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2007号台风“海高斯”的多尺度能量分布及转化特征分析

暴雨灾害 2023年第2期42卷 113-123页

作者：李畅沈新勇黄伟沙莎李小凡翟国庆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 浙江省岱山县气象局岱山316200 上海海洋中心气象台上海200030 浙江大学地球科学学院杭州310027

2020年第7号台风“海高斯”在广东省造成大风、暴雨灾害,细致研究其多尺度能量分布及转化特征有助于更好地认识和防御类似的台风灾害。运用WRF模式对台风“海高斯”进行了数值模拟,使用Barnes滤波方法将模拟结果分离为大尺度背景场(>... 详细信息

2020年第7号台风“海高斯”在广东省造成大风、暴雨灾害,细致研究其多尺度能量分布及转化特征有助于更好地认识和防御类似的台风灾害。运用WRF模式对台风“海高斯”进行了数值模拟,使用Barnes滤波方法将模拟结果分离为大尺度背景场(>2000 km)、α中尺度系统(200~2000 km)、β中小尺度系统(<200 km)等三个尺度分量,分别计算三个尺度动能、有效位能的分布及变化。结果表明:(1)台风“海高斯”活跃期内,大尺度背景场动能先增加后稳定,α中尺度动能先增加后减少,β中小尺度动能变化不明显。动能的主要来源是有效位能的转化及气压梯度力做功,主要去向是水平输送及跨尺度转化。三种尺度动能主要分布于对流层低层。(2)大尺度背景场有效位能有两次先增加后减少的过程,α中尺度和β中小尺度有效位能先增加后减少。有效位能的主要来源是非绝热加热,主要去向是转化为动能和水平输送及跨尺度转化。三种尺度有效位能主要分布于对流层高层。(3)台风“海高斯”能量转化区域主要为距台风中心200 km以内台风眼壁及中心密集云盖区域对流层上层、距台风中心200—700 km台风外围区域对流层上层、距台风中心400 km以内对流层低层。

关键词：热带气旋数值模拟 Barnes滤波多尺度动能有效位能

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山区雷击高塔影响架空线感应过电压的模拟研究

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电瓷避雷器 2022年第2期 1-7,13页

作者：张金波顾佳莹张其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/中国气象局气溶胶与云降水重点实验室南京210044

为了研究山区雷击高塔对雷电感应过电压的影响,建立了三维时域有限差分(3D-FDTD)算法模型,计算复杂山体地形下的雷击高塔产生的电磁场,并结合Agrawal耦合模型计算架空线感应过电压。利用该模型计算对比了雷击平坦地面、雷击山顶和雷击... 详细信息

为了研究山区雷击高塔对雷电感应过电压的影响,建立了三维时域有限差分(3D-FDTD)算法模型,计算复杂山体地形下的雷击高塔产生的电磁场,并结合Agrawal耦合模型计算架空线感应过电压。利用该模型计算对比了雷击平坦地面、雷击山顶和雷击山顶高塔时的线路感应过电压,并讨论了山体坡度、距离、塔高、土壤电导率的影响。结果表明:与雷击平坦地面相比,架空线感应过电压幅值随锥形山体坡度的增加而增大;当雷击山顶高塔时,线路两端的感应过电压幅值随着距离的增加而减小、随塔高的增加而增大、随电导率的降低而增大,与雷击山顶相比,雷击山顶高塔时线路两端的感应过电压波形产生了明显震荡,波形幅值进一步增大;以南京紫金山真实山区地形为例,模拟结果发现与雷击平坦地面相比,雷击山顶时的线路两端过电压幅值分别提高了43.5%和48.9%,雷击山顶高塔时的线路两端过电压幅值分别提高了50.2%和124.3%。

关键词：三维时域有限差分算法山区地形高塔 Agrawal耦合模型雷电感应过电压

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中国东部区域极端降水事件特征——两种方法监测对比

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气象科学 2021年第6期41卷 752-760页

作者：叶梦茜余锦华谢洁宏叶天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

基于中国区域地面降水格点日值数据集,对比国家气候中心业务暴雨指数和区域极端强度—持续时间综合(Region-Extreme-Intensity-Duration,REID)指数识别区域极端降水事件方法,给出了中国5个区域极端降水事件(Regional Extreme Precipitat... 详细信息

基于中国区域地面降水格点日值数据集,对比国家气候中心业务暴雨指数和区域极端强度—持续时间综合(Region-Extreme-Intensity-Duration,REID)指数识别区域极端降水事件方法,给出了中国5个区域极端降水事件(Regional Extreme Precipitation,REP)的频数、强度、影响面积以及持续时间统计规律及变化特征,探讨了两种方法识别结果存在的差异。结果表明:(1)两种方法识别持续时间为1~2 d,影响面积为200000 km^(2)左右的极端降水事件统计、气候特征相近。(2)REID法能客观识别华南和长江流域地区3 d以上的持续性REP,业务法会将其分割为多次降水过程。此外,REID法无日降水阈值,适用于监测日降水量小于50 mm的极端降水事件。再者,REID法可识别较小尺度REP,而业务法因降水主观比例的限制导致对此的监测存在不足。(3)业务法每日确定降水中心,有利于识别降水中心移动较快的极端降水事件。此外,REID法所识别的极端区域一般小于业务法基于50 mm的极端区域。在极端降水监测中,两种方法相互协作,取长补短,可以有效提高区域水灾预警预防能力。

关键词：区域极端降水事件 REID方法业务监测

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中国地表日平均风与日极大风气候特征的对比

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干旱区研究 2024年第9期41卷 1468-1479页

作者：南宇琨刘鹏王伟陈遗志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联合国际研究实验室气象灾害预测与评估协同创新中心江苏南京210044 国电南瑞科技股份有限公司江苏南京211106 南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司) 江苏南京211106 智能电网保护和运行控制国家重点实验室江苏南京211106

据多项研究指出,中国地表平均风速在全球变暖的背景下呈现长期下降的趋势。而极大风速与平均风速特征变化是否一致,值得我们关注。通过对比分析国家基本气象站1951—2018年的地表日平均风速和日极大风速数据,结果表明:全国范围内,日平... 详细信息

据多项研究指出,中国地表平均风速在全球变暖的背景下呈现长期下降的趋势。而极大风速与平均风速特征变化是否一致,值得我们关注。通过对比分析国家基本气象站1951—2018年的地表日平均风速和日极大风速数据,结果表明:全国范围内,日平均风速主要集中在2 m·s^(-1)左右,而日极大风速主要集中在8 m·s^(-1)左右,这两种风速在青藏高原地区和内蒙古地区较大。此外,日平均风速出现小风速概率更高,而日极大风速的概率分布更接近于正态分布。从1960—2010年,日平均风速下降了19%,而日极大风速下降更为显著,达到20%。然而,在2010年之后,随着全球变暖的加剧,二者均略有回升,尤其是日平均风速的回升更为显著。这一结论强调了在全球变暖背景下持续关注和研究风速变化的重要性,有助于深入了解中国地表风速的变化特征,同时也为风速预报、风能开发等项目提供科学参考。

关键词：日平均风日极大风气候特征风速差异

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中国区域性骤发干旱特征分析

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气象科学 2021年第3期41卷 295-303页

作者：叶天余锦华叶梦茜谢洁宏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

基于国家气象信息中心2400多个观测站的候平均日最高气温、GLDAS 2.0/2.1的土壤湿度、蒸散发资料和ERA5的500 hPa位势高度、925 hPa风场再分析资料,定义了格点骤发干旱指数,在分析1979—2017年4—9月中国区域骤发干旱气候特征和骤发干... 详细信息

基于国家气象信息中心2400多个观测站的候平均日最高气温、GLDAS 2.0/2.1的土壤湿度、蒸散发资料和ERA5的500 hPa位势高度、925 hPa风场再分析资料,定义了格点骤发干旱指数,在分析1979—2017年4—9月中国区域骤发干旱气候特征和骤发干旱指数的经验正交展开空间模态的基础上,确定骤发干旱发生频繁及变率大的区域,给出了区域性骤发干旱事件的识别标准,并对其演变过程进行合成分析,最后分析了典型个例的要素和环流特征。结果表明:骤发干旱多发于我国南方夏季,其中7月最多,以湖南和浙江地区发生最为频繁,这两个区域也是骤发干旱发生气候变率最大的区域。合成分析显示,高温是两个区域骤发干旱爆发的主要驱动因素:干旱爆发前一候,气温迅速升高,蒸散发快速增大,土壤湿度下降明显。2013年6—7月在湖南区域爆发了两次骤发干旱事件。第一次干旱爆发前,湖南地区500 hPa位势高度迅速增大,异常下沉气流导致降水减少和绝热增温,蒸散发随气温升高而增加,使土壤湿度减少,这次干旱由高温驱动;第二次干旱爆发前期,明显偏西、偏北且稳定的西北太平洋副热带高压使地表太阳净辐射通量增强、近地层的偏南气流使高温维持,蒸散发随降水而变化,这次干旱为降水减少所驱动,高温起促进作用。

关键词：区域性骤发干旱高温蒸散发土壤湿度

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双多普勒雷达观测在一次雹云结构中的应用

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气象科学 2023年第2期43卷 225-234页

作者：王子昕王咏青胡志群徐芬江苏省气象服务中心南京210041 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/大气科学学院南京210044 南京大气科学联合研究中心南京210041 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 南京气象科技创新研究院南京210041

利用常州站和泰州站双多普勒天气雷达探测数据,结合常规观测资料和ERA5再分析资料,综合分析了2019年7月6日一次强对流天气过程的天气形势、雷达回波强度演变特征和双多普勒雷达反演的三维流场信息。重点利用双多普勒雷达径向速度资料反... 详细信息

利用常州站和泰州站双多普勒天气雷达探测数据,结合常规观测资料和ERA5再分析资料,综合分析了2019年7月6日一次强对流天气过程的天气形势、雷达回波强度演变特征和双多普勒雷达反演的三维流场信息。重点利用双多普勒雷达径向速度资料反演出格点流场,并结合回波特征分析雹云的结构。结果表明:强对流天气过程中,江苏受高空冷涡影响,在高空冷槽、高空急流、低层切变线和地面辐合线的配置条件下,形成了上干冷、下暖湿的层结不稳定结构。本次过程中,雹云不仅具有典型的强对流单体雷达回波特征,在中层强回波中心处,还有明显的“S”型水平流场结构。雹云的低层,是明显的辐合与旋转配置的水平流场。深厚的零线结构是成雹的典型特征。

关键词：雹云 S型流场双多普勒雷达风场反演零线

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2015—2019年保定市O_(3)变化及其周边源区分析

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环境科学学报 2022年第7期42卷 22-31页

作者：卢硕赵天良李晓岚孟凯马翠平罗悦函辛雨珊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 中国气象局沈阳大气环境研究所沈阳110166 河北省气象灾害防御和环境气象中心石家庄050021

利用保定市2015—2019年近地面O_(3)和气象观测数据,统计分析了该地区O_(3)变化特征及其与地面气温、相对湿度、风速和风向的关系,并确定了O_(3)的周边源区.结果表明,2015—2019年保定市O_(3)污染呈加重趋势,O_(3)污染超标天数从2015年... 详细信息

利用保定市2015—2019年近地面O_(3)和气象观测数据,统计分析了该地区O_(3)变化特征及其与地面气温、相对湿度、风速和风向的关系,并确定了O_(3)的周边源区.结果表明,2015—2019年保定市O_(3)污染呈加重趋势,O_(3)污染超标天数从2015年的63 d增加至2019年的95 d.由于秋冬季昼夜温差较大,导致其O_(3)日变化相对扰动高于春夏季节.O_(3)浓度与近地面气温呈非线性正相关关系,随相对湿度(RH)的增加呈阶段性的先增后减的变化趋势,其中当RH为40%~50%时,O_(3)浓度及其污染超标率均达到最大.此外,风场对O_(3)分布有重要影响,盛行偏南风时易发生O_(3)重污染,表明影响该地区O_(3)污染源区主要位于保定南部.潜在源贡献因子分析方法(PSCF)和浓度权重轨迹分析法(CWT)的分析结果表明,保定市春夏O_(3)源区分布范围最大,其中贡献高值区主要分布在保定以南的河南东部、山东西部,周边源区对保定市O_(3)污染具有重要影响作用.

关键词： O_(3) 气象要素周边源区保定

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利用WRF和多普勒雷达资料同化对一次江淮地区梅雨降水过程的模拟研究

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大气科学学报 2022年第2期45卷 225-238页

作者：黄兴友陈晓颖沈菲菲沈艳秋沈妍琰周晔南京信息工程大学大气物理学院江苏南京210044 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江苏南京210044 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所江苏无锡214065

为了研究同化雷达资料对数值模式降水预报的改进效果,针对2015年6月26—28日江淮地区梅雨降水过程,进行了结合雷达资料同化的数值模拟研究。首先介绍了过程的降水概况、环流形势。其次,利用WRF模式进行降水过程的数值模拟,在完成控制试... 详细信息

为了研究同化雷达资料对数值模式降水预报的改进效果,针对2015年6月26—28日江淮地区梅雨降水过程,进行了结合雷达资料同化的数值模拟研究。首先介绍了过程的降水概况、环流形势。其次,利用WRF模式进行降水过程的数值模拟,在完成控制试验的基础上进行WRF-3DVAR的雷达资料同化。经过15 h的启转后,分别进行了针对背景误差协方差矩阵中特征长度和方差尺度的敏感性试验,得到最适合本次个例的特征长度(0.5)、方差尺度(0.7)。设置最优的特征长度和方差尺度后,进行同时同化反射率因子与径向风、单独同化反射率因子和单独同化径向风的同化试验,并分别设置了间隔为1 h和30 min的同化频率。通过分析个例水汽场、动力场及降水预报场,得到如下结论:1)雷达数据同化能够有效提高降水预报效果;2)同时同化雷达反射率因子和径向风的效果最好;3)同化雷达资料频率越高,效果提高也越明显。

关键词：梅雨锋降水多普勒雷达同化尺度因子

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长三角地区一次区域污染过程中细颗粒物的来源解析及其光学特性

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环境科学 2021年第2期42卷 556-563页

作者：夏丽朱彬王红磊康汉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中国气象局气溶胶与云降水重点开发实验室南京210044 南京信息工程大学大气与环境实验教学中心国家综合气象观测专项试验外场南京210044

为研究长三角地区细颗粒物污染的分布特征及其光学特性,选择在城市(苏州)、郊区(南京)和区域背景站(临安)同时进行PM_(2.5)采集并进行化学分析.这次污染过程中,苏州、南京和临安的PM_(2.5)平均浓度分别达到(169.8±56.5)、(169.9... 详细信息

为研究长三角地区细颗粒物污染的分布特征及其光学特性,选择在城市(苏州)、郊区(南京)和区域背景站(临安)同时进行PM_(2.5)采集并进行化学分析.这次污染过程中,苏州、南京和临安的PM_(2.5)平均浓度分别达到(169.8±56.5)、(169.9±51.2)和(154.0±54.9)μg·m^(-3).散度系数分析显示3个站点气象要素和PM_(2.5)化学成分的差异较小,PM_(2.5)污染呈现同步性和区域化特征.利用化学成分法估算的消光系数在苏州、南京和临安分别是(561±223)、(655±340)和(679±349) Mm^(-1),与能见度法估算的消光系数之间相关度较高(r为0.73~0.80).利用PMF模型解析PM_(2.5)的污染来源,二次硝酸(32%)和二次硫酸(25%)的占比最大,其次是生物质燃烧(16%)、不完全燃烧源(7%)、燃料燃烧(7%)、土壤地壳源(8%)和海洋源(5%).对PM_(2.5)消光系数的主要贡献源是二次生成的硝酸硫酸源、不完全燃烧和生物质燃烧源.与质量浓度的源贡献相比,二次硝酸硫酸源的占比降低了约4%,不完全燃烧源的贡献增加了5%,说明PM_(2.5)的各类源对其质量浓度和消光系数的贡献效率存在差别.

关键词：长三角细颗粒物气象要素消光系数来源解析

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华南冬季极端低温事件的统计建模及未来预估

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气象科学 2024年第1期44卷 46-58页

作者：姜胜李伟朱连华孙威江志红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 南京信息工程大学无锡学院江苏无锡214105 福建省气象科学研究所福建省灾害天气重点实验室福州350001 南京信息工程大学数学与统计学院南京210044

基于1961—2005年华南冬季逐日最低温度观测资料,以及参与CMIP5的IPSL-CM5A-MR、MPI-ESM-MR、CMCC-CMS 3个模式的历史模拟和未来排放情景预估数据,从过程角度定义和提取华南冬季极端低温事件及其特征指标,并通过引入极值理论构建极端低... 详细信息

基于1961—2005年华南冬季逐日最低温度观测资料,以及参与CMIP5的IPSL-CM5A-MR、MPI-ESM-MR、CMCC-CMS 3个模式的历史模拟和未来排放情景预估数据,从过程角度定义和提取华南冬季极端低温事件及其特征指标,并通过引入极值理论构建极端低温事件的概率分布模型(Cold Spell Model,CSM),刻画其强度、频数和持续时间特征分布;进一步结合基于累计概率分布变换的偏差订正方法降低模式模拟的偏差,探讨了RCP4.5情景下全球升温1.5℃和2℃时极端低温事件的风险变化。研究表明:(1)CSM模型能够较好地拟合极端低温特征概率分布,大部分台站通过了K-S或卡方检验;(2)相对于观测,模式模拟极端低温存在一定偏差,经偏差订正后,各站点BS评分接近于0,SS评分普遍提高到0.88左右;(3)全球增暖背景下,华南地区极端低温呈现强度减弱、频数减少、持续时间缩短的特征。全球增暖1.5、2.0℃背景下,华南大多数地区极端低温事件平均强度减弱,频次降低,持续时间变化具有明显的空间差异;每年发生1次极端低温事件的概率增加,但每年发生3、5次的概率减少;增暖1.5℃下极端低温事件持续性特征变化不明显。但增暖2℃下,华南大部分地区持续1 d的极端低温事件更易发生,但更长持续时间(3、5 d)的极端低温事件发生的可能性显著减少。

关键词：极端低温事件极值模型偏差订正未来预估

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