检索结果-内蒙古大学图书馆

科学通报 2024年第34期69卷 5016-5019页

作者：张峰黄小猛穆穆秦博李佳皓上海市海陆气界面过程与气候变化重点实验室复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院上海200438 清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室北京100084

天气预报不仅是国际科学前沿领域,也具有巨大的经济与社会价值.目前的数值天气预报(numerical weather prediction,NWP)范式可以追溯到20世纪50年代,通过求解描述大气运动的偏微分方程来推断未来大气状态,且针对未来几天的预报往往需要... 详细信息

天气预报不仅是国际科学前沿领域,也具有巨大的经济与社会价值.目前的数值天气预报(numerical weather prediction,NWP)范式可以追溯到20世纪50年代,通过求解描述大气运动的偏微分方程来推断未来大气状态,且针对未来几天的预报往往需要花费超级计算机的数百个核时.欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)的综合预报系统(Integrated Forecasting System,IFS)技巧在众多国家或机构的业务预报模式中脱颖而出,引领了NWP发展的风向标.世界气象组织将数值天气预报革命评价为20世纪最重要的科学、技术和社会进步之一.

关键词：数值天气预报世界气象组织大气运动预报模式综合预报大气状态人工智能

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GRIST单柱模式及其在评估两套物理方案包中的应用

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气象学报 2024年第6期82卷 789-800页

作者：张萌李晓涵陈湉茹张祎航天宏图信息技术股份有限公司2035未来实验室北京100195 清华大学地球系统数值模拟教育部重点实验室/地球系统科学系北京100084 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

介绍了面向全球-区域一体化预测系统(GRIST)发展的单柱模式(GRIST_SCM)。GRIST_SCM通过将三维大气动力简化为一维计算,实现对大气柱内物理过程的独立测试和评估。基于GRIST_SCM,考察了面向天气预测应用的物理参数化包(PhysW)和面向气候... 详细信息

介绍了面向全球-区域一体化预测系统(GRIST)发展的单柱模式(GRIST_SCM)。GRIST_SCM通过将三维大气动力简化为一维计算,实现对大气柱内物理过程的独立测试和评估。基于GRIST_SCM,考察了面向天气预测应用的物理参数化包(PhysW)和面向气候模拟及气候变化预估的物理参数化包(PhysC)在刻画云降水过程时的物理过程间相互作用。基于热带暖池国际云试验,展示了两套物理参数化包对一次深对流过程的模拟性能。PhysW和PhysC都形成了与观测总体一致的云和降水演变趋势。区别在于:PhysC对降水事件生消的捕捉能力弱于PhysW,其原因是深对流触发过于频繁,产生持续弱对流降水;PhysW形成的暖云量少于观测和PhysC,主要原因是深对流对低层水汽的垂直输送较强,使得基于环境相对湿度诊断的大尺度凝结过程以蒸发为主。GRIST_SCM详细展示了两种物理参数化包对于云降水过程的刻画能力及其差异背后的物理机制。由于PhysW对流参数化能更好地捕捉降水生消过程,因此PhysW表现出比PhysC更好的降水模拟能力,而PhysC模拟的云量分布和云生消过程与观测更接近,因此展现出优于PhysW的云过程模拟能力。

关键词：单柱模式物理参数化云和降水过程模拟

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基于电力数据优化大气污染物排放清单

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中国环境科学 2023年第7期43卷 3350-3359页

作者：周卫青李朋吴华成何学娟孙世达薄宇贺克斌国网冀北电力有限公司电力科学研究院(华北电力科学研究院有限责任公司) 北京100045 清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室北京100084 清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室北京100084

为提高工业部门大气污染物排放清单的时空分辨率,提出基于电力数据优化工业部门时间分配及空间分布的方法,并以河北省唐山市为例进行研究,将基础排放清单及优化后的排放清单输入WRF-CMAQ模型验证其优化效果.结果表明,WRF-CMAQ模型很好... 详细信息

为提高工业部门大气污染物排放清单的时空分辨率,提出基于电力数据优化工业部门时间分配及空间分布的方法,并以河北省唐山市为例进行研究,将基础排放清单及优化后的排放清单输入WRF-CMAQ模型验证其优化效果.结果表明,WRF-CMAQ模型很好地模拟了2019年1月、4月、7月、10月唐山市各污染物浓度的时间变化与空间分布.与基础排放清单相比,优化后的排放清单PM_(2.5)年均模拟值与监测值相关性提高了3.3%,对NO_(2)的改善效果最好.10月份改善效果最明显,PM_(2.5)、PM_(10)、CO的△R^(2)均超1.4%.优化后的排放清单PM_(2.5)浓度变化具有更加明显的区域性特征,部分区域出现差异高值区,如迁西县、遵化市等.优化后的排放清单在一定程度上提升了空间模拟的精确度,更能体现工业部门的污染物排放变化.

关键词：电力数据工业部门排放清单时间分配系数 WRF-CMAQ

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大规模光伏开发对局地气候生态影响研究

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太阳能学报 2023年第8期44卷 253-265页

作者：郑隽卿罗勇常蕊高晓清清华大学地球系统科学系北京100084 地球系统数值模拟教育部重点实验室北京100084 国家气候中心北京100081 中国科学院西北生态环境资源研究院/中国科学院-寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室兰州730000

光伏组件的大范围铺设改变了局地下垫面结构和性质,干扰了局地生物群落的演替,对局地气候和生态的影响受到广泛关注。这一科学问题为气候生态友好型光伏电站设计规划和可再生能源绿色可持续发展提供重要支撑。该文对已有的野外观测和数... 详细信息

光伏组件的大范围铺设改变了局地下垫面结构和性质,干扰了局地生物群落的演替,对局地气候和生态的影响受到广泛关注。这一科学问题为气候生态友好型光伏电站设计规划和可再生能源绿色可持续发展提供重要支撑。该文对已有的野外观测和数值模拟研究方法进行归纳总结,发现大规模集中式光伏开发对局地辐射、温度、湿度和风速产生了明显影响,通过增加光伏电站内生物多样性,改变植被生长状况和土壤理化性质等,总体上有利于生态脆弱地区防风固沙和水土保持,但研究成果具有明显的局地特征差异。辐射平衡和能量-水循环过程的改变可给出部分机理解释,但还需加强不同生态系统下的集中式光伏电站和城市分布式光伏的观测,深入研究光伏组件的光电转化效率等关键物理参数和局地蒸散发等关键过程的重要作用。光伏电站的建设运行,应充分考虑太阳能资源开发利用的“附加”生态效益,发挥其对荒漠化治理、脆弱生态修复和土壤污染物控制等的综合作用。

关键词：光伏组件太阳辐射能量平衡气候影响生态影响

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2000~2020年天津市机动车全过程VOCs排放特征及演变

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环境科学 2023年第3期44卷 1346-1356页

作者：孙露娜仲崇智孙世达刘妍佟惠吴亚君宋鹏飞张丽娜黄旭吴琳毛洪钧南开大学环境科学与工程学院天津市城市交通污染防治研究重点实验室国家环境保护城市空气颗粒物污染防治重点实验室天津300071 中国汽车技术研究中心有限公司天津300300 清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室北京100084 天津市生态环境科学研究院天津市大气污染防治重点实验室天津300191 南京师范大学地理科学学院南京210023

机动车排放已成为城市地区人为源挥发性有机物(VOCs)的重要来源,排放清单是量化其环境影响的重要手段.针对已有研究中存在的过程区分不清、排放因子测试不全和气象参数考虑不细等问题,基于文献调研与实验测试完善了排放因子库,在月尺度... 详细信息

机动车排放已成为城市地区人为源挥发性有机物(VOCs)的重要来源,排放清单是量化其环境影响的重要手段.针对已有研究中存在的过程区分不清、排放因子测试不全和气象参数考虑不细等问题,基于文献调研与实验测试完善了排放因子库,在月尺度上提出了涵盖尾气排放和蒸发排放(包括运行损失、昼间排放、热浸排放和加油排放)的机动车全过程VOCs逐月排放清单构建方法,并应用此方法建立了2000~2020年天津市机动车全过程VOCs排放清单.研究期内,天津市机动车VOCs排放总量呈现出先缓慢上升后逐步下降的趋势,2020年排放总量为2.14万t,小型客车是对排放总量贡献最大的车型,贡献率达75.00%.排放标准升级对不同过程VOCs排放的影响存在差异.与尾气排放量的持续下降不同,蒸发排放量呈现出先升后降的倒U型走势,且对总排放量的贡献逐年上升,2020年时贡献率为31.69%.机动车排放的月度变化受活动水平与排放因子的双重影响.VOCs排放量呈现出秋冬季高和春夏季低的特点,2020年新冠疫情期间,封控措施限制了机动车活动水平,使得VOCs排放量显著低于往年同期.计算方法和数据结论可为大气污染防治工作提供技术参考与决策依据.

关键词：挥发性有机物(VOCs) 排放清单排放因子蒸发排放运行损失机动车

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基于卫星遥感数据的Noah-MP地表反照率关键参数优化

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空间科学学报 2023年第6期43卷 1135-1149页

作者：陈进燕赵龙阳坤田佳鑫潘金梅张可西南大学地理科学学院重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站重庆400715 西南大学地理科学学院遥感大数据应用重庆市工程研究中心重庆400715 清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室北京100084 中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室北京100101

地表反照率是影响地–气相互作用的关键因子,而准确描述地表反照率是改进陆面模型水热模拟能力的关键。当前Noah-MP (the Noah land surface model with Multiple Parameterizations)土壤反照率估算主要依赖于查找表方法,该方法基于土... 详细信息

地表反照率是影响地–气相互作用的关键因子,而准确描述地表反照率是改进陆面模型水热模拟能力的关键。当前Noah-MP (the Noah land surface model with Multiple Parameterizations)土壤反照率估算主要依赖于查找表方法,该方法基于土壤颜色获得不同土壤类型的反照率,但在区域尺度上土壤颜色等级尚未得到有效率定,直接影响了区域反照率模拟水平。此外,裸土反照率的计算还高度依赖于土壤水分。针对这一问题,以同化得到的土壤水分数据作为输入,计算得到不同土壤颜色等级对应的反照率时间序列。在此基础上,以MODIS反照率为参照,同时排除高植被覆盖和积雪的影响,逐步筛选得到青藏高原区域0.25°格点尺度下最优的土壤颜色等级。评估结果表明,优化得到的土壤颜色等级空间分布规律符合土壤质地与反照率之间的物理规律,且改进了研究区域70%空间网格内的Noah-MP模型反照率估计。

关键词：地表反照率 Noah-MP 土壤颜色等级参数优化

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第三极地区高分辨率近地面气象驱动数据研制

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中国科学:地球科学 2025年第4期55卷 1320-1337页

作者：姜尧志唐文君阳坤何杰邵长坤周旭卢麾陈莹莹李新施建成电子科技大学资源与环境学院成都611731 清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室清华大学全球变化研究院北京100084 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室国家青藏高原科学数据中心北京100101 清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 清华大学-西安市勘察测绘院新型智能测绘联合研究中心北京100084 中国科学院国家空间科学中心北京100190

近年来,第三极地区的环境呈现出快速变化.气象数据是水文气象及生态演变研究的基础,然而,由于高度异质性的下垫面、复杂的地形条件以及稀疏的气象站点分布,第三极地区的气象数据仍存在较大的不确定性.鉴于此,本文研制了第三极地区长时... 详细信息

近年来,第三极地区的环境呈现出快速变化.气象数据是水文气象及生态演变研究的基础,然而,由于高度异质性的下垫面、复杂的地形条件以及稀疏的气象站点分布,第三极地区的气象数据仍存在较大的不确定性.鉴于此,本文研制了第三极地区长时间序列(1979~2020)、高分辨率(1/30°)近地面气象驱动数据TPMFD,该数据集可作为目前广泛使用的中国区域气象驱动数据集CMFD的同类产品.TPMFD包含驱动陆面过程模式所需的7个气象要素.在我们早期的工作中已开发了TPMFD中的降水和向下短波辐射数据,本文重点介绍其余5个要素的研制方法,并对所有要素进行了验证.其中,2m气温、2m比湿度、10m风速和近地面气压是通过融合ERA5再分析数据、短期高分辨率大气模拟和地面站点观测数据研制而成,向下长波辐射则是使用半物理半经验的方法计算得到.交叉验证和独立验证均表明,研制的数据集中大部分要素的精度优于目前广泛使用的再分析数据集,包括ERA5、ERA5-Land和GLDAS.该数据集预期将在第三极地区气候分析和陆面过程模拟等应用中发挥重要作用.

关键词：气象数据第三极地区高分辨率数据降尺度与融合

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青藏高原暖季中西部的断面降雨观测:系统设计与初步结果

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中国科学：地球科学 2023年第5期53卷 1006-1021页

作者：阳坤陈莹莹拉珠詹昌辉令小艳周旭姜尧志姚向楠卢麾马小刚欧阳琳潘伟任扬航邵长坤田佳鑫王岩杨桦岳思妤张可赵定池赵龙周建宏邹宓君清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室清华大学全球变化研究院北京100084 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境重点实验室国家青藏高原科学数据中心北京100101 西藏大学理学院生态研究中心拉萨850000 中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟院重点实验室北京100101 西南大学地理科学学院重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站重庆400715

青藏高原中西部环境恶劣,地表圈层相互作用强烈,近40年来气候和水循环变化显著.降水实测数据匮乏是该地区地表过程研究的一个瓶颈.近6年来,我们为该地区设计并建立了降雨的南北观测断面和东西观测断面,获得了暖季(5~9月)的小时分辨率降... 详细信息

青藏高原中西部环境恶劣,地表圈层相互作用强烈,近40年来气候和水循环变化显著.降水实测数据匮乏是该地区地表过程研究的一个瓶颈.近6年来,我们为该地区设计并建立了降雨的南北观测断面和东西观测断面,获得了暖季(5~9月)的小时分辨率降雨数据.南北断面从喜马拉雅山南坡的亚东河谷延伸到高原腹地的双湖县,共31个站;东西断面从高原西边的狮泉河延伸到中部的那曲,共22个站.该观测数据已应用于阐明高原中西部降水的时空变化特征,评价典型格点降水产品的质量,支持区域气候模式的开发,揭示夏季的湖气相互作用过程.该观测数据已在国家青藏高原科学数据中心公布.

关键词：青藏高原中西部降雨观测断面观测不确定性降水时空特征降水数据评估

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基于扩展卡尔曼滤波和自动微分技术对陆面数据同化系统参数的快速估计及其影响

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中国科学：地球科学 2023年第11期53卷 2591-2608页

作者：田佳鑫卢麾阳坤秦军赵龙周建宏姜尧志马小刚清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室清华大学全球变化研究院北京100084 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室国家青藏高原科学数据中心北京100101 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 西南大学地理科学学院重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站重庆400715 清华大学-西安市勘察测绘院新型智能测绘联合研究中心北京100084

土壤水分在干旱监测、洪水预报和水资源管理中发挥着重要作用.数据同化方法能结合模型和遥感的优势,生产高精度、时空连续的土壤水分数据.目前,陆面数据同化面临的主要难题之一是模型和观测误差的准确估计.为此,我们前面提出了双循环同... 详细信息

土壤水分在干旱监测、洪水预报和水资源管理中发挥着重要作用.数据同化方法能结合模型和遥感的优势,生产高精度、时空连续的土壤水分数据.目前,陆面数据同化面临的主要难题之一是模型和观测误差的准确估计.为此,我们前面提出了双循环同化算法,实现了模型和观测误差、模型算子和观测算子参数的同时估计.由于该算法需要设置较大的集合个数才能实现稳定的参数估计,导致参数估计效率低,限制了其在大范围陆面同化系统中的应用.为此,本研究通过:(1)采用二元数自动微分方法计算陆面过程模型(LSM)的雅可比矩阵以替代获取复杂的LSM的切线性模型;(2)采用扩展卡尔曼滤波(EKF)框架替代集合卡尔曼滤波框架,提高了双循环算法的参数估计效率.在模型积分步长为1h和参数优化窗口为90天的条件下,改进后的双循环算法参数优化效率提高近60倍.为检验双循环算法在区域尺度陆面数据同化中的效果,我们在青藏高原区域同化SMAP土壤水分产品,并利用四个不同地理气候环境下的土壤水分观测网数据验证同化结果.结果显示,在青藏高原区域,相较于基于默认参数的模型模拟结果,基于EKF改进的双循环同化算法能够校正模型参数和观测的偏差,估计的土壤水分精度更高,同时也提高了地表温度和蒸散发的估计精度.此外,相较于全球土壤数据中的沙土含量、黏土含量以及孔隙度,该方案得到的土壤参数空间分布更为合理.本研究改进的双循环算法有望进一步提高陆面、生态以及水文数据同化技巧.

关键词：土壤水分数据同化参数校正偏差校正误差估计自动微分

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基于CMIP6的中高温升情景对中国未来径流的预估

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中国科学：地球科学 2023年第3期53卷 505-524页

作者：周嘉月卢麾阳坤江锐捷杨媛汪伟张学君清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室清华大学全球变化研究院北京100084 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室国家青藏高原科学数据中心北京100101 Center for Western Weather and Water Extremes Scripps Institution of OceanographyUniversity of California San DiegoSan Diego 92037USA 长江勘测规划设计研究有限责任公司流域水安全保障湖北省重点实验室武汉430010 中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾研究所北京100038 水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心北京100038

最新的第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)提出了结合社会经济发展的新型共享路径(SSPs),试验设计更全面和科学,但目前基于CMIP6模式对中国未来多流域水文变化预估的研究较少.文章采用等距离累积分布函数方法(EDCDFm),基于中国高分辨率... 详细信息

最新的第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)提出了结合社会经济发展的新型共享路径(SSPs),试验设计更全面和科学,但目前基于CMIP6模式对中国未来多流域水文变化预估的研究较少.文章采用等距离累积分布函数方法(EDCDFm),基于中国高分辨率气象驱动数据集(CMFD)历史格点资料,对六个CMIP6模式的日降水量、日最高气温和日最低气温进行降尺度和偏差校正,用校正后的降水、气温和日均风速驱动可变下渗容量(VIC)水文模型,研究SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下21世纪未来多年平均中国陆地、流域和网格尺度的年降水量、年蒸散量和年总径流深相对历史基准期(1985~2014年)的变化.研究表明,VIC模型在中国主要流域径流模拟良好,降尺度偏差校正后CMIP6模式数据精度大幅度提高,在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,多模式平均的中国陆地和各流域的多年平均年降水量、年蒸散量和年总径流深在未来近期(2020~2049年)和远期(2070~2099年)都相对历史期增加.本文基于CMIP6模式的新研究结论,可为中国21世纪的极端事件预防、水资源利用和管理等提供有力的参考依据.

关键词： CMIP6 VIC模型 EDCDFm 中国流域未来水文变化

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