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中国气候风险领域的科技创新进展与展望

环境与可持续发展 2024年第3期49卷 27-33页

作者：韩钦梅李婧华巢清尘国家气候中心北京100081 中国气象局气象干部培训学院北京100081

气候变暖背景下,高频高强高影响的极端天气气候事件对自然生态系统和经济社会系统产生了可观测的明显影响,识别和定量评估气候变化风险、提高适应气候变化能力是学界和决策者高度重视的研究方向。本文从自然生态系统、社会经济系统、气... 详细信息

气候变暖背景下,高频高强高影响的极端天气气候事件对自然生态系统和经济社会系统产生了可观测的明显影响,识别和定量评估气候变化风险、提高适应气候变化能力是学界和决策者高度重视的研究方向。本文从自然生态系统、社会经济系统、气候风险管理等角度梳理了气候变化风险领域科技创新的发展历程,分析当前研究的不足,结合国家适应气候变化战略提出了未来创新发展方向。气候变化风险研究仍处于初步阶段,需要进一步完善气候变化风险评估体系,形成综合风险评估体系;加强影响机理和综合风险研究,充分认识构成风险的关键要素,明晰重点领域气候风险阈值,减少气候变化风险预估的不确定性,为因地制宜实施气候变化适应技术提供科学支撑。

关键词：气候变化气候风险科技创新发展

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西南地区冬季异常冷湿/暖干的气候背景分析

气象学报 2024年第4期82卷 459-475页

作者：庞轶舒周长艳王顺久罗玉四川省气候中心/高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室成都610072 中国气象局气候预测研究重点开放实验室北京100081 中国气象局成都高原研究所成都610072

利用1981—2022年西南地区409个地面气象站观测资料、NCEP/NCAR和NOAA再分析资料等,分析了西南地区冬季异常冷湿/暖干配置的气候变化特征及形成机制。结果表明,全区大部分冷湿/暖干是西南地区冬季频繁出现的异常气候配置。20世纪80年代... 详细信息

利用1981—2022年西南地区409个地面气象站观测资料、NCEP/NCAR和NOAA再分析资料等,分析了西南地区冬季异常冷湿/暖干配置的气候变化特征及形成机制。结果表明,全区大部分冷湿/暖干是西南地区冬季频繁出现的异常气候配置。20世纪80年代以来,全区暖干趋势显著。对流层中高层的贝加尔湖高压强(弱)和青藏高原高压弱(强)及中低层西伯利亚高压强(弱),协同构成的准正压“北正南负”(“南正北负”)环流型,是西南地区冬季冷湿(暖干)配置的关键环流背景。秋季阿留申群岛南侧、赤道东太平洋南侧和北侧,以及澳大利亚西南侧4个关键区的海温是上述异常环流型的关键前兆信号。阿留申群岛南侧海温偏高(低)可使秋、冬季亚速尔高压持续增强扩大(减弱缩小),然后通过罗斯贝波东传增强(减弱)下游贝加尔湖高压和西伯利亚高压。赤道东太平洋南侧和北侧的海温偏低(高),可共同促使东北太平洋和北大西洋低纬度地区位势高度场偏低(高),激发正(负)异常罗斯贝波源并东传减弱(增强)青藏高原高压;澳大利亚西南侧海温偏高(低),有利于高空越赤道偏南(北)风加强,进而增强(减弱)中东急流,导致青藏高原高压偏弱(强)。

关键词：西南地区冬季冷湿/暖干气候配置气候背景青藏高原高压贝加尔湖高压

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

四川盆地一次西南低涡影响下的飑线天气特征及其成因

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气象 2024年第7期50卷 777-790页

作者：邓承之周国兵李强刘伯骏夏蘩中国气象局气候资源经济转化重点开放实验室重庆401147 重庆市气象台重庆401147 重庆市气象局重庆401147

2019年6月4日夜间到5日白天,四川盆地东部出现一次西南低涡影响下的飑线过程,采用多源观测及欧洲中心再分析资料,分析此次飑线过程的特征及成因。结果表明:飑线形成前四川盆地中部已出现暴雨,该对流性暴雨在高空低槽和暖性西南低涡的环... 详细信息

2019年6月4日夜间到5日白天,四川盆地东部出现一次西南低涡影响下的飑线过程,采用多源观测及欧洲中心再分析资料,分析此次飑线过程的特征及成因。结果表明:飑线形成前四川盆地中部已出现暴雨,该对流性暴雨在高空低槽和暖性西南低涡的环流背景下产生,相应的对流层大气湿层深厚且具有一定对流有效位能。飑线发生在冷空气翻越秦岭进入西南低涡后部的显著锋生过程中,在高空低槽、西南低涡及强冷锋的共同影响下,冷锋垂直环流与西南低涡垂直环流合并,锋区抬升机制显著增强,为飑线在重庆西部形成提供了有利的动力抬升条件。重庆西部的大气环境有利于飑线形成,具有较大的对流层中下层垂直减温率、对流有效位能及深层垂直风切变,且对流层中层干空气特征显著。雷达上表现为冷切变线形成的线状对流与西南低涡锋生区中的强降雨对流合并发展,在重庆西部形成“人字形”回波,回波后部边界层内由前期暴雨形成的冷区在冷锋南下和锋后干空气中的雨滴蒸发冷却作用下进一步降温形成冷池出流,利于飑线的形成;弓状飑线在形成之后维持了约1.5 h。冷锋后部强低空水平动能的向南及向下输送,以及地面冷暖空气间位温梯度的显著增强,均有利于地面大风的形成。

关键词：强对流飑线弓形回波西南低涡冷锋

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冬小麦-夏玉米轮作田沟金针虫垂直活动特征

应用气象学报 2024年第4期35卷 467-479页

作者：赵花荣任三学齐月张玲田晓丽杨超胡丽丽中国气象科学研究院北京100081 中国气象局·河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室郑州450003 河北固城农业气象国家野外科学观测研究站保定072656 中国气象局兰州干旱气象研究所·甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室·中国气象局干旱气候变化与减灾重点实验室兰州730020 甘肃省气象信息与装备保障中心兰州730020 河北省保定市气象局保定071000

基于河北固城农业气象国家野外科学观测研究站2019—2020年、2021—2022年冬小麦-夏玉米轮作田沟金针虫在土壤中分层调查数据,引入虫口重量指标,结合虫口密度指标,揭示沟金针虫在冬小麦-夏玉米轮作田为害-休眠动态变化,讨论沟金针虫在... 详细信息

基于河北固城农业气象国家野外科学观测研究站2019—2020年、2021—2022年冬小麦-夏玉米轮作田沟金针虫在土壤中分层调查数据,引入虫口重量指标,结合虫口密度指标,揭示沟金针虫在冬小麦-夏玉米轮作田为害-休眠动态变化,讨论沟金针虫在土壤中垂直活动特征、气象条件与其相关性以及对冬小麦产量影响。结果表明:沟金针虫在冬小麦-夏玉米轮作田存在3个为害期和3个休眠期,且交替出现。3个为害期出现在冬小麦返青-拔节期、夏玉米幼苗期、冬小麦秋苗期,3个休眠期出现在冬小麦越冬期、冬小麦成熟-收获期、夏玉米灌浆-成熟期,3个为害期中以冬小麦返青-拔节期最为严重。冬季偏暖及春季回暖早,沟金针虫表现出晚下早上特征,使得沟金针虫冬季休眠期缩短而为害活动期延长;土壤温度、湿度以及食源关系共同影响沟金针虫为害、休眠以及取食活动,其为害适宜土壤重量含水率约为15%~18%,适宜土壤温度为14~18℃。分析沟金针虫为害与冬小麦减产率可知,虫口密度每增加10 m^(-2)或虫口重量每增加1.0 g·m^(-2),可导致减产率增加5.1%。

关键词：沟金针虫垂直活动冬小麦夏玉米轮作田

基于CLDAS土壤相对湿度的云南农业干旱监测

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中国农业气象 2024年第1期45卷 79-90页

作者：金燕徐凌周群鲁韦坤孙帅云南省气候中心昆明650034 中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室银川750004 云南省楚雄州气象局楚雄675000 云南省气象台昆明650034 国家气象信息中心北京100081

选取2016-2020年云南37个土壤水分观测站逐日0-10cm土层相对湿度观测数据和逐日降水、气温观测资料,采用线性插值法,将CLDAS格点数据插值到观测站点上,用于与站点观测数据对比分析。利用回归订正法对插值后的CLDAS土壤相对湿度产品进行... 详细信息

选取2016-2020年云南37个土壤水分观测站逐日0-10cm土层相对湿度观测数据和逐日降水、气温观测资料,采用线性插值法,将CLDAS格点数据插值到观测站点上,用于与站点观测数据对比分析。利用回归订正法对插值后的CLDAS土壤相对湿度产品进行订正。采用相对误差、平均偏差、相关系数、标准差和均方根误差统计指标,定量评估CLDAS土壤相对湿度在云南的适用性。结果表明:云南土壤水分观测站相对湿度数据观测有效率不高,选用陆面融合数据开展农业干旱监测十分必要;云南地区近80%的CLDAS土壤相对湿度与土壤水分观测站观测值的相对误差绝对值<30%,数据可信度高;在干旱发生频率高的云南中部地区,CLDAS土壤相对湿度与土壤水分观测站观测值的相关系数均在0.8以上,平均偏差小于10%。从农业干旱监测效果来看,基于CLDAS土壤相对湿度的干旱监测指标能很好地描述由气温和降水异常导致的土壤墒情变化,当日降水量接近或超过5.0mm时,能快速响应轻旱站点数的减少;当连续有效降水发生后,监测指标可反映中等及以上等级农业干旱的缓解。综合来看,CLDAS土壤相对湿度在云南农业干旱监测的适用性好。

关键词： CLDAS 土壤相对湿度云南农业干旱

不同分辨率CWRF模式对中国区域气温模拟的比较研究

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气候变化研究进展 2024年第2期20卷 129-145页

作者：董李丽张焓李清泉汪方赵崇博谢冰中国气象局气候预测研究重点开放实验室国家气候中心北京100081 中山大学大气科学学院珠海519082 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

针对现有区域气候模式分辨率较为粗糙的现状,瞄准精细化气候预测和服务的需求,基于30 km分辨率CWRF区域气候模式研发了水平分辨率和下垫面信息进一步精细化至15 km的新版本模式,利用欧洲中期预报中心的ERAInterim大气再分析资料和美国的... 详细信息

针对现有区域气候模式分辨率较为粗糙的现状,瞄准精细化气候预测和服务的需求,基于30 km分辨率CWRF区域气候模式研发了水平分辨率和下垫面信息进一步精细化至15 km的新版本模式,利用欧洲中期预报中心的ERAInterim大气再分析资料和美国的OISSTv2海表面温度资料驱动两种版本的CWRF模式,与中国均一化气温数据集CN05.1的观测数据相比,系统分析了CWRF模式对1982—2016年中国区域2m气温的模拟效果及其对水平分辨率和下垫面信息的敏感性。结果表明:单纯修改模式的下垫面信息,不提高模式分辨率,对模拟结果的影响不大;将分辨率提高至15 km的CWRF模式对地形复杂区域的气温模拟效果更好,对气温的空间分布、年际变化以及极端气温的模拟都有较好的表现。从气候平均气温分布看,与30 km CWRF模式相比,在春、秋、冬季西南地区和青藏高原,以及夏季西南、华南、华中等冷偏差较为显著的地区,15 km模式模拟结果将冷偏差减小到1℃以内;从气温年际变化来看,15km模式对夏季华中、华北和东北南部地区及冬季气温的模拟结果优于30km模式,相关系数最高提升0.4;在极端事件的模拟方面,与30 km模式相比,15 km模式对于在华南到福建、江西、湖南、湖北东部的夏季日数极大值区域模拟具有较大的改善,均方根误差减小1 d;对于新疆东部、东北的极端高温和新疆、青藏高原、华南的极端低温模拟也有明显改善,均方根误差减小1℃。因此,高分辨率区域气候模式有利于提高中国气温的精细化模拟能力。

关键词：中国区域模式水平分辨率气温极端事件

2018年浙江梅雨降水异常偏少的大尺度环流特征及前兆信号分析

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高原气象 2024年第4期43卷 933-954页

作者：马浩陈伯民樊高峰刘学华肖晶晶高大伟殷悦浙江省气候中心浙江杭州310052 上海市气候中心上海200030 兰溪市气象局浙江兰溪321199

2018年浙江梅雨降水异常偏少,梅雨期平均环流特征欧亚中高纬度为“两槽一脊型”,西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)偏东偏北,东亚高空急流偏北,浙江以南缺少低空急流的支持,不利于形成持续降水。6月上、中旬水汽输送不足、南北气流... 详细信息

2018年浙江梅雨降水异常偏少,梅雨期平均环流特征欧亚中高纬度为“两槽一脊型”,西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)偏东偏北,东亚高空急流偏北,浙江以南缺少低空急流的支持,不利于形成持续降水。6月上、中旬水汽输送不足、南北气流辐合较弱、东亚高空急流偏南、南海夏季风偏强、印度季风偏弱是梅雨开始偏晚的重要原因。梅汛期主要形成了三次降水过程(过程Ⅰ、过程Ⅱ和过程Ⅲ)和一次降水间歇过程,过程Ⅰ和过程Ⅱ表现为南北气流辐合型降水,过程Ⅲ为台风降水。系统分析了与不同过程相对应的大尺度环流及其演变特征,发现由于冷空气活动偏弱、南海夏季风偏强、西南水汽输送偏弱,过程Ⅰ的强度强于过程Ⅱ。在环流分析基础上,进一步挖掘与浙江梅雨有密切关联的海洋、大气和陆面信号,发现对该年梅雨异常偏弱有重要指示意义的前兆信号为冬、春季Ni?o关键区海温指数为正异常且北太平洋中部海温呈现负异常、冬季西南印度洋海温为正异常、春季喀拉海-巴伦支海海冰偏少、4-5月南半球环状模指数和北极涛动指数分别处于正位相和负位相。基于浙江梅雨序列,依托相关系数和同号率两个指标筛选出从前冬到春季稳定维持或有所增强的气候信号,利用多元线性回归、多因子综合判别、联合诊断三种方法分别构造可冬季发布和春季发布的梅雨预测模型,发现线性模型整体上能够较好地预测梅雨降水距平,特别是对降水偏少情形指示意义突出。

关键词：梅雨降水降水过程大尺度环流演变前兆信号统计预测模型

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黑龙江省大豆延迟型冷害指标构建及检验

中国农业气象 2024年第6期45卷 619-628页

作者：闫平季生太姜丽霞王冬妮王晾晾初征王春华陈宛彤于瑛楠田宝星中国气象局沈阳大气环境研究所沈阳110166 中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室哈尔滨150030 黑龙江省气象科学研究所哈尔滨150030 黑龙江省气候中心哈尔滨150030 大连市旅顺口区气象局大连116000

黑龙江省大豆生长季冷害发生频次高、影响重,构建黑龙江省大豆延迟型冷害指标,对大豆防灾减灾、保障大豆安全生产具有重要意义。利用1961-2020年黑龙江省73县(市、区)大豆产量资料及气象站逐日温度资料,以5-9月各月月平均温度之和的距... 详细信息

黑龙江省大豆生长季冷害发生频次高、影响重,构建黑龙江省大豆延迟型冷害指标,对大豆防灾减灾、保障大豆安全生产具有重要意义。利用1961-2020年黑龙江省73县(市、区)大豆产量资料及气象站逐日温度资料,以5-9月各月月平均温度之和的距平值为致灾因子,利用致灾因子和减产率的线性关系确定冷害阈值,构建黑龙江省大豆延迟型冷害指标并验证。结果表明:研究区大豆在5个种植区轻度冷害阈值分别为-1.8℃、-1.9℃、-1.9℃、-2.0℃、-2.0℃,中度冷害阈值分别为-2.0℃、-2.2℃、-2.3℃、-2.4℃、-2.6℃,重度冷害阈值分别为-2.2℃、-2.5℃、-2.7℃、-2.9℃、-3.1℃。经检验,大豆延迟型冷害指标对冷害发生趋势判识平均准确率83%,对冷害发生等级判识平均准确率62%,典型冷害年判识冷害平均准确率93%。综上所述,大豆延迟型冷害指标界定及评价黑龙江省大豆生长季延迟型冷害准确率较高,指标获取容易且实用性强。

关键词：大豆延迟型冷害指标黑龙江省