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2013—2023年兰州山谷持续性冷池空气污染特征

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干旱区研究 2024年第3期41卷 375-386页

作者：康国强马敏劲曹译丹陈然兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000

持续性冷池(Persistent Cold Air Pools,PCAPs)在山谷城市长时间聚集空气污染物,严重影响居民生活与身体健康。本文使用2013年1月—2023年11月的探空数据和空气质量逐日数据,计算并统计分析了兰州山谷PCAPs发生特点,以及PCAPs强度对污... 详细信息

持续性冷池(Persistent Cold Air Pools,PCAPs)在山谷城市长时间聚集空气污染物,严重影响居民生活与身体健康。本文使用2013年1月—2023年11月的探空数据和空气质量逐日数据,计算并统计分析了兰州山谷PCAPs发生特点,以及PCAPs强度对污染物浓度变化的影响,最后对比分析PCAPs事件期间存在沙尘气溶胶污染时各污染物浓度的变化情况。结果发现:2013—2023年期间一共发生59次PCAPs事件,共计持续197 d。PCAPs期间的山谷热亏缺与PM2.5浓度比非PCAPs期间分别高4.4 J·m^(-2)和52.59μg·m^(-3)。PCAPs期间空气质量指数(Air Quality Index,AQI)、SO2浓度、NO2浓度、CO浓度、PM10浓度增长分别为70.37%、144.3%、84.3%、156%、73.15%,而O3浓度下降60.89%。在PCAPs期间并且无沙尘气溶胶时,PM2.5:PM10的值平均在0.58,在PCAPs期间并且有沙尘气溶胶时,PM2.5:PM10的值平均在0.31。当存在沙尘气溶胶时PM2.5浓度、PM10浓度、AQI、O3浓度增长分别为:18.33%、133.03%、84.44%、8.5%;而SO2浓度和CO浓度则分别降低17.54%和17.88%。研究结果可为兰州地区大气污染防治及管理策略提供参考。

关键词：持续性冷池沙尘气溶胶山谷城市山谷热亏缺空气污染

利用探空观测评估北半球卫星及再分析对流层臭氧数据

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高原气象 2024年

作者：杨景怡田文寿雒佳丽段佳康何昕兰州大学大气科学学院

对流层臭氧是一种污染气体，也是重要的温室气体，它可以影响人类健康、严重危害生态环境。本研究利用WOUDC(The World Ozone and Ultraviolet Radiation Data Centre)发布的臭氧探空观测数据，评估了2007-2018年北半球地区GOME-2A(Glob... 详细信息

对流层臭氧是一种污染气体，也是重要的温室气体，它可以影响人类健康、严重危害生态环境。本研究利用WOUDC(The World Ozone and Ultraviolet Radiation Data Centre)发布的臭氧探空观测数据，评估了2007-2018年北半球地区GOME-2A(Global Ozone Monitoring Experiment 2 aboard METOP-A)、OMI(OzoneMonitoringInstrument)卫星的对流层臭氧柱含量产品以及TCR-2(UpdatedTropospheric Chemistry Reanalysis)再分析对流层臭氧产品。分析结果表明，在赤道美洲地区、亚热带地区、欧洲西部和加拿大地区，GOME-2A与探空观测之间的相关系数最高可达0.56，相对偏差百分比绝对值不超过15%；在加拿大地区、美国东部地区和欧洲西部地区，OMI与探空观测之间的相关系数为0.65～0.72，标准化的均方根误差为0.47～0.56；就整个北半球区域而言，TCR-2对流层臭氧柱含量与探空观测之间的相关系数为0.41～0.95，标准化的均方根误差为0.18～0.48，优于其他两种卫星资料。此外，进一步探讨对流层臭氧柱含量趋势结果发现，TCR-2对流层臭氧柱含量变化趋势与探空观测结果较为一致。利用评估后的数据进一步分析发现，在赤道美洲地区、欧洲西部地区和中国地区对流层臭氧柱含量增加，而近年来在北极地区、加拿大地区和美国东部地区对流层臭氧柱含量减少。

关键词：对流层臭氧对流层臭氧柱含量资料评估北半球

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人工智能技术在未来改进天气预报中的作用

科学通报 2024年第17期69卷 2336-2343页

作者：黄建平陈斌西部生态安全省部共建协同创新中心兰州730000 兰州大学大气科学学院兰州730000

天气预报一直是一个复杂而充满挑战的领域.由于大气系统是高度非线性,即使极其微小的变化也可能对大气运动产生不可预知的扰动,这种大气中普遍存在的“蝴蝶效应”也正是天气预报的难点所在[1].长期以来,天气预报主要依赖于传统的数值天... 详细信息

天气预报一直是一个复杂而充满挑战的领域.由于大气系统是高度非线性,即使极其微小的变化也可能对大气运动产生不可预知的扰动,这种大气中普遍存在的“蝴蝶效应”也正是天气预报的难点所在[1].长期以来,天气预报主要依赖于传统的数值天气预报模型.随着具有非线性学习能力的深度学习技术的崛起,气象领域开始应用人工智能模型.人工智能(artificial intelligence,AI)模型在短时预报、气象图像处理以及气候模拟等在内的多个气象领域的应用均有重要的突破[2,3].

关键词：人工智能技术图像处理天气预报气象领域蝴蝶效应大气运动短时预报气候模拟

CO_(2)辐射效应与生理效应对气候系统影响异同的模拟研究

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气候变化研究进展 2024年第2期20卷 170-181页

作者：吴星怡曹龙浙江大学地球科学学院大气科学系杭州310027

基于CESM地球系统模式,模拟研究不同CO_(2)浓度变化情景下,在快响应阶段和平衡阶段,CO_(2)通过影响大气辐射传输过程的辐射效应和通过影响植被气孔的生理效应对气候系统的影响和作用机制异同。试验结果表明,在CO_(2)倍增的情况下,CO_(2... 详细信息

基于CESM地球系统模式,模拟研究不同CO_(2)浓度变化情景下,在快响应阶段和平衡阶段,CO_(2)通过影响大气辐射传输过程的辐射效应和通过影响植被气孔的生理效应对气候系统的影响和作用机制异同。试验结果表明,在CO_(2)倍增的情况下,CO_(2)辐射效应和生理效应都会引起全球地表的增温。辐射效应在两个阶段的地表增温中均起主导作用,而在快响应阶段,生理效应在全球陆表增温中贡献率达到了(27.5±0.9)%。CO_(2)辐射效应和生理效应对全球水循环的影响有明显差异。在平衡阶段,CO_(2)辐射效应使全球地表蒸散增加(5.2±0.1)%,径流量增加(8.0±0.4)%;而CO_(2)生理效应使全球地表蒸散量下降(3.9±0.1)%,径流量增加(10.1±0.4)%。在快响应阶段,生理效应在蒸散量的变化中占据主导作用。在CO_(2)倍增试验基础上,又进行了大气CO_(2)浓度分别为400×10^(-6)、600×10^(-6)、800×10^(-6)、1000×10^(-6)的模拟试验。随着CO_(2)浓度的增加,受辐射效应影响,地表温度、蒸散量和降水量出现持续增加,但增幅有所放缓;受CO_(2)生理效应影响,地表蒸散量持续减少,下降幅度并未出现明显变化。CO_(2)辐射效应和生理效应的协同作用具有非线性。对于地表温度、降水和蒸散等变量,CO_(2)辐射效应和生理效应共同作用引起的变化与两者单独作用时引起的变化之和存在差异,且这种差异随着CO_(2)浓度的增加越来越显著。

关键词：气候变化 CO_(2)辐射效应植被气孔 CO_(2)生理效应

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利用地面观测评估ERA5云底高度产品

大气科学 2024年第2期48卷 735-744页

作者：李丹刘玉芝邵天彬罗润谭子渊兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000

云底高度对天气预报和飞行保障有着重要作用,但目前十分缺乏高时空分辨率的云底高度资料。本文利用中国东部地区云底高度的地面观测对ERA5再分析资料的云底高度进行评估,基于地面观测和ERA云底高度的小时平均偏差对ERA进行了初步订正和... 详细信息

云底高度对天气预报和飞行保障有着重要作用,但目前十分缺乏高时空分辨率的云底高度资料。本文利用中国东部地区云底高度的地面观测对ERA5再分析资料的云底高度进行评估,基于地面观测和ERA云底高度的小时平均偏差对ERA进行了初步订正和验证,综合分析了中国地区的云底高度分布特征。分析发现,ERA5再分析数据中的云底高度比观测值整体偏低,其中高估了低云的云底高度,低估了中、高云云底高度,且中、高云云底高度的偏差较大。另外,在有降水的条件下,ERA5数据中低云云底高度的准确性比无降水条件下的相对较高,但中、高云云底高度的准确性却更低。综合地面观测和ERA5数据云底高度的日变化和月变化分析发现,在我国东部地区,白天的云底高度整体低于夜间,峰值出现在夜间22:00(北京时间,下同),谷值出现在上午09:00,秋季和冬季的ERA5云底高度月变化与地面观测资料较为一致。基于日变化分析获得的小时平均偏差对ERA5数据的云底高度进行订正和验证,分析发现,2010~2019年间,中国地区的云底高度呈现自西北向东南逐渐降低的分布特征;中国南部、东北地区和青藏高原区域的云底高度相对较低,其中,青藏高原夏季和秋季的云底高度较低,春季和冬季较高,而沙漠地区在四个季节的云底高度都较高。

关键词：云底高度分布特征地面观测 ERA5 再分析数据

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实现碳中和目标涉及的科学问题

气候变化研究进展 2024年

作者：张人禾复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院

提出了与实现碳中和目标相关联的主要科学问题。从地球系统自然变化、碳中和与地球自然系统、碳中和与人为影响三方面，指出了实现碳中和目标需要提升的科学认识及其在实现碳中和目标中的作用。具体来说，在地球系统自然变化方面的科学... 详细信息

提出了与实现碳中和目标相关联的主要科学问题。从地球系统自然变化、碳中和与地球自然系统、碳中和与人为影响三方面，指出了实现碳中和目标需要提升的科学认识及其在实现碳中和目标中的作用。具体来说，在地球系统自然变化方面的科学问题包括地球自然系统碳循环、地球系统自然过程在气候变暖中的作用、古气候变化；在碳中和与地球自然系统方面的科学问题包括碳中和对地球自然系统的影响、气候变暖对温室气体辐射强迫的敏感性；在碳中和与人为影响方面的科学问题包括地球自然系统和社会经济系统的相互作用、清洁能源建设以及与其相关联的局地尺度大气变化及其影响、地球工程及其对地球自然系统的影响。对这些问题的深入认识，是合理有效应对和减缓气候变化的重要科学基础，将会对实现碳中和目标提供重要科学支撑。

关键词：碳中和温控目标科学问题

青藏高原地区一次深对流活动对平流层——对流层物质交换影响的模拟研究

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大气科学 2024年第4期48卷 1329-1344页

作者：刘迪田文寿雒佳丽张如华兰州大学大气科学学院/半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000

利用WRF-Chem模式分析了2010年8月12日发生在青藏高原东南部的一次深对流过程中的平流层—对流层物质交换(STE)过程及其影响机制。结果表明,此次深对流系统具备穿透性对流特征,强上升气流能够直接将近地面含高浓度CO和低浓度O_(3)的空... 详细信息

利用WRF-Chem模式分析了2010年8月12日发生在青藏高原东南部的一次深对流过程中的平流层—对流层物质交换(STE)过程及其影响机制。结果表明,此次深对流系统具备穿透性对流特征,强上升气流能够直接将近地面含高浓度CO和低浓度O_(3)的空气输送至低平流层,使低平流层CO浓度升高、O_(3)浓度降低。同时,深对流活动激发了较强的湍流混合过程,在深对流活动结束后的3~4小时内,湍流混合作用导致上对流层下平流层(UTLS)区域持续发生STE过程,将对流层的冰晶、CO和O_(3)输送至低平流层,但受凝结脱水作用影响,湍流过程向低平流层传输的水汽减少。

关键词：平流层—对流层物质交换(STE) 深对流青藏高原 WRF-Chem 模式

塔克拉玛干沙漠春季沙尘活动与西风急流位置变化的关系

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高原气象 2024年

作者：何珊娟王天河谭睿琦张欣怡董元柱唐靖宜兰州大学西部生态安全省部共建协同创新中心兰州大学大气科学学院

基于1980-2020年MERRA-2再分析资料和气象站点沙尘日数资料，利用定义的西风急流位置指数挑选了春季各月急流位置显著变化的年份，通过对比分析急流偏北和偏南年沙尘混合比、沙尘日数和大气环流场的差异，初步揭示了西风急流位置变化对... 详细信息

基于1980-2020年MERRA-2再分析资料和气象站点沙尘日数资料，利用定义的西风急流位置指数挑选了春季各月急流位置显著变化的年份，通过对比分析急流偏北和偏南年沙尘混合比、沙尘日数和大气环流场的差异，初步揭示了西风急流位置变化对塔克拉玛干沙漠沙尘活动的影响。研究发现：（1）春季各月西风急流的位置随年份呈现很强的波动性，且不同月份年际变化趋势不同，其经向移动主要是由沙漠上空南北温度梯度的变化引起的；（2）春季塔克拉玛干沙漠沙尘活动与西风急流位置变化有显著的相关性，当急流北移（南移）时，大气柱各层沙尘混合比均有显著的增加（减少）；（3）春季塔克拉玛干沙漠沙尘日数与西风急流的南北移动紧密关联，急流北移将导致春季各月浮尘、扬沙、沙尘暴平均日数增加；（4）伴随春季西风急流北移，青藏高原及塔克拉玛干区域中高层大气被异常反气旋主导，沙漠上空西风急流增强，动量下传增加，同时低层大气出现异常东风，地表风速增强，显著影响了塔克拉玛干沙漠腹地沙尘的排放和输送。

关键词：塔克拉玛干沙漠沙尘活动西风急流

2021年“7·20”河南特大暴雨水汽输送特征

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兰州大学学报（自然科学版） 2024年第2期60卷 143-150页

作者：闫玮欧阳智王泳棋黄建平赵庆云兰州大学大气科学学院兰州730000 兰州大学西部生态安全省部共建协同创新中心兰州730000

2021年7月20日河南郑州出现极端暴雨,降水量达624.1 mm,最大小时降水量201.9 mm,突破中国内地小时降水量历史极值.利用常规气象观测资料、再分析资料以及基于拉格朗日方法的水汽轨迹追踪模式,分析暴雨的水汽输送情况.结果表明,大尺度环... 详细信息

2021年7月20日河南郑州出现极端暴雨,降水量达624.1 mm,最大小时降水量201.9 mm,突破中国内地小时降水量历史极值.利用常规气象观测资料、再分析资料以及基于拉格朗日方法的水汽轨迹追踪模式,分析暴雨的水汽输送情况.结果表明,大尺度环流异常形成的持续偏东风和南风的水汽输送,导致河南大范围持续暴雨;持续存在的低涡是降水长时间持续的原因,同时高、低空环流系统配置,为暴雨发展提供有利条件;20日郑州南边界水汽输送的急剧增加,是造成极端暴雨的关键;暴雨水汽输送通道主要有700 hPa高度上来自南海的水汽贡献(61.0%)和太平洋通道(33.0%);850 hPa,来自太平洋的水汽贡献达82.3%,来自南海水汽贡献为17.7%.

关键词：极端暴雨水汽输送水汽收支拉格朗日方法