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1961—2018年西南地区夏季干旱变化特征及其与环流异常的联系

大气科学学报 2021年第4期44卷 573-584页

作者：吕纯月管兆勇黄垭飞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 四川省气象探测数据中心四川成都610071

利用1961—2018年中国西南地区312站降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料及海表温度资料,采用夏季SPI(Standardized Precipitation Index)指数作为干旱指数,研究了西南地区夏季干旱变化特征及其与环流异常的联系。结果表明:西南地区夏季... 详细信息

利用1961—2018年中国西南地区312站降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料及海表温度资料,采用夏季SPI(Standardized Precipitation Index)指数作为干旱指数,研究了西南地区夏季干旱变化特征及其与环流异常的联系。结果表明:西南地区夏季总体呈现变干趋势,尤其在云南、四川东南部干旱化趋势显著。当西南地区夏季显著干旱时,该地区对流层低层辐散、上层辐合,且向该地区的水汽输送偏少。造成西南地区干旱维持的原因可归结为大气波动活动异常和海温异常强迫。前者通过西风带扰动向下游的能量频散,为西南地区低层辐散、上层辐合的环流异常的形成和维持提供了必要的扰动能量积聚;后者通过热带西北太平洋异常热源对大气的强迫,使得该地区对流层低层(上层)形成异常辐合(辐散),在西南地区和热带西北太平洋形成了斜向垂直环流,使西南地区受下沉气流控制,从而形成了利于降水显著偏少和干旱发生并维持的条件。

关键词： SPI指数夏季干旱环流异常西南地区

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春季次天气尺度气旋年际变化对江淮地区降水的影响

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大气科学学报 2021年第2期44卷 252-260页

作者：卢楚翰王思涛叶佳馨杨敏李芹芹何文悦周洁雯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 中国气象局上海台风研究所温州台风预报技术应用联合实验室/温州气象院士工作站浙江温州325000

基于1979—2013年ERA-Interim逐日6 h的850 hPa位势高度场资料,利用气旋最外围闭合等值线自动识别方法提取了春季影响江淮地区的二维气旋集,研究了次天气尺度气旋活动年际异常与江淮地区降水异常的联系。结果表明:次天气尺度气旋活动对... 详细信息

基于1979—2013年ERA-Interim逐日6 h的850 hPa位势高度场资料,利用气旋最外围闭合等值线自动识别方法提取了春季影响江淮地区的二维气旋集,研究了次天气尺度气旋活动年际异常与江淮地区降水异常的联系。结果表明:次天气尺度气旋活动对江淮大部分地区春季降水作用明显,贡献率达25%以上,次天气气旋活动出现对应显著的区域对流层低层气旋式涡旋和辐合运动,为局地降水增强提供了有利的动力条件。次天气尺度气旋强度的年际变化与春季江淮地区东南部降水异常及强降水频次存在显著正相关关系。当江淮地区次天气尺度气旋增强时,青藏高原至中国长江中下游地区出现异常的倒槽型环流,有利于江淮地区形成气旋式环流异常;同时,随着南方地区西南暖湿气流增强,对流层下部大气斜压性增强,促进了江淮地区次天气尺度气旋活动增强。春季青藏高原地区气柱异常加热,引起对流层低层位势高度降低,促进了南方地区西南风加强,导致江淮地区次天气尺度气旋活动增强。

关键词：次天气尺度气旋自动识别降水异常江淮地区

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基于游程理论和CWDI_(a)的农业干旱时空特征分析

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江苏农业学报 2021年第2期37卷 362-372页

作者：徐敏孔维财徐经纬高苹徐萌江苏省气候中心江苏南京210008 南京市高淳区气象局江苏南京211300 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

选用1960-2019年江苏省69个基本气象站逐日观测资料和全省旱灾资料,通过计算逐日作物水分亏缺距平指数,基于游程理论和小波分析等统计方法,分析农业干旱历时、频率、强度、范围的时空变化特征及其与干旱实际发生面积的关联度。结果表明:... 详细信息

选用1960-2019年江苏省69个基本气象站逐日观测资料和全省旱灾资料,通过计算逐日作物水分亏缺距平指数,基于游程理论和小波分析等统计方法,分析农业干旱历时、频率、强度、范围的时空变化特征及其与干旱实际发生面积的关联度。结果表明:近60年全省平均年干旱日数变化范围是26~146 d,苏北、苏中、苏南年平均干旱日数分别为106 d、78 d、58 d,冬季干旱日数占年干旱总日数的比例最高,为32.3%,其次是夏季,中度干旱、重度干旱、特别干旱日数占近60年干旱总日数的比例分别为34%、29%、20%,苏北中度干旱、重度干旱、特别干旱60年平均发生频率分别为8.35%、6.50%、6.66%;干旱强度北强南弱,呈纬向分布,西北部旱情最重,也是最易发生极端干旱事件的地方;近60年中度干旱、重度干旱、特别干旱平均覆盖率分别为94.4%、83.0%、54.7%,21世纪10年代中度干旱及以上等级干旱发生范围最大;年干旱日数和干旱强度年际波动明显,无明显线性变化趋势,总体存在13~17年振荡周期;干旱历时长短和强度大小对实际受灾面积、成灾面积的影响不同,受灾面积与干旱日数的相关性更强,成灾面积与干旱强度的相关性更强。

关键词：农业干旱时空变化特征游程理论作物水分亏缺距平指数

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西太平洋暖池对夏季华东海面日最大风速变化的影响

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大气科学学报 2021年第5期44卷 727-736页

作者：韩雪徐经纬刘杨珂江苏省海涂研究中心江苏南京210036 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 天气在线科技有限公司江苏无锡214000

利用1979—2018年ERA Interim地面10 m风场、位势高度场、温度场和风场,Hadley中心HadISST再分析海温资料,采用SVD分析、合成分析等方法,研究了夏季(6—8月)西太平洋暖池关键海域海表面温度(Sea Surface Temperature,简称SST)对华东海... 详细信息

利用1979—2018年ERA Interim地面10 m风场、位势高度场、温度场和风场,Hadley中心HadISST再分析海温资料,采用SVD分析、合成分析等方法,研究了夏季(6—8月)西太平洋暖池关键海域海表面温度(Sea Surface Temperature,简称SST)对华东海域夏季10 m日最大风速变化的影响关系。SVD分析结果表明,夏季华东近海风速变化与菲律宾以东海域SST有明显负相关,第一模态左、右空间向量的时间系数相关达0.58,通过了置信度为95%的显著性检验。当西太平洋暖池SST正异常时,暖池海域SST增高,西北太平洋副热带高压(以下简称副高)加强,副高脊线北进(西北太平洋副高脊线纬度位置与暖池SST相关系数达到0.46,通过置信度为95%显著性检验)。此时华东近海正处于副高控制,近海下沉运动增强,大气温度垂直剖面有普遍增温现象,10 m风场有偏北风异常,海面风速减小约占40 a平均风速的约30%;当暖池SST负异常时,副高东撤南退,华东近海冷空气活动加强,温度垂直剖面存在显著降温现象,华东近海风速增加占40 a平均风速的20%以上。本研究进一步说明了暖池SST异常是一个有效的预报因子,可用于华东近海海面风速预测预报。

关键词：西太平洋暖池海温异常华东海面风速物理联系

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不同水汽条件下气溶胶对雷暴云电过程影响的数值模拟研究

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气象学报 2021年第3期79卷 458-476页

作者：林晓彤师正谭涌波李璐滢汪海潮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

为全面了解水汽在气溶胶影响雷暴云电过程中的作用,本研究在已有的二维雷暴云起、放电模式基础上,通过改变相对湿度和气溶胶初始浓度(文中气溶胶浓度均指气溶胶数浓度)进行敏感性数值模拟试验。结果表明:(1)随着气溶胶浓度升高,雷暴云... 详细信息

为全面了解水汽在气溶胶影响雷暴云电过程中的作用,本研究在已有的二维雷暴云起、放电模式基础上,通过改变相对湿度和气溶胶初始浓度(文中气溶胶浓度均指气溶胶数浓度)进行敏感性数值模拟试验。结果表明:(1)随着气溶胶浓度升高,雷暴云产生更多的小云滴,降水过程受到抑制。而当水汽含量升高时,云滴数浓度的增长速度更快,雨滴数浓度升高,缓解了降水变弱的趋势。(2)水汽含量较低时,随着气溶胶浓度升高,更多小云滴被带入冻结层形成大量小冰晶,霰粒含量升高,雷暴云起电过程增强。气溶胶浓度升高至一定的量级(3000 cm^(−3))时,冰晶尺度减小和雨滴浓度降低抑制霰粒生长,雷暴云起电过程受到削弱。感应起电和非感应起电过程随气溶胶浓度升高呈先增强后减弱的趋势。水汽含量的升高促进了冰相粒子的增长,起电过程呈现持续增强的趋势,气溶胶浓度为3000 cm^(−3)时起电率达到极值,电荷密度的增幅扩大。(3)水汽含量较低时,雷暴云难以发展成深厚的系统,气溶胶浓度变化对其影响不明显,电荷结构由三极性发展,在消散期演变为偶极性电荷结构;水汽含量较高时,雷暴云迅速发展成深厚的系统,随着气溶胶浓度升高,在雷暴发展旺盛阶段电荷分布表现为多层复杂结构。研究显示水汽含量在气溶胶浓度变化对雷暴云微物理、起电过程及电荷结构的作用中扮演重要角色。

关键词：水汽含量气溶胶起电率电荷结构数值模拟

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葵花八号红外辐射率资料同化在一次东北暴雨中的应用研究

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沙漠与绿洲气象 2025年第2期19卷 55-63页

作者：王国羽许冬梅晋明红黄帅郭新春中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司四川成都610056 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 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

基于WRF模式配套的WRFDA同化系统中葵花八号AHI辐射率资料的同化模块,考察葵花八号AHI 3个水汽通道辐射率资料的直接同化对一次东北暴雨预报的影响。结果表明:质量控制和偏差订正能够显著去除异常资料,使背景场观测残差的均值趋于0,分... 详细信息

基于WRF模式配套的WRFDA同化系统中葵花八号AHI辐射率资料的同化模块,考察葵花八号AHI 3个水汽通道辐射率资料的直接同化对一次东北暴雨预报的影响。结果表明:质量控制和偏差订正能够显著去除异常资料,使背景场观测残差的均值趋于0,分析场较背景场观测残差的标准差与均方根误差进一步减小。与控制试验相比,同化AHI辐射率资料后,风和温度在中低层的均方根误差分别下降约0.2 m/s和0.1 K,比湿在低层的均方根误差下降约0.03 g/kg。卫星资料同化对吉林省中部有正向的相对湿度增量贡献,改进了吉林省内3 h降水的预报效果。同化卫星资料的试验对所有阈值的ETS和偏差评分改进幅度均超过0.1。其中对于50 mm的阈值,ETS和偏差评分提升率分别达64%和58%。同化AHI辐射率资料对于观测降水中心单站点的逐小时降水预报趋势与观测更加吻合。

关键词：东北暴雨 WRF模式 AHI辐射率资料同化

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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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GRAPES_Meso模式中两种双参数云微物理方案对冷云过程模拟的比较研究

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暴雨灾害 2022年第3期41卷 336-347页

作者：沈新勇施义舍王宏张梦韩静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 海南省南海气象防灾减灾重点实验室海口570203 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 北京市气象局北京100089

基于GEAPES_Meso模式,分别利用Morrison方案和WDM6方案对2017年1月5—7日一次以层状云为占主导的云系中冷云过程进行模拟和对比分析,评估两种云微物理方案对本次冷云过程云微物理及云辐射过程演变的影响。结果表明:包含丰富暖云和冷云... 详细信息

基于GEAPES_Meso模式,分别利用Morrison方案和WDM6方案对2017年1月5—7日一次以层状云为占主导的云系中冷云过程进行模拟和对比分析,评估两种云微物理方案对本次冷云过程云微物理及云辐射过程演变的影响。结果表明:包含丰富暖云和冷云物理过程的Morrison双参数云微物理方案模拟效果优于WDM6方案。Morrison方案模拟的云水路径、云冰有效半径及云光学厚度均大于WDM6方案的模拟结果,而模拟云水有效半径小于WDM6的模拟结果。Morrison方案较WDM6方案对云水(云冰)有效半径、云光学厚度、云水路径及地表短波辐射的水平分布模拟结果更为准确。由于Morrison方案模拟云水有效半径大于WDM6方案,云冰有效半径小于WDM6方案,导致Morrison方案模拟的云水和雪混合比大于WDM6方案模拟结果,而雨水、云冰和霰的混合比则明显小于WDM6方案。相较于WDM6方案,Morrison方案模拟的地表短波辐射水平分布和量值一致性更接近于CERES卫星结果。两种方案中包含的不同微物理过程将影响潜热和感热过程,其中,Morrison方案模拟海平面温度和辐射通量小于WDM6方案,该差异在陆地区域更显著。

关键词：冷云过程双参数云微物理方案层状云系云辐射过程 GRAPES_Meso模式

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基于机器学习的湖北省夏季干旱预测模型构建与检验

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干旱气象 2024年第5期42卷 661-670页

作者：王雅君罗菊英程烈海李伟湖北省恩施土家族苗族自治州气象局湖北恩施445000 暴雨监测预警湖北省重点实验室湖北武汉430205 山东电力工程咨询院有限公司山东济南250013 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

为构建准确的干旱预测模型,选择具有物理意义的预测因子和采用高效的预测方法至关重要。与传统预测技术相比,机器学习算法因其高效性和可靠性,在气候预测中被广泛应用。本文基于1960—2022年湖北省70个国家气象站逐月气象要素数据,以及... 详细信息

为构建准确的干旱预测模型,选择具有物理意义的预测因子和采用高效的预测方法至关重要。与传统预测技术相比,机器学习算法因其高效性和可靠性,在气候预测中被广泛应用。本文基于1960—2022年湖北省70个国家气象站逐月气象要素数据,以及国家气候中心与美国国家海洋和大气管理局提供的大气环流和海温指数,采用标准化降水蒸散指数判断是否干旱作为目标变量,运用特征选择方法筛选出11个指数作为输入变量。在此基础上,分别使用分类回归树和随机森林两种机器学习算法,构建了湖北省夏季干旱预测模型。随机选取47 a数据作为训练集,并利用剩余16 a数据作为测试集,对预测结果进行检验。结果表明,分类回归树和随机森林模型对干旱是否发生的预测准确率分别为88%和81%。此外,两种算法建模时均将亚洲纬向环流指数列为最重要的变量,表明该指数在湖北省夏季干旱预测中具有关键作用。通过构建两种机器学习算法预测模型,为湖北省夏季干旱预测提供了客观有效的新思路,对湖北省防旱减灾具有重要意义。

关键词：湖北省夏季机器学习干旱预测模型构建

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CWRF对青藏高原气温和降水模拟效果的综合评估

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大气科学学报 2021年第1期44卷 104-117页

作者：徐蓉蓉梁信忠段明铿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 马里兰大学地球系统科学跨学科中心马里兰州20740

利用CWRF(Climate-Weather Research and Forecasting model)对中国区域气候的31 a多物理集合模拟试验,分析了该模式对青藏高原气温和降水的模拟效果及其对水平分辨率和物理过程参数化方案的敏感性。结果表明:1)CWRF降尺度全面改善了全... 详细信息

利用CWRF(Climate-Weather Research and Forecasting model)对中国区域气候的31 a多物理集合模拟试验,分析了该模式对青藏高原气温和降水的模拟效果及其对水平分辨率和物理过程参数化方案的敏感性。结果表明:1)CWRF降尺度全面改善了全球模式对高原气温和降水的模拟,使气温年循环的均方根误差减小近1℃,月降水量年循环的均方根误差减小10~40 mm,同时显著提高了各月气温和降水与实测资料年际变化的相关系数,最高提升0.6;2)模式分辨率对降水模拟有显著影响,不同分辨率模拟降水差异高达60 mm(54%),模拟偏差随分辨率提高先降低后上升,转折在30 km左右;3)物理过程参数化方案对气温和降水模拟影响显著,不同方案模拟的各月平均气温相差1~4℃,夏季各月降水量相差20~100 mm,其中对气温模拟影响最大的是辐射方案,对降水影响最大的是积云方案。本文为CWRF局地优化对物理参数化及水平分辨率等如何选择提供了依据。

关键词：区域气候模式 CWRF 青藏高原物理参数化水平分辨率

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