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2022年夏季长江流域干旱的水循环模拟和分析

大气科学学报 2023年第6期46卷 813-824页

作者：程浩秋魏江峰宋媛媛单昱峰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/大气科学学院江苏南京210044

基于WRF-WVT水汽追踪模式,对2022年6—8月长江流域极端干旱情况下的水循环进行模拟研究,分析了长江流域蒸散发对长江流域局地和非局地降水的影响。结果表明,2022年夏季干旱导致长江中下游陆地水储量在5—8月期间减少100~150 mm。6—8月... 详细信息

基于WRF-WVT水汽追踪模式,对2022年6—8月长江流域极端干旱情况下的水循环进行模拟研究,分析了长江流域蒸散发对长江流域局地和非局地降水的影响。结果表明,2022年夏季干旱导致长江中下游陆地水储量在5—8月期间减少100~150 mm。6—8月长江流域约45%的蒸散发在当地和华北形成降水,其中6月长江流域蒸散发主要贡献当地降水,而7、8月对当地和华北降水的贡献大致相等。6—8月长江流域蒸散发贡献的当地降水逐月减少,总量为8.2×10^(7) m^(3)(长江流域平均91.2 mm),并且降水强度越高当地蒸散发贡献率越小,对当地降水贡献最大的区域为四川盆地附近(最大超过40%)。长江流域蒸散发为华北提供的降水在6—8月先增多后小幅度减少,总量为5.3×10^(7) m^(3)(华北平均58.4 mm),并且降水强度越高长江流域蒸散发贡献率越大。2022年夏季长江流域蒸散发对当地和华北地区暴雨的贡献率都为12%左右。

关键词：长江流域干旱降水水循环水汽追踪

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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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中国北方未来沙尘起沙通量变化的数值模拟研究

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大气科学 2023年第2期47卷 359-372页

作者：赵剑琦马晓燕田蓉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

本研究利用WRF-Chem(Weather Research and Forecasting model with online coupled Chemistry)模式对未来中国北方沙尘起沙过程变化进行了模拟预测。为了提高预测结果的准确度,研究综合考虑了气溶胶、温室气体和植被覆盖率等因素对天... 详细信息

本研究利用WRF-Chem(Weather Research and Forecasting model with online coupled Chemistry)模式对未来中国北方沙尘起沙过程变化进行了模拟预测。为了提高预测结果的准确度,研究综合考虑了气溶胶、温室气体和植被覆盖率等因素对天气、气候和起沙过程的影响。预测结果显示,2016~2029年西北部沙尘源地起沙量高于北部沙尘源地,地形和气候的差异是导致两地起沙过程及其季节变化差异的主要原因。两个沙尘源地四季起沙通量呈总体减少而部分季节增加的趋势,西北部沙尘源地起沙通量在春季总体呈上升趋势,在夏、秋和冬季呈下降趋势;北部沙尘源地起沙通量在春、夏和冬季呈下降趋势,在秋季呈微弱上升趋势。两个沙尘源地各季起沙通量的变化趋势由近地面风速主导,植被覆盖率、降水和地面温度等因素对起沙通量的年际波动有着重要影响。

关键词：动力降尺度 WRF-Chem模式起沙通量变化预测起沙通量变化驱动因素分析

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梅雨降水季节预测的多方法比较

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大气科学学报 2024年第2期47卷 313-329页

作者：李琳菲杨颖朱志伟王蔚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 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100086 上海市闵行区气象局上海201199

基于1961—2000年逐月降水观测资料和全球大气再分析资料,分析了6—7月长江中下游(108°~123°E,27°~33°N)梅雨的时空分布特征。通过观测诊断和数值试验确定了影响梅雨异常偏多的3个前期因子:4—5月平均的西北太平洋... 详细信息

基于1961—2000年逐月降水观测资料和全球大气再分析资料,分析了6—7月长江中下游(108°~123°E,27°~33°N)梅雨的时空分布特征。通过观测诊断和数值试验确定了影响梅雨异常偏多的3个前期因子:4—5月平均的西北太平洋海平面气压正异常;3月至5月北大西洋海平面气压负变压倾向;1月至4月西伯利亚的2 m温度负倾向。利用这3个具有物理意义的影响因子构建了梅雨季节预测模型,该模型在训练期(1961—2000年)和独立预测期(2001—2022年)均具有显著的预测技巧(相关系数分别为0.79和0.77,均方根误差分别为0.59和0.68)。同时,基于相似的潜在预测因子,对比了利用偏最小二乘回归方法和5种机器学习方法(随机森林、轻量级梯度提升机、自适应提升、类别型特征提升、极端梯度提升)建立的预测模型的技巧。虽然训练期(1961—2000年)偏最小二乘回归和机器学习建模拟合效果更高,但在独立预测期(2001—2022年)上述模型的预测技巧显著降低(相关系数均低于0.44,均方根误差均大于0.93),出现了明显的过拟合问题。本研究强调梅雨的短期气候预测应建立在物理机制基础之上,而使用机器学习方法需谨慎。

关键词：梅雨季节预测物理经验预测模型机器学习

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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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基于印度洋海温信号的我国西北地区东部夏季降水组合降尺度预测方法研究

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气象 2024年第3期50卷 357-369页

作者：朱晓炜李清泉孙银川王璠王岱高睿娜刘颖中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室银川750002 宁夏回族自治区气候中心银川750002 中国气象局气候预测研究重点开放实验室国家气候中心北京100081 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

利用国家气候中心第二代气候模式预测业务系统(BCC-CPSv2)预测产品,引入印度洋海温信号,采用组合降尺度方法建立了西北地区东部汛期降水预测模型。该预测模型对1991—2017年西北地区东部夏季降水的回报技巧较BCC-CPSv2预测技巧显著提高... 详细信息

利用国家气候中心第二代气候模式预测业务系统(BCC-CPSv2)预测产品,引入印度洋海温信号,采用组合降尺度方法建立了西北地区东部汛期降水预测模型。该预测模型对1991—2017年西北地区东部夏季降水的回报技巧较BCC-CPSv2预测技巧显著提高,空间相关系数由0.42提高到0.75,均方根误差明显减小,最多下降达80%。预测模型对降水空间分布型的预测能力较好,很好地回报了典型年份(1987年和2010年)夏季的降水距平百分率分布。通过抓住气象变量的空间分布特征,组合降尺度方法可以修正动力模式产品的预测误差,为西北地区东部夏季降水预测提供科学依据和技术支持,具有较好的应用前景。

关键词：印度洋海温西北地区东部夏季降水组合降尺度预测模型

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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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华南冬季雾日年际变化特征及其与ENSO的关系

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大气科学 2023年第4期47卷 1099-1112页

作者：植炫惠徐海明马静植石群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 广东省气候中心广州510080

本文基于1979~2016年华南地区52个台站逐日雾观测数据和ERA5再分析资料等,采用EOF分解等多种统计方法,研究了ENSO对华南冬季雾日年际变化的影响,并进一步探讨了华南冬季雾日年际变化与ENSO关系的年代际转变。结果表明:(1)华南地区冬季... 详细信息

本文基于1979~2016年华南地区52个台站逐日雾观测数据和ERA5再分析资料等,采用EOF分解等多种统计方法,研究了ENSO对华南冬季雾日年际变化的影响,并进一步探讨了华南冬季雾日年际变化与ENSO关系的年代际转变。结果表明:(1)华南地区冬季雾日具有区域一致的变化特征,呈现出明显的年际变化和线性增加的趋势。在冬季,华南地区近地面层北风减弱,大气层结更加稳定,同时温度露点差降低,空气中水汽含量增加,为雾的形成提供了有利的背景场条件。(2)ENSO与华南地区冬季雾日的年际变化存在显著相关关系,在El Niño年的冬季,菲律宾海上空存在一个异常的反气旋环流,反气旋西侧的异常暖湿西南气流给华南地区带来充沛的水汽,有利于雾日的形成。La Niña年雾日的变化则与El Niño年相反。这种显著相关关系主要取决于大雾日数,而非轻雾日数。(3)ENSO与华南地区冬季雾日年际变化的关系在1996年前后出现明显年代际转折,在1979~1996年期间,两者相关性较弱,1997年之后相关性显著增强。这种关系的转变可能受到北大西洋年代际振荡(AMO)的调控。

关键词：华南地区冬季雾日年际变化 ENSO

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Atlantic Niño–ENSO关系的年代际变化及其影响因子:基于CESM1长期模拟的研究

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大气科学 2024年第6期48卷 2215-2234页

作者：陶淑琳陈林姜蕾杉王然王阔邢雯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 浙江省气候中心杭州310017 中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室广州510301

三大洋相互作用是当前国际前沿的热点问题之一,近年来大西洋和印度洋对太平洋气候变率的影响得到了广泛的关注,其中热带大西洋主要年际变率Atlantic Niño/Atlantic Niña(大西洋尼诺/尼娜)对El Niño–Southern Oscillatio... 详细信息

三大洋相互作用是当前国际前沿的热点问题之一,近年来大西洋和印度洋对太平洋气候变率的影响得到了广泛的关注,其中热带大西洋主要年际变率Atlantic Niño/Atlantic Niña(大西洋尼诺/尼娜)对El Niño–Southern Oscillation(ENSO)的发展演变具有不可忽视的影响。观测结果表明夏季大西洋尼诺/尼娜与随后冬季ENSO的负相关关系(以下简称“Atlantic Niño–ENSO关系”)并非一直显著,而是表现出了年代际差异,然而关于影响二者关系年代际差异的关键物理因子尚不清楚。本文基于观测资料和地球系统模式(CESM1)长期模拟资料分析了影响Atlantic Niño–ENSO关系变化的关键因子,得到以下主要结论:(1)夏秋印度洋偶极子(IOD)是调控Atlantic Niño–ENSO二者关系密切与否的重要因子之一。当大西洋尼诺(尼娜)激发出热带大西洋—太平洋异常沃克环流的同时,负IOD(正IOD)可以激发热带印度洋—太平洋异常沃克环流,对应的下沉支(上升支)加强了大西洋尼诺(尼娜)引发的太平洋异常沃克环流下沉支(上升支),最终造成赤道太平洋低层东风(西风)异常,促进了随后拉尼娜(厄尔尼诺)事件的发生发展。(2)ENSO发展前期的夏季太平洋海洋热容量初始状态也是调制大西洋尼诺/尼娜能否影响随后ENSO事件发生发展的另一关键因子。当大西洋尼诺(尼娜)发生时,若同期赤道太平洋处于“放电”(“充电”)状态,则更有利于随后拉尼娜(厄尔尼诺)事件的形成。值得指出的是,夏秋季IOD与夏季太平洋海洋热容量初始状态这两个关键因子相互独立,二者对Atlantic Niño–ENSO关系的调制作用相当。总之,在关注热带大西洋影响太平洋气候变率的时候,须同时考虑印度洋特别是IOD信号的影响以及热带太平洋自身海洋初始态影响。由于观测资料长度有限,该研究基于长时间模拟资料所得的结论可作为观测结果的补充,有助于增进对热带洋盆间相互作用的理解。

关键词：大西洋尼诺 ENSO 跨洋盆相互作用热带海气相互作用

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一次天山南脉暴雨过程的位势稳定度变化特征及地形敏感性研究

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大气科学 2024年第5期48卷 1817-1836页

作者：谢越冉令坤沈新勇黄伟周括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云降水物理与强风暴实验室北京100029 岱山县气象局岱山316200

基于ERA5再分析资料和CMORPH卫星降水数据,对2019年9月9~10日发生在天山南脉的暴雨过程进行高分辨率数值模拟,分析位势不稳定变化特征;进一步开展地形敏感性试验,利用地形追随坐标系位势稳定度倾向方程研究不同尺度地形扰动对位势不稳... 详细信息

基于ERA5再分析资料和CMORPH卫星降水数据,对2019年9月9~10日发生在天山南脉的暴雨过程进行高分辨率数值模拟,分析位势不稳定变化特征;进一步开展地形敏感性试验,利用地形追随坐标系位势稳定度倾向方程研究不同尺度地形扰动对位势不稳定变化的影响。分析结果表明:(1)暴雨发生前低层大气位势不稳定显著,而随着暴雨发生发展,不稳定能量被释放,低层大气趋于位势稳定。(2)位势散度项是位势稳定度倾向方程的重要强迫项,主要由爬流引起。经向爬流垂直切变与广义位温经向梯度的耦合项是爬流位势散度的主导项。本次暴雨发生过程中,地形扰动通过改变经向爬流的垂直切变和广义位温的经向梯度,造成位势不稳定的发展。这些结果有助于提高新疆地区的暴雨预报水平。

关键词：暴雨位势不稳定地形敏感性试验位势稳定度倾向方程

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