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基于自持电中性闪电放电参数化模型研究云闪通道中沉积电荷的变化特征

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气象学报 2025年第1期83卷 129-141页

作者：唐渤谭涌波郑天雪张袁瞰南京信息工程大学应急管理学院南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室北京100081 南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开发实验室南京210041

闪电通道的电荷特征是雷电物理研究的重点,而现有的观测手段难以直接获取通道中电荷的详细演变特征,为了深入研究闪电通道电荷的变化特征并与观测形成互补,开展模拟工作必不可少。利用自持电中性闪电放电参数化模型,在三极电荷背景下模... 详细信息

闪电通道的电荷特征是雷电物理研究的重点,而现有的观测手段难以直接获取通道中电荷的详细演变特征,为了深入研究闪电通道电荷的变化特征并与观测形成互补,开展模拟工作必不可少。利用自持电中性闪电放电参数化模型,在三极电荷背景下模拟多次云闪并从中选取一次典型个例,分析该云闪通道内电荷的变化特征及其影响因素,结果如下:正、负先导通道形成时,通道内会沉积一定量的初始电荷;后继分支延伸时,之前的通道会沉积来自后继分支的异极性电荷,通道内初始电荷会不断被中和,部分通道的电荷极性会发生变化;通道熄灭或后继分支停止延伸时,通道内电荷不再变化;再击穿过程发生时,截止通道内的异极性电荷会显著减少,再次激活的通道内的异极性电荷会显著增多。研究表明:先导通道内的电荷变化与通道自身的状态以及后继分支的延伸状况有关;通道电荷变化幅度与通道初始电荷量以及后继分支的活跃程度呈正相关,而通道的初始电荷量与通道首次击穿电场呈正相关。此外,在正、负先导极性不对称的影响下,云闪起始点倾向于沉积更多正电荷。

关键词：雷电物理学闪电参数化通道电荷云闪起始点再击穿过程

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基于日光温室黄瓜低温冷害风险的天气指数保险设计

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中国农业气象 2025年第1期46卷 14-22页

作者：陈思宁赵艳霞任义方张祎孙擎刘莉中国气象科学研究院北京100081 江苏省气候中心南京210019

因保温材料及建筑结构参数的差异导致温室内气象条件差异,作物响应小气候差异,以及灾害风险差异等导致保险产品同费率但基差风险不同,针对以上日光温室作物天气指数保险产品设计的难点问题,本文基于天津日光温室黄瓜低温冷害风险,设计... 详细信息

因保温材料及建筑结构参数的差异导致温室内气象条件差异,作物响应小气候差异,以及灾害风险差异等导致保险产品同费率但基差风险不同,针对以上日光温室作物天气指数保险产品设计的难点问题,本文基于天津日光温室黄瓜低温冷害风险,设计天气指数保险产品。从温室小气候条件与温室外气象条件的关系出发,基于自然灾害风险评估理论,综合考虑温室黄瓜低温冷害强度、灾害损失及温室防灾减灾能力,构建黄瓜低温冷害综合风险评估模型,划分黄瓜低温冷害风险分区;结合不同等级致灾指标及黄瓜减产率计算气象理赔指数,根据低温冷害风险区域系数厘定不同风险区保险纯费率;明确不同理赔指数下单位面积黄瓜低温冷害保费及赔付金额,设计日光温室黄瓜低温冷害天气指数保险产品。结果表明:天津日光温室黄瓜低温冷害高风险区主要位于天津北部地区,包括宝坻大部分区域、蓟州区西南部、武清区及北辰区中部地区、滨海新区汉沽西北部及宁河区东南部。黄瓜低温冷害高、中、低风险区的毛费率分别为8.05%、7.21%和6.27%,结合温室生产实际物化成本,黄瓜低温冷害单位面积赔付金额为45000元·hm^(−2)。以2015年11月天津一次典型低温过程为例分析黄瓜低温冷害天气指数保险的理赔情况,该产品可有效解决天津现行设施农业保险仅保棚体及保温材料等设施而不保作物的问题。

关键词：日光温室黄瓜低温冷害风险评估天气指数保险

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基于集成学习的多源降水产品融合——以长江流域为例

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长江科学院院报 2025年

作者：邱新法薛顺奎曾燕南京信息工程大学地理科学学院南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室

本研究生成的长江流域2001-2023年日降水产品，可作为高精度降水产品用于生产应用与科学研究。从数据源上看，收集了处理了大量的基础数据和实测数据，集成机器学习的做法提高一定的精度，并降低了误报率，可以作为长江流域研究数据的... 详细信息

本研究生成的长江流域2001-2023年日降水产品，可作为高精度降水产品用于生产应用与科学研究。从数据源上看，收集了处理了大量的基础数据和实测数据，集成机器学习的做法提高一定的精度，并降低了误报率，可以作为长江流域研究数据的成果。研究表明：（1）RF、CatBoost、KNN、Lasso、DTREE、XGBoost、HGBR和ETREE 8种机器学习模型性能比较而言，以RF综合表现最优；（2）基于不同机器学习模型组合构建的9种集成模型中，以分季集成模型ELM4-S综合表现最优，且其在综合性能上比RF有所提升；（3）基于ELM4-S和RF获得的长江流域融合降水产品，明显优于4种原始降水产品，同时兼备了不同原始降水产品的优点，且在降水空间分布上能够体现出降水量随地形变化的细节特点。

关键词：长江流域随机森林集成学习分季建模降水融合

机载通量观测系统在芦苇湿地CO2通量观测中的应用

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应用生态学报 2025年

作者：蒋晓雯周广胜宋兴阳中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/河北固城农业气象国家野外科学观测研究站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中国气象科学研究院-郑州大学生态气象联合实验室

生态系统碳通量的准确观测是科学评估陆地固碳的关键。目前现有塔基涡度相关观测难以覆盖区域不同类型的生态系统，本研究介绍了一种可移动的机载通量观测系统，并基于2023年7月27—29日辽河三角洲芦苇湿地机载通量观测系统与塔基涡度... 详细信息

生态系统碳通量的准确观测是科学评估陆地固碳的关键。目前现有塔基涡度相关观测难以覆盖区域不同类型的生态系统，本研究介绍了一种可移动的机载通量观测系统，并基于2023年7月27—29日辽河三角洲芦苇湿地机载通量观测系统与塔基涡度相关系统的碳通量对比观测结果，评估了该系统的观测准确性。结果表明：机载通量观测系统能够很好地监测生态系统碳通量，其观测的碳通量源区与涡度相关系统基本一致，半小时生态系统碳通量与涡度相关系统的观测结果显著相关，相关系数达到 0.889，均方根误差为0.881。研究结果为机载通量观测系统观测不同类型生态系统-大气通量交换提供了科学依据。

关键词：机载通量通量观测机载通量观测系统芦苇湿地净生态系统CO 交换

太湖流域近二十年生态环境状况变化特征及驱动因素分析

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科学技术与工程 2025年第1期25卷 416-429页

作者：杭鑫朱士华李心怡孙良宵罗晓春李亚春张悦江苏省气候中心南京210019 南京气象科技创新研究院南京210019 江苏省气象服务中心南京210019 江苏省环境监测中心南京210019

陆地生态环境状况的量化监测和评估有助于理解生态系统的变化及其驱动因素,对政府指导区域生态环境管理,实现生态保护和社会经济协同发展具有重要意义。基于长时序多源卫星遥感数据,利用协方差主成分分析法耦合绿度、热度、湿度、干度... 详细信息

陆地生态环境状况的量化监测和评估有助于理解生态系统的变化及其驱动因素,对政府指导区域生态环境管理,实现生态保护和社会经济协同发展具有重要意义。基于长时序多源卫星遥感数据,利用协方差主成分分析法耦合绿度、热度、湿度、干度和空气污染度5个指标,构建了陆地生态环境状况指数评价模型(land eco-environment status index,LESI),采用aug-mented Dickey-Fuller(ADF)检验、Biplot双标图、相关分析和交叉验证等4种策略证明了该模型具有良好的平稳性、合理性、综合代表性和区域适应性;在此基础上评估了2001—2021年太湖流域生态环境状况(land eco-environment status,LES)时空特征和演变规律,探讨了LES变化的驱动因素,量化了气候变化和人类活动的贡献,结果表明:太湖流域生态环境质量呈先下降后平稳的态势,年均LESI从2001年的0.639显著下降至2009年的0.523(-18.2%),随后趋于稳定;太湖流域LESI时空变化差异明显,生态环境质量保持稳定或改善的区域(68.8%)明显大于下降的区域(31.2%),其中杭州和湖州生态环境质量最好,且保持稳定,上海和苏州相对偏差,且波动较大;气温、降水和夜间灯光对LESI的贡献度分别为0.03、0.19和0.78,表明近20年太湖流域的生态环境变化主要受人类活动主导,而只有部分森林山区和湿地区域受气候变化影响。所建立的LESI模型可以有效地监测和定量评估生态环境状况的变化,为政府制定生态环境保护政策、促进高质量发展提供科学支撑。

关键词：生态环境遥感 LESI 太湖流域

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LandEM模式的改进及在青藏高原地区初步应用

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气象学报 2025年第1期83卷 61-79页

作者：刘勇洪翁富忠何文英唐飞李锐徐永明韩阳杨俊王艺丹中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境观测重点实验室北京100029 南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室南京210041 中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥244199 南京信息工程大学遥感与测绘工程学院南京210044

基于物理模型的微波发射率(MLSE)模拟一直面临着很大挑战,目前还缺乏利用物理模式模拟较高分辨率的全球或区域尺度MLSE的应用案例。针对先进辐射传输模拟系统(ARMS)中的陆面微波发射率(LandEM)模式,对土壤介电常数和粗糙地表反射率模型... 详细信息

基于物理模型的微波发射率(MLSE)模拟一直面临着很大挑战,目前还缺乏利用物理模式模拟较高分辨率的全球或区域尺度MLSE的应用案例。针对先进辐射传输模拟系统(ARMS)中的陆面微波发射率(LandEM)模式,对土壤介电常数和粗糙地表反射率模型进行了改进及相应MLSE模拟研究,并结合地面观测MLSE资料进行了模拟评估,同时开展了LandEM模式主要输入参数优化研究;在此基础上,以青藏高原地区为例,选择3种粗糙地表反射率半经验模型和1种发射率经验模型组合成9种MLSE模拟方案,利用3套卫星观测资料反演的MLSE产品,对9种不同模拟方案进行了评估,并选择出最优模拟方案对青藏高原地区MLSE进行了模拟分析。研究结果显示:LandEM模式中引入Mironov常温土壤介电常数模型后模拟的MLSE得到改善,引入Zhang冻土介电常数模型可弥补原有冻土介电常数估算的缺陷,引入Chen-Weng粗糙地表反射率模型后模拟的MLSE也得到有效改善;针对青藏高原地区MLSE模拟,Qp粗糙地表反射率模型更适合裸土粗糙地表,Chen-Weng模型更适合植被粗糙地表;改进后的LandEM模式及优化模拟方案能较好地模拟0.10°×0.10°空间分辨率青藏高原地区水平极化MLSE值及空间分布,也能较好地模拟垂直极化MLSE值,但还不能对垂直极化MLSE空间差异进行有效模拟。

关键词：微波地表发射率 LandEM模式土壤介电常数粗糙地表反射率青藏高原

“杜苏芮”(2023)台风外雨带闪电活动特征及与强降水微物理结构的关系

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气象学报 2025年第1期83卷 80-95页

作者：林小红蒋滔张文娟郑秀丽崔梦雪范能柱福建省气象台福州350007 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 福州市气象台福州350006 厦门市气象台厦门361000

基于三维闪电定位和双偏振组网雷达精细观测资料,结合FY-4A卫星TBB数据、地面自动站、台风资料、风廓线雷达及ERA5再分析资料等,运用统计及诊断方法分析了2023年台风“杜苏芮”雨带的对流降水特征和闪电活动特征,详细分析了闪电活动与... 详细信息

基于三维闪电定位和双偏振组网雷达精细观测资料,结合FY-4A卫星TBB数据、地面自动站、台风资料、风廓线雷达及ERA5再分析资料等,运用统计及诊断方法分析了2023年台风“杜苏芮”雨带的对流降水特征和闪电活动特征,详细分析了闪电活动与外雨带中尺度对流系统(MCS,Mesoscale Convective System)上不同组织结构的强降水微物理特征的关系。结果表明:“杜苏芮”登陆过程中,台风眼壁及内外雨带均产生高效率的对流降水,外雨带对流降水在强度、影响范围及持续时间上较眼壁及内雨带降水显著。闪电活动在台风眼壁及内雨带频次较低。外雨带闪电频次最高,主要密集分布在外雨带的MCS上,且以负地闪活动为主。外雨带MCS成熟期存在不同组织结构的强雷暴云,其闪电活动空间差异大,闽东北沿海地区闪电稀少,而闽中沿海地区闪电频次高。利用双偏振雷达多参量的垂直结构反演结果,发现强降水-闪电不活跃区的强回波主体对流质心低,由高浓度的液态大雨滴组成,地面强降水由强烈的暖雨过程造成。相比而言,强降水-闪电活跃区的强回波主体对流质心更高,0℃层以上高度的冰相粒子含量更高、尺寸更大,0℃层以下有活跃的高浓度大雨滴也有冰相粒子,导致闪电活动活跃。0℃层以下,强降水-闪电活跃区具有深厚强上升气流,而强降水-闪电不活跃区以液相粒子为主,强上升气流层较浅薄。研究结果为台风外雨带闪电活动特征及与强降水微物理结构的关系提供了参考依据。

关键词：台风“杜苏芮” 雨带闪电 MCS强降水微物理结构

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基于KZ滤波法分析2017—2022年山西中部城市群臭氧变化趋势

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环境科学学报 2025年第2期 306-319页

作者：李明明王文春王雁王小兰张逢生王淑敏汪文雅陈玲成鹏伟韩照宇山西省气象科学研究所

在近年来的环保行动中，山西省中部城市群成为空气污染治理的关键区域，这一地区因其特定的工业布局和地理条件，面临着较为严峻的污染挑战.本研究采用Kolmogorov-Zurbenko（KZ）滤波分析了2017—2022年山西省中部城市群地区5个城市O3-... 详细信息

在近年来的环保行动中，山西省中部城市群成为空气污染治理的关键区域，这一地区因其特定的工业布局和地理条件，面临着较为严峻的污染挑战.本研究采用Kolmogorov-Zurbenko（KZ）滤波分析了2017—2022年山西省中部城市群地区5个城市O3-8 h的时间序列.结果表明，O3-8 h年均浓度总体呈先升后降的趋势，2017—2019年O3-8 h浓度年均增幅为4.3%(6.04μg·m-3),2019年达到峰值，2020年后因新冠肺炎疫情影响，O3-8 h浓度呈下降趋势，中部城市群5个城市全部达标.KZ滤波分析结果表明，O3-8 h浓度的短期分量、季节分量和长期分量之间相互独立.各分量方差对O3-8 h原始序列总方差的贡献率之和为56%～89%，各分量方差基本满足相互独立的条件，方差贡献最大的均为季节分量，其次是短期分量，贡献最小的是长期分量.说明原始时间序列的波动主要受控于污染源排放以及气象条件的短期变化和季节变化.针对KZ滤波分解出的浓度序列，建立了逐步多元回归线性模型，定量评估气象和减排对变化趋势的贡献.分析各个城市结果表明，气象条件的贡献介于20.90%～55.23%之间，减排措施的贡献介于44.77%～79.10%之间，各个城市中太原市气象条件对O3-8 h浓度的影响最大，占比为55.23%，吕梁市减排措施影响最大，占比为79.10%.整体来看，减排对2017—2022年山西省中部城市群O3污染改善起到了一定的作用.

关键词：气象特征 KZ滤波臭氧浓度逐步回归中部城市群山西省

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胶结砂砾石料剪切二元强度准则与本构模型研究

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岩土工程学报 2025年第3期47卷 516-524页

作者：武颖利任红磊郭万里南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 南京水利科学研究院材料与结构研究所江苏南京210024

为探究胶结砂砾石料复杂的力学特性,开展不同围压、不同掺量的胶结砂砾石料大型三轴剪切试验,并建立了适用于胶结砂砾石料的二元剪切强度准则和双屈服面本构模型。结果表明:(1)胶结砂砾石料具有一定的胶结力和结构性,宏观上表现出显著... 详细信息

为探究胶结砂砾石料复杂的力学特性,开展不同围压、不同掺量的胶结砂砾石料大型三轴剪切试验,并建立了适用于胶结砂砾石料的二元剪切强度准则和双屈服面本构模型。结果表明:(1)胶结砂砾石料具有一定的胶结力和结构性,宏观上表现出显著的软化、强剪胀等力学特性;(2)基于二元介质理论建立了剪切强度准则,该准则可描述不同胶凝掺量下的胶结砂砾石料的强度演化规律;(3)将剪切强度准则合理转化为本构模型中的剪切屈服面,并在修正剑桥模型基础上考虑材料的抗拉特性得到体积屈服面,同时本构模型重点描述了胶结砂砾石料的应变软化及强剪胀性;(4)推导了本构模型在一般应力状态下的刚度矩阵,并证明了其对胶结砂砾石料三轴剪切试验具有良好的拟合效果。该研究结果可为胶结砂砾石坝的应力变形计算提供更好的理论指导。

关键词：胶结砂砾石料强度准则应变软化剪胀性双屈服面模型

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