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土壤湿度-地表气温耦合对长江中下游地区2022年8月复合型热浪事件的影响

地球物理学报 2024年第5期67卷 1709-1720页

作者：崔彩珍余锦华代刊云星娥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京210044 国家气象中心北京100081

2022年8月长江中下游地区的复合型热浪给社会经济、人类健康、农业生产和自然环境等方面均造成了严重影响.本文利用国家信息中心提供的1979—2022年6—8月逐日最高、最低气温和欧洲中期天气预报中心再分析数据集的土壤湿度等资料,定义... 详细信息

2022年8月长江中下游地区的复合型热浪给社会经济、人类健康、农业生产和自然环境等方面均造成了严重影响.本文利用国家信息中心提供的1979—2022年6—8月逐日最高、最低气温和欧洲中期天气预报中心再分析数据集的土壤湿度等资料,定义了复合型热浪事件强度指数及其相应的土壤湿度-地表气温耦合指数,采用分段线性拟合等方法,探讨此次复合型热浪特征及土壤湿度-地表气温耦合的影响.结果表明:(1)2022年8月长江中下游地区的复合型热浪事件强度为1979年以来最强,伴随最强的土壤湿度-地表气温耦合.空间分布显示,强的热浪发生在四川东部、重庆西部、湖南等地,这些区域的土壤湿度严重偏干,蒸发受限,获得的净辐射主要用于地表向上的感热通量,使土壤湿度-地表气温出现强的正反馈过程,对热浪的维持起重要作用.(2)复合型热浪中土壤湿度-地表气温耦合影响日间和夜间热浪的物理强迫及过程不同:日间,地表净太阳短波向下辐射增强的强迫作用,促使发生强的土壤湿度-地表气温耦合,引起日间热浪.夜间,白天积累在土壤的热量,通过减小大气热量通量辐散,使夜间地表气温下降减慢,形成夜间热浪,这与以往研究单独夜间热浪的过程不同,后者认为夜间热浪主要与大气柱水汽增加引起的大气逆辐射增强有关.

关键词：复合型热浪事件土壤湿度-地表气温耦合长江中下游地区

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东亚冬季大范围长时间气温反相事件及成因探究

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大气科学 2025年第2期49卷 369-382页

作者：李雪妍祁莉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京210044

东亚冬季气温存在显著的季节内冷暖起伏,给人民的生产生活带来了深远的影响。本文主要使用1980~2022年冬季逐日NCEP-NCAR再分析资料,筛选42年冬季中最典型的“冷转暖”事件和“暖转冷”事件,分析了东亚冬季大范围、长时间的气温反相事... 详细信息

东亚冬季气温存在显著的季节内冷暖起伏,给人民的生产生活带来了深远的影响。本文主要使用1980~2022年冬季逐日NCEP-NCAR再分析资料,筛选42年冬季中最典型的“冷转暖”事件和“暖转冷”事件,分析了东亚冬季大范围、长时间的气温反相事件的特征及其主要影响因子。结果表明:(1)在42年冬季中存在典型的21个“冷转暖”事件及6个“暖转冷”事件,偏暖和偏冷之间的气温差均高达10°C以上,维持时间超30天,并且“冷转暖”事件和“暖转冷”事件均表现出全区一致的冷暖转相。(2)无论是“冷转暖”事件还是“暖转冷”事件,在温度转相前2天左右乌拉尔山地区的位势高度先发生位相转变。在暖转冷事件中,伴随着乌拉尔山地区位势高度异常由负转正,2天后东亚气温将由偏暖转为偏冷,反之亦然。(3)“暖转冷”事件中,乌拉尔山地区位势高度异常的转向与北大西洋涛动(North Atlantic oscillation,NAO)南中心密切相关,在温度转向前35天NAO南中心在平流层已出现位势高度正异常信号,并下传至对流层,形成波作用通量向东传播至乌拉尔山地区,使得其位势高度由负转正,进而造成东亚气温反转。“冷转暖”事件则主要与NAO的北中心有关,温度转向前30天位势高度负异常已出现在平流层,并下传至对流层进一步造成乌拉尔山地区位势高度转向。NAO南、北中心位势高度在平流层的信号变异与相应气温转向事件中气温的30天超前相关系数高达-0.8,因此,对它的监测和预测将有利于我们提前30天预测东亚冬季气温大范围、长时间的季节内转向。

关键词：冬季气温季内起伏 NAO南北中心平流层

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黄淮海平原植被日光诱导叶绿素荧光对骤旱的响应

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农业机械学报 2024年第10期55卷 327-338页

作者：陈治仲陈上缐子仪周聪肖薇南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044 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南京210044

为探明黄淮海平原骤旱的时空分布及其对植被光合作用的影响,基于ERA5气候再分析资料和SMCI1.0土壤湿度数据集,分析了黄淮海地区2001—2020年气候要素时空变化特征,识别了骤旱事件并研究其演变规律和主要气象影响因子,对比星载日光诱导... 详细信息

为探明黄淮海平原骤旱的时空分布及其对植被光合作用的影响,基于ERA5气候再分析资料和SMCI1.0土壤湿度数据集,分析了黄淮海地区2001—2020年气候要素时空变化特征,识别了骤旱事件并研究其演变规律和主要气象影响因子,对比星载日光诱导叶绿素荧光(Solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)、标准化差异植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)以及增强植被指数(Enhanced vegetation index,EVI)对骤旱的响应,探究了不同类型植被光合作用对骤旱的敏感性。结果表明:黄淮海地区2001—2020年整体呈暖湿化趋势,北部地区增温明显。黄淮海北部和东南部地区骤旱频发,大部分地区发生超过20次骤旱,累计受旱时长超过90候,且骤旱多发生于秋季。黄淮海地区年骤旱次数和累计骤旱时长整体呈上升趋势,增加速率分别为0.6次/(10a)和2.2候/(10a),且呈上升趋势的格点主要位于骤旱频发区。研究区骤旱次数与气温(显著正相关)、风速(负相关)以及降水量(负相关)的相关性较高。相较于NDVI和EVI,SIF随土壤水分的变化更加同步,适用于骤旱监测。黄淮海地区灌木植被SIF对骤旱最敏感,但存在较大的不确定性,农田、森林和草地等植被类型光合作用对骤旱的响应逐渐降低,但不同植被SIF与骤旱次数的最大相关系数均较为接近。

关键词：日光诱导叶绿素荧光骤旱时空变化光合作用黄淮海平原

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地表臭氧浓度升高对麦田水热通量的影响

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农业工程学报 2024年第8期40卷 116-124页

作者：徐诗韵徐彦森张宇杰冯兆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南京210044 南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044

臭氧(O_(3))浓度升高危害小麦生长,现有研究尚不清楚推广新的小麦品种能否减缓O_(3)对籽粒产量、农田蒸散和水分利用效率的负面效应,且研究O_(3)浓度升高对麦田水分利用效率的影响对农业用水管理具有重要意义。该研究利用完全开放式O_(3... 详细信息

臭氧(O_(3))浓度升高危害小麦生长,现有研究尚不清楚推广新的小麦品种能否减缓O_(3)对籽粒产量、农田蒸散和水分利用效率的负面效应,且研究O_(3)浓度升高对麦田水分利用效率的影响对农业用水管理具有重要意义。该研究利用完全开放式O_(3)浓度升高平台(O_(3)-FACE),通过连续观测农田小气候特征,结合能量平衡法分析O_(3)浓度升高对麦田水热通量、小麦籽粒产量和田间水分利用效率的影响。结果表明:O_(3)浓度升高显著降低了开花后第32天小麦旗叶的叶绿素含量,降低了乳熟–成熟期的麦田潜热通量平均值和正午峰值,但影响幅度较小。O_(3)浓度升高对麦田平均水热通量及其分配无显著影响,也未影响籽粒产量、产量组成和田间水分利用效率。不同于10年前江淮地区主推的扬辐麦2号、烟农19和嘉兴002等品种,当前推广的农麦88表现出极强的O_(3)抗性。在O_(3)浓度不断升高背景下,种植农麦88有助于减缓O_(3)浓度升高对田间蒸散和水分利用效率的影响。

关键词：臭氧水热通量产量蒸散发冠层温度小麦

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欧亚夏季非均匀增暖的成因研究及展望

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大气科学学报 2025年

作者：华文剑王希胡宇涵冯慧婷周璐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省部共建协同创新中心

最近几十年欧亚大陆夏季存在明显的非均匀增暖现象，在欧洲–西亚和东北亚地区增温显著，而中亚的增温幅度较小。欧亚陆面的非均匀增暖，也伴随着该区夏季极端温度事件频发。所以，理解欧亚夏季非均匀增暖的形成机制，是目前气候变化研... 详细信息

最近几十年欧亚大陆夏季存在明显的非均匀增暖现象，在欧洲–西亚和东北亚地区增温显著，而中亚的增温幅度较小。欧亚陆面的非均匀增暖，也伴随着该区夏季极端温度事件频发。所以，理解欧亚夏季非均匀增暖的形成机制，是目前气候变化研究领域的热点问题。本文针对该科学问题，分别从气候系统内部变率和外强迫影响两个方面，回顾了有关欧亚夏季非均匀增暖的形成机制和原因，也讨论了欧亚大陆陆面增暖的相关研究要点和存在问题。

关键词：欧亚非均匀增暖外强迫气候系统内部变率大西洋多年代际变化丝绸之路遥相关

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大西洋尼诺爆发时间的多样性特征及与ENSO的联系

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大气科学学报 2025年

作者：尹波兰姜蕾杉刘鹏张文君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

本文基于再分析和模式数据，探讨了大西洋尼诺爆发时间的多样性特征及与ENSO的联系。结果表明，尽管大西洋尼诺通常在夏季最强，但根据其发展期冬季关键区海温可分为爆发较早和较晚两类，爆发较早型通常与快速衰减的中部型厄尔尼诺对应... 详细信息

本文基于再分析和模式数据，探讨了大西洋尼诺爆发时间的多样性特征及与ENSO的联系。结果表明，尽管大西洋尼诺通常在夏季最强，但根据其发展期冬季关键区海温可分为爆发较早和较晚两类，爆发较早型通常与快速衰减的中部型厄尔尼诺对应，而爆发较晚型则往往与缓慢衰减的拉尼娜相关联。在前一年秋冬季，由于中部型厄尔尼诺的暖海温中心偏西使其对赤道大西洋的影响不显著，但此时西印度洋的对流异常能通过Gill响应激发赤道大西洋西风异常，利于大西洋尼诺早发。对于缓慢衰减的拉尼娜事件，前期秋冬季西印度洋的海温较弱，对赤道大西洋的影响较小，当春季大西洋ITCZ最靠近赤道时，太平洋冷海温能有效地通过沃克环流影响赤道大西洋西风异常，才使得大西洋尼诺爆发。

关键词：大西洋尼诺爆发时间多样性 ENSO 印度洋

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季风低压诱发2018年8月广东特大暴雨过程分析

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大气科学学报 2024年第1期47卷 95-107页

作者：黄玉蓉黄绮君郭炳瑶葛旭阳陈明诚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

利用NCEP/FNL再分析资料和中尺度数值模拟方法探讨2018年8月27日—9月1日季风低压环境下广东特大暴雨过程的形成成因。利用扰动天气图方法分析发现,季风低压和西南急流为此次广东暴雨过程提供了有利的水汽条件和能量条件。熵变零线位置... 详细信息

利用NCEP/FNL再分析资料和中尺度数值模拟方法探讨2018年8月27日—9月1日季风低压环境下广东特大暴雨过程的形成成因。利用扰动天气图方法分析发现,季风低压和西南急流为此次广东暴雨过程提供了有利的水汽条件和能量条件。熵变零线位置与降水落区位置有较好的对应,零线处能量有最大累积,有利于暴雨的发生发展,对预报暴雨降水落区有一定的指示意义。为进一步验证季风低压的影响机制,构建不同季风低压尺度的敏感性试验,即通过滤去季风低压环流中的扰动分量来改变季风低压的强度。结果表明:暴雨强度与季风低压尺度和强度存在密切的关系。当季风低压强度较强时,暴雨过程总雨量强;当季风低压强度较弱时,降水大为减少甚至无降水。诊断分析指出,能量螺旋度指数能够较好反映出不同情形下降水发生发展,在季风低压背景下,暴雨区能量螺旋度指数较大,降水强度较强。反之,随着季风低压强度减弱,能量螺旋度指数减小,降水减弱。

关键词：季风低压暴雨能量螺旋度水汽条件

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大气环流及北大西洋海温对我国南方冬季寒潮频次异常的可能影响

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高原气象 2024年第6期43卷 1475-1492页

作者：姜峰李丽平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江苏南京210044

利用国家气象信息中心提供的1980-2022年日最低温度站点资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料和NOAA逐月海表温度(Sea Surface Temperature,SST)资料,采用了EOF、一元线性回归和T-N波作用通量等方法,分析了南方冬季寒潮频次的主要异常时空特... 详细信息

利用国家气象信息中心提供的1980-2022年日最低温度站点资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料和NOAA逐月海表温度(Sea Surface Temperature,SST)资料,采用了EOF、一元线性回归和T-N波作用通量等方法,分析了南方冬季寒潮频次的主要异常时空特征及大气环流异常和冬季大西洋海温异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)对其影响机制。结果表明:(1)冬季寒潮频次大值区主要位于南方东部及中部地区,大致呈“逆C”型分布。寒潮频次主要有全区一致型、南北反位相型和三极型三类主要异常模态,其中全区一致型能很好反映南方寒潮频次的总体异常时空特征。(2)负位相的北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)、强的里海-青藏高原脊和偏东偏北的东亚大槽、北弱南强的西伯利亚高压、强的温带急流和弱的副热带急流是影响南方冬季寒潮频次的关键环流系统,冷空气堆位于西西伯利亚地区,高低层环流系统配合,使得冷空气自西西伯利亚南下到里海附近,再沿着青藏高原北侧向东输送,在青藏高原东侧南下进入南方地区,造成南方冬季寒潮频次全区一致型增加。(3)冬季北大西洋“+”“-”“+”三极型SSTA可通过海气间热通量交换激发出-NAO型环流异常及Rossby波能量异常。Rossby波能量沿南、北两条路径自北大西洋向东亚传播,并激发出相应的异常波列,增强了影响南方寒潮的南、北方关键环流系统,致南方寒潮频发。当春季北大西洋SSTA呈现逆“C”型异常,且夏、秋季有发展为+”“-”“+”三极型的态势,可预测南方寒潮频次偏多。

关键词：南方冬季寒潮时空特征北大西洋涛动大西洋海温

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夏季北大西洋海温异常与长江流域极端高温日数年际变化关系的年代际减弱

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大气科学学报 2024年第6期47卷 881-891页

作者：蒋圆圆李忠贤倪东鸿彭丽霞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

基于1961—2020年Hadley海温资料、CN05.1逐日最高气温资料和NCEP/NCAR再分析资料,利用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)和回归分析等统计方法,研究了夏季北大西洋海温异常与长江流域极端高温日数年际变化关系的年代际变... 详细信息

基于1961—2020年Hadley海温资料、CN05.1逐日最高气温资料和NCEP/NCAR再分析资料,利用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)和回归分析等统计方法,研究了夏季北大西洋海温异常与长江流域极端高温日数年际变化关系的年代际变化。研究表明,当夏季北大西洋中纬度海温正(负)异常、副热带海温负(正)异常,即北大西洋偶极型(North Atlantic dipole,NAD)海温异常正(负)位相时,长江流域极端高温日数增加(减少)。二者关系在20世纪80年代末期之后发生年代际减弱。进一步的研究结果表明,在1961—1988年,夏季NAD海温异常可以激发从北大西洋出发沿欧亚中高纬向东传播的大气遥相关波列,在东亚上空产生反气旋/气旋环流异常。东亚反气旋/气旋环流异常引起长江流域上空气流垂直运动变化,并通过垂直运动引起的热力作用等,影响长江流域极端高温日数的变化。而在1989—2020年,夏季NAD海温异常激发的欧亚中高纬大气遥相关波列强度减弱,东亚上空的反气旋/气旋环流异常的强度也相应减弱,从而使得NAD海温异常与长江流域极端高温日数之间的联系减弱。NAD海温异常激发的欧亚中高纬遥相关波列强度在20世纪80年代末期之后的减弱可能与NAD海温异常振幅的减弱有关。

关键词：极端高温海表温度北大西洋长江流域年际变化年代际减弱

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基于FY-3E/HIRAS的大气温湿廓线神经网络反演方法

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激光与光电子学进展 2025年第7期62卷 122-131页

作者：邹依珂吴莹马靖雯黄媛媛宁景辉付琪嘉南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室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

基于极轨卫星FY-3E搭载的红外高光谱大气垂直探测仪（HIRAS）的观测值，采用反向传播神经网络法，在华东区域开展大气温度、相对湿度垂直廓线反演研究，构建大气温湿度反演模型，并进行参数优化，得到反演精度较高的网络模型配置，以及... 详细信息

基于极轨卫星FY-3E搭载的红外高光谱大气垂直探测仪（HIRAS）的观测值，采用反向传播神经网络法，在华东区域开展大气温度、相对湿度垂直廓线反演研究，构建大气温湿度反演模型，并进行参数优化，得到反演精度较高的网络模型配置，以及全天候、高精度的大气温湿廓线产品。结果表明：1）使用ERA5数据的验证结果中，除云天低层平均误差（ME）绝对值大于1.00 K外，其余各气压层的温度ME范围为-1.00～1.00 K，均方根误差（RMSE）除了在云天的925～950 hPa高度层为～2.50 K，在其余高度层处均为0～2.00 K，最小值通常出现在200～500 hPa的高度层，即高层大气的温度反演精度更高；2）对于大气相对湿度的反演结果，其在低层和高层大气的ME较大，中层则较小，RMSE在中层较大，低层和高层较小；3）相较于晴空状态，云天状态下温湿度反演模型的精度略低；4）温湿度反演结果与探空数据之间的偏差稍大于其与ERA5数据之间的偏差，而误差随高度变化的趋势相似。HIRAS资料在反演晴空和云天大气温湿度性能方面总体上表现较好，反演精度较高。研究在大气温度和相对湿度的反演方法和技术方面具有重要的参考价值，可为未来的相关研究提供有益的启示。

关键词：红外高光谱大气垂直探测仪大气温湿廓线反向传播神经网络反演

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