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气象科学 2023年第6期43卷 723-735页

作者：李瑶瑶施春华郭栋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 泰安市气象局山东泰安271000

利用CMIP6中的CESM2-WACCM模式逐日资料,预估未来2020—2099年SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5三种不同排放情景下北半球对流层顶附近反气旋型Rossby波破碎(Anticyclonic Rossby Wave Breaking,AWB)的空间分布、发生频率、水平尺度、对称结构及其长期趋势。总体而言,未来四个季节AWB都在北太平洋和北大西洋有高频区。夏季北太平洋高频区发生频数显著多于北大西洋高频区,其他三季相反。两高频区在三种不同情景下,AWB物质经向输送通常以对称输送为主,但北太平洋区内冬、春、秋三季在SSP2-4.5情景下AWB物质向极净输送,北大西洋区内夏季在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下AWB物质向赤道净输送。未来的长期趋势显示,两高频区内各季节的AWB发生频数、水平尺度和物质向极输送主要呈减小(减少)趋势,且温室气体排放量越大,减小趋势越显著。在SSP5-8.5情景下,北太平洋夏季AWB总面积变化趋势为-365.5个1°×1°标准经纬度网格/10 a,该变化由区域内AWB平均尺度减小(-2.7个标准化网格/10 a)和发生频率减少(-1.9个/10 a)共同导致;该区域的向极输送率变化率为-0.0165/10 a。北大西洋秋季AWB发生频数变化率为-2.3个/10 a,导致其总面积则以-440.4个标准化网格/10 a的速度减小。

关键词：反气旋型Rossby波破碎 CMIP6 WACCM模式预估

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青藏高原雷暴云底部次正电荷区与暖云区厚度的关系

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高原气象 2023年第1期42卷 68-81页

作者：邹迪可郭凤霞张志伟初雨鲁鲜刘舟吴泽怡中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室/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江苏南京210044

为了弥补青藏高原雷暴观测个例的不足,从动力、微物理和起电过程之间的密切联系来解释青藏高原雷暴云底部较大的次正电荷区(LPCC)和暖云区厚度(WCD)之间的关系,本文设置敏感性试验组,通过三种途径,改变了青藏高原那曲地区一次LPCC明显... 详细信息

为了弥补青藏高原雷暴观测个例的不足,从动力、微物理和起电过程之间的密切联系来解释青藏高原雷暴云底部较大的次正电荷区(LPCC)和暖云区厚度(WCD)之间的关系,本文设置敏感性试验组,通过三种途径,改变了青藏高原那曲地区一次LPCC明显且对流较强的雷暴过程的探空初始场,得到10组具有不同WCD值的初始场算例,利用三维雷暴云动力-电耦合数值模式,模拟分析了WCD和LPCC之间的可能关系。结果表明,在青藏高原WCD并不是决定LPCC大小的唯一因素,明显的LPCC的形成需要较薄的WCD配合较强但不能太强的上升速度,即使WCD很薄,太强的上升气流也仅容易形成主正和主负电荷区非常强的一般型雷暴,太弱的上升气流,也仅能形成主正和主负电荷区很弱的一般型雷暴。雨滴的两个主要源项,即雨滴通过重力碰并收集云水和霰融化形成雨水,及霰的主要源项霰撞冻云水,这三个微物理过程的效率主要取决于对流强度。薄的WCD对暖云降水过程的抑制作用不及强的上升速度对暖云降水过程的增强作用。在对流强度变化不大的情况下,WCD主要影响着冰粒子的分布高度,WCD越薄,向0℃层以上输送的云滴尺寸越小,数目越多,越利于低层冰粒子的生长,LPCC和主负电荷区越明显;WCD越厚,越利于较高高度冰粒子的生长,LPCC趋于减弱,而主负和主正电荷区趋于明显。

关键词：青藏高原底部次正电荷区暖云区厚度数值模式

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区域性极端骤发干旱与传统干旱事件形成过程的对比

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气候变化研究进展 2022年第3期18卷 319-327页

作者：叶天余锦华施欣池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 宁波市鄞州区气象局宁波315194

2009/2010年云贵地区(YGR)和2013年夏季中南地区(CSC)发生了近几十年以来最严重的干旱事件。文中对比了两次干旱事件的发展速度,基于水分收支原理,诊断影响干旱发展的物理过程。结果显示,CSC干旱发展前,温度升高,蒸散发增加,土壤湿度减... 详细信息

2009/2010年云贵地区(YGR)和2013年夏季中南地区(CSC)发生了近几十年以来最严重的干旱事件。文中对比了两次干旱事件的发展速度,基于水分收支原理,诊断影响干旱发展的物理过程。结果显示,CSC干旱发展前,温度升高,蒸散发增加,土壤湿度减少,高温和降水减少对干旱有触发作用;而YGR的降水减少使干旱开始发展。CSC干旱事件发展迅速,YGR干旱事件发展缓慢,同时前者干旱的维持和恢复时间也短于后者,这些差异与蒸散发过程强弱有关。CSC干旱事件发展阶段,蒸散发过程强,平均为4.7 mm/d,8 d时间,土壤湿度从45%减少到20%,促使干旱快速形成(典型骤发干旱)。YGR干旱发展阶段,蒸散发过程弱,平均为1.7 mm/d,土壤湿度从45%减少到20%历时2个多月(传统干旱)。蒸散发的强弱主要与区域大气柱的水汽净辐散有关。CSC干旱发展阶段,其大气柱水汽净辐散达每天3.1 kg/m^(2),增强了陆气水分交换,使蒸散发远大于降水,土壤湿度快速下降,加快干旱发展速度。YGR的区域大气柱水汽净辐散为每天1.1 kg/m^(2),只有CSC的1/3,使干旱发展缓慢。两个干旱事件的大气柱水汽净辐散主要发生在经向方向,即由区域北界相对较强的经向水汽输送引起。

关键词：骤发干旱传统干旱土壤湿度蒸散发大气柱水汽净辐散

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中国极端天气气候研究——“地球系统与全球变化”重点专项项目简介及最新进展

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大气科学学报 2024年第1期47卷 23-45页

作者：陈海山张耀存张文君尹志聪华文剑况雪源陈国森马红云韩婷婷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江苏南京210044 南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044 南京大学大气科学学院江苏南京210093

全球变暖背景下,极端天气气候事件频发,并表现出群发性、持续性、复合性等特点,不可预测性增加;持续性强降水、极端低温、复合型极端高温干旱、群发性热浪和台风等极端天气气候事件对我国经济社会和可持续发展影响巨大。然而,上述极端... 详细信息

全球变暖背景下,极端天气气候事件频发,并表现出群发性、持续性、复合性等特点,不可预测性增加;持续性强降水、极端低温、复合型极端高温干旱、群发性热浪和台风等极端天气气候事件对我国经济社会和可持续发展影响巨大。然而,上述极端天气气候事件的新特征、关键过程和机理尚不完全清楚,重大极端事件的预报预测水平亟待提升。文章首先简要介绍“地球系统与全球变化”重点专项项目“中国极端天气气候事件的形成机理及其预测和归因”的基本情况。项目拟在分析全球变化背景下对我国造成重大影响的极端天气气候事件新特征的基础上,深入研究多尺度海-陆-气耦合过程影响极端天气气候事件的机理,挖掘极端天气气候事件次季节-季节预测的前兆信号;发展动力与物理统计相结合的极端事件预测新方法,研制针对中国极端事件的新一代高分辨率数值预报与检测归因系统。文章重点总结了自2022年12月项目立项至今取得的最新研究成果和进展。

关键词：极端天气气候事件海气相互作用陆面过程海陆气耦合机理预测归因

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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

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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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CMIP6模式大气中南北半球际涛动的季节循环

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大气科学学报 2022年第6期45卷 890-903页

作者：乔年卢楚翰管兆勇胡杨胡定珠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1958—2014年47个CMIP6模式输出资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了模式大气中南北涛动(InterHemispheric Oscillation,IHO)的季节变化特征,且评估了CMIP6对IHO季节特征的模拟能力。结果表明:47个CMIP6模式都能模拟出IHO的季节演变特... 详细信息

利用1958—2014年47个CMIP6模式输出资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了模式大气中南北涛动(InterHemispheric Oscillation,IHO)的季节变化特征,且评估了CMIP6对IHO季节特征的模拟能力。结果表明:47个CMIP6模式都能模拟出IHO的季节演变特征,但模式间存在一定差异。通过比较,筛选出模拟IHO季节循环较好的16个模式,它们能成功模拟出半球大气质量的时间演变和空间结构。进一步分析表明,水汽对IHO季节变化有抵消作用且半球内部水汽质量变化可驱动越赤道质量流的产生;地表净短波辐射夏高冬低,其加热造成的水汽蒸发在水汽质量变化中起到重要作用;地表净长波辐射在春秋变化幅度较大,与大气质量逐月变化吻合。对比再分析资料表明,CMIP6模式模拟的半球大气质量的峰谷值变化有明显的月份偏差,且CMIP6模式模拟的地表气压异常值的偏差主要出现在北太平洋、欧亚大陆、南半球中纬度地区和两极极区,模拟的南北半球的蒸发和降水量、赤道风场、地表净长波和短波辐射通量等均存在明显的偏差。

关键词：大气质量南北涛动季节循环 CMIP6模式

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基于守恒重映射的全球非结构网格模式同化及预报初步应用

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大气科学学报 2022年第4期45卷 591-602页

作者：陈耀登杨登宇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

全球大气模式在发展过程中不断获得改进,并逐渐采用非结构计算网格,如以球面重心Voronoi网格为特点的MPAS-A模式。为改进MPAS-A模式初值,相关的资料同化研究同步在积极开展。本文为实现利用变分方法快速同化多源观测资料的需求,以美国N... 详细信息

全球大气模式在发展过程中不断获得改进,并逐渐采用非结构计算网格,如以球面重心Voronoi网格为特点的MPAS-A模式。为改进MPAS-A模式初值,相关的资料同化研究同步在积极开展。本文为实现利用变分方法快速同化多源观测资料的需求,以美国NCEP业务上使用的GSI系统作为同化模块,基于守恒重映射方法进行非结构与结构化球面网格转换,构建了GSI-MPAS同化及预报框架,并进行了网格转换测试和同化预报试验。网格转换检验测试表明,模式物理量的转换误差与其分布特征密切相关,二阶精度守恒重映射转换结果优于一阶精度转换结果。连续一周的滚动循环同化及预报试验表明,基于守恒重映射方法的GSI-MPAS同化及预报框架能够有效同化多源观测资料,改善了初值场的质量并使得MPAS-A预报得到的各个变量更加准确,且对降水预报具有正面效果。进一步分析表明,由于在北半球同化了更多观测资料,所以北半球地区的改进明显优于南半球及赤道地区。

关键词：全球大气模式 MPAS GSI 非结构网格守恒重映射资料同化

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长江中下游极端高温日数的季节预测

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中国科学：地球科学 2024年第7期54卷 2167-2177页

作者：潘石凤尹志聪段明铿韩婷婷范怡黄艳艳王会军南京信息工程大学大气科学学院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 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519080

夏季中国人口密集的长江中下游地区极端高温频发,严重影响了当地经济发展和生态系统.然而,当前对该地区极端高温日数的准确预测仍然是一个挑战.例如,美国国家海洋和大气管理局第二代气候预测系统(CFSv2)在这方面表现不佳.因此,基于年际... 详细信息

夏季中国人口密集的长江中下游地区极端高温频发,严重影响了当地经济发展和生态系统.然而,当前对该地区极端高温日数的准确预测仍然是一个挑战.例如,美国国家海洋和大气管理局第二代气候预测系统(CFSv2)在这方面表现不佳.因此,基于年际增量方法,本文建立了长江中下游地区混合季节性预测模型(HMYRB),以提高对夏季极端高温日数的预测能力.该模型基于以下4个预测因子:观测的前期4到5月欧洲西北部融雪;3月中西伯利亚高原积雪深度;CFSv2预测夏季海洋性大陆周围海温及青藏高原上空200hPa位势高度.结果显示,HMYRB在预测极端高温日数的年际变化和趋势方面显示出良好的能力,在1983~2015年留一法交叉验证中,相关系数达到0.58,同号率为76%.此外, HM_(YRB)在独立预测期间(2016~2022年)也保持了较高的同号率(86%)预测技巧和稳健性.此外, HM_(YRB)对于极端高温日数高频发的年份表现良好,命中率为40%.虽然在强度上存在偏差,但HM_(YRB)中使用的预测因子对于预测长江中下游地区夏季平均日最高气温具有较好的预测技巧.因此,本研究为预测类似2022年的极端高温事件提供了新思路.

关键词：极端高温长江中下游 CFSv2 季节预测留一法交叉验证

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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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北太平洋海温Victoria模态与ENSO年际关系的非对称特征

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大气科学学报 2022年第2期45卷 280-291页

作者：祁莉毛欣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江苏南京210044

利用美国NOAA海表温度资料,重点分析了北太平洋海温异常EOF第二模态Victoria模态(VM)与ENSO年际关系的非对称特征。研究发现,VM和ENSO在年代际尺度上相关性较弱,而在年际尺度上有很好的相关关系,两者同期为负相关,VM超前1 a为正相关。然... 详细信息

利用美国NOAA海表温度资料,重点分析了北太平洋海温异常EOF第二模态Victoria模态(VM)与ENSO年际关系的非对称特征。研究发现,VM和ENSO在年代际尺度上相关性较弱,而在年际尺度上有很好的相关关系,两者同期为负相关,VM超前1 a为正相关。然而,正负VM事件与ENSO冷暖位相在年际尺度上的联系存在着一定的非对称性。正VM事件与同年冬季热带中东太平洋海温异常的联系较弱,但次年常有厄尔尼诺事件发生;相比较而言,负VM事件在同年一般都有厄尔尼诺事件伴随发生,而与次年冬季热带中东太平洋海温没有显著联系,且很少有ENSO事件发生。由此可见,正VM事件对次年厄尔尼诺的发生发展似乎有促进作用,可作为ENSO前期预报因子之一,而负VM事件不能作为ENSO的前期预报因子。

关键词：北太平洋海温 Victoria模态 ENSO 非对称性

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