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Evaluating the Capabilities of Soil Enthalpy, Soil Moisture and Soil Temperature in Predicting Seasonal Precipitation

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Advances in Atmospheric Sciences 2018年第4期35卷 445-456页

作者： Changyu ZHAO Haishan CHEN Shanlei SUN Key Laboratory of Meteorological Disaster Ministry of Education (KLME)/International Joint Research Laboratory of Climate and Environment Change (ILCEC)/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters (CIC-FEMD)Nanjing University of Information Science and Technology (NUIST) School of Atmospheric Science Nanjing University of Information Science and Technology (NUIST)

Soil enthalpy （H） contains the combined effects of both soil moisture （w） and soil temperature （T） in the land surface hydrothermal process. In this study, the sensitivities of H to w and T are investigated using the multi-linear regression method. Results indicate that T generally makes positive contributions to H, while w exhibits different （positive or negative） impacts due to soil ice effects. For example, w negatively contributes to H if soil contains more ice; however, after soil ice melts, w exerts positive contributions. In particular, due to lower w interannual variabilities in the deep soil layer （i.e., the fifth layer）, H is more sensitive to T than to w. Moreover, to compare the potential capabilities of H, w and T in precipitation （P） prediction, the Huanghe-Huaihe Basin （HHB） and Southeast China （SEC）, with similar sensitivities of H to w and T, are selected. Analyses show that, despite similar spatial distributions of H-P and T-P correlation coefficients, the former values are always higher than the latter ones. Furthermore, H provides the most effective signals for P prediction over HHB and SEC, i.e., a significant leading correlation between May H and early summer （June） P. In summary, H, which integrates the effects of T and w as an independent variable, has greater capabilities in monitoring land surface heating and improving seasonal P prediction relative to individual land surface factors （e.g., T and w）.

关键词： seasonal precipitation prediction land surface process soil enthalpy soil moisture soil temperature

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Regional Features and Seasonality of Land–Atmosphere Coupling over Eastern China

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Advances in Atmospheric Sciences 2018年第6期35卷 689-701页

作者： Chujie GAO Haishan CHEN Shanlei SUN Bei XU Victor ONGOMA Siguang ZHU Hedi MA Xing LI Key Laboratory of Meteorological Disaster Ministry of Education (KLME)/International Joint Research Laboratory of Climate and Environment Change (ILCEC)/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters (CIC-FEMD)Nanjing University of Information Science and Technology College of Atmospheric Science Nanjing University of Information Science and Technology Department of Meteorology South Eastern Kenya University

Land-atmosphere coupling is a key process of the climate system, and various coupling mechanisms have been proposed before based on observational and numerical analyses. The impact of soil moisture（SM） on evapotranspiration（ET） and further surface temperature（ST） is an important aspect of such coupling. Using ERA-Interim data and CLM4.0 offline simulation results, this study further explores the relationships between SM/ST and ET to better understand the complex nature of the land-atmosphere coupling（i.e., spatial and seasonal variations） in eastern China, a typical monsoon area. It is found that two diagnostics of land-atmosphere coupling（i.e., SM-ET correlation and ST-ET correlation） are highly dependent on the climatology of SM and ST. By combining the SM-ET and ST-ET relationships, two ＂hot spots＂ of land-atmosphere coupling over eastern China are identified： Southwest China and North China. In Southwest China, ST is relatively high throughout the year, but SM is lowest in spring, resulting in a strong coupling in spring. However, in North China, SM is relatively low throughout the year, but ST is highest in summer, which leads to the strongest coupling in summer. Our results emphasize the dependence of land-atmosphere coupling on the seasonal evolution of climatic conditions and have implications for future studies related to land surface feedbacks.

关键词： soil moisture surface temperature land-atmosphere interaction evapotranspiration coupling

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Hotspots of the sensitivity of the land surface hydrological cycle to climate change

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Chinese Science Bulletin 2013年第28期58卷 3682-3688页

作者： HUA WenJian CHEN HaiShan ZHU SiGuang sun shanlei YU Miao ZHOU LiMing Key Laboratory of Meteorological Disaster Ministry of EducationNanjing University of Information Science & Technology College of Global Change and Earth System Science Beijing Normal University Applied Hydrometeorological Research Institute Nanjing University of Information Science & Technology Department of Atmospheric and Environmental Sciences University at AlbanyState University of New York

Due to the shortage of the global observational data of the terrestrial hydrological variables,the understanding of how surface hydrological processes respond to climate change is still limited.In this study,the Community Land Model(CLM4.0)with high resolution atmospheric forcing data is selected to simulate the global surface hydrological quantities during the period 1948–2006and to investigate the spatial features of these quantities in response to climate change at the regional scales.The sensitivities of evaporation and runoff with respect to the dominant climate change factors(e.***.temperature and precipitation)derived from the concept of climate elasticity are introduced.Results show that evaporation has a declining trend with a rate of 0.7 mm per decade,while runoff shows a weak increasing trend of 0.15 mm per decade over the global land surface.Analyses of the hotspots in the hydrological cycle indicate that the spatial distributions for evaporation and runoff are similar over many areas in central Asia,Australia,and southern South America,but differ largely in high latitudes.It is also found that,the evaporation hotspots in arid regions are mainly associated with the changes in precipitation.Our sensitive analysis suggests that the hydrological quantities show a rather complicated spatial dependency of response of the water cycle to the different climate factors(temperature and precipitation).

关键词：敏感性分析气候变化水文循环陆地表面空间特征高纬度地区蒸发率水文变量

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气候变化对鄱阳湖流域径流的影响

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河海大学学报（自然科学版） 2020年第1期48卷 39-45页

作者：邓鹏孙善磊黄鹏年南京信息工程大学水文与水资源工程学院江苏南京210044

为研究未来气候变化对鄱阳湖流域径流的影响,构建了0.1°分辨率VIC水文模型,采用均匀设计法率定参数。应用CMIP5多模式气象数据结果驱动VIC模型,对RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下的鄱阳湖流域径流变化进行评估。结果表明,在RCP2.6和RCP4.... 详细信息

为研究未来气候变化对鄱阳湖流域径流的影响,构建了0.1°分辨率VIC水文模型,采用均匀设计法率定参数。应用CMIP5多模式气象数据结果驱动VIC模型,对RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下的鄱阳湖流域径流变化进行评估。结果表明,在RCP2.6和RCP4.5情景下未来期(2026—2040年)较基准期(2006—2020年)径流呈增加趋势,在RCP8.5情景下径流呈减少趋势。各种模式都在汛期径流有增加趋势,枯季径流有减小趋势,发生水文极端事件的态势更加明显。

关键词：气候变化鄱阳湖径流水文模型 VIC模型气候模式

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基于SPEI的中国干湿变化趋势归因分析

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气象科学 2018年第4期38卷 423-431页

作者：柴荣繁陈海山孙善磊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/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害教育部重点实验室南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

选用1960—2012年中国气象站点资料,利用标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index),研究了中国干湿变化趋势及其原因。过去52 a,中国干湿变化由西北向东南呈现"+-+"的空间分布状况,其中黄河流域、... 详细信息

选用1960—2012年中国气象站点资料,利用标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index),研究了中国干湿变化趋势及其原因。过去52 a,中国干湿变化由西北向东南呈现"+-+"的空间分布状况,其中黄河流域、长江流域西部、西南流域东南及珠江流域西部显著变干;淮河流域中西部和西北流域大部显著变湿;通过数值试验,定量计算了参考蒸散发及降水对干湿趋势的贡献状况。就中国总体而言,年平均参考蒸散发显著减少抵消了由年降水量减少导致的干化趋势,呈微弱变湿趋势;其次,降水仍然是多数区域干湿变化的主导因素(黄河流域中部、长江流域、西南流域、珠江流域及东南流域);同时,参考蒸散的影响值得引起注意,其在辽河流域、海河流域、淮河流域及西北流域对干湿趋势的贡献均超过降水贡献。

关键词：参考蒸散发 SPEI 趋势分析归因分析

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欧亚大陆土壤焓异常持续性的时空变化特征

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气象科学 2018年第1期38卷 19-27页

作者：赵昶昱陈海山孙善磊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/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害教育部重点实验室南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

土壤焓作为一种综合考虑地表状况(如土壤湿度、土壤温度等)的特殊陆面因子,可以直接从能量角度反映陆地下垫面的热力状况,故探讨土壤焓异常持续性的相关特征,有助于加深理解地表热力异常对气候的影响。本研究基于陆面过程模式CLM4.0模... 详细信息

土壤焓作为一种综合考虑地表状况(如土壤湿度、土壤温度等)的特殊陆面因子,可以直接从能量角度反映陆地下垫面的热力状况,故探讨土壤焓异常持续性的相关特征,有助于加深理解地表热力异常对气候的影响。本研究基于陆面过程模式CLM4.0模拟的土壤温度、土壤液态水和土壤固态水及土壤物质类型(IGBP地表属性),分别计算了欧亚大陆冬季和夏季土壤干物质焓、土壤液态水焓和土壤固态水焓及土壤焓(前三者之和);由于土壤温度和土壤固、液态水含量的差异,浅层土壤焓及其三个组元表现出明显的区域性和季节性特征;欧亚大陆冬季土壤焓异常持续性总体较夏季强,尤其是中高纬地区;另外,土壤干物质焓、液态水焓的纬度和季节性差异也体现在对近地面大气的热力强迫上,具体表现为土壤干物质焓、液态水焓分别与感热、潜热密切相关。本研究通过较为细致地分析土壤焓异常持续性的时空变化特征,为进一步开展下垫面热力异常(以土壤焓表征)的气候效应提供了重要的信息参考。

关键词：土壤焓感热和潜热持续性季节性差异欧亚大陆

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我国中部地区夏季干旱的多时间尺度特征及其环流、海温异常

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气象科学 2019年第3期39卷 386-395页

作者：赵昶昱陈海山孙善磊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/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害教育部重点实验室南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044 宁波市气象站浙江宁波315012

基于CRU逐月降水和NCEP/NCAR再分析等资料,利用集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)方法,分析1948—2016年中国中部地区夏季降水变化的多时间尺度特征及其对应的环流、海温异常,进而解释不同时期影响干旱发... 详细信息

基于CRU逐月降水和NCEP/NCAR再分析等资料,利用集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)方法,分析1948—2016年中国中部地区夏季降水变化的多时间尺度特征及其对应的环流、海温异常,进而解释不同时期影响干旱发生的背景场有何不同。结果表明,中部地区夏季降水以年际变化为主,周期长度为3.8 a和6.9 a,年代际和多年代际变化的方差贡献不足20%。然而,各时间尺度降水变化对不同时期干旱事件的贡献存在较大差异,1960s、1970s,降水年际变化偏弱,相反地,多年代际变化正处于负位相的极小值期;1980s、1990s,多年代际变化位相转正;2000s初,年际变化明显增强。此外,通过分析不同时间尺度降水变化对应的环流、海温背景场,发现热带印度洋海温异常及其引起的西北太平洋副热带高压的变化、大西洋北部海温异常激发的纬向波列以及贝加尔湖地区的阻塞活动、1970s末PDO位相转变伴随的东亚夏季风突变是分别解释降水年际、年代际和多年代际变化的主要原因,进而揭示影响中部地区夏季干旱发生的关键因子及其相对重要性。

关键词：中部地区干旱夏季降水环流和海温异常多时间尺度 EEMD方法

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基于MODIS卫星资料研究三峡工程对库区地表温度的影响

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气候变化研究进展 2014年第3期10卷 226-234页

作者：高蕾陈海山孙善磊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南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044 南京信息工程大学应用水文气象研究院南京210044

利用2001—2012年MODIS地表温度资料,分析了三峡库区蓄水后水体对冬、夏两季白天和夜间地表温度的影响。由于下垫面水陆和地势的影响,白天地表温度高值区主要位于四川盆地东部,夜间则主要出现在长江江面;温度日较差在长江和海拔较高地... 详细信息

利用2001—2012年MODIS地表温度资料,分析了三峡库区蓄水后水体对冬、夏两季白天和夜间地表温度的影响。由于下垫面水陆和地势的影响,白天地表温度高值区主要位于四川盆地东部,夜间则主要出现在长江江面;温度日较差在长江和海拔较高地区较小,且夏季水体日较差小于冬季。分别用水体和I^X缓冲区地表温度减去XI缓冲区去除气候背景场影响,发现冬季白天地表温度趋势在水体及I^VI缓冲区由下降转为上升,夜间地表温度在相同距离内显著升高。利用蓄水后(2003—2012年)地表温度和日较差分别减去蓄水前(2001—2002年)剔除地形影响,发现:冬季,三峡工程水库蓄水对局地地表温度具有增温效果,且强度和范围夜间大于白天;夏季,对地表温度有降温作用,白天大于夜间;同时,冬、夏季的温度日较差减小;且水体对局地地表温度和日较差的影响随距水体距离的增加而减小,其影响范围基本维持在0~8 km范围内。

关键词：地表温度 MODIS卫星资料三峡工程库区

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基于集中-分散交易机制的多产消者两阶段鲁棒优化模型

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电力自动化设备 2022年第5期42卷 175-182页

作者：王善磊孙国强吴晨胡国伟周亦洲陈胜卫志农河海大学能源与电气学院江苏南京211100 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院江苏南京210008

针对产消者参与电力市场交易过程中的不确定性,提出一种多产消者两阶段鲁棒集中-分散交易模型。考虑产消者之间可进行点对点分散交易,建立多产消者集中-分散市场交易模型;考虑光伏出力不确定性对交易策略的影响,构建多产消者两阶段鲁棒... 详细信息

针对产消者参与电力市场交易过程中的不确定性,提出一种多产消者两阶段鲁棒集中-分散交易模型。考虑产消者之间可进行点对点分散交易,建立多产消者集中-分散市场交易模型;考虑光伏出力不确定性对交易策略的影响,构建多产消者两阶段鲁棒市场交易模型;采用Nash谈判法实现多产消者合作剩余的公平分配。仿真算例验证了所建模型的有效性。

关键词：产消者集中-分散交易 Nash谈判两阶段鲁棒优化点对点交易

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多源日光诱导叶绿素荧光产品在中国地区的一致性研究

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遥感技术与应用 2022年第1期37卷 125-136页

作者：杨凤珠王震山张乾孙善磊柳艺博南京信息工程大学应用气象学院/江苏省农业气象重点实验室/生态研究院江苏南京210044 南京大学国际地球系统科学研究所江苏南京210023 南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044

日光诱导叶绿素荧光(sun-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)是表征植被光合的有效探针。基于不同卫星遥感衍生的各种SIF产品已被广泛应用,然而,不同产品在中国区域表现及一致性仍不明晰。以中国生态系统光谱观测网络(China Spec)... 详细信息

日光诱导叶绿素荧光(sun-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)是表征植被光合的有效探针。基于不同卫星遥感衍生的各种SIF产品已被广泛应用,然而,不同产品在中国区域表现及一致性仍不明晰。以中国生态系统光谱观测网络(China Spec)农田站SIF观测数据为参考评估CSIF、GOSIF、SIF_(oco2-005)、SIF_(LUE)(SIF_(LUE_JJ)/SIF_(LUE_PK))、SIF_(005)等产品,并从不同时空尺度探讨它们的一致性。结果表明:(1)不同产品在4个农田站表现不尽相同,3个农田站存在高估现象。SIF_(LUE)整体表现较好,GOSIF次之,而后是SIF_(005)和SIF_(oco2_005)。(2)各产品空间格局具有较高一致性,但其幅度存在差异:年均值方面,SIF_(LUE_PK)最大(0.21 W m^(-2)μm^(-1)sr^(-1)),CSIF最小(0.08 W m^(-2)μm^(-1)sr^(-1)),SIF_(005)、SIF_(oco2_005)、SIF_(LUE_JJ)、GOSIF依次分别为0.17、0.15、0.13和0.11 W m^(-2)μm^(-1)sr^(-1);年最大值方面,SIF_(LUE_PK)最大(0.48 W m^(-2)μm^(-1)sr^(-1)),SIF_(LUE_JJ)最小(0.30 W m^(-2)μm^(-1)sr^(-1)),SIF_(005)、SIF_(oco2_005)、GOSIF、CSIF依次分别为0.44、0.36、0.33和0.31 W m^(-2)μm^(-1)sr^(-1)。(3)2008~2016年间SIF年均值变化趋势方面,GOSIF和CSIF整体呈显著升高的趋势(显著升高区域分别占23.6%和18.6%),全国均值升高速率分别为1.58×10^(-3)和1.23×10^(-3)W m^(-2)μm^(-1)sr^(-1)a^(-1);而SIF_(LUE_PK)和SIF_(005)整体呈显著下降趋势(显著下降区域分别占16.3%和14.7%),全国均值下降速率分别为3.62×10^(-3)和1.39×10^(-3)W m^(-2)μm^(-1)sr^(-1)a^(-1);SIF_(LUE_JJ)在全国区域整体变化趋势不明显。(4)2008~2016年间SIF年最大值变化趋势与SIF年均值类似:CSIF和GOSIF整体呈显著升高(显著升高区域分别占10.1%和9.9%),全国均值增速分别为2.89×10^(-3)和2.15×10^(-3)W m^(-2)μm^(-1)sr^(-1)a^(-1);SIF_(LUE_PK)和SIF_(005)整体显著下降(显著下降区域分别占16.9%和22.3%),全国均值下降速率分别为7.96×10^(-3)和8.09×10^(-3)W m^(-2)μm^(-1)sr^(-1)a^(-1);SIF_(LUE_JJ)在全国区域整体变化趋势亦不明显。

关键词：日光诱导叶绿素荧光 ChinaSpec 卫星遥感中国一致性

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