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基于不同再分析资料南海夏季风爆发的气候特征和年际变率

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大气科学 2024年第4期48卷 1297-1310页

作者：段亚楠刘伯奇中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

南海夏季风爆发标志着东亚夏季风的全面建立,其对我国主汛期雨带分布具有重要指示意义。本文对比了日本气象厅JRA-55、欧洲中期数值预报中心ERA5、中国气象局CRA-40和美国国家环境预测中心NCEP1四套再分析资料中南海夏季风爆发的气候特... 详细信息

南海夏季风爆发标志着东亚夏季风的全面建立,其对我国主汛期雨带分布具有重要指示意义。本文对比了日本气象厅JRA-55、欧洲中期数值预报中心ERA5、中国气象局CRA-40和美国国家环境预测中心NCEP1四套再分析资料中南海夏季风爆发的气候特征和年际变率。结果表明,在四套再分析资料中,南海夏季风爆发期间大气环流和降水场突变的气候特征基本一致,但CRA-40资料的高空暖中心和降水均明显强于JRA-55、ERA5和NCEP1资料。同时,本文分别采用850 hPa纬向西风(U850)盛行、对流层中上部平均经向温度梯度(MTG)反转和南海地区对流建立来定义南海夏季风爆发时间。基于不同的定义指标,四套再分析资料所确定的南海夏季风爆发时间在大多数年份一致,表现为高、低空环流的调整伴随着南海季风对流的建立,环流和降水场完全耦合,且U850定义指标对资料的敏感度高于MTG定义指标。但在个别年份,三种指标所确定的南海夏季风爆发时间差异明显,这时高、低空环流和降水场的耦合关系不明确。当U850、MTG和OLR所定义南海夏季风爆发时间的年际变率一致时,4~5月海温异常场呈现典型的ENSO型分布特征,说明这些年份南海夏季风爆发可能受热带海—气相互作用影响,其中5月孟加拉湾的海温异常可能是ENSO影响南海夏季风爆发时间的关键。而当三种定义方式所得南海夏季风爆发时间的年际变率不一致时,最明显的海温异常信号出现在北太平洋加州沿岸,说明中纬度海—气相互作用对南海夏季风爆发时间也存在潜在调制作用。

关键词：南海夏季风气候特征年际变率资料对比

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基于TEROS的自然闪电X射线暴观测研究

地球物理学报 2024年第1期67卷 21-33页

作者：张雄张阳李小强郑毅曹保锋王宇吕伟涛李鹏国民核生化灾害防护国家重点实验室北京102205 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司武汉430074

本文报道了国内首个自然闪电高能辐射(Lightning Energetic Radiation,LER)多点观测结果.基于自主研发的雷暴高能辐射观测系统(Thunderstorm Energetic Radiation Observation System,TEROS),在2021年夏季观测期成功捕获3次自然LER事件,结合闪电定位、低频快电场变化、回击峰值电流等其他资料,对3次事件的高能辐射特征进行研究.分析发现:3次LER事件均于负地闪下行先导的最后阶段被探测到,是典型的X射线暴,且均具有MeV能量的单光子,最大能量超过2.2 MeV;伴随梯级先导出现的X射线暴持续时间为数百μs,伴随不规则直窜先导的X射线暴持续时间为数十μs,主要与先导发展速度有关;相应回击峰值电流最大的1次事件具有最高的单光子能量、最大的单位面积沉积总能量和最多的爆发过程数量,随着接近回击时刻,该事件还表现出与电场变化一致的增强趋势,表明先导头部电场是影响高能辐射产生的重要因素;随到达强度降低,高能辐射信号逐渐由束流模式向单光子模式转变,呈现出与地球伽马射线闪类似的现象学特征,更多乃至所有的爆发过程无法被探测到,高能辐射可能是闪电发展过程中的普遍现象.

关键词：闪电高能辐射自然闪电 X射线暴地球伽马射线闪闪电先导

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东亚夏季风和中国雨季的趋势变化和关键区气温和海温的影响

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大气科学 2024年第3期48卷 1217-1232页

作者：王婷祝从文马双梅中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

中国降水主要受到西风和季风环流的共同影响,表现出显著的年循环特征。本文基于1961~2020年CN05.1逐日降水资料和JRA55、CRU、HadISST再分析资料,采用谐波分析、相关和回归统计方法,分析了过去60年的东亚夏季风(中国雨季)的建立(开始)... 详细信息

中国降水主要受到西风和季风环流的共同影响,表现出显著的年循环特征。本文基于1961~2020年CN05.1逐日降水资料和JRA55、CRU、HadISST再分析资料,采用谐波分析、相关和回归统计方法,分析了过去60年的东亚夏季风(中国雨季)的建立(开始)、撤退(结束)和持续时间等年循环参数趋势的变化特征。结果显示,自1961年以来,东亚夏季风有建立时间提前,撤退时间推后,持续时间增长的趋势,每十年分别达到了3.54、1.64、5.18天。1999年前后22年我国雨季也存在趋势变化,且在空间上存在显著差异。最近22年(1999~2020年),我国雨季提前主要集中在东北东部、青藏高原东部、西北北部地区,提前时间达5天以上,部分地区超过了20天。雨季滞后主要集中在青藏高原东北,长江以北和西部地区,时间超过了10天。雨季持续时间增加主要集中在青藏高原东北部、我国长江以北、东北东南部地区,时间超过15天以上,部分地区超过25天。研究发现,4月份环贝加尔湖地表气温增加及其伴随的局地反气旋性环流异常,是东亚夏季风建立和我国雨季开始时间提前的关键,而10月份的西北太平洋海温增暖及其伴随的西北太平洋副热带反气旋的异常是导致东亚夏季风撤退和中国北方雨季变长的关键。

关键词：东亚夏季风中国雨季全球变暖年循环变化

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青藏高原春季区域性极端大风频次下降成因

高原气象 2024年

作者：付文卓陈斌徐祥德中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室

极端大风是一种重要的气象灾害，同时亦是一种重要的气候资源。作为“世界屋脊”的青藏高原（Qinghai-Xizang Plateau, QXP）区域是全球和区域气候变化的敏感区，其极端大风事件及其气候变化背景下变化特征与机理尚未完全清楚，尤其在... 详细信息

极端大风是一种重要的气象灾害，同时亦是一种重要的气候资源。作为“世界屋脊”的青藏高原（Qinghai-Xizang Plateau, QXP）区域是全球和区域气候变化的敏感区，其极端大风事件及其气候变化背景下变化特征与机理尚未完全清楚，尤其在川藏铁路建设背景下，加深高原区域极端大风事件的科学认知可为铁路建设和运营提供科学支撑和参考。为探讨高原区域性极端大风长期变化特征及其可能原因，利用地面观测最大风速日值数据，定义了青藏高原区域性极端大风事件，在此基础上，采用趋势分析、 EOF分析、合成分析等多元统计方法分析了1982-2021年高原中东部区域性极端大风事件的时空分布和变化特征、发生的环流条件及其频次减少的可能原因。分析结果表明：（1）自20世纪80年代以来，青藏高原中东部区域性极端大风事件呈显著下降趋势，以95和99百分位定义的区域性极端大风日数每10年分别下降44天和11.6天，且变化主要表现为空间一致型，主要集中在高原东北部。（2）区域性极端大风发生期间，中高纬位势高度呈“西高东低”，低纬地区呈“西低东高”的分布形势，主要特征表现为蒙古-西伯利亚高压正异常，蒙古地区气旋式环流异常，高原东北部西风异常以及蒙古地区地表温度负异常。（3）全球变化背景下，春季西伯利亚高压强度减弱、上一个冬季东亚大槽强度加强致使高原南北两侧气压梯度减小、西风急流减弱导致动量下传减弱并且伴随着气旋性环流异常减弱，以及亚洲地表温度非均匀性上升使得南北温度梯度变小。这些大尺度环流和局地热力因子的协同影响可能是高原中东部区域性极端大风事件发生频次减少的重要原因。

关键词：青藏高原区域性极端大风东亚大槽地表温度

2022年夏季青藏高原高温干旱复合事件的双变量归因

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中国科学：地球科学 2024年第7期54卷 2152-2166页

作者：周佰铨翟盘茂廖圳中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

相对其气候态而言,青藏高原2022年夏季的温度之高不可忽视.尤其是高温伴随着少雨,使得2022年夏季成为青藏高原至少自1961年以来最热且降雨量最少的一个夏季.鉴于青藏高原气候变化的敏感性,本文利用HadGEM3-A-N216模式大样本模拟和基于Co... 详细信息

相对其气候态而言,青藏高原2022年夏季的温度之高不可忽视.尤其是高温伴随着少雨,使得2022年夏季成为青藏高原至少自1961年以来最热且降雨量最少的一个夏季.鉴于青藏高原气候变化的敏感性,本文利用HadGEM3-A-N216模式大样本模拟和基于Copula函数的联合概率分布,从双变量极端事件归因的角度研究了以全球温室气体排放为主的人为强迫对此次青藏高原高温干旱复合事件的贡献.结果表明,根据基于1961~2022年期间观测数据拟合的联合概率分布,青藏高原2022年夏季高温干旱复合事件的发生概率达到4000多年一遇.显然,相当正压结构高压异常的控制以及北移的副热带西风急流等大尺度环流异常与青藏高原此次高温干旱复合事件有着直接联系.而从外强迫的影响来看,全球人为强迫促进了青藏高原夏季的地表增暖和降水变率的增大,为2022年夏季高温干旱复合事件的发生创造了有利的条件.青藏高原2022年夏季高温干旱复合事件在人类活动和自然因子共同强迫的大样本集合中发生概率约为283年(142~613年)一遇,而在仅有自然强迫的集合试验中发生概率几乎为0.这表明青藏高原2022年夏季高温干旱复合事件的发生概率中可归因于人为强迫的贡献为100%,也就是说如果没有人类活动导致的全球变暖,青藏高原类似于2022年夏季这种前所未见的高温干旱复合事件不可能发生.

关键词：高温干旱复合事件青藏高原双变量事件归因人类活动强迫

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秸秆燃烧气溶胶的气象反馈及其棕碳吸光效应

中国环境科学 2024年第3期44卷 1212-1224页

作者：王璐瑶张磊安兴琴王格慧中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象科学研究院气象影响与风险研究中心北京100081 中国气象局大气化学重点开放实验室北京100081 华东师范大学地理科学学院上海200062

本文利用WRF-Chem模式模拟研究了2013年6月华北地区秸秆燃烧排放气溶胶的气象效应,并对秸秆燃烧产生的吸收性有机气溶胶(即棕碳或BrC)的光吸收效应进行分析.设置4组敏感性试验,通过与AERONET观测结果对比分析了BrC对光吸收的影响.结果表... 详细信息

本文利用WRF-Chem模式模拟研究了2013年6月华北地区秸秆燃烧排放气溶胶的气象效应,并对秸秆燃烧产生的吸收性有机气溶胶(即棕碳或BrC)的光吸收效应进行分析.设置4组敏感性试验,通过与AERONET观测结果对比分析了BrC对光吸收的影响.结果表明:模式较好再现了研究时段内各变量变化;在不考虑BrC吸收的情况下,秸秆燃烧产生的气溶胶在主要的农业产区造成地表短波辐射的减弱,月平均值减弱约12.42W/m2,且造成近地面降温而2km以上高空增温,其中近地面温度降幅为0.12~3.64℃,致使边界层趋于稳定,垂直扩散能力减弱;气压整体升高,正变压中心与火点密集区域重合.同时,秸秆燃烧引发近地面较强的风辐散,抑制海洋高湿气团向秸秆燃烧区域的水平输送.在考虑BrC的吸收作用后,光学参数的模拟效果得到了一定提升,AAOD模拟值与观测值的拟合线性斜率由0.47升至0.53,AOD斜率值由0.19升至0.21.生物质燃烧排放BrC对气溶胶消光的影响显著,如AAOD与AOD均出现不同程度的上升.

关键词：生物质燃烧 BrC 光吸收 WRF-Chem模式华北地区

泰山地形对一次副高边缘大暴雨过程影响的观测分析

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气象学报 2024年第2期82卷 155-167页

作者：郑丽娜孙继松济南市气象台济南250102 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

利用区域加密自动气象站、雷达、风廓线及卫星等观测资料,分析了2022年秋季山东一次极端大暴雨事件中泰山山脉周围的降水分布及其产生这种分布的可能原因。结果表明:(1)这次山东大暴雨事件发生在对流层中、低层为强盛偏南气流的背景下,... 详细信息

利用区域加密自动气象站、雷达、风廓线及卫星等观测资料,分析了2022年秋季山东一次极端大暴雨事件中泰山山脉周围的降水分布及其产生这种分布的可能原因。结果表明:(1)这次山东大暴雨事件发生在对流层中、低层为强盛偏南气流的背景下,强降水时段集中在2022年10月1日23时至2日02时(北京时,下同),100 mm等雨量线呈“反弓形”横亘在泰山北侧与西侧,并各自伴有超170 mm的降水中心,而泰山南侧降水反而明显偏弱。(2)大暴雨分布带与地面上的中尺度涡旋-辐合线对应:泰山西侧的中尺度涡旋是山脉北侧冷性绕流与南侧暖性绕流相遇而形成的,导致泰山西侧出现强降水中心,降水呈单峰型;山脉北侧的辐合线长时间维持与重建过程,造成泰山北侧降水时间更长,累计降水量更大,小时降水量呈双峰型。(3)泰山北侧观测站的两个降水峰值与雷达反射率因子的两条平行回波带对应:位于泰山北坡处于长时间准静止状态的第一条回波带,与泰山北侧水平涡度环流的上升支气流对应,其形成机制是夜间具有强垂直切变特征的越山西南低空急流和近地面层受到山脉阻滞的东北气流构成的水平涡度强烈发展和维持的结果;第二条降水回波带与弱冷空气云系对应,当其靠近泰山北侧时受到越山西南低空气流背风坡上升支的影响,出现雷达反射率因子增强现象,与之对应的地面风场特征表征为辐合线的重建过程。(4)在泰山西侧,地面辐合线在低空冷空气的驱动下向东南方向移动,致使回波带逐渐演变成“反弓形”,造成强雨带也呈“反弓形”分布;而泰山南侧处于具有强烈垂直切变低空急流形成的水平涡度的下沉支控制下,因而降水量相较泰山北侧和西侧明显偏小。

关键词：泰山山脉绕流低空急流水平涡度环流

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2019年超强台风“利奇马”外雨带降水精细结构分析

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中国海洋大学学报(自然科学版) 2024年

作者：彭成祥端义宏冯佳宁 1.复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院 2.中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室

本文利用中国地面高时空分辨率的降水资料,分析台风“利奇马”(Lekima)登陆期间,其外雨带在浙江沿海地区产生的降水特征。结果表明,“利奇马”外雨带影响下浙江地区降水过程的累计降水、分钟雨强均呈现显著极端性,强降水中心呈现带状分... 详细信息

本文利用中国地面高时空分辨率的降水资料,分析台风“利奇马”(Lekima)登陆期间,其外雨带在浙江沿海地区产生的降水特征。结果表明,“利奇马”外雨带影响下浙江地区降水过程的累计降水、分钟雨强均呈现显著极端性,强降水中心呈现带状分布特征,在空间和时间上具有明显的非均匀性。同时,本次降水呈现出多种时间尺度的波动特征,周期128～192 min的波动信号贯穿了整个降水过程。外雨带主要位于台风移动方向前侧,其不同位置的降水波动特征有所不同,雨带外边缘降水小波功率谱有两个明显的大值中心,即除周期128～192 min波动信号外,还有准周期16～64 min的波动特征;雨带内侧则分为周期128～256 min的波动信号和多个周期在16 min以下的高频波动信号。本文的研究对提高登陆台风的降水精细化预测水平有重要意义。

关键词：台风利奇马降水时空演变波动特征

西藏高寒草地物种多样性和生产力的环境驱动机制

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生态学报 2024年第14期44卷 6254-6264页

作者：匡苗苗周广胜周梦子郑州大学地球科学与技术学院郑州450001 中国气象科学研究院郑州大学生态气象联合实验室郑州450001 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

全球变暖影响物种多样性和生产力及其关系。关于全球和区域的物种多样性与生产力关系已有许多研究,但气候变暖背景下西藏高寒草地物种多样性与生产力的关系及其环境驱动机制研究仍然很少。基于西藏高寒草地实测的35个样点调查数据,利用... 详细信息

全球变暖影响物种多样性和生产力及其关系。关于全球和区域的物种多样性与生产力关系已有许多研究,但气候变暖背景下西藏高寒草地物种多样性与生产力的关系及其环境驱动机制研究仍然很少。基于西藏高寒草地实测的35个样点调查数据,利用回归分析、Pearson相关性分析、方差分解和结构方程模型等方法,探究了物种多样性和生产力的关系及其影响机制。研究发现:(1)高寒草地的物种丰富度指数和香农-威纳指数与地上植被净初级生产力(ANPP)呈显著正相关关系,且ANPP对物种丰富度指数的变化更为敏感;(2)物种丰富度指数与经度、土壤有效氮、土壤有效磷、年降水量呈显著正相关;Shannon-Wiener指数与海拔和纬度呈显著负相关,与年均温度呈显著正相关;ANPP与经度、土壤有效氮、年降水量和年均温度呈显著正相关,与海拔、纬度和土壤有效钾呈显著负相关;(3)地理因子、土壤养分和气候因子的交互作用对物种丰富度指数和ANPP的贡献率最大,分别为10.99%和32.91%,地理因子和气候因子的交互作用对Shannon-Wiener指数的贡献率最大,为13.61%;(4)地理因子通过调控土壤养分和气候因子间接影响物种多样性和ANPP,土壤养分和气候因子均直接影响物种多样性和ANPP。研究结果揭示了环境因子对物种多样性和生产力的综合调控机制,为西藏高寒草地生态系统科学应对气候变化提供了依据。

关键词：高寒草地生产力物种多样性地理因子土壤养分气候因子