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FY-4A地表温度产品质量评估与偏差订正方法研究

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地球信息科学学报 2024年第5期26卷 1243-1256页

作者：黄大鹏王艳姣肖风劲陈彦红中国气象局国家气候中心北京100081 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 航天宏图信息技术股份有限公司北京100195

气候变化研究需要长时间序列、稳定的、均一化的地表温度(LST)气候数据集支持。气候变化实时监测对数据集的要求则更高,还需要LST气候数据集实时的更新和快速便捷的获取,而国际上公开的实时更新的LST气候数据集则较少。本研究以国外长... 详细信息

气候变化研究需要长时间序列、稳定的、均一化的地表温度(LST)气候数据集支持。气候变化实时监测对数据集的要求则更高,还需要LST气候数据集实时的更新和快速便捷的获取,而国际上公开的实时更新的LST气候数据集则较少。本研究以国外长时间序列MODIS LST历史数据集为参照,对我国易于获取的FY-4A LST实时数据进行质量评估,在此基础上研发随机森林偏差订正算法,将FY-4A LST数据实时订正到MODIS LST质量水平上,从而研发融合静止气象卫星FY-4A和极轨卫星AQUA/MODIS的LST气候数据集。对偏差订正后的2022年1、4、7和10月共4个月产品检验评估的结果表明:从4个月份偏差的平均值来看,订正后的LST平均偏差由-1.98℃降低到-0.42℃,平均绝对偏差由4.02℃降到2.84℃,均方根误差由5.13℃降到3.91℃,相关系数由0.86提升到0.90。随机森林回归偏差订正算法能够有效减小FY-4A LST与MODIS LST的偏差,订正后的FY-4A LST数据在全国范围不同区域和不同时段与MODIS LST均具有较好的一致性。对中国区域高温过程监测评估发现:订正后的FY4A LST与MODIS LST在全国大部分地区平均偏差较小,仅在海拔较高和地形相对复杂的山区存在较大偏差;偏差订正后2类卫星逐日平均偏差减小到-1℃左右,平均偏差较订正前显著减小。因此本文研发的融合FY-4A和MODIS的LST气候数据集可以很好支撑我国的气候变化研究和气候业务服务工作。

关键词：地表温度静止气象卫星FY-4A MODIS 质量评估影响因素随机森林偏差订正高温过程监测

中国气象局风能太阳能预报系统(CMA-WSP)在风资源短期预报中的检验评估

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南方能源建设 2024年第1期11卷 73-84页

作者：王明孟丹许沛华许杨陈正洪贾蓓西湖北省气象服务中心湖北武汉430205 中国气象局武汉暴雨研究所暴雨监测预警湖北省重点实验室湖北武汉430205 中国气象局公共气象服务中心北京100081

[目的]为检验中国气象局风能太阳能预报系统(CMA-WSP)风速产品在风资源短期预报中的可靠性,对CMAWSP 100 m风速3 d预报产品进行检验分析。[方法]文章利用湖北省枣阳周楼、麻城蔡家寨和大金中部3个风电场100 m风速实测数据开展研究。[结... 详细信息

[目的]为检验中国气象局风能太阳能预报系统(CMA-WSP)风速产品在风资源短期预报中的可靠性,对CMAWSP 100 m风速3 d预报产品进行检验分析。[方法]文章利用湖北省枣阳周楼、麻城蔡家寨和大金中部3个风电场100 m风速实测数据开展研究。[结果]研究结果如下:(1)CMA-WSP对枣阳风电场3 d内风速的整体预报效果较好,预报结果与实测风速变化趋势较为一致,逐15 min、小时平均和日平均风速第1 d的预报与实测风速相关系数可达0.728、0.740和0.860,随着预报时效增加,预报与实测相关性逐渐降低。(2)CMA-WSP预报风速与实测风速相对误差变化规律性强,逐15 min、小时平均和日平均风速第1 d预报相对误差分别为68%、70%和92%,预报风速整体高于实测风速;小时平均风速及相对误差均呈现白天小、晚上大的特征;月平均风速变化与MRE值变化呈相反趋势,且在1~6月和10~12月最低、7~9月最大。(3)从地区差异来看,CMA-WSP对枣阳周楼风电场风速的预报效果最好,第1 d预报与实测风速相关性可以达到0.728,第2~3 d的预报相关性也超过0.6,CMA-WSP对蔡家寨和大金中部风电场的预报与实测风速相关系数均低于0.6。[结论]CMA-WSP风速预报效果整体较好,且相对误差具有一定的规律性,有利于下一步对该产品进行订正、降低误差水平。

关键词： CMA-WSP 风电场预报风速实测数据预报效果

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气候生态产品价值实现标准化建设初探

标准科学 2024年第1期 88-95页

作者：姜月清崔晓军张艳红黄潇国家气象中心中国气象局气象干部培训学院

近年来,气象部门充分挖掘气候生态优质资源优势,积极开展气候生态产品价值实现路径和机制探索,气象标准在其中发挥了规范引领和基础支撑作用。本文梳理分析气候生态产品价值实现气象服务保障国家标准、行业标准、地方标准和团体标准,依... 详细信息

近年来,气象部门充分挖掘气候生态优质资源优势,积极开展气候生态产品价值实现路径和机制探索,气象标准在其中发挥了规范引领和基础支撑作用。本文梳理分析气候生态产品价值实现气象服务保障国家标准、行业标准、地方标准和团体标准,依据标准内容属性和应用方向将标准分为气候生态资源评价、旅游康养宜居气象保障、农产品气候品质评价、风能太阳能开发利用气象保障4类,并归纳分析相关标准在实际应用中存在的问题,提出改进措施和建议。

关键词：气候生态产品价值实现标准化

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中国近30年短时极端降水特征分析

大气科学 2024年第3期48卷 1144-1156页

作者：赵煜飞张强鞠晓慧肖栋杨和平陈杰廖捷邓悦国家气象信息中心北京100081 中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室上海200030 广西壮族自治区气象信息中心南宁530000

由于观测资料的限制,以往对于日尺度以下的短时极端降水特征和短时极端降水阈值的研究较少。本文基于中国气象局最新研制的1991~2021年中国2464个台站逐小时降水资料,分析了全国1 h、3 h降水频率特征,采用百分位法分别统计1 h和3 h极端... 详细信息

由于观测资料的限制,以往对于日尺度以下的短时极端降水特征和短时极端降水阈值的研究较少。本文基于中国气象局最新研制的1991~2021年中国2464个台站逐小时降水资料,分析了全国1 h、3 h降水频率特征,采用百分位法分别统计1 h和3 h极端降水阈值,探究了中国短时极端降水气候特征。分析结果表明四川、贵州、湖南、江西、福建和浙江等省的部分台站1 h降水频率较大,可达12%,西北地区1 h降水频率普遍偏低,大部分台站低于3%。1991~2021年期间,1 h、3 h极端降水频率呈减少趋势。共有64.7%的站3 h极端降水频率线性趋势与1 h极端降水频率线性趋势一致。我国降水极值和极端降水阈值空间特征明显,1 h降水极端降水阈值基本呈东南大、西北小的空间特征,广东、广西、海南阈值相比我国其他地区偏大。海南、广东、广西和江苏省1 h降水历史平均极值超过80 mm h^(-1),其中海南省平均极值最高,达102.7 mm h^(-1)。

关键词：地面观测降水质量控制日变化

西安市大气污染物时空演化特征及对人体健康评价

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环境科学 2024年第6期45卷 3746-3755页

作者：徐传奇白杨唐远薇张欣宇王志瑞呼婧婧杨锦涛山西师范大学地理科学学院太原030031 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所塔克拉玛干沙漠气象国家野外科学观测研究站新疆沙漠气象与沙尘暴重点实验室新疆树木年轮生态实验室乌鲁木齐830002

西安市是我国西北政治、经济和文化中心,工业发达,但空气污染事件对社会经济的高质量发展带来极大挑战,探究该地区大气污染特征并厘清其对人体健康产生的影响至关重要.对西安市2015~2021年大气污染物的时空趋势变化特征进行分析;其次,... 详细信息

西安市是我国西北政治、经济和文化中心,工业发达,但空气污染事件对社会经济的高质量发展带来极大挑战,探究该地区大气污染特征并厘清其对人体健康产生的影响至关重要.对西安市2015~2021年大气污染物的时空趋势变化特征进行分析;其次,利用空气质量指数(AQI)、综合空气质量指数(AAQI)和空气质量健康指数(HAQI)结合Air Q2.2.3模型量化各污染物对人体的健康效应.结果发现,研究区整体空气质量呈良好状态,各大气污染物呈现下降态势.污染物主要以PM_(10)、PM_(2.5)和O_(3)为主,地形特征和人为排放的混合式污染是研究区的主要污染特征.AAQI和HAQI相较于AQI对污染水平表现出较好的分类效果,HAQI揭示研究区全年约有80%左右的人口暴露于不健康的空气中,其中冬季暴露于不健康空气中的人群最多,其次为秋季、春季,夏季最少.Air Q2.2.3模型量化出归因于PM_(2.5)、PM_(10)、SO_(2)、CO、NO_(2)和O_(3)的总死亡率比例分别为0.99%、2.04%、0.41%、1.72%、8.76%和3.67%,且呼吸系统和心脑血管疾病死亡率的可归因比例与总死亡率变化规律较为一致.

关键词：大气污染物时空演化空气质量人体健康超额风险

2023/2024年冬季北半球大气环流特征及对我国天气气候的影响

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气象 2024年第7期50卷 887-896页

作者：章大全刘芸芸中国气象局气候研究重点开放实验室国家气候中心北京100081 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

利用国家气象信息中心整编发布的中国台站观测资料和全球大气再分析资料,分析了2023/2024年冬季我国气候异常特征和可能成因。2023/2024年冬季,全国平均气温较常年同期偏高0.3℃,气温冷暖起伏大,总体呈现“前冬暖、后冬冷”的季节内变... 详细信息

利用国家气象信息中心整编发布的中国台站观测资料和全球大气再分析资料,分析了2023/2024年冬季我国气候异常特征和可能成因。2023/2024年冬季,全国平均气温较常年同期偏高0.3℃,气温冷暖起伏大,总体呈现“前冬暖、后冬冷”的季节内变化特征。全国平均降水量较常年同期偏多19.8%,中东部大部地区降水偏多。东亚冬季风和西伯利亚高压强度接近常年,东亚槽偏弱。欧亚中高纬500 hPa位势高度场呈西低东高的分布形势,并具有显著的阶段性变化特征,2023年12月和2024年1月以纬向环流为主,2月转为异常经向型环流,有利于中高纬冷空气南下入侵我国。受赤道中东太平洋厄尔尼诺、热带印度洋和大西洋海温异常偏暖以及北太平洋年代际涛动负位相等因子的协同影响,冬季西太平洋副热带高压偏强、偏西,菲律宾及南海上空异常反气旋阶段性活跃,欧亚对流层高层出现沿西风急流传播的波列,有利于热带水汽向我国中东部输送,配合中高纬冷空气南下,导致该地区发生多次大范围雨雪冰冻天气过程。

关键词：东亚冬季风冷空气厄尔尼诺西太平洋副热带高压季节内变化

四川盆地及川西高原地区FY-3D/VASS温湿度廓线检验

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气象 2024年第9期50卷 1043-1056页

作者：杨冰韵任素玲毛冬艳覃丹宇廖蜜国家卫星气象中心北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室北京100081

利用2020—2021年探空站及ERA5再分析资料,对FY-3D大气垂直探测系统(VASS)温湿度廓线在四川盆地及川西高原地区的精度进行检验。结果表明:与ERA5数据相比,FY-3D/VASS温度在盆地和高原地区不同季节的平均偏差分别为-0.631~0.500℃和-2.23... 详细信息

利用2020—2021年探空站及ERA5再分析资料,对FY-3D大气垂直探测系统(VASS)温湿度廓线在四川盆地及川西高原地区的精度进行检验。结果表明:与ERA5数据相比,FY-3D/VASS温度在盆地和高原地区不同季节的平均偏差分别为-0.631~0.500℃和-2.230~-1.234℃,均方根误差分别为2.117~3.222℃和3.077~3.460℃,高原比盆地地区大,在垂直高度上,盆地地区的精度在800~700 hPa较低,高原地区的精度随高度的减小逐渐降低;FY-3D/VASS比湿呈现一致的负偏差,平均偏差在盆地和高原地区分别为-0.775~-0.525 g·kg^(-1)和-1.096~-0.347 g·kg^(-1),均方根误差分别为1.251~2.367 g·kg^(-1)和0.696~1.991 g·kg^(-1),在700~600 hPa的精度较低;通过将两组检验的平均偏差相加,间接建立FY-3D/VASS基于探空温湿度数据的检验结果,其中FY-3D/VASS温度在盆地地区的平均偏差较小,高原地区平均偏低2.440℃左右,比湿在盆地和高原地区平均偏低0.612 g·kg^(-1)左右。上述结果可提升FY-3D/VASS温湿度反演产品在四川盆地及川西高原地区的天气气候应用能力。

关键词： FY-3D/VASS 温湿度廓线四川盆地川西高原

海河流域盛夏降水预测模型的研发和适用性分析

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大气科学 2024年第4期48卷 1345-1356页

作者：洪洁莉陈丽娟国家气候中心中国气象局气候研究重点开放实验室北京100081 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

海河流域初夏(6月)和盛夏(7~8月)的降水有显著的年代际变化差异,尤其在2002年之后,海河流域初夏和盛夏的年代际变化特征相反,因此有必要分别针对夏季不同阶段建立预测模型。本文基于年际增量的思想,寻找影响海河流域盛夏降水异常的预测... 详细信息

海河流域初夏(6月)和盛夏(7~8月)的降水有显著的年代际变化差异,尤其在2002年之后,海河流域初夏和盛夏的年代际变化特征相反,因此有必要分别针对夏季不同阶段建立预测模型。本文基于年际增量的思想,寻找影响海河流域盛夏降水异常的预测因子,以突出年际变化异常的影响信号。前冬欧亚中高纬度关键区域海平面气压指数SLPI(Sea Level Pressure Index)、6月热带中东太平洋海温Niño3指数以及表征厄尔尼诺—南方涛动现象(El Niño–Southern Oscillation,简称ENSO)演变速度的Niño3指数在6月与1月之差的年际增量作为三个关键预测因子,建立回归方程。进一步利用多模式的2022年6月Niño3指数的预报结果代入预测模型,对海河流域2022年盛夏降水进行预报试验。相对各动力气候模式3月起报的盛夏降水异常预测,基于年际增量的回归模型对海河流域盛夏降水异常拟合和回报的准确率更高,尤其是降水显著偏多年份,预测技巧更突出。进一步对预报偏差较大的年份复盘归因发现,前冬海平面气压指数对冬季风和夏季风转换关系的描述可能受到后期春夏热带太平洋和印度洋海温异常演变的干扰。当前冬海平面气压指数预示的后期海温演变与实际海温演变信号差异较大时,需关注动力模式对临近热带海温尤其是热带印度洋海表温度距平的预报以及海温变化对海河流域盛夏降水的可能影响。

关键词：海河流域盛夏年际增量气候模式预测方法

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低排放情景下全球极端气候事件变化在温升过冲前后达到1.5℃的差异

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气候变化研究进展 2024年第4期20卷 389-402页

作者：徐影韩振宇吴婕李柔珂中国气象局国家气候中心北京100081 中国气象局气候预测研究重点开放实验室北京100081 中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室上海200030 江西省赣南师范大学地理与环境工程学院赣州341000

基于耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)全球气候模式在SSP1-1.9温室气体排放情景下的模拟结果,预估了全球平均气温相对于工业化前达到1.5℃温升(P1阶段)后继续增暖然后再次返回(过冲)到1.5℃温升时的(P2阶段)全球气温、降水及极端气候指... 详细信息

基于耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)全球气候模式在SSP1-1.9温室气体排放情景下的模拟结果,预估了全球平均气温相对于工业化前达到1.5℃温升(P1阶段)后继续增暖然后再次返回(过冲)到1.5℃温升时的(P2阶段)全球气温、降水及极端气候指数的可能变化,并且分析其预估不确定性。结果表明:P1和P2两阶段间气温、降水及极端气候的多模式一致的差异在全球各分区广泛出现,且区域性和局地性特征明显。各指标表征的多模式一致的极端温度变化普遍接近或者超过全球陆地面积的15%。极端低温的P1和P2两阶段差异的空间分布与冬季平均气温差异的空间分布有一定相似度,极端高温变化的分布则更凸显局地性。全球范围内低温和高温多模式一致增加的面积都高于其减少的面积,预计欧亚大陆中高纬的西部、北美洲、中国东北等区域的低温风险以及青藏高原、中国东部、南亚、东非、北美洲、南极洲等区域的高温风险会升高。各指标表征的多模式一致的极端降水变化普遍超过全球陆地面积的20%,其中增加与减少的面积接近。强降水差异的分布特征与年降水的有部分相似,一致增多主要分布在中国南方、南亚、东南亚、南美洲东部和西南端、北美、澳洲和中东欧的部分地区等,一致减少主要分布在中国华北到东北、青藏高原南麓、非洲南部、南美洲北部和澳洲北部等。连续干旱日数在多数区域表现为增多,集中且连续地分布在中亚、南亚、青藏高原、俄罗斯中北部、非洲撒哈拉以北和中部、澳洲中部、南极洲部分地区等。这些都表明即使全球在2030年前达到碳排放峰值,并立即开始减少碳排放,但由于各个区域气候对全球变暖的响应有明显差异,温升过冲后部分区域的极端事件发生频率并未及时回退到过冲前的水平,需警惕区域和局地尺度气象灾害及其影响的增加。

关键词： 1.5℃温升过冲极端气候预估