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20世纪90年代以来北极海冰减少的热动力分析——基于PIOMAS模式结果

大气科学 2017年第1期41卷 57-70页

作者：周璐徐世明曾刚清华大学地球系统科学研究中心北京100084 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南京210044

本文利用美国华盛顿大学的PIOMAS海冰模式输出结果,分析了20世纪90年代以来北极海冰减少的动力和热力过程的特征,并探讨了海冰减少与北极大气环流模态之间的关系。结果表明:(1)通过弗拉姆海峡输出的多年冰的厚度自1995年以来有显著减少;... 详细信息

本文利用美国华盛顿大学的PIOMAS海冰模式输出结果,分析了20世纪90年代以来北极海冰减少的动力和热力过程的特征,并探讨了海冰减少与北极大气环流模态之间的关系。结果表明:(1)通过弗拉姆海峡输出的多年冰的厚度自1995年以来有显著减少;(2)海冰的热力过程在20世纪90年代以后特别是21世纪以来是海冰减少的主导因素;(3)大气模态中的北极涛动(AO)和北极偶极子(AD)均对北极海冰的动力输出有影响,各自与海冰输出量的相关关系显著,并且AO和AD的多元线性回归能很好的拟合出海冰输出量的减少。

关键词：北极海冰减少热力和动力分析 PIOMAS(Pan-Arctic Ice Ocean Modeling and Assimilation System)模式可能机理

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春季南印度洋海温异常对两广夏季降水异常的可能影响

春季南印度洋海温异常对两广夏季降水异常的可能影响

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第35届中国气象学会年会

作者：金大超管兆勇霍利微王旭栋南京信息工程大学大气科学学院/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

利用1979-2014年观测及再分析资料,分析了春季南印度洋偶极子(Modified Southern Indian Ocean Dipole,MSIOD)对夏季广东-广西省(两广地区)降水异常年际变率的影响及物理机制。将[65°E-95°E,35°S-25°S]和[90°E... 详细信息

利用1979-2014年观测及再分析资料,分析了春季南印度洋偶极子(Modified Southern Indian Ocean Dipole,MSIOD)对夏季广东-广西省(两广地区)降水异常年际变率的影响及物理机制。将[65°E-95°E,35°S-25°S]和[90°E-110°E,20°S-5°S]分别定义为MSIOD的西极子和东极子,并将西极子和东极子区域平均的海表温度差定义为MSIOD指数,春季MSIOD指数和夏季两广降水存在很好的正相关关系。春季MSIOD正异常时,MSIOD西极子的南风减弱、东极子的东南信风增强,通过风-蒸发-海温反馈机制使得MSIOD西极子蒸发减弱、东极子蒸发增强,引起夏季MSIOD西极子SST持续正异常、东极子SST持续负异常,即夏季MSIOD持续正异常。并造成了105°E附近越赤道的增强,使得向两广地区输送的水汽异常增多;同时引起海洋性大陆区域低层辐散、高层辐合异常,两广地区低层辐合、高层辐散异常,造成了两广地区上升运动异常,水汽的增多和异常上升运动共同作用导致了两广地区夏季降水正异常;反之亦然。最后还利用春季MSIOD指数、澳大利亚东侧的海温、南非大陆东侧的海温及北大西洋涛动指数构建了两广地区夏季降水异常年际变率的统计预测模型,该预测模型可以较好地预测两广夏季降水年际变率。

关键词：两广地区夏季降水异常南印度洋偶极子年际变率

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长江三角洲城郊农田退化对夏季城市热岛强度和热胁迫影响的模拟研究

长江三角洲城郊农田退化对夏季城市热岛强度和热胁迫影响的模拟研...

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第35届中国气象学会年会

作者：李海俊马红云梁永晓王莹南京信息工程大学大气科学学院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

长江三角洲城市群是中国东部最大的城市群。随着区域内城市化进程日益加剧,单个城市规模越来越大,城市与城市的间距越来越小,而郊区的农田不断退化。值得注意的是,除了被作为城市用地外,部分农田退化形成农田与自然植被的混合(cropland/... 详细信息

长江三角洲城市群是中国东部最大的城市群。随着区域内城市化进程日益加剧,单个城市规模越来越大,城市与城市的间距越来越小,而郊区的农田不断退化。值得注意的是,除了被作为城市用地外,部分农田退化形成农田与自然植被的混合(cropland/natural vegetation mosaic简称为镶嵌体),其物理属性介于城市与农田之间。关于长三角地区城市化对区域气候影响的研究已有不少,但是,由郊区镶嵌体带来的土地覆盖变化对区域气候的影响尚不清楚。本文将使用中尺度数值天气预报模式WeatherResearchand ForecastingModel3.9 (WRF3.9),采用新的土地覆盖数据集ChinaL C(http://***)针对2013年夏季(8月)进行高分辨率(5km×5km)数值试验,通过对郊区镶嵌体面积改变的试验进行对比分析,以探讨长江三角洲地区农田退化对夏季区域城市热岛和热胁迫的影响。本研究首先将China LC土地覆盖资料按WRF模式中USGS土地覆盖类型进行重新分类,为了验证新的土地覆盖资料的分类准确性以及进一步探讨土地覆盖变化产生的影响,本文设计了三组试验:控制试验(CTL)使用2010年的China LC资料;敏感性试验一(USGS)采用WRF模式自带的土地覆盖资料USGS;敏感性试验二(MOS)使用2010年的China LC资料,但是研究区域内镶嵌体替换为1981年资料。通过研究区域内台站观测资料评估CTL试验和USGS试验结果,以验证ChinaL C的分类可靠性及试验模拟的准确性;对比CTL试验和MOS试验结果可以分析镶嵌体增加(或者农田退化)对区域气象环境产生的影响。结果表明:(1)通过对气温、相对湿度、风等气象要素的检验发现,CTL试验的模拟效果优于USGS试验,得到的结果明显更接近于观测。这表明China LC(2010年)的土地覆盖数据相较于WRF模式自带的USGS(1992至1993年)土地覆盖数据能更加真实地描述长三角地区地表覆盖情况。(2)由于镶嵌体的反照率和叶面积指数皆大于农田,有利于其在白天吸收更多的热量。因而,随着农田退化,长三角大部分地区2m气温明显升高,在安徽南部与江苏交界的地区可达0.42℃;在热浪(Heat wave)期间,CTL试验中的高温区域面积(>35℃)明显大于MOS试验,特别在宁镇扬城市群区域,增幅可达29.5%;增温现象不仅出现在农田退化成镶嵌体的郊区,城市地区的气温也明显升高,但其增温幅度要小于郊区,这表明郊区镶嵌体的出现会使城市热岛强度(UHI)减弱。(3)夏季高温期间,更高的湿度会增加人类的不舒适感,这种由温度和湿度共同带来热胁迫(Heatstress)往往会提高人类的死亡率(9,10])。本文采用加拿大常用的HD(Humidex)指数讨论农田退化对长三角地区热胁迫的改变。结果表明,农田退化后,在强度上,平均而言一天中各时刻的热胁迫指数值都有增加,且在热胁迫高发的下午时段也是热胁迫增加最高的时段;从影响范围来看,高热胁迫区域(42.5=南京北部地区等人口密集区域显著增加;由此可见,郊区镶嵌体的增加极可能会增加全球变暖背景下城市居民热胁迫风险。

关键词：农田退化镶嵌体城市热岛极端高温热胁迫

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中国东部城市化对江南春雨的可能影响及机理研究

中国东部城市化对江南春雨的可能影响及机理研究

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第35届中国气象学会年会

作者：马红云李海俊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信息工程大学大气科学学院

江南春雨是指春季发生在我国南方广大地区的连续阴雨天气,20世纪90年代末,Tian和Yasunari[1](1998)提出春季持续降水的概念(SpringPersistentRains),并将其作为气候事件加以研究。近50年来,在全球变暖背景下,我国中东部春季降水有明显... 详细信息

江南春雨是指春季发生在我国南方广大地区的连续阴雨天气,20世纪90年代末,Tian和Yasunari[1](1998)提出春季持续降水的概念(SpringPersistentRains),并将其作为气候事件加以研究。近50年来,在全球变暖背景下,我国中东部春季降水有明显减少的趋势[2]。关于江南春雨的变率及形成机制已有很多研究,如青藏高原的机械强迫作用和热力作用[3],江南春雨期间东亚大陆(含青藏高原)与西太平洋纬向海陆热力差异的反转效应[4],东亚海-陆热力差异[5]等。近来,研究显示大规模城市化通过改变下垫面热力性质,减少反射率,影响辐射收支平衡等,对区域降水变化产生显著影响。江志红、唐振飞[6]利用卫星降水资料和NCEP风场资料分析得到长三角城市中心和下风向地区下半年降水增加,冬半年降水量和降水强度变化较小。任慧军、徐海明[7]利用观测数据得出珠三角城市群区域总体处于降水的低值中心,同时近10a珠三角核心城市区域降雨有减少的趋势,这种降水减少的趋势可能与珠三角城市化效应有关。除了观测资料外,邵海燕[8]等(2013)在区域气候模式Reg CM3加入城市陆面类型参数,对东亚夏季风强年和弱年作了理想性试验,结果表明大规模城市化会增高城市上空及其下风方区域850h Pa位势高度,在弱季风环流背景下使长江及其以南地区的降水减少更多。邓洁淳等(2014)[9]利用大气环流模式(CAM5.1)研究了我国东部地区人为气溶胶对我国江南春雨的影响,认为人为气溶胶使得江南春雨推迟建立、提前结束,持续时间缩短,同时降水强度减弱。Ma[10]等(2016)采用CAM5.1模式研究了中国东部城市化对夏季气候的可能影响,发现大规模城市化通过陆气相互作用引起的大尺度环流调整,对"南涝北旱"降水格局的形成有一定影响。土地利用变化有可能对江南地区降水产生影响。为了深入认识我国东部城市土地利用的改变对我国江南春雨的影响,本文利用美国国家大气研究中心NCAR(NationalCenterfor AtmosphericResearch)发布的较高分辨率(0.9°×1.25°)的耦合城市冠层模型的全球大气环流CAM5.1(CommunityAtmosphereModel5.1),进行了中国东部城市土地利用变化对江南春雨影响的数值试验,探讨中国东部大规模城市化产生的气候效应,并在此基础上分析其对江南春雨的影响及其可能机制。为了研究东部地区土地利用对江南春雨的影响,本文设计了2组数值试验:控制试验(简记为CTL)和敏感性试验(简记为NOURBAN)。CTL试验中使用了模式提供的2000年真实土地利用下垫面数据,NOURBAN试验中的下垫面数据中去除了中国东部地区(20-50°N,100-125°E)的城市下垫面,并用对应网格中比重最大的植被覆盖类型代替,其他条件与控制试验完全相同。试验都从1988年1月1日开始积分,共积分20年(1988-2007),其中前5年作为模式内部调整时段,取后15年模式模拟结果作为试验结果进行分析。模式采用逐年月平均海温资料作为海洋边界条件。结果表明:(1)CAM5.1模式能够很好地模拟东亚春季季节演变过程中大尺度环流场和降水场的变化特征,模式结果总体上与实际观测结果较为一致;(2)数值试验结果表明,1993年之后中国东部大规模城市化将引起江南春雨的建立推迟约3候,而提前1候结束,持续时间缩短,同时降水强度减弱,这与观测资料的分析结果较为一致。(3)对敏感性试验的动力和热力过程的分析表明,中国东部大规模城市土地利用使得地表热状况变化,导致我国东部地区大气感热加热增强,使得该区域上空的空气变暖,对流层中低层等压面抬升,异常高压阻止了西南风向北推进,引起中国东南部春季降水减少;而江南春雨的减少进一步激发高层的环流响应,增强了30°N以北的异常高压,使得北方大部分地区气温升高,缩减了南北温度梯度,致使西风急流减弱,进一步又减弱了中国东部的西南风,有利于江南春雨减少,形成一个正反馈效应。

关键词：城市化江南春雨高空急流数值模拟

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南亚高压与西太平洋副热带高压经纬向位置配置对中国东部夏季降水的影响

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热带气象学报 2018年第6期34卷 806-818页

作者：金爱浩曾刚余晔邓伟涛李忠贤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 中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院平凉陆面过程与灾害天气观测研究站甘肃平凉744015

利用1951—2016年逐月中国160站降水资料、NCEP/NCAR全球大气再分析资料和NOAA_ERSST_V4海表温度资料,分析了南亚高压与西太平洋副热带高压(西太平洋副高)经、纬向位置的关系及其位置配置对中国东部夏季降水的影响,结果表明:(1)南亚高... 详细信息

利用1951—2016年逐月中国160站降水资料、NCEP/NCAR全球大气再分析资料和NOAA_ERSST_V4海表温度资料,分析了南亚高压与西太平洋副热带高压(西太平洋副高)经、纬向位置的关系及其位置配置对中国东部夏季降水的影响,结果表明:(1)南亚高压与西太平洋副高在纬向上的东西进退存在明显的反相关系,在经向上主要存在一致变化的特征,并依此定义了纬向、经向位置指数。纬向位置指数大(小)表示南亚高压与西太平洋副高纬向上距离远(近),经向位置指数大(小)表示两高压经向位置均趋于偏北(南);(2)纬向位置指数与我国华北、华南沿海地区降水呈显著正相关,而与长江中下游、东北北部地区降水呈显著负相关;经向位置指数与我国华北、东北南部地区降水呈显著正相关,而与我国江南、华南地区降水呈显著负相关;(3)南亚高压与西太平洋副高的经向、纬向位置指数与关键海区的前期春季、同期夏季海表温度均有显著的相关,热带太平洋-印度洋、北印度洋、中东太平洋前期春季、同期夏季海表温度与南亚高压东脊点呈显著正相关,与南亚高压脊线及西太平洋副高西脊点均呈显著负相关,而北太平洋海表温度主要与西太平洋副高脊线呈显著正相关。

关键词：南亚高压西太平洋副热带高压经纬向位置中国东部夏季降水

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CMIP5模式对东亚大气环流场与活动中心的模拟评估

CMIP5模式对东亚大气环流场与活动中心的模拟评估

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第35届中国气象学会年会

作者：赵灿江志红李肇新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南京信息工程大学气象动力实验室法国科研中心索邦大学

大气环流场与活动中心是描述区域大气环流分布的两个重要成分,同时对区域气候平均和区域极端事件均有重要影响。大气环流场与活动中心在CMIP5耦合模式比较计划中表现如何?模式对两者的模拟是否具有一致性?模式对大气环流场和活动中心的... 详细信息

大气环流场与活动中心是描述区域大气环流分布的两个重要成分,同时对区域气候平均和区域极端事件均有重要影响。大气环流场与活动中心在CMIP5耦合模式比较计划中表现如何?模式对两者的模拟是否具有一致性?模式对大气环流场和活动中心的模拟与对中国东部地区夏季降水的模拟是否有关?本研究基于Taylor-S指标、大气活动中心强度、位置计算指数CCSI和模式综合模拟能力MR指数,定量化的评估了39个CMIP5模式对1961-2005年大气环流场与活动中心气候态的空间分布。选取了5个对东亚冬季、夏季气候分别具有重要影响的活动中心,包括蒙古利亚高压、阿留申低压、印度热低压、南亚高压和西太平洋副热带高压。研究结果表明,CMIP5模式对大气环流场与活动中心均有较好的模拟能力,但模式对场的模拟普遍存在负偏差,对高压活动中心的模拟偏弱,对低压活动中心模拟偏强。模式对大气环流场与活动中心的模拟具有基本的一致性。但由于活动中心更具有局地性特征,两者在模式中的表现略有差异。综合CMIP5模式对夏季大气环流场与活动中心的模拟能力,对比模式对中国东部夏季平均降水的空间分布发现,由于模式对夏季场和西太平洋副热带高压、南亚高压模拟偏弱,对中国东南地区850hPa风场模拟存在北风分量异常,不利于水汽输送,使该地区降水模拟偏干。而模式在日本海及其以东地区850 hPa风场存在反气旋环流,有利于为华北、东北地区输送水汽,使得模式对北方降水模拟偏湿。大气环流场、活动中心与区域降水的模拟关系探讨,可以为气候模式中降水模拟能力的改善提供理论依据。

关键词：东亚大气环流大气活动中心模式评估 CMIP5

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热带大西洋海温异常对东亚夏季风的影响

热带大西洋海温异常对东亚夏季风的影响

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第35届中国气象学会年会

作者：金大超霍利微南京信息工程大学大气科学学院/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

本文利用观测资料和数值模式,分析了热带大西洋（TA）SSTA和EASM的联系及可能机制。观测分析表明,夏季TA SSTA和EASM存在稳健的正相关关系,TA SSTA正异常可引起北半球副热带东太平洋至大西洋区域气旋式环流异常,有利于TA（热带中太平洋...

本文利用观测资料和数值模式,分析了热带大西洋（TA）SSTA和EASM的联系及可能机制。观测分析表明,夏季TA SSTA和EASM存在稳健的正相关关系,TA SSTA正异常可引起北半球副热带东太平洋至大西洋区域气旋式环流异常,有利于TA（热带中太平洋）地区异常上升（下沉）运动,使得西北太平洋地区反气旋环流异常,该反气旋环流异常西侧的南风异常则增强了EASM。数值试验结果和观测分析的结果一致。由于春季的TA SSTA可以持续至夏季,同时春季TA SSTA亦可通过西传的副热带遥相关滞后地影响EASM,因此春季TA SSTA可作为EASM的一个新的预测因子。利用春季TA SSTA,NAO指数及前期的ENSO信号,构建的EASM季节预测模型,可以较好地预测EASM。

关键词：

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不同云微物理方案对一次飑线过程模拟的影响

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气象科学 2017年第2期37卷 173-183页

作者：黄丹莲高士博闵锦忠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南京210044

本文利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式的不同云微物理方案对2009年6月14日发生在华东地区的一次飑线过程进行1 km的高分辨率模拟,探讨不同云微物理方案对飑线模拟的影响。结果表明:双参数方案的模拟效果总体上优于单参数... 详细信息

本文利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式的不同云微物理方案对2009年6月14日发生在华东地区的一次飑线过程进行1 km的高分辨率模拟,探讨不同云微物理方案对飑线模拟的影响。结果表明:双参数方案的模拟效果总体上优于单参数方案,其中WDM6方案模拟效果最佳,能够较好的模拟出强对流回波区、层云区的主要特征。在单参数方案中以WSM6方案最优。Kessler和LIN方案模拟飑线的回波范围偏小,强度偏弱。进一步对比热力和动力场发现,WDM6方案模拟的冷池的面积最大,强度最强,气压最高,飑线前部的入流处风速最大。不同云微物理方案对微物理场的影响较明显,相比单参数方案,双参数方案模拟的水凝物混合比更高,且能够模拟粒子数浓度,更准确地描述了云中的各类粒子特征。

关键词：云微物理方案单参数方案双参数方案

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中国东部城市群区域气温及热胁迫的模拟研究

中国东部城市群区域气温及热胁迫的模拟研究

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第35届中国气象学会年会

作者：王莹马红云李海俊南京信息工程大学大气科学学院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

1.引言工业革命以来,全球平均表面温度明显增加,1880-2012年增加了(0.85±0.2)oC。世界上有超过54%的人口生活在城市,随着城市面积的持续增长,全球大多数生活在城市的人口将会直接受到由温室气体引起的气候变暖的影响。因此,在变暖...

1.引言工业革命以来,全球平均表面温度明显增加,1880-2012年增加了(0.85±0.2)oC。世界上有超过54%的人口生活在城市,随着城市面积的持续增长,全球大多数生活在城市的人口将会直接受到由温室气体引起的气候变暖的影响。因此,在变暖背景下,城市区域的热岛现象、热胁迫、极端热事件的发生应该受到特别的关注。

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分层气流条件下地形降水的二维理想数值试验

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气象科学 2017年第2期37卷 222-230页

作者：杨婷闵锦忠张申龑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南京210044

利用WRF v3.5中尺度数值模式,在条件不稳定层结下,针对分层气流(基本气流风速和大气湿浮力频率呈二层均匀分布)过山时,地形对降水的影响进行了多组二维理想数值试验,以研究不同高度、尺度山脉和不同方向基本气流对降水形态和分布的影响... 详细信息

利用WRF v3.5中尺度数值模式,在条件不稳定层结下,针对分层气流(基本气流风速和大气湿浮力频率呈二层均匀分布)过山时,地形对降水的影响进行了多组二维理想数值试验,以研究不同高度、尺度山脉和不同方向基本气流对降水形态和分布的影响。模拟结果表明,地形重力波触发对流是地形降水的主要机制之一,地形波的特征(波长、振幅)和传播均受到地形和基本气流的影响,其中,强基本气流流经高而陡峭的山脉时,更容易在其背风坡捕捉到重力波,地形降水呈现多种模态,反之亦然;当改变基本气流与山脉交角时,主要通过影响地形强迫抬升速度、基流对波动稳定性发展来进一步影响地形降水的强度和分布。

关键词：地形分层气流重力波降水数值试验

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