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热带地区雹暴的闪电活动-动力-微物理特征研究

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地球物理学报 2024年第9期67卷 3311-3326页

作者：李哲张廷龙郑栋崔学林余海甘志强高涛鲍敏周方聪海南省南海防灾减灾重点实验室海口570203 中国民用航空飞行学院航空气象学院四川广汉618300 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室北京100081 复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院上海200438

基于低频电场变化探测阵列三维闪电定位系统和S波段双偏振天气雷达数据, 对海南岛2021年6月24日一次雹暴过程的闪电活动和云内动力与微物理特征进行了详细的分析.结果显示: 该雹暴闪电活动以云闪为主, 占总闪的85.38%.降雹前发生的地闪... 详细信息

基于低频电场变化探测阵列三维闪电定位系统和S波段双偏振天气雷达数据, 对海南岛2021年6月24日一次雹暴过程的闪电活动和云内动力与微物理特征进行了详细的分析.结果显示: 该雹暴闪电活动以云闪为主, 占总闪的85.38%.降雹前发生的地闪以正地闪为主, 在降雹前25 min内, 正地闪频数占总地闪频数的60%, 高于一般雷暴正地闪活动比例.在雹暴成熟阶段, 上升气流出现两次增强, 而闪电频数的增加均滞后于上升气流增强的时段, 同时, 闪电频数的增加也可能与对流单体的合并有关.结合模糊逻辑判断法对云内降水粒子的识别, 计算了总闪与冰相粒子的相关系数, 其中霰和冰晶粒子与总闪相关性较高, 相关系数分别为0.76和0.83.根据闪电辐射源的空间分布特征, 推测该雹暴降雹前为反三极性电荷结构, 正电荷区位于约7~9.5 km(~-10 ℃至-25 ℃).

关键词：雹暴三维闪电定位双偏振雷达降水粒子识别

一次冰雹云发展的雷达回波特征分析及其防雹作业效果物理检验

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气象与环境科学 2024年第4期47卷 1-12页

作者：姚展予赵洁云屠琦张泽群刘臻王伟健姚振东中国气象科学研究院中国气象局云降水物理与人工影响天气重点开放实验室北京100081 成都信息工程大学成都610225 连云港市气象局江苏连云港222006

利用云南昭通CC雷达和威宁探空等资料,对贵州省威宁县2017年7月23日的一次冰雹云发展过程的雷达基本反射率因子和径向速度的变化特征进行分析,同时通过插值得到剖面变化特征,研究雹云垂直结构演变,并根据雷达回波顶高、强回波中心(45 d... 详细信息

利用云南昭通CC雷达和威宁探空等资料,对贵州省威宁县2017年7月23日的一次冰雹云发展过程的雷达基本反射率因子和径向速度的变化特征进行分析,同时通过插值得到剖面变化特征,研究雹云垂直结构演变,并根据雷达回波顶高、强回波中心(45 dBZ)高度、组合反射率和垂直累积液态水含量(VIL)这4个雷达探测特征物理量,进行时间序列分析,得到防雹作业效果。结果表明:(1)降雹前对流单体的合并使回波强度和VIL分别跃增至60 dBZ和50 kg·m^(-2)以上,冰雹云的雷达回波出现旁瓣回波和“V”形缺口。(2)中低层气流的径向辐合及高层强辐散带来的强烈抽吸作用所产生的上升气流,使雹云能够稳定维持和发展。(3)防雹作业后,雹云开始由上至下分裂直至完全分裂成两个孤立弱单体,回波顶高明显降低,组合反射率较峰值下降近30 dBZ。(4)在作业单元和对比单元的生命史时间内,作业单元的4个雷达探测特征物理量下降速率均大于对比单元的,表明防雹作业有效抑制了雹云的发展。通过对比分析发现,防雹作业24 min后,4个雷达探测特征物理量的双比值均小于1,进一步证明防雹作业取得了明显的正效果,加速了对流单体的消亡。

关键词：雷达回波雹云特征防雹效果物理检验

南京北郊冬季细颗粒物中水溶性离子的变化趋势

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环境科学学报 2024年第3期44卷 310-316页

作者：浮天蒋伯琪张佳颖陈爱军胡建林于兴娜南京信息工程大学大气物理学院中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室南京210044 南京信息工程大学环境科学与工程学院江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室南京210044

为了探究南京北郊冬季PM_(2.5)组分的长期变化特征、污染来源差异,于2014年、2015年、2019年和2021年冬季分别开展细颗粒物采样,使用离子色谱仪对PM_(2.5)中9种水溶性离子进行分析测定,并运用主成分分析法对离子进行源解析.结果表明:二... 详细信息

为了探究南京北郊冬季PM_(2.5)组分的长期变化特征、污染来源差异,于2014年、2015年、2019年和2021年冬季分别开展细颗粒物采样,使用离子色谱仪对PM_(2.5)中9种水溶性离子进行分析测定,并运用主成分分析法对离子进行源解析.结果表明:二次离子SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)和NH4+(SNA)占离子总浓度的75%~87%,其中,SO_(4)^(2-)与NH_(4)^(+)的离子浓度在2015年冬季达到峰值后出现逐年下降趋势,但NO_(3)^(-)的浓度与占比在2014—2019年均表现出上升趋势.4年中SO_(2)的二次转化程度均高于NO2,硫氧化率(SOR)于2019年达到最大值,而氮氧化率(NOR)则逐年下降.2019年起移动源对颗粒物的贡献程度大幅上升,固定源的贡献降低,NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-)比值显著增大.冬季NH4+、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)呈显著相关,推测主要结合为(NH_(4))_(2)SO_(4)、NH_(4)HSO_(4)和NH_(4)NO_(3)存在.主成分分析结果表明,移动源和燃烧源是南京北郊冬季PM_(2.5)的主要贡献者,然而2019年冬季与SO_(4)^(2-)相关的燃料燃烧源贡献显著降低,2021年扬尘源和工业源对PM_(2.5)的贡献相较于2019年有明显下降.

关键词： PM_(2.5) 水溶性离子变化趋势来源解析南京市

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华南前汛期强降水过程雨滴谱特征研究

暴雨灾害 2024年

作者：李晓惠冯璐叶朗明刘显通皮婉楷蒲义良徐碧裕邢飞广东江门市气象局/江门市季风强降水研究重点实验室中国气象局雷达气象重点开放实验室中国气象局广州热带海洋气象研究所

为了解华南前汛期暖区降水和锋面降水的微物理特征差异,利用二维视频雨滴谱仪(2DVD)资料、自动站降水资料以及ERA5再分析资料,以2017年6月17日、2023年4月6日锋面降水和2017年6月22日、2022年5月11日暖区降水为研究对象,对比分析暖区降... 详细信息

为了解华南前汛期暖区降水和锋面降水的微物理特征差异,利用二维视频雨滴谱仪(2DVD)资料、自动站降水资料以及ERA5再分析资料,以2017年6月17日、2023年4月6日锋面降水和2017年6月22日、2022年5月11日暖区降水为研究对象,对比分析暖区降水和锋面降水的雨滴谱特征、Gamma谱参数形状因子与斜率因子(μ-Λ)关系以及雷达反射率因子与雨强(Z-R)关系。结果表明:(1)锋面降水个例和暖区降水个例中,对流降水均占主要贡献,对流降水各粒径(尤其是粒径小于1 mm)数浓度高且粒径大;暖区对流降水发生时间概率和降水量贡献比例均大于锋面对流降水。(2)暖区降水和锋面降水对流发展阶段,雨强(R)的增长均滞后于雷达反射率因子(Z),暖区降水R、质量加权直径(Dm)和粒子数浓度(lgNw)极值均远大于锋面降水。(3)Dm和lgNw分布显示,暖区对流降水粒子分布较为分散,具有较大Dm和lgNw;锋面层云降水粒子具有较小Dm和lgNw。(4)锋面降水个例和暖区降水个例μ-Λ关系式以及Z-R关系式相差较大,且不同于经典大陆性对流云降水Z-R关系式。

关键词：雨滴谱锋面降水暖区降水华南前汛期

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基于海-冰-气系统的东亚冬季风统计预测

应用气象学报 2024年第2期35卷 168-181页

作者：邵祺多涂钢布和朝鲁刘实吉林省气象科学研究所/长白山气象与气候变化吉林省重点实验室/中高纬度环流系统与东亚季风研究开放实验室长春130062 中国科学院大气物理研究所国际气候与环境科学中心北京100029 吉林省气象局长春130062

东亚冬季风对东亚冬季的天气气候具有重要影响,对其预测研究是冬季气候预测的关键问题。已有东亚冬季风强度指数(ISA)与东北冬季气温在年际、年代际尺度具有显著且稳定的相关关系,但ISA的前兆信号在20世纪90年代末发生年代际转变,对ISA... 详细信息

东亚冬季风对东亚冬季的天气气候具有重要影响,对其预测研究是冬季气候预测的关键问题。已有东亚冬季风强度指数(ISA)与东北冬季气温在年际、年代际尺度具有显著且稳定的相关关系,但ISA的前兆信号在20世纪90年代末发生年代际转变,对ISA的预测效果转差。在海-冰-气系统重新寻找影响ISA的前兆因子,分析其与东亚冬季风的可能关联,构建统计预测方法并开展交叉检验。结果表明:20世纪80年代后ISA与前期热带太平洋马蹄型结构的海温、墨西哥湾流区海温、平流层欧亚中高纬环流型呈显著正相关,与巴伦支海海冰密集度呈显著负相关。以上前兆信号可通过冬季大气环流、海陆热力差等途径影响ISA,预测模型拟合效果较好,试报期间(2012—2022年)与实况的符号一致率达81.8%(9/11),可用于当前年代际背景下东亚冬季风强度预测。

关键词：东亚冬季风统计预测外强迫因子平流层年代际背景

祁连山区夏季一次层积云系降水过程的云微物理及区域水分收支特征

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兰州大学学报（自然科学版） 2024年第3期60卷 324-332页

作者：任婧张文煜张国航田硕王刚郑州大学计算机与人工智能学院地球科学与技术学院郑州450001 中国科学院大气物理研究所北京100029 中国气象局云雾物理环境重点开放实验室北京100081 兰州大学大气科学学院兰州730000

用数值模式结合实测数据,对祁连山区夏季一次典型的层积云系降水过程进行数值模拟.通过分析降水云系的微物理、水汽转化和区域水分收支特征,探讨祁连山区的降水形成机制.结果表明,中尺度天气预报模式能够模拟出祁连山区夏季层积云系的... 详细信息

用数值模式结合实测数据,对祁连山区夏季一次典型的层积云系降水过程进行数值模拟.通过分析降水云系的微物理、水汽转化和区域水分收支特征,探讨祁连山区的降水形成机制.结果表明,中尺度天气预报模式能够模拟出祁连山区夏季层积云系的发展演变过程以及降水量的时空变化特征.祁连山区层积云中的过冷云水含量较高,最大为2.6×10^(-3);地面降水主要来自于雪的融化过程,占70.15%,其次是雨滴碰并云滴增长和霰粒子的融化过程,分别占13.49%和12.04%.雪的形成主要来源于雪对过冷云水的淞附以及雪的凝华,分别占61.23%和37.93%.祁连山区的净水汽收支呈负值,且有大量降水,表明空中水资源利用效率较低.

关键词：祁连山区降水数值模拟云微物理水分转化与收支

中间层气辉光谱光度计高精度温度反演算法研究与验证

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中国科学：地球科学 2024年第5期54卷 1667-1679页

作者：牛书琦郜海阳闫召爱任珂寇蕾蕾江百川卜令兵中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 南京信息工程大学大气物理学院南京210044 中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049

基于光度学技术的气辉光谱探测仪器结构简洁、稳定性高,有望成为我国中高层大气温度组网观测的主力设备,为研究全球临近空间的温度分布和变化提供有力手段.但此类仪器容易受到自身差异性、观测环境条件等多因素影响,会带来组网观测时的... 详细信息

基于光度学技术的气辉光谱探测仪器结构简洁、稳定性高,有望成为我国中高层大气温度组网观测的主力设备,为研究全球临近空间的温度分布和变化提供有力手段.但此类仪器容易受到自身差异性、观测环境条件等多因素影响,会带来组网观测时的数据一致性问题.针对这一问题,本文基于课题组研发的气辉光谱光度计(the Mesospheric Airglow Spectrum Photometer,MASP),建立了一套多参数迭代反演算法(Multiple-parameter Iterative Inversion,MPII).该算法对图像圆心进行精准定位,并对图像畸变进行矫正,从而获得精确的实际观测合成光谱.综合考虑了天空杂散光、大气温度、滤光片温度、光学系统焦距和合成光谱调制度5个可变参数.反演温度的精确度相较于传统方法有显著提升.为验证反演算法的有效性和准确性,本文利用MASP与中国科学院国家空间科学中心研制的钠荧光多普勒激光雷达进行主被动遥感联合对比观测.基于钠荧光多普勒激光雷达观测温度,通过剔除大气背景辐射进行数据修正,并根据MPII算法进行温度反演.研究结果表明,相比于传统算法,MPII算法计算的反演温度与钠荧光多普勒激光雷达具有更好的一致性.

关键词：温度反演气辉光谱光度计转动谱线钠荧光多普勒激光雷达对比观测

高分五号02星高光谱成像仪中美典型甲烷超级排放源遥感反演与分析

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遥感学报 2024年第8期28卷 1986-2001页

作者：李飞孙世玮张永光封晨曦陈翠红毛慧琴刘银年南京大学国际地球系统科学研究所、江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 南京大学地理与海洋科学学院自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室、江苏省地理信息技术重点实验室南京210023 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 南京大学大气科学学院南京210023 生态环境部卫星环境应用中心北京100094 南通智能感知研究院南通226000 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外探测与成像技术重点实验室上海200083

检测和估算化石燃料生产活动中的甲烷泄漏有助于甲烷减排。星载高光谱成像仪是甲烷排放点源遥感监测的重要技术手段。本研究利用国产高分五号02星(GF-5 02)获取的高光谱成像仪(AHSI)与欧空局哨兵五号星(Sentinal-5P)的对流层观测仪(TROP... 详细信息

检测和估算化石燃料生产活动中的甲烷泄漏有助于甲烷减排。星载高光谱成像仪是甲烷排放点源遥感监测的重要技术手段。本研究利用国产高分五号02星(GF-5 02)获取的高光谱成像仪(AHSI)与欧空局哨兵五号星(Sentinal-5P)的对流层观测仪(TROPOMI)遥感数据,基于优化的甲烷柱浓度反演算法和中尺度气象模式,开展了对中美两国煤矿和油气设施的甲烷排放点源检测、量化以及不确定性评估。实验结果表明:(1) GF-5 02星AHSI载荷在中美两国甲烷排放热点区域内探测到了4处显著的甲烷点源泄漏排放,排放速率均大于0.5 t/h。其中,在二叠纪盆地监测到一处超级排放源,甲烷排放量高达11.7±4.4 t/h;(2)甲烷点源排放通量速率的估算会受到背景气象场的影响,点源处风速的不确定性贡献最大。研究结果表明,GF-5 02星高光谱成像仪在全球甲烷点源遥感识别和排放量估算中的应用潜力,可以为未来全球能源行业的甲烷泄漏检测工作提供重要数据支撑。

关键词：遥感高分五号02星(GF-502) 甲烷反演点源排放长治二叠纪盆地

淮河流域暖季极端高温干旱复合事件的演变特征及其与气候和植被的关系

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生态学报 2024年第13期44卷 5596-5608页

作者：姚昊昕李清泉赵亮吴星麒沈新勇段春锋李畅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 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 南京信息工程大学应用气象学院南京210044 南京信息工程大学大气环境中心教育部气候与环境变化国际合作联合实验室南京210044 海南省南海气象防灾减灾重点实验室海口570203 大气科学与卫星遥感安徽省重点实验室安徽省气象科学研究所合肥230031

使用淮河流域1981年至2020年的149个气象站点的气温和相对湿度数据,分析了流域暖季极端高温干旱复合事件(Compound Drought and Heat Events,CDHEs)的时空演变特征,并通过趋势分析和相关分析法探讨了CDHEs与气候和植被的关系。结果表明:... 详细信息

使用淮河流域1981年至2020年的149个气象站点的气温和相对湿度数据,分析了流域暖季极端高温干旱复合事件(Compound Drought and Heat Events,CDHEs)的时空演变特征,并通过趋势分析和相关分析法探讨了CDHEs与气候和植被的关系。结果表明:(1)CDHEs的发生日数在年代际尺度上呈现明显的增加趋势,并且范围扩大,频发区逐渐向淮河流域中西部移动;(2)在年际尺度上,CDHEs随时间序列呈显著的波动上升趋势,空间分布上以西北部为中心向四周递减。连续CDHEs事件呈年际变化,最大2至4天的连续事件存在波动,2019年达到高峰,并且在流域内零散或成片出现;(3)在月际尺度上,CDHEs的发生日数在6月最多,其次是5月、7月、9月和8月。淮河流域入汛前的旱情和入汛后的旱涝急转都容易导致CDHEs发生,而且随着月际变化向南移动;(4)CDHEs对水热条件和大气环流具有特别的敏感性。在850hPa反气旋和500hPa显著高压异常的控制下,高温、低湿、高蒸发和降水少的气候背景有利于淮河地区CDHEs的形成,尤其是在淮河中西部地区。因此,CDHEs的发生与气候变化密切相关;(5)CDHEs与植被生长也存在显著关系。CDHEs与GPP呈显著的负相关,而与NDVI呈显著的正相关,显著地区的土地类型以耕地和城乡、工矿、居民用地为主。GPP和NDVI的不同步可能是因为多种因素的非线性相互作用,而不仅仅是单一因素的影响。此外,对于GPP和NDVI来说,土壤含水量至关重要。总之,本文对淮河流域CDHEs的时空分布特征进行了深入研究,并探讨了其与气候和植被的关系。研究结果可以为该地区的气象灾害防御和生态环境保护提供科学依据和参考。

关键词：淮河流域极端高温干旱复合事件气候变化时空分布特征植被