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2021年11月两次黄淮气旋引发的东北地区暴雪过程对比分析

冰川冻土 2024年第6期46卷 1800-1815页

作者：杜晓丹赵宇赵玲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江苏南京210044 黑龙江省气象台黑龙江哈尔滨150028

受黄淮气旋影响,2021年11月7—9日和21—23日在我国东北地区分别出现了两次暴雪天气过程。为寻找监测指标,改进预报技术,本文利用常规观测、FY-4A红外云图,结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)0.25°×0.25°逐小时的ERA5再分... 详细信息

受黄淮气旋影响,2021年11月7—9日和21—23日在我国东北地区分别出现了两次暴雪天气过程。为寻找监测指标,改进预报技术,本文利用常规观测、FY-4A红外云图,结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)0.25°×0.25°逐小时的ERA5再分析资料,对这两次暴雪过程进行了对比分析。结果表明,前者是黄淮气旋单独北上,气旋路径偏西,在东北地区停留时间长,强降雪范围大,出现了雨、雨夹雪和雪等复杂降水相态;而后者是黄淮气旋与蒙古气旋合并,气旋路径偏东,在东北地区停留时间短,强降雪范围小,以纯雪为主。两次过程的云系演变均呈现Shapiro-Keyser气旋发展模式,具有暖锋后弯和锢囚包卷特征,前者宽广的暖锋云系控制内蒙古东部和东北地区,导致大范围强降雪,而后者暖锋云系在东北地区东部,造成强降雪范围小;降雪强度与反射率大于30 dBZ的中尺度降水区的强度和持续时间密切相关。两次暴雪过程的水汽和热动力条件有很大不同:前者受热带扰动外围水汽输送的影响,有2条水汽通道,输送来自日本海、黄海和东海的水汽,而后者只有1条水汽通道,输送来自日本海的水汽;前者的水汽辐合、暖平流和锋生都强于后者,因此较后者有更强的降水。两次过程中东北地区西部整层温度一直低于0℃,以降雪为主,而7—9日过程吉林东部和辽宁东部冷空气影响前地面温度较高,为降雨,有些地区地面温度虽然低于0℃,但900~800 hPa出现暖层,冰晶融化,出现雨夹雪和冻雨,冷空气主力下来后转雪。本文通过对比分析这两次暴雪过程,尝试寻找黄淮气旋暴雪的预报监测指标,可为黄淮气旋暴雪预报提供参考。

关键词：暴雪黄淮气旋暖锋后弯水汽降水相态

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基于MUAM模拟的20世纪末12月平流层十年际变化

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高原气象 2023年第2期42卷 448-458页

作者：刘仁强谢济鸿黎颖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 汉中市气象局陕西汉中723000

利用中高层大气模式(MUAM)研究20世纪末12月平流层气候态的十年际变化,基于一组敏感性试验评估下边界条件、二氧化碳及臭氧浓度变化对平流层温度变化的分别影响,着重探讨了南北极局部增暖的机制差异。结果表明,相较于20世纪80年代,90年... 详细信息

利用中高层大气模式(MUAM)研究20世纪末12月平流层气候态的十年际变化,基于一组敏感性试验评估下边界条件、二氧化碳及臭氧浓度变化对平流层温度变化的分别影响,着重探讨了南北极局部增暖的机制差异。结果表明,相较于20世纪80年代,90年代12月北极中上平流层西风减速,中低层增温,这主要与下边界条件变化导致行星1波的上传显著增强(2波削弱)有关。同一时期,南极平流层低层西风加速温度降低,中上层东风减速温度升高,这主要与南极低平流层显著的臭氧损耗有关;下边界条件变化和中层局地的臭氧增加也有一定的贡献,但低层臭氧损耗所诱导的极涡加速使得波传播环境或条件有利于1~2波上传增强(1波主导)至更高高度可能是最终导致中上层增暖的主要原因。

关键词：平流层模拟十年际变化臭氧损耗行星波

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冬春两湖盆地地区大气气溶胶污染的年代际变化特征及其与东亚经向风南北反相位的联系

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大气科学 2024年第2期48卷 773-788页

作者：姜玉洁张玲朱寿鹏白永清智协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南京210044 南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室南京210041 中国气象局武汉暴雨研究所暴雨监测预警湖北省重点实验室武汉430205

基于MERRA-2及ERA5逐月再分析资料,本文采用EOF分析、线性回归和合成分析等方法,分析了1980~2020年长江流域中游两湖盆地地区气溶胶光学厚度(AOD)的年代际变化特征及东亚经向风南北反位相模态对其的影响。结果表明,在年代际尺度上两湖... 详细信息

基于MERRA-2及ERA5逐月再分析资料,本文采用EOF分析、线性回归和合成分析等方法,分析了1980~2020年长江流域中游两湖盆地地区气溶胶光学厚度(AOD)的年代际变化特征及东亚经向风南北反位相模态对其的影响。结果表明,在年代际尺度上两湖盆地地区AOD呈现非线性的变化趋势,20世纪80、90年代处于低值,21世纪初AOD持续升高,2010年后开始下降。空间场上表现为全区一致的变化特征,高值区主要位于两湖盆地中部,以洞庭湖为中心呈南北纵向分布。进一步对两湖盆地AOD年代际变化与大气环流异常关系的分析表明,在东亚经向风南北反相模的影响下,偏北风输送是影响两湖盆地AOD年代际变化的主要气象原因。在年代际尺度上,当西伯利亚高压的强度、面积增大,东亚大槽西移,西北太平洋副热带高压脊线南移时,东亚经向风南北反相模趋于正相位(即长江以北有异常偏南风、长江以南有异常偏北风)。此时,两湖盆地位于气旋性环流异常的底部,在异常的偏北风的作用下,西北地区的气溶胶向两湖盆地输送加强。且两湖盆地处于两个异常气旋性环流的中间,气压梯度小,风速偏弱,使得两湖盆地气溶胶输入大于输出,促进21世纪初AOD年代际升高。

关键词： AOD (aerosol optical depth) 年代际两湖盆地冬春经向风南北反相模

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基于热带和热带外独立影响途径的中国东部冬季阴天频次的季节预测

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大气科学 2023年第3期47卷 683-697页

作者：谭辉朱志伟蒋薇郝立生李琳菲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/气象灾害预测预警与评估协同创新中心南京210044 江苏省气候中心南京210041 天津市气候中心天津300074

本文利用中国东部1078个测站1961~2003年逐日云量数据资料,揭示了中国东部冬季阴天频次主模态的时空分布特征,探讨了其形成的两条独立影响途径,并根据影响机理建立了季节预测模型。结果表明:(1)中国东部冬季阴天频次的经验正交函数分解... 详细信息

本文利用中国东部1078个测站1961~2003年逐日云量数据资料,揭示了中国东部冬季阴天频次主模态的时空分布特征,探讨了其形成的两条独立影响途径,并根据影响机理建立了季节预测模型。结果表明:(1)中国东部冬季阴天频次的经验正交函数分解第一模态独立且显著,解释了其59%的总方差。该模态基本呈现空间一致型的分布,表现出显著的年际变率特征。当该模态为正位相时,北太平洋对流层低层存在显著的大尺度反气旋环流异常,其西侧异常偏南风能够将热带海洋的水汽输送至中国东部地区,导致该地区阴天频次增多。(2)前期8月和9月北太平洋副热带持续性海温异常的纬向偶极型分布(NPD)和副热带北大西洋海平面气压9至11月的短期变化(LPA)是该模态的两个主要驱动因子。当NPD中的西极为冷异常时,在局地低层气旋性异常环流的作用下冷海温异常向南平流,发展至热带西太平洋。而当热带西太平洋冷海温异常形成后,皮耶克里斯反馈作用能够发展和维持太平洋“西冷东暖”海表温度异常分布。“西冷东暖”的海表温度异常导致的热带纬向偶极型对流异常能够进一步激发北太平洋“北正南负”的偶极型高度场异常。北部反气旋异常西侧的偏南风有利于水汽输送至中国东部,从而导致阴天频次增多;LPA主要反映的是中高纬准定常罗斯贝波列由秋季至冬季的迅速转变。当副热带北大西洋海表面气压在前秋由正转负时,罗斯贝波列在东北亚上空冬季形成准正压的异常反气旋,其西侧偏南风异常同样能够导致中国东部阴天频次增多。(3)依据以上热带和热带外的两条独立影响机理途径,我们建立了具有物理意义的季节预测模型,利用2004~2013年间数据进行独立预测获得良好预测效果,可供业务预测部门参考和借鉴。

关键词：中国东部冬季阴天频次热带和热带外影响季节预测

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近70年有限区域流函数速度势算法研究的回顾和新进展

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大气科学 2023年第2期47卷 502-516页

作者：曹洁陈海山 XU Qin 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/大气科学学院南京210044 美国国家海洋和大气管理局强风暴国家实验室美国诺曼73072

流函数和速度势能很好反映流体的涡度和散度特征,一直广泛应用于全球和区域大气和海洋环流分析、污染物扩散和资料同化等研究领域。近年发现,有限区域流函数速度势常用算法计算中小尺度系统复杂流场和复杂下垫面驱动的边界层流场时,精... 详细信息

流函数和速度势能很好反映流体的涡度和散度特征,一直广泛应用于全球和区域大气和海洋环流分析、污染物扩散和资料同化等研究领域。近年发现,有限区域流函数速度势常用算法计算中小尺度系统复杂流场和复杂下垫面驱动的边界层流场时,精度显著下降。本文全面回顾上世纪五十年代以来的五类常用算法,从数学原理和物理意义两方面简述优缺点,总结其适用范围;指出常用的调和—余弦法在可解性条件方面的科学问题,并设计订正方案,以提高其在求解复杂流场问题中的适用性和计算精度;通过理想函数和实际天气过程复杂流场的多组数值试验,直观定量显示并归纳总结适于不同分辨率资料的算法。本文旨在为流函数速度势及其相关变量在极端天气气候事件机理分析和数值预报等领域的有效应用,提供科学依据。

关键词：流函数速度势有限区域可解性条件极端天气气候事件

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基于FY-3DMWRI的海上大气可降水反演研究

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地球物理学进展 2024年第5期39卷 1723-1733页

作者：徐超凡官元红鲍艳松陆其峰李江涛南京信息工程大学数学与统计学院南京210044 南京信息工程大学江苏省应用数学中心南京210044 南京信息工程大学江苏省系统建模与数据分析国际合作联合实验室南京210044 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 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

水汽是大气中重要的组成部分,实现大气中水汽含量的高精度反演对气象研究有着重要意义.本文利用FY-3D卫星微波成像仪(FY-3D/MWRI)在2019—2022年间每年7月份的亮温资料,根据随机森林算法,以太平洋区域ERA5水汽数据为参考,分别建立海上... 详细信息

水汽是大气中重要的组成部分,实现大气中水汽含量的高精度反演对气象研究有着重要意义.本文利用FY-3D卫星微波成像仪(FY-3D/MWRI)在2019—2022年间每年7月份的亮温资料,根据随机森林算法,以太平洋区域ERA5水汽数据为参考,分别建立海上晴空大气可降水的六通道、八通道随机森林反演模型(RF6、RF8).试验结果表明,相较于经验回归反演模型,随机森林反演模型精度有明显提高,其中RF6模型精度提高了约22%,RF8模型精度提高了约28%.进一步,将基于太平洋区域数据训练生成的RF6、RF8反演模型应用于北大西洋与南印度洋的大气可降水反演,也得到了较好的结果.因此,海上晴空大气可降水的随机森林反演模型具有较好的稳定性和普适性,且RF8模型优于RF6模型,RF6模型优于经验回归模型.

关键词：微波成像仪大气可降水量反演随机森林模型经验回归模型

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不同辐射强迫对暖干复合事件强度长期趋势信号检测的影响

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气象科学 2023年第4期43卷 451-459页

作者：潘容筠李伟江志红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 南京信息工程大学长望学院南京210044

本文基于Copula联合概率建立表征暖干复合事件强度的指数,基于单个辐射强迫的地球系统模式大样本模拟试验的结果,使用4种场显著性检验的方法分析了不同辐射强迫下中国区域整体暖干事件强度长期趋势信号的可检测性。结果表明,4种方法得... 详细信息

本文基于Copula联合概率建立表征暖干复合事件强度的指数,基于单个辐射强迫的地球系统模式大样本模拟试验的结果,使用4种场显著性检验的方法分析了不同辐射强迫下中国区域整体暖干事件强度长期趋势信号的可检测性。结果表明,4种方法得到的结论较为一致,均表明全强迫(自然外强迫和人为外强迫)下中国大部分区域复合事件的强度显著增强,不同集合成员之间的趋势较为一致,表明长期趋势主要受外强迫而非气候系统内部变率影响,其长期趋势的外强迫信号大约出现在2005年。在单个温室气体强迫的模拟试验下,复合事件强度的长期趋势更为明显,主要体现在强度更强并且长期趋势中外强迫信号出现的时间更早(约2000年)。但是在单个气溶胶强迫下,尚检测不到暖干事件强度长期趋势的外强迫信号。进一步分析表明,温度变化是暖干事件强度长期趋势变化的主要贡献因素。温室气体强迫下温度的贡献更大,尤其是在我国西部地区。

关键词：暖干复合事件场显著性检验长期趋势的外强迫信号

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一次复杂地形下边界层抬升型暖区暴雨对流触发条件和可预报性的数值研究

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大气科学 2024年第3期48卷 1095-1112页

作者：徐渊闵锦忠庄潇然王霄朱利剑江西省气象台南昌330096 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 江苏省气象台南京210008 凉山州气象局四川省凉山州615000 中国气象局上海台风研究所上海200030

长江中下游地区的暖区暴雨过程易受复杂下垫面强迫的影响,具有较大的预报不确定性,尤其是其中的对流触发过程。为探讨此类过程的触发条件及揭示其可预报性受限制程度,本文针对2020年6月23日一次复杂地形包裹下的长江中下游暖区暴雨展开... 详细信息

长江中下游地区的暖区暴雨过程易受复杂下垫面强迫的影响,具有较大的预报不确定性,尤其是其中的对流触发过程。为探讨此类过程的触发条件及揭示其可预报性受限制程度,本文针对2020年6月23日一次复杂地形包裹下的长江中下游暖区暴雨展开高分辨率的数值模拟和对流尺度集合模拟,通过Lagrange气块后向轨迹分析、去除地形和关闭热效应的敏感性试验以及集合敏感性分析等方法对此次过程的对流触发阶段展开分析。结果表明,此次过程被抬升气块的主要源地为1.5 km以下的边界层,仙霞岭和杉岭在正午时分因热力作用而驱动的出谷风是引发局地辐合抬升的动力源,高低层散度、湿位涡的垂直配置以及偶极型位涡异常对此次对流触发过程具有较好的指示意义。此外,该过程对前期近地面2 m高度处温度和模式底层视热源具有较高的敏感性,该结果证实下垫面强迫的精确刻画对于提升暖区暴雨的预报效果至关重要。逐步减小初始场误差的初值敏感性试验进一步表明,此次暖区对流过程的可预报性显著低于北边的锋面过程,表现为锋面对流的偏差总能量能随初始误差的缩小持续性降低,而暖区对流的偏差总能量曲线则仍能增长至与原水平相近,呈现出非线性辐合收缩特征。因此,对于天气尺度强迫显著的锋面对流,或可优先考虑通过加强资料同化能力等手段降低初始场误差来减小预报误差;但对于复杂地形下的暖区暴雨对流触发过程,则需要更加强调通过集合预报来捕捉其不确定性。

关键词：暖区暴雨对流触发复杂地形对流尺度集合模拟可预报性

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南京北郊工业乡村混合区秋季边界层VOCs垂直分布特征

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环境科学 2023年第1期44卷 66-74页

作者：王泰朱彬施双双安俊琳唐贵谦徐家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南京210044 气象灾害教育部重点实验室南京210044 国家综合气象观测专项试验外场南京210044 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室(LAPC) 北京100029 江苏省气候中心南京210009

利用2020年秋季南京北郊低对流层(0~1000 m)VOCs探空实验数据,分析了该地区VOCs垂直廓线分布及其日变化、光化学反应性等特征.结果表明,φ(VOCs)随高度升高而降低(72.1×10^(-9)±28.1×10^(-9)~56.4×10^(-9)±24.... 详细信息

利用2020年秋季南京北郊低对流层(0~1000 m)VOCs探空实验数据,分析了该地区VOCs垂直廓线分布及其日变化、光化学反应性等特征.结果表明,φ(VOCs)随高度升高而降低(72.1×10^(-9)±28.1×10^(-9)~56.4×10^(-9)±24.8×10^(-9)).各高度上烷烃占比最大(68%~75%),其次为芳香烃(10%~12%)、卤代烃(10%~11%)、烯烃(3%~7%)和乙炔(2%).边界层日变化对VOCs廓线影响较大,早晚较低的边界层致使VOCs在近地面累积,而在上部体积分数较低;午后VOCs的垂直分布则较均匀.上午光化学反应性强(弱)的烯烃(烷烃)等的体积分数占比随高度升高而减小(增加),说明高层的VOCs光化学老化显著.午后VOCs各组分占比及其OFP在低对流层内垂直分布则较均匀.受周边不同来源气团影响,各高度φ(VOCs)及组分占比差异明显,工业气团在200~400 m;高度间φ(VOCs)随高度升高,芳香烃占比增大;城区气团φ(VOCs)垂直负梯度最大,近地面φ(VOCs)较高,芳香烃较丰富;乡村气团的烷烃垂直分布均匀且占比随高度逐渐升高;公路交通气团的近地面φ(VOCs)较高,烷烃占比最大.

关键词：南京挥发性有机化合物(VOCs) 垂直分布光化学反应性源识别

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基于无人机的大气细颗粒物与臭氧污染探测与溯源研究进展

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环境科学 2023年第12期44卷 6598-6609页

作者：曲雅微王体健袁成吴昊金陵科技学院智能科学与控制工程学院南京211169 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 南京大学大气科学学院南京210023 南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室南京210041

近年来,中国大气细颗粒物(PM_(2.5))污染的治理已取得阶段性成效,但臭氧(O_(3))污染快速上升,实现PM_(2.5)和O_(3)协同控制的基础与关键是针对大气污染物的精细化探测和污染溯源.随着无人机技术和传感器技术的迅速发展,基于无人机平台... 详细信息

近年来,中国大气细颗粒物(PM_(2.5))污染的治理已取得阶段性成效,但臭氧(O_(3))污染快速上升,实现PM_(2.5)和O_(3)协同控制的基础与关键是针对大气污染物的精细化探测和污染溯源.随着无人机技术和传感器技术的迅速发展,基于无人机平台的大气污染探测可以有效获得近地层的PM_(2.5)和O_(3)结构特征,并结合计算机算法对大气污染事件进行精准溯源,具有高时效性、高灵活性和高时空分辨率的特征,有助于研究人员了解区域污染物的分布、变化以及来源,为大气复合污染的协同控制提供科学依据.通过回顾传统的大气污染探测方法,总结了污染探测领域常用的无人机飞行平台类型和探测仪器,归纳了基于无人机的PM_(2.5)和O_(3)污染探测应用与相关溯源算法,并展望了无人机大气探测的未来研究方向.

关键词：无人机(UAV) PM_(2.5) 臭氧(O_(3)) 大气污染探测大气污染溯源

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