检索结果-内蒙古大学图书馆

区域气候模式对长江中下游梅雨的数值模拟:积云对流参数化方案和水平分辨率的影响

大气科学 2024年第6期48卷 2178-2200页

作者：李昊谦王璐陈林孙明葛子安程一峰张荣华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 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237 南京信息工程大学海洋科学学院南京210044

本文研究了区域气候模式RegCM4.7对长江中下游梅雨期降水的模拟技巧,聚焦不同积云对流参数化方案、水平分辨率、微物理方案和陆面模式对梅雨降水模拟的影响及可能原因。基于区域模式中积云对流参数化方案、水平分辨率、微物理方案和陆... 详细信息

本文研究了区域气候模式RegCM4.7对长江中下游梅雨期降水的模拟技巧,聚焦不同积云对流参数化方案、水平分辨率、微物理方案和陆面模式对梅雨降水模拟的影响及可能原因。基于区域模式中积云对流参数化方案、水平分辨率、微物理方案和陆面模式的不同配置组合,本研究共开展了96组成员试验,分析了不同模式配置方案下2020年超强梅雨个例以及1990~2020多年长江中下游梅雨期降水的模拟性能。结果发现:RegCM4.7模式在长江中下游梅雨期降水模拟方面具有一定技巧,其中积云对流参数化方案的选取对模拟结果影响较大,Tiedtke方案对梅雨降水的模拟技巧相对较高,而Grell方案相对较低。分析发现Tiedtke方案能够更合理地再现对流降水以及对流降水与层状云降水的比率,这可能是导致该方案对梅雨降水整体模拟效果较好的原因。进一步地,水平分辨率对梅雨期降水模拟的影响与地形因素有关,低水平分辨率(60 km)试验在复杂地形区域表现出显著的降水湿偏差,随着水平分辨率的提高,复杂地形带来的降水湿偏差可以明显减小。研究发现,在低分辨率试验中,中尺度对流系统(MCS)降水被长时间地锢囚在山区陡峭地形处,这将导致长时间尺度上的平均降水表现出湿偏差;而高分辨率试验能够更好地刻画复杂地形区域MCS从午后生成并逐渐向东传播的日变化特征,进而合理地再现梅雨期平均降水。最后,RegCM4.7中的微物理方案和陆面模式的选取对降水的模拟影响不大。综上,一系列数值试验结果表明区域气候模式RegCM4.7对包括2020年超强梅雨个例在内的长江中下游梅雨期降水具有较好的模拟技巧,相较而言,当RegCM4.7模式采用Tiedtke积云对流参数化时梅雨降水整体模拟技巧相对最佳,若更关注复杂地形区域的降水可考虑采用高水平分辨率配置。

关键词：梅雨模拟 RegCM4区域模式积云对流参数化方案模式分辨率 2020超强梅雨

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东亚冬季风指数对中国冬季气候变化表征能力的对比分析

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气象学报 2024年第2期82卷 168-189页

作者：敖康顺耿新张文君王林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季风系统研究中心北京100029

利用1951—2022年ERA5再分析大气环流资料和国家气候中心全国站点气温和降水资料,将33个常用的东亚冬季风(EAWM)指数划分为海陆差异类、高压特征类、大槽特征类、低层风场类、中高层风场类和综合类6类,按类别对比分析了它们的线性变化... 详细信息

利用1951—2022年ERA5再分析大气环流资料和国家气候中心全国站点气温和降水资料,将33个常用的东亚冬季风(EAWM)指数划分为海陆差异类、高压特征类、大槽特征类、低层风场类、中高层风场类和综合类6类,按类别对比分析了它们的线性变化趋势和年际、年代际变化特征,并就各指数对中国冬季气温、降水时空变化的表征能力以及与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、北极涛动(AO)等气候系统主要内部变率的关系进行了评估分析。结果显示:(1)在趋势变化方面,中国冬季气候暖湿化特征明显,但仅大槽特征类和综合类指数反映出季风的减弱趋势,其余类型指数则多呈现微弱的增强趋势,表明EAWM各子成员对当前全球变暖的响应存在差异;(2)在年际、年代际变化方面,EAWM指数主要表现为准4 a、准8 a和准16 a的周期振荡,基本都能刻画出20世纪80年代中后期EAWM的年代际减弱,对于21世纪第1个10年中期EAWM的年代际增强,考虑了南北气压差的海陆差异类指数以及高压特征类、大槽特征类和中高层风场类指数能较好表征;(3)在反映中国冬季气温变率的能力方面,除低层风场类指数外,各类指数表现良好,尤其是高压特征类指数的表征能力最佳,而在降水变率方面,高压特征类指数的代表性较差,低层风场类指数的指示意义最好;(4)在与气候系统主要内部变率的关系方面,大多数指数能较好反映ENSO与EAWM之间的关系,其中低层风场类指数的表征能力最好。而在反映AO与EAWM的关系上,则是高压特征类和大槽特征类指数的表现更佳。总体而言,除趋势变化存在较大差异外,各类EAWM指数能够一致地反映中国冬季气候变化的主要特征,但不同类别指数所表征的侧重点存在差异。因此,在分析EAWM相关科学问题时应根据研究的目的选择合适的指数。

关键词：东亚冬季风指数年际变化年代际变化 ENSO 北极涛动

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大气气溶胶硝酸盐氧同位素异常值测定方法

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分析化学 2021年第2期49卷 253-262页

作者：俞浩然曹芳张雯淇赵祝钰章炎麟南京信息工程大学气候与环境变化国际合作联合实验室大气环境中心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

改造了稳定同位素比质谱仪的外设设备,优化了细菌反硝化方法,并对金管高温热分解温度进行了讨论,建立了一种高灵敏度、高精度的适用于大气气溶胶硝酸盐氧同位素异常值(Δ17O-NO-3)快速测定的方法。本方法前处理步骤耗时约4 h,测定时间仅... 详细信息

改造了稳定同位素比质谱仪的外设设备,优化了细菌反硝化方法,并对金管高温热分解温度进行了讨论,建立了一种高灵敏度、高精度的适用于大气气溶胶硝酸盐氧同位素异常值(Δ17O-NO-3)快速测定的方法。本方法前处理步骤耗时约4 h,测定时间仅需15 min,所需样品含氮量检出限0.4μg N(Δ17O测定精确度达到0.6‰),在0.8μg N水平具有更好的测定精度(Δ17O测定精确度可达到0.19‰)。利用反硝化细菌（ATCC13985）将样品中的硝酸盐转化为N2O,再利用自动进样器以及预浓缩装置将细菌反硝化,产生的N2O气体通入纯金反应管热分解为N2和O2,继而进入MAT253稳定同位素比质谱仪测定其δ15N、δ17O、δ18O,并计算Δ17O。根据Δ17O国际标准样品建立Δ17O标准曲线,可换算出样品中硝酸盐的Δ17O,使用相同步骤可获得样品中硝酸盐的δ15N。使用0.8μg含氮量IAEA-NO-3标准样品进行方法验证,Δ17O测定精确度可达到0.19‰,与真实值差值最小可达0.04‰。本方法具有灵敏度高、测定精确度高、测定速度快、前处理步骤简单、实验流程安全的优点。本方法在0.4μg N低浓度水平样品测定时Δ17O测定精确度可达到0.6‰,δ15N测定精确度可达到0.3‰,因此,在适用于大气气溶胶样品的Δ17O及δ15N测定的同时,调整样品处理方法后,本方法也可用于雨水、雪水等低浓度大气环境样品的Δ17O及δ15N测定。

关键词：大气气溶胶硝酸盐细菌反硝化法氧同位素异常值

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GNSS水汽反演层析及其对降雨监测的分析

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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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广西十万大山背景点PM_(2.5)中非极性有机气溶胶组成及来源解析

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环境科学 2022年第6期43卷 2895-2905页

作者：邢佳莉曹芳王谦张煜娴章炎麟南京信息工程大学应用气象学院耶鲁大学-南京信息工程大学大气环境中心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 江苏省农业气象重点实验室南京信息工程大学应用气象学院南京210044

大气细颗粒物(PM_(2.5))中的非极性化合物包括多环芳烃(PAHs)和正构烷烃(n-alkanes)等,通常用于识别污染来源,且对人体健康和环境有很重要的影响.为探究广西背景点PM_(2.5)中非极性有机气溶胶的污染特征及来源,于2017年11月至2018年10月... 详细信息

大气细颗粒物(PM_(2.5))中的非极性化合物包括多环芳烃(PAHs)和正构烷烃(n-alkanes)等,通常用于识别污染来源,且对人体健康和环境有很重要的影响.为探究广西背景点PM_(2.5)中非极性有机气溶胶的污染特征及来源,于2017年11月至2018年10月,对野外采集的PM_(2.5)样品分析了其中17种多环芳烃和20种正构烷烃.结果表明,多环芳烃和正构烷烃全年的平均值分别为(4.28±4.25)ng·m^(-3)和(13.7±14.72)ng·m^(-3);季节变化规律均是:冬季[(7.86±5.19)ng·m^(-3)和(27.51±16.9)ng·m^(-3)]>春季[(2.73±1.76)ng·m^(-3)和(7.64±4.71)ng·m^(-3)]>秋季[(2.34±1.45)ng·m^(-3)和(7.01±4.55)ng·m^(-3)]>夏季[(1.91±1.67)ng·m^(-3)和(3.98±3.12)ng·m^(-3)].PAHs中5环和6环的分子占比较大,超过60%,其次是中低环分子(4环和3环);n-alkanes中高分子量占比较高(C29>C31>C27),且奇偶碳数有明显差异.另外结合特征比值法、主成分分析法和后向轨迹相互验证发现:冬季非极性有机气溶胶中41.5%受港口船舶交通排放、海洋源输送影响,36.7%的污染贡献来自燃煤和局地生物质燃烧;春季污染气团中有25.2%来自生物质燃烧传输影响,45.0%来自研究区域南部的海洋输送,高等植物蜡排放污染较高;夏季53.4%气团污染来自船舶交通源传输,10.6%的污染来自西南泰国的跨境输送.广西背景点有机气溶胶受到局地排放和传输源的共同影响.

关键词：非极性化合物多环芳烃(PAHs) 正构烷烃(n-alkanes) 后向轨迹分析主成分分析

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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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