科学认识我国水资源,并从更大尺度保护、优化我国水资源格局提供了新的宏观视角.

关键词：核心降水域空中水资源水汽循环管理潜力土地政策

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月内尺度上与冬季北太平洋大范围海温暖异常相联系的海气相互作用特征

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大气科学 2022年第2期46卷 293-308页

作者：陈宏莉徐海明马静邓洁淳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南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

本文采用1985~2015年美国气象环境预报中心及能源部(NCEP/DOE)再分析以及美国国家海洋大气管理局(NOAA)海温(SST)等资料,基于大范围SST异常的确定规则,在北太平洋区域选取了8个暖事件,采用跟随SST异常中心的动态合成方法,研究分析了冬... 详细信息

本文采用1985~2015年美国气象环境预报中心及能源部(NCEP/DOE)再分析以及美国国家海洋大气管理局(NOAA)海温(SST)等资料,基于大范围SST异常的确定规则,在北太平洋区域选取了8个暖事件,采用跟随SST异常中心的动态合成方法,研究分析了冬季北太平洋生命史为50天左右的大范围SST暖异常在其盛期前后的月内尺度海气结构特征。结果表明:(1)大范围SST暖异常前期主要表现为大气对海洋的强迫作用,后期则主要表现为海洋对大气的强迫作用。(2)SST暖异常伴随的大气结构在前后期发生了明显的转变,前期SST暖异常上空伴随着相当正压的偶极型气压异常(即东北侧为异常高压而西南侧为异常低压),对应大气偏东风异常。后期SST暖异常区北侧上空伴随着相当正压的低压异常,南侧为弱高压异常,对应大气偏西风异常。(3)在SST暖异常后期大气出现了气旋式环流异常响应,这主要是因为高频瞬变涡旋反馈强迫在起关键作用,且瞬变涡度的强迫作用是主要贡献因子。(4)海流结构在前后期也发生了明显的转变,前期海洋动力过程不利于维持SST暖异常,后期异常暖平流和异常下沉流均有助于维持SST暖异常及其对大气的影响。

关键词：月内尺度北太平洋大范围海温异常海气相互作用

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夏季欧亚中高纬大气ISO与欧洲阻塞频率的联系及其对极端高温事件的协同作用

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大气科学 2024年第3期48卷 1043-1058页

作者：温昕晟杨双艳高铭祥李天明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 广州市气象台广州511430 夏威夷大学马诺阿分校大气科学学院国际太平洋研究中心美国夏威夷968226 宁夏气象台银川750002

本文利用1979~2018年NCEP逐日再分析资料,探讨了夏季欧亚中高纬地区10~30天大气季节内振荡(ISO)的时空演变及其对欧洲阻塞频率的影响,并探讨了两者对欧亚极端高温发生频率的协同作用。研究表明,欧亚中高纬10~30天大气ISO表现出东传和西... 详细信息

本文利用1979~2018年NCEP逐日再分析资料,探讨了夏季欧亚中高纬地区10~30天大气季节内振荡(ISO)的时空演变及其对欧洲阻塞频率的影响,并探讨了两者对欧亚极端高温发生频率的协同作用。研究表明,欧亚中高纬10~30天大气ISO表现出东传和西传两种模态。东(西)传模态下,对流层西北—东南向倾斜的四极型(东西向分布的偶极型)准正压位势高度异常耦合温度异常同时向东南方向(向西)传播。位相合成表明,在两个模态下,中高纬低频Rossby波列在传播过程中能够显著影响欧洲阻塞的发生。东(西)传模态位相6~7(5~6)期间,欧洲阻塞发生最频繁。在东(西)传模态位相6~7(5~6)期间,欧洲西部、东欧平原、乌拉尔山以及我国东北平原(欧洲和乌拉尔山)地区分别受准正压的+-+-(+-)高度异常控制。有阻塞发生时,东传模态下,欧洲西部的正高度异常强度明显增强,乌拉尔山地区,东欧平原以及我国东北平原地区的高度异常强度均有所减弱。同时,欧洲以南出现负的高度异常;西传模态下,偶极型高度异常强度均增强,欧洲以南和我国东北平原分别出现负的和正的高度异常。可见,在两个模态阻塞频发位相下,阻塞的发生增加了欧洲和我国东北地区极端高温事件的发生频率,降低了欧洲以南和乌拉尔山地区极端高温事件的发生频率。因此,欧洲阻塞活动显著调控了欧亚中高纬地区大气ISO两个传播模态对极端高温事件的影响。

关键词：欧亚中高纬季节内振荡欧洲阻塞极端高温

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传统梅雨区西北部梅雨期降水特征研究

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气象科学 2023年第4期43卷 460-472页

作者：刘泽萱胡景高郭栋谢金材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 镇江市气象局江苏镇江212008

本文从气候平均角度及年际时间尺度对传统梅雨区(28°~34°N,110°~123°E)的西北部(NW区)梅雨期降水及其与大气环流和海温的关系进行了研究,重点比较其与典型梅雨区梅雨期降水的异同。结果表明:(1)气候平均而言,850 hP... 详细信息

本文从气候平均角度及年际时间尺度对传统梅雨区(28°~34°N,110°~123°E)的西北部(NW区)梅雨期降水及其与大气环流和海温的关系进行了研究,重点比较其与典型梅雨区梅雨期降水的异同。结果表明:(1)气候平均而言,850 hPa层次上大于40 g·m·kg^(-1)·s^(-1)的水汽输送带无法覆盖NW区,导致该地区在35~37候没有类似于江南地区、长江中下游地区和江淮地区梅汛期集中性降水的特征。(2)1979—2017年共39 a中,NW区有24 a出现了梅雨现象,有15 a为空梅,平均入梅日期为6月27日,比长江流域偏晚13 d,平均出梅日期为7月13日,与长江流域相近,梅雨期平均日降水量与长江流域相当。(3)NW区梅雨期时,雨量偏多的地区在我国黄淮地区,此时江南地区雨量偏少。东亚夏季风系统成员,如南亚高压、西太平洋副热带高压、青藏高原南部梅雨锚槽、低层西北太平洋反气旋等都比长江流域梅雨时偏北。(4)与典型梅雨区不同,NW区的入梅时间与赤道印度洋、赤道中东太平洋等关键区海温没有显著关联。

关键词：传统梅雨区西北部梅雨期降水年际变化大气环流

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京津冀城市群气候变化及影响适应研究综述

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气候变化研究进展 2022年第6期18卷 743-755页

作者：王玉洁林欣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/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害教育部重点实验室南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

本文对2000年以来京津冀城市群气候变化及影响适应的研究成果进行了综述。研究表明:20世纪60年代以来,京津冀城市群年平均气温和极端高温指数显著升高,年降水量波动减少,到21世纪10年代,极端强降水指数降低。京津冀气候变化是全球变暖... 详细信息

本文对2000年以来京津冀城市群气候变化及影响适应的研究成果进行了综述。研究表明:20世纪60年代以来,京津冀城市群年平均气温和极端高温指数显著升高,年降水量波动减少,到21世纪10年代,极端强降水指数降低。京津冀气候变化是全球变暖和城市化共同作用的结果,城市化加速了京津冀变暖趋势,增加了极端高温和极端强降水的频率和强度,气候风险高。未来京津冀城市群协同发展,面临高温热浪、强降水、水资源短缺和海平面上升等风险将更严峻,气候变化适应是京津冀城市群可持续发展面临的紧迫问题,适应策略等方面研究已取得了明显进展,但适用性和针对性还存在不足。本文提出了未来研究展望:深入研究城市化对气候变化的反馈,发展全球气候变化和城市化共同作用下的气候风险精细化预估技术,系统研究气候变化对城市的影响和不同行业的脆弱性,加强温室气体监测评估技术研究,加强适应气候变化的策略、路径和技术研究。

关键词：气候变化影响适应京津冀

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