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水稻高温热害强度时空变化特征与预报模型构建

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农业工程学报 2024年第10期40卷 97-106页

作者：徐敏徐经纬徐萌徐忆菲江苏省气候中心南京210019 南京信息工程大学大气科学学院南京210044 金坛国家气候观象台金坛213200

构建定量表征水稻高温热害强度的指数,揭示时空变化特征,并建立中长期预报模型,准确预报高温热害发生的强度趋势对提前部署抗高温工作至关重要。该研究充分考虑高温热害累积效应,结合致灾指标,构建了强度指数,并采用Fisher分割法对其进... 详细信息

构建定量表征水稻高温热害强度的指数,揭示时空变化特征,并建立中长期预报模型,准确预报高温热害发生的强度趋势对提前部署抗高温工作至关重要。该研究充分考虑高温热害累积效应,结合致灾指标,构建了强度指数,并采用Fisher分割法对其进行了客观化分级;根据中长期天气预报原理,基于海温和大气环流指数两类预报因子,利用二维寻优技术,分别构建了水稻高温热害强度指数预报模型,并进行了验证和比较。结果表明:1)2010年以来江苏省水稻高温热害年频次增加且强度明显增强,其中2013年、2022年高温热害强度均达最高等级4级,高温热害强度指数存在明显的年代际差异,从20世纪90年代开始江苏省水稻高温热害强度逐年代增强,空间上呈现出高温热害强度指数年代累加值不低于10的区域从南向北随年代逐步扩大,至21世纪10年代已扩展至淮北西部,其中淮河以南水稻高温热害强度增强明显,为历年代最强。2)构建的两类水稻高温热害强度指数预报模型可在7月初进行预报,预报提前量均为1~2个月,总体都能较好地模拟出强度指数的年际波动特征,但模拟值波动幅度与实际值存在不同程度的差异。3)通过拟合检验和试报检验,预报因子经过最优化相关技术处理后,能有效增加因变量和自变量的相关度,提高预报模型的模拟效果,其中海温因子经最优化处理后的高温热害强度指数预报模型效果最佳,可在农业气象业务服务中进行应用。研究结果对主动防御高温灾害和保障粮食安全具有重要科学意义和参考价值。

关键词：预报强度指数水稻高温热害二维寻优海温大气环流指数

基于FLUXNET站点数据的中纬度森林对地表通量的影响

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气候与环境研究 2024年第2期29卷 155-166页

作者：崔亚朱华文剑葛骏刘殊瑜陈虹玮南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/大气科学学院南京210044 南京大学大气科学学院南京210093

利用最新FLUXNET数据集,采用森林站和非森林站(开阔地)的对比分析用以表征毁林的作用,探讨中纬度地区毁林对地表通量和波文比的季节和日内影响。结果表明,毁林使得地表通量和波文比降低,其中以感热通量的减少为主。通过对比不同森林类... 详细信息

利用最新FLUXNET数据集,采用森林站和非森林站(开阔地)的对比分析用以表征毁林的作用,探讨中纬度地区毁林对地表通量和波文比的季节和日内影响。结果表明,毁林使得地表通量和波文比降低,其中以感热通量的减少为主。通过对比不同森林类型毁林发现,在日尺度上,地表通量变化在正午达到最强值,混合林地表通量变化相比于常绿针叶林较强,而弱于落叶阔叶林。在季节尺度上,感热通量在常绿针叶林和混合林中减少,潜热通量则在常绿针叶林和落叶阔叶林中减少。通过对不同气候区下地表通量变化发现,毁林使得常湿冷温气候地表通量以潜热通量减少为主,而常湿温暖气候以感热通量减少为主。夏干温暖气候下冬季感热通量减少,潜热通量增加,夏季则感热通量增加,潜热通量减少。整体而言,不同森林类型毁林影响地表通量变化的符号存在差异,而背景气候也决定了地表通量变化是以感热还是潜热通量变化为主。研究揭示了中纬度毁林对地表通量的影响,可以为中纬度地区植被恢复/造林政策的制定和实施提供观测依据,也可以为模式检验提供一定参考价值。

关键词：毁林森林类型地表通量波文比

中-晚始新世渭河盆地古气候变化的红河组磁化率记录

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第四纪研究 2024年第2期44卷 325-337页

作者：郁晓春鹿化煜吕恒志王可欣杨帆赖文南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023 西安交通大学全球环境变化研究院陕西西安710054

始新世暖期可为理解现代增温过程和机制提供历史相似型。广泛分布于渭河盆地的红河组为中始新世到晚始新世的滨浅湖相-冲积扇堆积,剖面出露厚度超过330 m,盆地沉积中心钻探厚度大于1000 m,为一套红色的碎屑沉积间化学沉积序列。盆地边... 详细信息

始新世暖期可为理解现代增温过程和机制提供历史相似型。广泛分布于渭河盆地的红河组为中始新世到晚始新世的滨浅湖相-冲积扇堆积,剖面出露厚度超过330 m,盆地沉积中心钻探厚度大于1000 m,为一套红色的碎屑沉积间化学沉积序列。盆地边缘的红河组沉积物含碳酸盐岩、泥岩、砂岩和少量砾岩,沉积中心以泥质灰岩、泥岩和粉砂岩为主。对蓝田支家沟红河组(时代为46~33 Ma)2910个样品的磁化率测试表明,红河组沉积物磁化率值在0~20×10^(-8)m^(3)/kg之间,整体偏低,频率磁化率值也相对较低(0~11%),与中国西北部新生代红层磁化率总体较低相似。高分辨率磁化率测试证实了红河组堆积时期干湿变化的多旋回和阶段性,受到太阳辐射变化影响,并受到下垫面的反馈驱动。红河组泥岩和粉砂岩的磁化率值偏高,而砂岩的磁化率值较低,载磁矿物以赤铁矿为主。盆地周围岩体弱磁性物质的快速输入,降低了红河组粗颗粒沉积物的磁化率值。在中、晚始新世的轨道-构造时间尺度,红河组沉积序列粒度变化受到湖面波动控制。湖面上升时湖滨地区沉积物颗粒偏细,磁化率值高;反之,磁化率值低。因此,磁化率高低变化指示了湖面高低波动,进而指示了气候的干湿变化。分析还表明,中、晚始新世渭河盆地湖面多旋回变化和阶段性变干,与全球温度变化和降温过程可良好对比,指示全球温度降低可能抑制水汽循环,进而驱动始新世东亚内陆干旱的发展。

关键词：中-晚始新世渭河盆地磁化率河湖相沉积物古气候变化

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柴达木盆地尘卷风的时空分布特征

高原气象 2024年第2期43卷 510-519页

作者：王梦圆黄倩廖慧仁张永鹏郭坤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甘肃兰州730000

沙尘气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分,其通过辐射效应和对云的形成及降水过程影响全球天气和气候变化,而尘卷风对全球沙尘气溶胶排放的贡献不容忽视。青藏高原北部的柴达木沙漠为高原尘卷风的发生提供了沙源。为研究柴达木盆地尘卷风... 详细信息

沙尘气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分,其通过辐射效应和对云的形成及降水过程影响全球天气和气候变化,而尘卷风对全球沙尘气溶胶排放的贡献不容忽视。青藏高原北部的柴达木沙漠为高原尘卷风的发生提供了沙源。为研究柴达木盆地尘卷风的发生条件及其时空特征,本文利用1991-2020年ERA5再分析资料评估了尘卷风发生的热力学阈值,分析青藏高原尘卷风发生时数(PDDP_(hours))和柴达木盆地尘卷风起沙量的时空分布特征,探究了1991-2020年近地面温度递减率(LR)、对流比(w*/u*)和PDDP_(hours)的变化趋势。利用2016-2020年德令哈国家基本气象站的地面降水数据、德令哈空气质量监测站的细颗粒物PM_(2.5)和PM_(10)数据以及Aura卫星臭氧监测仪的紫外吸收性气溶胶指数(UVAI)数据,分析柴达木盆地夏季尘卷风对PM_(2.5)和PM_(10)的可能贡献。结果表明,w*/u*和LR是影响尘卷风形成的关键因素,不同热力条件下PDDP_(hours)均具有单峰日变化特征,在12:00-16:00(北京时)达到峰值。结合柴达木盆地PDDP_(hours)累计贡献的日变化特征,确定尘卷风发生的热力学阈值是w*/u*>5和LR>10 K·m^(-1)。分析表明,青藏高原夏季北部的柴达木盆地和西南部PDDP_(hours)较大。柴达木盆地夏季尘卷风的起沙量最大,起沙范围也较大,平均起沙量可达1.28×10^(5)t,占全年平均起沙量的69.8%。1991-2020年柴达木盆地LR呈现明显的减小趋势,w*/u*呈增加趋势,导致PDDP_(hours)有明显的减小趋势。虽然夏季德令哈降水明显较其他季节多,但夏季UVAI较大,说明夏季除沙尘暴外尘卷风可能对该地区PM_(2.5)和PM_(10)有重要贡献。

关键词：尘卷风热力学阈值发生时数起沙量柴达木盆地

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

中国特大城市群PM_(2.5)污染及健康负担的时空演变特征

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南京大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 158-167页

作者：巫燕园刘逸凡汤蓉姜玲玲王海鲲南京大学大气科学学院南京210023 国家污染控制与资源化研究重点实验室南京大学环境学院南京210023 南京大学关键地球物质循环前沿科学中心南京210023 江苏省气候变化协同创新中心南京210023

我国过去数十年经历了快速的经济发展和城市化过程,也面临着严峻的空气污染问题,探究重点城市群PM_(2.5)污染及其健康影响特征与趋势对于评估和优化污染控制政策具有重要意义.基于大气污染、人口特征等多源高分辨率数据,应用环境健康风... 详细信息

我国过去数十年经历了快速的经济发展和城市化过程,也面临着严峻的空气污染问题,探究重点城市群PM_(2.5)污染及其健康影响特征与趋势对于评估和优化污染控制政策具有重要意义.基于大气污染、人口特征等多源高分辨率数据,应用环境健康风险评估方法,分析和比较了2000-2020年京津冀、长三角、珠三角、成渝等四个特大城市群的PM_(2.5)污染及其健康负担.结果表明,过去的二十一年中,京津冀的PM_(2.5)污染最严重,长三角和成渝城市群次之,珠三角污染程度最轻;总体上四个城市群PM_(2.5)年均浓度先增后降,2020年较2000年分别下降35.6%,43.9%,34.6%和49.7%.2020年京津冀、长三角、珠三角和成渝城市群的PM_(2.5)归因死亡人数分别约为12.8万、14.0万、5.2万和9.0万,老龄化和人口增长是城市群大气污染健康负担增加的最主要原因,其中珠三角城市群人口因素贡献最大.PM_(2.5)污染减轻是健康负担下降的主要驱动力,表明城市群大气污染治理取得显著的健康效益.未来需要加强人群健康视角的城市群PM_(2.5)污染防控,特别要关注老年人群大气污染健康风险.

关键词：城市群 PM_(2.5)污染归因死亡时空变化驱动因素

卢氏盆地中始新世沉积序列自生碳酸盐及其古气候意义

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第四纪研究 2024年第2期44卷 282-294页

作者：高鑫鹿化煜邵可涵梁承弘吕帆陈璇璇赖文南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023

始新世暖期可作为当代全球变暖的历史相似型,研究始新世气候变化及其机制对于理解现代气候变暖的幅度和速率具有重要意义。卢氏盆地位于中国中部秦岭东段,发育了连续的、富含碳酸盐矿物的始新世湖相沉积物,是重建始新世暖期陆地气候的... 详细信息

始新世暖期可作为当代全球变暖的历史相似型,研究始新世气候变化及其机制对于理解现代气候变暖的幅度和速率具有重要意义。卢氏盆地位于中国中部秦岭东段,发育了连续的、富含碳酸盐矿物的始新世湖相沉积物,是重建始新世暖期陆地气候的良好材料。本研究在卢氏盆地郑家山-三角沟一带(34°04′N, 111°10′E)采集了张家村组中上部和卢氏组的样品,采样层厚约288 m,共采集样品505个。根据岩石薄片镜下鉴定,卢氏盆地中始新世湖相沉积物物质组成以碳酸盐、粘土和粉砂为主,其中碳酸盐沉积为表生条件下封闭或半封闭淡水湖或微咸水湖化学作用自生成因。使用傅里叶红外光谱(FTIR)漫反射法测定沉积物碳酸盐含量,发现其与磁化率具有一定的负相关关系,分别指示了内源化学沉积和外源碎屑输入的贡献量,受控于流域蒸发量与降水量的共同作用,揭示了中始新世卢氏盆地的干湿变化。当流域更加湿润,即降水量增加(蒸发量减少)时,径流量相应增加,不利于碳酸盐沉淀而有利于外源碎屑输入,表现为沉积物碳酸盐含量降低、磁化率数值升高,反之同理。在已有年代框架的基础上,建立了卢氏盆地湖相沉积物碳酸盐含量时间序列,其记录了在中始新世气候适宜期(MECO)卢氏盆地较为湿润的气候环境,并且具有多旋回变化,与地球运动轨道的周期变化相关。

关键词：中始新世卢氏盆地古气候湖相沉积物碳酸盐含量

基于WRF模拟的中国西北河谷城市夏季的大气边界层特征

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兰州大学学报（自然科学版） 2024年第5期60卷 569-576,585页

作者：王鹏波刘永乐魏永鹏潘峰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

为提高河谷地形气象场的模拟效果,利用第5代再分析资料(ERA5)和全球再分析资料(FNL)作为初始场,以天水市为研究对象,驱动中尺度天气预报模式比较对西北河谷城市边界层模拟的适用性,分析西北河谷城市夏季的大气边界层特征.结果表明, ERA... 详细信息

为提高河谷地形气象场的模拟效果,利用第5代再分析资料(ERA5)和全球再分析资料(FNL)作为初始场,以天水市为研究对象,驱动中尺度天气预报模式比较对西北河谷城市边界层模拟的适用性,分析西北河谷城市夏季的大气边界层特征.结果表明, ERA5模拟的天水市主城区近地面温度、近地面风速、风向以及相对湿度与观测值的相关性更好,尤其是近地面风速和风向,分别比FNL模拟的结果提升25.4%和70.0%.天水市主城区的气象场空间分布呈明显的城市热岛效应和山谷风环流,相对开阔的麦积区城市热岛效应更强;白天发生的降水会弱化谷风环流和热岛效应,河谷内及周边风速均较小.天水市主城区夏季近地面温度与风速呈正相关,与相对湿度呈负相关,大气边界层高度呈现明显的日变化,大气层结稳定.

关键词：第5代再分析资料河谷城市大气边界层中尺度天气预报模式

热带太平洋淡水通量年际变率对ENSO的作用机制及数值模拟研究

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海洋与湖沼 2024年

作者：尹露莹张荣华智海南京信息工程大学海洋科学学院南京信息工程大学大气科学学院

海气界面间淡水通量（freshwater flux， FWF; 定义为降水减蒸发）是热带太平洋气候系统中对海洋有重要作用的大气强迫之一，与风应力和热通量共同影响厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation， ENSO）。尽管这些大气强迫场... 详细信息

海气界面间淡水通量（freshwater flux， FWF; 定义为降水减蒸发）是热带太平洋气候系统中对海洋有重要作用的大气强迫之一，与风应力和热通量共同影响厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation， ENSO）。尽管这些大气强迫场共同作用于海洋，但FWF在其中的单独强迫作用及相关过程和机制仍需深入探究。本文通过海洋环流模式（ocean general circulation model， OGCM）进行模拟，进一步使用温度和盐度收支分析以及区分温盐相对贡献的诊断分析方法量化FWF年际变率对上层海洋的净作用。结果表明，在El Ni?o事件发生时，FWF正异常强迫直接导致赤道太平洋中部海表盐度（sea surface salinity， SSS）降低，同时增强上层海洋层结稳定度。此外，FWF正异常强迫还会导致赤道太平洋中部浮力通量(buoyancy flux， QB)增加，从而减弱了次表层的混合和夹卷作用，使局地的混合层深度变浅。从气候效应来看，由FWF年际变率引起的海洋过程有助于赤道东太平洋海表温度（sea surface temperature， SST）暖异常的维持和增强。通过定量分析表明，SSS变化与FWF强迫强度密切相关，赤道太平洋中部FWF异常每增加1.0 mm/d会使得SSS异常降低约0.02，并且导致赤道太平洋东部SST异常升高约0.12 ℃，在增温过程中垂直混合和夹卷作用是主导的贡献项。以1997～1998年的El Ni?o事件为例，FWF正异常引起的SST暖异常增量占总异常的11.8%。本文所揭示的FWF强迫场对ENSO的单独作用有助于完善我们对整个热带太平洋海气耦合系统的认知，为进一步改进ENSO预测提供科学指导。

关键词：海气界面淡水通量 ENSO 海表盐度和温度热带太平洋分层型海洋模式热盐收支分析温盐相对贡献