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影响华北重度和轻度高温热浪的大气背景场差异分析

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大气科学学报 2024年第1期47卷 124-135页

作者：靳鑫桐周波涛谢文欣胡跃鹏范怡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江苏南京210044

首先识别了1961—2020年华北地区的高温热浪事件,在此基础上筛选出重度和轻度高温热浪事件多发年份,对比分析了重度和轻度高温热浪事件的时空变化特征以及大气背景差异。结果表明,重度和轻度高温热浪发生频次的高值区分别位于华北北部... 详细信息

首先识别了1961—2020年华北地区的高温热浪事件,在此基础上筛选出重度和轻度高温热浪事件多发年份,对比分析了重度和轻度高温热浪事件的时空变化特征以及大气背景差异。结果表明,重度和轻度高温热浪发生频次的高值区分别位于华北北部和中南部。自20世纪60年代以来,华北重度和轻度高温热浪事件频次均呈现显著的增长趋势,其中重度高温热浪事件频次的增加更为明显。对应华北重度高温热浪事件多发,东亚中纬度地区为准相当正压结构的异常反气旋性环流控制,华北地区位于异常反气旋性环流的东南部。在该异常环流背景下,华北地区上空呈现异常下沉运动、云量偏少、大气整体偏干。在异常下沉绝热增温的同时,晴朗干燥的配置有利于更多的太阳辐射到达地表,相应的向上长波辐射和感热通量增加,进一步加热近地表大气。在华北轻度高温热浪事件高发年,华北位于异常反气旋(东南侧)和气旋(西北侧)性环流之间,主要受异常西南风控制。异常西南风向华北输送暖平流加热大气的同时,增加了华北上空的水汽。偏多的水汽捕获更多的长波辐射并反射至地表,利于气温升高。

关键词：重度高温热浪轻度高温热浪华北大气背景动力水汽条件热力条件

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ENSO循环海表温度演变多样性的客观分类

高原气象 2024年

作者：刘嘉锡朱志伟卢睿李娟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

厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO）是热带太平洋最显著的年际气候变率模态，其海温异常（Sea Surface Temperature Anomalies, SSTA）的演变过程呈周期性和锁相性特征。本文从ENSO循环角度出发，使用K均值聚类法... 详细信息

厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO）是热带太平洋最显著的年际气候变率模态，其海温异常（Sea Surface Temperature Anomalies, SSTA）的演变过程呈周期性和锁相性特征。本文从ENSO循环角度出发，使用K均值聚类法（K-Means Clustering Analysis, KMA）对1961-2021年ENSO的SSTA演变进行分类，得到ENSO循环的SSTA演变3类和5类两种客观分类结果。当分3类时，ENSO循环的SSTA基本演变特征分别为暖发展、暖衰减和冷持续过程；而分5类时，超强和普通暖事件发展、衰减过程在强度和纬向分布上的差异能够被进一步反映出来。为解释该差异，本文又引入结合主成分分析（Empirical Orthogonal Function, EOF）的KMA方法。通过将EOF主模态分为两大类，分别代表ENSO循环的纬向一致发展模态和纬向非对称发展模态，分离了ENSO循环中赤道太平洋SSTA纬向一致和纬向非对称发展过程。在此基础上，结合KMA聚类分析结果对不同类别的ENSO循环特征进行分析，发现纬向非对称发展模态叠加在纬向一致发展模态上，可最终导致ENSO的SSTA年循环纬向发展速度的不对称。对ENSO纬向一致和非对称演变模态进行回归重构，发现风、温跃层厚度异常可能是造成SSTA纬向非对称演变的关键。本文客观定义ENSO演变的不同类型，为ENSO多样性的气候动力学及其气候影响研究提供了一定参考。

关键词： ENSO循环 K均值聚类主成分分析太平洋海温

碳中和情景下人为排放对全球对流层臭氧的影响研究

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中国环境科学 2024年第6期44卷 3517-3530页

作者：王欣玥张佳蕾侯雪伟吴儒鸿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中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室江苏南京210044 中国气象局大气化学重点开放实验室北京100081

本文采用地球系统模式,以未来碳中和排放清单和平流层示踪物O_(3)S为基础,揭示了未来对流层O_(3)及其前体物的变化特征及成因.研究结果表明:碳中和排放情景下,特别在冬春季节,全球范围内的NO_(x)人为排放和飞机排放量均显著降低,这使得... 详细信息

本文采用地球系统模式,以未来碳中和排放清单和平流层示踪物O_(3)S为基础,揭示了未来对流层O_(3)及其前体物的变化特征及成因.研究结果表明:碳中和排放情景下,特别在冬春季节,全球范围内的NO_(x)人为排放和飞机排放量均显著降低,这使得近地面NO_(x)浓度随之降低.NO_(x)作为对流层O_(3)的重要前体物之一,其浓度的剧烈减少使得近地层O_(3)浓度显著降低,但在中国东部地区,由于NO对O_(3)滴定作用的减弱,最终使得冬季近地面O_(3)呈现增加趋势;垂直方向上O_(3)浓度减少最为显著的区域集中在对流层顶附近,减少量达26×10^(-9)以上,且夏季最为显著,这主要与飞机排放减少导致的平流层O_(3)浓度降低有关.碳中和排放情景下平流层入侵对全球近地面O_(3)的平均贡献减少量在冬季最高,为1.7×10^(-9),夏季最低,为0.9×10^(-9);北半球平流层入侵贡献减少量最显著区域集中在高纬地区,达4×10^(-9).垂直方向上,平流层入侵贡献减少量随高度增加,在对流层上层,平流层的贡献量降低高达24×10^(-9)以上,且冬季最强.总之,碳中和排放情景下地表人为排放及飞机排放的改变对全球O_(3)污染有很好的减轻作用,平流层贡献量的降低对未来O_(3)浓度的变化也有重要贡献.

关键词：碳中和排放情景对流层臭氧人为排放 CESM2 平流层贡献

北疆冬季持续性极端低温事件延伸期的环流异常特征

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大气科学 2024年第2期48卷 585-601页

作者：马丽云陈平胡景高姚俊强毛炜峄中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所乌鲁木齐830002 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

本文利用1951~2019年国家气象信息中心逐日站点数据和NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季北疆(新疆北部)持续性极端低温事件(PECE)频次的时空分布特征,并探讨了平流层与对流层在事件发生发展过程中的作用。分析表明:年代际尺度上,北疆PECE... 详细信息

本文利用1951~2019年国家气象信息中心逐日站点数据和NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季北疆(新疆北部)持续性极端低温事件(PECE)频次的时空分布特征,并探讨了平流层与对流层在事件发生发展过程中的作用。分析表明:年代际尺度上,北疆PECE在20世纪60年代发生频次最多,此后逐渐减少,表明北疆区域发生该事件的概率在降低。空间分布上,无论是极端低温频次还是冷空气强度,极值中心皆在额尔齐斯河流域一线。北疆PECE发展过程中,平流层和对流层环流皆发生了阶段性的调整。延伸期阶段,距事件爆发前25日时,平流层I区(30°E~120°E)极涡首先开始了由强到弱的转变(欧亚弱极涡型)。行星波向下游频散,东南支波列携带能量影响北疆。至事件爆发前20日,对流层极涡也表现出强度减弱,冷空气分裂南下。此后进入短期阶段,来自北冰洋的冷空气在乌拉尔山高压脊前堆积,使得高压脊加强维持至事件爆发前3日,西伯利亚高压携带冷空气向东南方向扩展,随后对流层大型横槽斜脊引导冷空气南下,地面西伯利亚高压发展强盛向南爆发,3日后冷空气影响北疆地区。

关键词：新疆北部持续性极端低温事件关键影响系统平流层—对流层过程

结合模式性能和独立性加权的全球增暖1.5/2℃下中国区域气候的未来预估

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大气科学学报 2024年第3期47卷 376-391页

作者：周攀宇江志红李童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

基于耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)中的全球气候模式的模拟结果,采用考虑模式性能和独立性结合(Climate model Weighting by Independence and Performance,ClimWIP)的加权方案进行中国区域气候的多模式集合预估及不确定性研究。结果... 详细信息

基于耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)中的全球气候模式的模拟结果,采用考虑模式性能和独立性结合(Climate model Weighting by Independence and Performance,ClimWIP)的加权方案进行中国区域气候的多模式集合预估及不确定性研究。结果表明,ClimWIP方案在历史阶段的模拟优于等权重方案,降低了多模式模拟的气候态偏差。温度指数的未来预估不确定性较大的区域主要集中在中国北方和青藏高原,而降水指数主要集中在华北和西北地区。ClimWIP方案的预估不确定性与等权重方案相比有所降低。ClimWIP方案预估的温度指数的增温大值区主要集中在中国北方和青藏高原;降水指数在西北和青藏高原增加最为显著。全球额外0.5℃增暖时,中国区域平均的温度指数变化更强,平均高于全球0.2℃,最低温在东北部分地区的额外增温甚至是全球平均的3倍;总降水额外增加5.2%;强降水额外增加10.5%。全球增暖2℃下,中国大部分区域温度指数较当前气候态增加可能超过1.5℃(概率>50%),在中国北方和青藏高原的部分地区增温超过1.5℃的可能性更大(概率>90%);总降水,强降水和连续干日在西北和华北增加幅度有可能超过10%、25%和-5 d(概率>50%)。

关键词：模式性能和独立性全球增暖1.5/2℃ 预估不确定性概率预估 CMIP6

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冷季不同锢囚类型温带气旋强降水过程统计分析

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高原气象 2024年第5期43卷 1190-1206页

作者：杜晓丹赵宇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

利用2006-2021年常规观测和风云卫星云顶黑体亮温(TBB)资料,结合欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)0.25°×0.25°的ERA5再分析资料,对冷季影响华北和东北地区北上类温带气旋强降水过程... 详细信息

利用2006-2021年常规观测和风云卫星云顶黑体亮温(TBB)资料,结合欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)0.25°×0.25°的ERA5再分析资料,对冷季影响华北和东北地区北上类温带气旋强降水过程进行了统计分析。结果表明:(1)温带气旋爆发性发展过程中大多数有锢囚锋形成,但发展过程有所不同,Shapiro-Keyser(以下简称SK型)和经典的挪威(以下简称NW型)气旋发展过程各占一半,SK型气旋500hPa上为一深槽,斜压性强,引导气流为东北偏北气流,导致气旋路径偏西,造成的降水更偏北、范围更广;NW型气旋500hPa上为一浅槽,槽后冷平流弱,引导气流为东北偏东气流,导致气旋路径偏东,降水偏南,强度更强。(2)NW型气旋的大气河强于SK型气旋,相应的强降水范围更大、强度更强;随着气旋发展,SK型气旋大气河北侧有明显的后弯特征,导致SK型气旋的暖锋降水中心位于气旋西北象限,而NW型气旋暖锋降水中心位于气旋中心附近。(3)SK型气旋西北侧的暖锋锋生明显强于NW型,气旋锋生强迫产生的强上升运动,有利于强降雪。(4)SK型气旋300 hPa上存在高音符形状的强位涡块,NW型气旋高层块状位涡较弱。SK型气旋上空平流层位涡下传与低层高位涡连通形成位涡塔,其附近有深厚暖式锢囚结构;而NW型气旋高层位涡下伸不明显,没有位涡塔生成,SK型气旋首先在对流层中低层发展,然后发展到地面,而NW型气旋是从对流层低层发展起来。

关键词：温带气旋雨雪锢囚锋暖锋后弯合成分析

不同物理约束方案下西北地区夏季降水的未来预估对比

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气候变化研究进展 2024年第4期20卷 403-415页

作者：周天仪江志红李伟孙岑霄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

近年来,各种证据表明我国西北地区降水呈现增加的趋势,在未来变暖背景下,西北地区降水如何变化,成为我国学术界和社会广泛关注的问题。文中采用了两种基于物理关系的约束(优选)方法,即涌现约束和帕累托最优集合方案,选择了显著影响夏季... 详细信息

近年来,各种证据表明我国西北地区降水呈现增加的趋势,在未来变暖背景下,西北地区降水如何变化,成为我国学术界和社会广泛关注的问题。文中采用了两种基于物理关系的约束(优选)方法,即涌现约束和帕累托最优集合方案,选择了显著影响夏季西北地区降水的物理因子热带印度洋海温和东亚副热带200 hPa纬向风,对25个CMIP6模式给出的SSP585情景下21世纪末期夏季西北地区降水进行了不同约束方案的预估及对比。结果表明:相对于1995—2014年,基于CMIP6模式集合平均得到的21世纪末期夏季西北地区平均降水增加23%,未经约束的不确定性范围为-8.4%~61.7%。通过热带印度洋海温(东亚副热带200 hPa纬向风)涌现约束后,21世纪末期夏季西北地区降水增加24%(19%),不确定性范围减小为-8.4%~52%(-9%~45%),不确定性分别降低了15%(21%)。进一步利用三变量(中国西北夏季历史降水、热带印度洋海温、东亚副热带200 hPa纬向风)的帕累托最优集合方案得到21世纪末期夏季西北地区平均降水变化增加28%,范围为8%~44%,降低了近39%的不确定性范围。同时帕累托最优集合表明降水增多的区域主要集中在西北地区中部与西部,最大降水增幅达到60%以上。

关键词： CMIP6 帕累托最优集合方案涌现约束降水

2022年中国南方破纪录的夏秋连旱:热带海温和欧亚加热的作用

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中国科学：地球科学 2024年第2期54卷 439-450页

作者：胡跃鹏周波涛王会军张大鹏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

2022年夏季至秋季,中国南方遭遇了一次持续的极端干旱事件,并对南方地区的经济发展和生态系统都造成了严重的影响.本文探究了引起这一持续性干旱事件发生的大气环流异常.研究结果表明,2022年夏季中国南方极端干旱的发生与西北太平洋异... 详细信息

2022年夏季至秋季,中国南方遭遇了一次持续的极端干旱事件,并对南方地区的经济发展和生态系统都造成了严重的影响.本文探究了引起这一持续性干旱事件发生的大气环流异常.研究结果表明,2022年夏季中国南方极端干旱的发生与西北太平洋异常反气旋及东亚副热带急流北移所共同导致的水汽通量辐散和异常下沉运动密切相关.不同的是,后续造成秋季干旱持续维持的大气环流异常主要是位于孟加拉湾至中国南海地区上空的气旋性环流异常,该系统导致了中国南方的水汽减少和异常下沉运动.进一步的研究表明,2022年夏季欧亚大陆北部罕见的强地表加热和热带太平洋的极端拉尼娜型海温异常共同导致在同期出现了西北太平洋异常反气旋和东亚副热带急流的北移,而秋季在孟加拉湾至中国南海地区上空形成的气旋性环流异常很大程度上是由热带印度洋海温的极端负异常导致的.

关键词：夏秋连旱中国南方热带海温欧亚加热

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我国气温和降水局地同期相关的时空变化特征

地球物理学进展 2024年第3期39卷 905-915页

作者：谭希贤段明铿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

使用中国1958—2017年2419个站点的气温和降水数据,探讨了不同季节两者之间的局地相关关系及其时间和空间变化特征.研究发现,我国气温和降水局地同期相关有着明显的季节差异及年代际变化特征.我国前30年(1958—1987年)、后30年(1988—2... 详细信息

使用中国1958—2017年2419个站点的气温和降水数据,探讨了不同季节两者之间的局地相关关系及其时间和空间变化特征.研究发现,我国气温和降水局地同期相关有着明显的季节差异及年代际变化特征.我国前30年(1958—1987年)、后30年(1988—2017年)四个季节的局地同期相关多以负相关为主,其中秋季表现最弱,夏季最强.与前30年相比,后30年冬、秋季的负相关性增强,春季负相关性下降,站点相关的稳定度较低;夏季负相关性下降,且站点相关的稳定度随区域发生变化.进一步分析发现,冬季在东北区和华东区,夏季在江淮区和东北区存在气温降水同期相关性显著变化区域,Wilcoxon秩和检验结果显示前、后30年冬季东北区气温显著变化,华东区气温和降水均显著变化,而前、后30年夏季东北区气温显著变化,江淮区降水显著变化,从而令这些区域前、后30年冬夏两季的气温降水同期相关性发生年代际转折.

关键词：气温和降水气候变化相关关系年代际变化