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次网格非均匀性对区域气象环境模拟的影响研究——以长三角城市群为例

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地球物理学报 2024年第8期67卷 2909-2925页

作者：束梓建马红云张弥刘勇洪吉蒙徐永明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 南京大学大气科学学院南京210023 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 南京信息工程大学遥感与测绘工程学院南京210044

长三角地区是我国城镇化程度最高的地区之一,下垫面存在典型的非均匀性特征,复杂下垫面结构甚至体现在亚公里级尺度.为了探讨城镇化背景下土地利用精细化对气象环境的影响,本文利用高分辨率土地利用数据探讨了次网格非均匀性对长三角地... 详细信息

长三角地区是我国城镇化程度最高的地区之一,下垫面存在典型的非均匀性特征,复杂下垫面结构甚至体现在亚公里级尺度.为了探讨城镇化背景下土地利用精细化对气象环境的影响,本文利用高分辨率土地利用数据探讨了次网格非均匀性对长三角地区气象环境模拟的影响.在基于WRF(Weather Research and Forecasting model)模式对2020和2022年夏季的数值模拟过程中,分别采用Noah_mosaic/Noah陆面方案开展是否考虑次网格非均匀性的高分辨率敏感性试验.结果表明,相比Noah方案,Noah_mosaic方案模拟结果与观测的相关性更高,误差更小,说明其能更好地反映城市群区域复杂下垫面物理过程.考虑次网格非均匀性后,城区变冷变湿,郊区变暖变干,这种变化在夜间更为显著,尤其是温度场,白天城区/郊区平均温度变化为-0.04℃/0.05℃,夜间城区/郊区平均温度变化为-0.14℃/0.53℃.非均匀性对模拟结果的影响可达到400 m高空,特别是在夜间增加了郊区大气的不稳定性.同时,夜间几乎整个陆地区域内的体感温度增加约0.27℃.此外,研究还发现当格点中建筑占比小于50%时,除了日最低温T_(min)以外,气象要素随着建筑占比的增加变化幅度较大,T_(mean)和T_(max)增率分别达到0.29℃/10%和0.55℃/10%,反之,则T_(mean)和T_(max)增率仅为0.1℃/10%和0.06℃/10%,这说明低建筑密度区域的小城镇未来发展将对气象环境产生更大的影响.

关键词：次网格非均匀性数值模拟气象环境

西北太平洋热带气旋频次的延伸期动力-统计预报方法和评估

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大气科学学报 2024年第1期47卷 65-79页

作者：徐邦琪魏澎钱伊恬游立军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江苏南京210044 福建省灾害天气重点实验室/中国气象局海峡灾害天气重点开放实验室福建福州350028 福建省气象信息中心福建福州350028

介绍了西北太平洋热带气旋(TC)频次的延伸期预报方法,比较了新构建的动力-统计和统计预报模型的预测技巧,并探讨了预报误差来源及改进方向。动力-统计预报模型是基于动力模式预测的热带季节内振荡(ISO)信号及ISO-TC生成的同期统计关系... 详细信息

介绍了西北太平洋热带气旋(TC)频次的延伸期预报方法,比较了新构建的动力-统计和统计预报模型的预测技巧,并探讨了预报误差来源及改进方向。动力-统计预报模型是基于动力模式预测的热带季节内振荡(ISO)信号及ISO-TC生成的同期统计关系来进行预报;统计预报模型则是基于TC生成的前兆ISO信号建模预报。预报评估结果显示,动力-统计混合预报模型的预报技巧高于统计预报模型,原因在于影响TC次季节变化的前兆信号并不稳定,且随着预报超前时间迅速消散,无法提供有效且稳定的可预报源;相反地,TC生成与同期的ISO背景场显著相关,动力模式对ISO(预报因子)有较好的预报能力,因此动力-统计相结合的预报方法为TC延伸期预报提供了有效途径。虽然目前动力-统计预报模型的预报技巧可达5~6周,但仍有进一步改进和提高的空间。通过对不同类型TC预报技巧检验和误差分析,研究认为年际和年代际背景场对ISO调控TC活动的影响不可忽略,且热带外ISO信号(如罗斯贝波破碎和西风急流强度等)对TC频次和轨迹也有显著影响,这些因子为TC延伸期预报提供了潜在可预报源。

关键词：热带气旋季节内振荡延伸期预报可预报性来源热带外信号

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花期低温对草莓叶片光合及气孔特性的影响

中国农业气象 2024年第5期45卷 525-536页

作者：张涵奇杨再强罗靖张丰寅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南京210044 江苏省农业气象重点实验室南京210044

以四季草莓品种‘赛娃’(Fragaria ananassa ***)为试材,于2022年在南京信息工程大学Venlo型温室及人工气候室内设计环境控制试验。试验设置昼温/夜温15℃/5℃(T1)、20℃/10℃(T2)两个低温水平,低温持续天数设置3d、6d和9d,以25℃/15℃... 详细信息

以四季草莓品种‘赛娃’(Fragaria ananassa ***)为试材,于2022年在南京信息工程大学Venlo型温室及人工气候室内设计环境控制试验。试验设置昼温/夜温15℃/5℃(T1)、20℃/10℃(T2)两个低温水平,低温持续天数设置3d、6d和9d,以25℃/15℃温室环境下生长的植株为对照(CK),系统测定叶片光合参数和气孔指标。结果表明:(1)花期低温明显抑制草莓植株叶片的光合能力,随着胁迫程度的加强,草莓花期叶片的最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均呈降低趋势;光补偿点(LCP)、暗呼吸速率(Rd)、胞间CO_(2)浓度(Ci)、气孔限制值(Ls)和水分利用效率(WUE)均呈升高趋势,引起光合速率降低的主要原因是气孔限制。(2)低温使得草莓花期叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量(a+b)及类胡萝卜素含量降低,随低温胁迫时间增加,光合色素含量略微回升,但仍显著低于CK。(3)低温胁迫对叶片气孔特性的影响尤为显著,气孔长度、气孔宽度、气孔开度、气孔周长、气孔面积和气孔开张比均随温度降低及胁迫时间增加显著减小,气孔密度有减小趋势但差异不显著。试验结果显示花期低温可降低草莓花期叶片气孔尺寸和叶绿素含量,抑制叶片光合能力。

关键词：草莓低温冷害光合作用叶绿素气孔

夏季欧亚中高纬大气ISO与欧洲阻塞频率的联系及其对极端高温事件的协同作用

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大气科学 2024年第3期48卷 1043-1058页

作者：温昕晟杨双艳高铭祥李天明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南京210044 广州市气象台广州511430 夏威夷大学马诺阿分校大气科学学院国际太平洋研究中心美国夏威夷968226 宁夏气象台银川750002

本文利用1979~2018年NCEP逐日再分析资料,探讨了夏季欧亚中高纬地区10~30天大气季节内振荡(ISO)的时空演变及其对欧洲阻塞频率的影响,并探讨了两者对欧亚极端高温发生频率的协同作用。研究表明,欧亚中高纬10~30天大气ISO表现出东传和西... 详细信息

本文利用1979~2018年NCEP逐日再分析资料,探讨了夏季欧亚中高纬地区10~30天大气季节内振荡(ISO)的时空演变及其对欧洲阻塞频率的影响,并探讨了两者对欧亚极端高温发生频率的协同作用。研究表明,欧亚中高纬10~30天大气ISO表现出东传和西传两种模态。东(西)传模态下,对流层西北—东南向倾斜的四极型(东西向分布的偶极型)准正压位势高度异常耦合温度异常同时向东南方向(向西)传播。位相合成表明,在两个模态下,中高纬低频Rossby波列在传播过程中能够显著影响欧洲阻塞的发生。东(西)传模态位相6~7(5~6)期间,欧洲阻塞发生最频繁。在东(西)传模态位相6~7(5~6)期间,欧洲西部、东欧平原、乌拉尔山以及我国东北平原(欧洲和乌拉尔山)地区分别受准正压的+-+-(+-)高度异常控制。有阻塞发生时,东传模态下,欧洲西部的正高度异常强度明显增强,乌拉尔山地区,东欧平原以及我国东北平原地区的高度异常强度均有所减弱。同时,欧洲以南出现负的高度异常;西传模态下,偶极型高度异常强度均增强,欧洲以南和我国东北平原分别出现负的和正的高度异常。可见,在两个模态阻塞频发位相下,阻塞的发生增加了欧洲和我国东北地区极端高温事件的发生频率,降低了欧洲以南和乌拉尔山地区极端高温事件的发生频率。因此,欧洲阻塞活动显著调控了欧亚中高纬地区大气ISO两个传播模态对极端高温事件的影响。

关键词：欧亚中高纬季节内振荡欧洲阻塞极端高温

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末次间冰期全球气候瞬变模拟与平衡态模拟的对比研究

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地学前缘 2024年第1期31卷 486-499页

作者：江南萱燕青王会军中国科学院大气物理研究所竺可桢南森国际研究中心北京100029 中国科学院大学北京100049 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江苏南京210044

采用水平分辨率约1°的地球系统模式CESM,本研究开展了末次间冰期129~124 ka的瞬变模拟试验(TGCS-LIG)和127 ka的平衡态切片模拟试验(127ka-LIG),量化了数值试验方案对模拟的末次间冰期全球气候的影响,以期加深理解造成模拟结果与重建... 详细信息

采用水平分辨率约1°的地球系统模式CESM,本研究开展了末次间冰期129~124 ka的瞬变模拟试验(TGCS-LIG)和127 ka的平衡态切片模拟试验(127ka-LIG),量化了数值试验方案对模拟的末次间冰期全球气候的影响,以期加深理解造成模拟结果与重建数据之间分歧的可能原因。TGCS-LIG试验和127ka-LIG试验均表明:末次间冰期全球年平均温度较工业革命前低,降温幅度分别为0.4℃和0.2℃;在夏季,北半球升温(1.2/1.5℃),而南半球降温(0.9/0.7℃)。就年降水而言,末次间冰期北半球季风区降水增加,南半球季风区降水减少,但存在显著的区域差异。与重建数据相比,TGCS-LIG试验和127ka-LIG试验的模拟-数据符号一致性与均方根误差均相近,但127ka-LIG试验模拟效果略好。TGCS-LIG试验与重建的全球年平均(夏季)海温符号一致性为34.9%~44.7%(36.8%~42.5%),较127ka-LIG偏差约2%~4%(约5%~7%);均方根误差为2.9~3.2℃(2.9~3.4℃),较127ka-LIG试验偏差小于约0.1℃。对于全球年平均降水,TGCS-LIG试验与重建数据的符号一致性为63.8%,略高于127ka-LIG试验(63.1%)。相较于模拟和重建之间的绝对偏差而言,数值试验方案对于改进两者分歧的作用十分有限。需要注意的是,TGCS-LIG试验表明:末次间冰期全球关键气候模态的年际变率在129~124 ka间存在显著的内部变化,其中ENSO年际变率随时间逐渐增强,北半球环状模与南半球环状模的年际变率呈现千年尺度波动的特征;而127ka-LIG试验无法刻画气候模态的时间演变特征。总之,本文研究结果表明,采用平衡模拟试验或是瞬变模拟试验并不是造成末次间冰期模拟-数据分歧的主要原因,但开展高时空分辨率的瞬变模拟试验对研究末次间冰期气候变率具有重要的科学价值。

关键词：末次间冰期模拟-重建对比瞬变试验平衡态试验

南京市冬季大气水溶性有机碳的气-粒分配和光学特性

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地球化学 2024年

作者：薛永文曹芳俞浩然洪一航吴继炎吴长流杨池章炎麟南京信息工程大学应用气象学院耶鲁大学-南京信息工程大学大气环境中心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

水溶性有机碳（WSOC）是含碳气溶胶中重要的吸光性组分，在大气中以气相(WSOCg)和颗粒相(WSOCp)两种形态存在。WSOCg作为前体物和中间产物向WSOCp的分配是大气二次有机气溶胶（SOA）形成的主要途径，研究WSOCg和WSOCp相互转化机制及... 详细信息

水溶性有机碳（WSOC）是含碳气溶胶中重要的吸光性组分，在大气中以气相(WSOCg)和颗粒相(WSOCp)两种形态存在。WSOCg作为前体物和中间产物向WSOCp的分配是大气二次有机气溶胶（SOA）形成的主要途径，研究WSOCg和WSOCp相互转化机制及其光学性质对治理大气二次污染具有重要意义。本研究于2021年冬季同步采集了南京市1 h分辨率气相样本和PM2.5样本各240组，并分析了样品中WSOCg和WSOCp的质量浓度和光学特性。冬季南京市气相WSOC(WSOCg: 38.2±2.7 μg·m-3)显著高于颗粒相(WSOCp: 14.1±3.7 μg·m-3)，表明大气中WSOC主要存在于气相之中。此外，对采样期间WSOC颗粒相分数(Fp=WSOCp/(WSOCp+WSOCg))和其日变化进行了分析，发现Fp主要受到相对湿度、温度和光化学的综合影响。进一步探究了不同相对湿度条件下Fp的影响条件，发现高相对湿度下Fp与气溶胶液态水含量（ALWC）有较好相关（R=0.68， p<0.01）。WSOCg和WSOCp在365 nm波段处的光吸收强度(Babs)相当，并且当大气中PM2.5质量浓度较高时WSOCp的Babs和单位质量吸收效率（MAE）会增加，而WSOCg的Babs和MAE会降低，表明WSOCg中的吸光性组分可能更容易作为SOA的前体物质向WSOCp中分配。WSOCp、WSOCg与黑碳（BC）三者对Babs的相对贡献分别为0.21±0.27、0.24±0.17和0.55±0.03， WSOCp和WSOCg对Babs的相对贡献都在中午达到峰值，可能与光化学作用产生的吸光物质有关。

关键词：水溶性有机碳(WSOC) 气相颗粒相光学特性

黄淮海平原植被日光诱导叶绿素荧光对骤旱的响应

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农业机械学报 2024年

作者：陈治仲陈上缐子仪周聪肖薇南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室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

为探明黄淮海平原骤旱的时空分布及其对植被光合作用的影响，基于ERA5气候再分析资料和SMCI1.0土壤湿度数据集，分析了黄淮海地区2001–2020年气候要素时空变化特征，识别了骤旱事件并研究其演变规律和主要气象影响因子，对比星载日光... 详细信息

为探明黄淮海平原骤旱的时空分布及其对植被光合作用的影响，基于ERA5气候再分析资料和SMCI1.0土壤湿度数据集，分析了黄淮海地区2001–2020年气候要素时空变化特征，识别了骤旱事件并研究其演变规律和主要气象影响因子，对比星载日光诱导叶绿素荧光（Solar-induced chlorophyll fluorescence，SIF）、标准化差异植被指数（Normalized difference vegetation index，NDVI）以及增强植被指数（Enhanced vegetation index，EVI）对骤旱的响应，探究了不同类型植被光合作用对骤旱的敏感性。结果表明：黄淮海地区2001–2020年整体呈暖湿化趋势，北部地区增温明显。黄淮海北部和东南部地区骤旱频发，大部分地区发生超过20次骤旱，累计受旱时长超过90候，且骤旱多发生于秋季。黄淮海地区年骤旱次数和累计骤旱时长整体呈上升趋势，增加速率分别为0.6次/(10a)和2.2候/(10a)，且呈上升趋势的格点主要位于骤旱频发区。研究区骤旱次数与气温（显著正相关）、风速（负相关）以及降水量（负相关）的相关性较高。相较于NDVI和EVI，SIF随土壤水分的变化更加同步，适用于骤旱监测。黄淮海地区灌木植被SIF对骤旱最敏感，但存在较大的不确定性，农田、森林和草地等植被类型光合作用对骤旱的响应逐渐降低，但不同植被SIF与骤旱次数的最大相关系数均较为接近。

关键词：日光诱导叶绿素荧光骤旱时空变化光合作用黄淮海平原

高强度农业种植区不同景观池塘氧化亚氮排放特征

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环境科学 2024年第4期45卷 2385-2393页

作者：张欣悦肖启涛谢晖刘臻婧邱银国罗菊花徐向华段洪涛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南京210044 中国科学院南京地理与湖泊研究所流域地理学重点实验室南京210008 湖南省气候中心长沙410118

农业流域水体氮循环过程与农业活动有着十分紧密联系,会随着农业活动的持续进行而成为大气N_(2)O的重要排放源.小型池塘具有灌溉、蓄水和纳污等多种功能,是农业种植区和农村景观的重要组成部分.以巢湖北岸典型农业流域烔炀河流域为研究... 详细信息

农业流域水体氮循环过程与农业活动有着十分紧密联系,会随着农业活动的持续进行而成为大气N_(2)O的重要排放源.小型池塘具有灌溉、蓄水和纳污等多种功能,是农业种植区和农村景观的重要组成部分.以巢湖北岸典型农业流域烔炀河流域为研究对象,选取3种不同类型(村塘、农塘和水塘),共计6个池塘,于2020年9月至2021年9月连续采样观测,探究了农业流域不同景观池塘N_(2)O排放特征及其影响因素.结果表明,用于生活污水承纳的村塘N_(2)O排放最高,其次为用于农业灌溉的农塘,其N_(2)O排放通量分别为流域自然水塘排放量[(1.33±2.50)μmol·(m^(2)·d)^(-1)]的8倍和4倍.连续观测表明不同景观池塘N_(2)O排放表现出明显的时间变化特征,但其N_(2)O排放时间变化的调控因子有所不同.其中,村塘与农塘N_(2)O排放主要受氮负荷和降雨影响,而远离村庄农田的水塘N_(2)O排放变化主要受水温驱动.烔炀河流域池塘是大气N_(2)O显著排放源,年均N_(2)O排放通量为(5.73±10.61)μmol·(m^(2)·d)^(-1),农业氮负荷输入是其N_(2)O高排放的主要原因,明晰池塘用途和类型对估算农业流域小型水体N_(2)O排放十分重要.

关键词：农业活动池塘水体 N_(2)O排放时空变化影响因素

CMIP6模式未来情景模拟下的大气质量季节循环：非线性变化

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大气科学学报 2024年

作者：乔年卢楚翰管兆勇胡杨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无锡学院中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室

全球持续增暖背景下南北半球大气质量呈现出明显的异常变化。利用2015—2100年CMIP6资料，分析了4个温室气体排放情景下大气质量季节循环特征，并比较不同情景下地表气压和极涡变化特征，结果表明：不同情景中全球及半球面积平均大气质... 详细信息

全球持续增暖背景下南北半球大气质量呈现出明显的异常变化。利用2015—2100年CMIP6资料，分析了4个温室气体排放情景下大气质量季节循环特征，并比较不同情景下地表气压和极涡变化特征，结果表明：不同情景中全球及半球面积平均大气质量的气候平均值季节变化位相相同，且与历史模拟试验下分布一致。随着温室气体排放量的逐步增加，全球大气质量年变程逐渐增大，然而南北半球大气质量和南北涛动年变程并非逐步增大，而是有起有伏。这种非线性现象主要表现为：在SSP1-2.6、SSP3-7.0中南北半球大气质量和南北涛动的年变程较小，而SSP2-4.5、SSP5-8.5中其年变程较大。在地表，对应这种起伏，主要表现为北太平洋、北大西洋地表气压在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的增高和在SSP1-2.6和SSP3-7.0下降低，在南半球主要表现在45°S纬度之外的地表气压变化上。在垂直方向上，主要表现为南北极平流层极涡随温室气体排放持续增加而呈强弱交替的非线性变化。

关键词：大气质量季节循环非线性变化温室气体排放情景 CMIP6