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复杂地形对风速廓线的影响

大气科学 2024年第4期48卷 1366-1378页

作者：程雪玲贺园园朱蓉中国科学院大气物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院大学北京100049 国家气候中心北京100081

随着风电利用的发展,越来越多的风电场建立在复杂地形的山区,为了更好地进行风能评估和风电预报,就需要了解复杂地形对风速廓线的影响。本文基于薄翼理论和湍流边界层扰动的线性化理论,采用两层模型对坡度较小的山地在其二维横截面上的... 详细信息

随着风电利用的发展,越来越多的风电场建立在复杂地形的山区,为了更好地进行风能评估和风电预报,就需要了解复杂地形对风速廓线的影响。本文基于薄翼理论和湍流边界层扰动的线性化理论,采用两层模型对坡度较小的山地在其二维横截面上的风廓线进行了预测,该模型能够较为准确地预报地形、压力、稳定度对风速增速的影响,但对于三维地形或其他因素产生的风速的复杂变化,需要进一步将其扩展至三维,并结合数值模拟进行研究。

关键词：风廓线复杂地形薄翼理论两层模型风能

热带地区雹暴的闪电活动-动力-微物理特征研究

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地球物理学报 2024年第9期67卷 3311-3326页

作者：李哲张廷龙郑栋崔学林余海甘志强高涛鲍敏周方聪海南省南海防灾减灾重点实验室海口570203 中国民用航空飞行学院航空气象学院四川广汉618300 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 复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院上海200438

基于低频电场变化探测阵列三维闪电定位系统和S波段双偏振天气雷达数据, 对海南岛2021年6月24日一次雹暴过程的闪电活动和云内动力与微物理特征进行了详细的分析.结果显示: 该雹暴闪电活动以云闪为主, 占总闪的85.38%.降雹前发生的地闪... 详细信息

基于低频电场变化探测阵列三维闪电定位系统和S波段双偏振天气雷达数据, 对海南岛2021年6月24日一次雹暴过程的闪电活动和云内动力与微物理特征进行了详细的分析.结果显示: 该雹暴闪电活动以云闪为主, 占总闪的85.38%.降雹前发生的地闪以正地闪为主, 在降雹前25 min内, 正地闪频数占总地闪频数的60%, 高于一般雷暴正地闪活动比例.在雹暴成熟阶段, 上升气流出现两次增强, 而闪电频数的增加均滞后于上升气流增强的时段, 同时, 闪电频数的增加也可能与对流单体的合并有关.结合模糊逻辑判断法对云内降水粒子的识别, 计算了总闪与冰相粒子的相关系数, 其中霰和冰晶粒子与总闪相关性较高, 相关系数分别为0.76和0.83.根据闪电辐射源的空间分布特征, 推测该雹暴降雹前为反三极性电荷结构, 正电荷区位于约7~9.5 km(~-10 ℃至-25 ℃).

关键词：雹暴三维闪电定位双偏振雷达降水粒子识别

基于风云三号卫星组网微波湿度计观测资料的西南涡预报晴空同化初步分析

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大气科学学报 2024年

作者：姜祈帆陈科艺希爽张利红范娇成都信息工程大学大气科学学院广西壮族自治区气象台中国气象局成都高原气象研究所中国气象局地球系统数值预报中心

从2008年5月发射FY-3A星，到2023年FY-3G星和FY-3F星的相继发射，风云三号极轨系列卫星观测网越发完善，使得卫星资料在时间和空间上的分辨率都得到很大提高，促进了我国数值天气预报的发展。而西南涡是受复杂地形影响生成于青藏高原东... 详细信息

从2008年5月发射FY-3A星，到2023年FY-3G星和FY-3F星的相继发射，风云三号极轨系列卫星观测网越发完善，使得卫星资料在时间和空间上的分辨率都得到很大提高，促进了我国数值天气预报的发展。而西南涡是受复杂地形影响生成于青藏高原东侧700-850hPa高度，影响我国夏季暴雨的主要天气系统。本研究基于WRF模式及WRFDA同化系统，利用FY-3C和FY-3D卫星组网微波湿度计观测资料进行晴空同化试验，并探究不同稀疏化设置对预报的影响。本研究表明与星下点分辨率相近的30km稀疏化设置对于同化和预报的效果最好；同化卫星组网资料优于单个卫星资料，从而改善预报降水落区，降低大量级降水的虚报率，使降水预报准确率得到提高；单独同化FY-3C星微波湿度计资料对湿度场预报的积极影响更大，而单独同化FY-3D星微波湿度计对风场的预报改善更好。

关键词：西南涡,风云三号 MWHS-2辐射率资料组网同化稀疏化设置

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青藏高原夏季极端降水研究进展与展望

大气科学学报 2024年

作者：刘俏华姚秀萍马嘉理李若莹中国气象局气象干部培训学院中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室中国气象局地球系统数值预报中心南京信息工程大学大气科学学院

在全球变暖背景下，极端降水正日益频繁、剧烈并影响更广泛的区域。特别是在气候变化的敏感区域——青藏高原（以下简称高原），这些现象的发生频率和强度均有显著增加，对当地乃至下游地区的生态环境和生产生活造成了重大影响。因此，... 详细信息

在全球变暖背景下，极端降水正日益频繁、剧烈并影响更广泛的区域。特别是在气候变化的敏感区域——青藏高原（以下简称高原），这些现象的发生频率和强度均有显著增加，对当地乃至下游地区的生态环境和生产生活造成了重大影响。因此，对高原极端降水进行深入研究具有深远的科学意义和社会价值。本文从极端降水定义与指数、高原夏季极端降水特征、影响高原夏季极端降水的因素、高原夏季极端降水的灾害风险与未来预估四个方面，对近几十年来高原夏季极端降水的相关研究成果进行了回顾。通过梳理和分析相关领域的研究成果，以期为研究者提供清晰的研究脉络和前沿动态，促进学术交流与合作，共同推动高原极端降水领域科学研究的持续深入，为全球气候变化及极端天气气候事件研究和应对提供更加坚实和有力的科学支撑。

关键词：青藏高原夏季极端降水研究进展展望特征影响因素预估

太阳辐射通量对星载朗缪尔探针等离子体密度测量精度的影响

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地球物理学报 2024年第8期67卷 2886-2896页

作者：朱子渊熊超郑宇豪颜蕊高顺祖黄宇阳尹凡万欣武汉大学电子信息学院武汉430072 湖北珞珈实验室武汉430079 应急管理部国家自然灾害防治研究院北京100085 中山大学大气科学学院广东珠海519082 中山大学宇航科学学院行星环境与宜居性研究实验室广东珠海519082

本文利用Swarm C卫星和CHAMP卫星搭载的朗缪尔探针测量的电离层就位等离子体密度数据和位于Arecibo及Jicamarca两座非相干散射雷达测量的电子密度数据进行了详细、全面的对比.除此之外,本文还使用了利用GRACE卫星星间测距系统(K-Band Ra... 详细信息

本文利用Swarm C卫星和CHAMP卫星搭载的朗缪尔探针测量的电离层就位等离子体密度数据和位于Arecibo及Jicamarca两座非相干散射雷达测量的电子密度数据进行了详细、全面的对比.除此之外,本文还使用了利用GRACE卫星星间测距系统(K-Band Ranging system,KBR)计算得到的星间平均电子密度作为进一步对比.总体上来看,Swarm C、CHAMP和GRACE三颗卫星都与两台地基非相干散射雷达观测数据展现出了良好的线性关系,相关系数分别达到了0.96,0.97,0.96.不同的是,Swarm C卫星与雷达观测间的误差表现出了对太阳辐射通量的依赖,而该依赖关系在CHAMP和GRACE卫星等离子体密度数据中却不明显.结合三颗卫星飞行期间其所处高度及太阳辐射通量的变化,我们认为星载朗缪尔探针的测量结果与探头周围的离子成分有密切关系.比如,在Swarm卫星的数据反演算法中没有考虑离子成分变化对等离子体密度反演精度的影响.在太阳活动低年,较轻的离子(比如H~+)从等离子体层向下扩散到Swarm卫星轨道高度时,其朗缪尔探针就会高估探头周围的等离子体密度.这一影响主要出现在太阳活动低年,且在夜侧要显著大于日侧.与Swarm卫星不同的是,CHAMP卫星的轨道高度随着时间下降(从450 km降至320 km)与太阳辐射通量水平下降的趋势一致,导致CHAMP卫星高度的离子成分变化不明显,其等离子体密度测量误差没有展现出对太阳活动的依赖性.此外,虽然GRACE卫星在2008—2009极低太阳活动年期间,其轨道高度维持在约480 km,但其测量方法并不依赖于卫星周围离子成分的变化,因此其测量结果与雷达观测间的误差也未表现出明显的太阳活动依赖.该对比结果显示了基于GRACE星间测距系统得到的顶部电离层等离子体密度可以为其他基于朗缪尔探针测量的低轨道卫星提供很好的绝对值参考,有助于其他卫星等离子体密度测量的在轨标较.

关键词：朗缪尔探针等离子体密度测量电离层电子密度

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中国西南超级干旱的变化特征和多尺度异常叠加效应分析

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中国科学：地球科学 2024年第7期54卷 2114-2132页

作者：王林陈文黄刚王婷王秋琳宿小蕴任子璇 Chakrit CHOTAMONSAK Atsamon LIMSAKUL Kritanai TORSRI 中国科学院大气物理研究所东亚区域气候与环境重点实验室北京100029 高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室成都610072 云南大学地球科学学院大气科学系昆明650500 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大气物理研究所碳中和研究中心北京100029 杭州市气象局杭州310051 中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100029 Department of Geography Faculty of Social SciencesChiang Mai UniversityChiang Mai 50200Thailand Environmental Science Research Center Faculty of ScienceChiang Mai UniversityChiang Mai 50200Thailand Climate Change and Environmental Research Center TechnopolisKlong 5Klong LuangPathumthani 12120Thailand Hydro-Informatics Innovation Division Hydro-Informatics InstituteMinistry of Higher EducationScienceResearch and InnovationBangkok 10900Thailand

最近十几年来,中国西南地区超级干旱频发,导致了严重的经济损失和生态环境破坏.本文分析了1961~2022年中国西南超级干旱的变化特征,揭示了多尺度干旱的叠加效应,并探讨了驱动多尺度干旱异常的大气环流机制.超级干旱的本质是由多时间尺... 详细信息

最近十几年来,中国西南地区超级干旱频发,导致了严重的经济损失和生态环境破坏.本文分析了1961~2022年中国西南超级干旱的变化特征,揭示了多尺度干旱的叠加效应,并探讨了驱动多尺度干旱异常的大气环流机制.超级干旱的本质是由多时间尺度极端干旱事件叠加引起的复合型干旱,通过对比2006年和2022年典型干旱个例,证实了多尺度干旱叠加的决定性作用.基于多尺度综合指数(CMI)识别, 2006~2014年间中国西南集中出现多次超级干旱事件.其中,长时间尺度的蒸发增强和降水亏缺的年代际背景是必要条件,决定了超级干旱的整体格局;短时间尺度的降水异常和蒸发异常激发了超级干旱的爆发,决定了超级干旱的确切发生时间,包括2006年8~9月、2009年11月至2010年5月、2011年7~10月、2012年4~5月以及2013年1~4月等.统计分析表明,降水异常叠加对超级干旱的贡献是蒸发作用的2.4倍.在影响多尺度降水的环流机制上,短期和长期尺度的异常空间模态相似,均为南海地区的气旋式环流和西南地区的东北风异常,以及西南地区的下沉异常中心. 2006~2014年期间,西南地区跨季节持续性降水减少的可能原因是北太平洋PDO极端负位相和西太平洋暖池异常增温.具体的动力过程为:PDO负位相在北太平洋激发反气旋式环流异常,西南侧的东北风延伸至亚洲东南部,不利于水汽输送;暖池增温在西北侧激发出气旋式环流异常,也在西南地区上空形成东北风异常,同时暖池地区的上升运动在高层辐散至西南地区上空辐合形成补偿下沉运动.上述两种遥强迫的共同作用,在长时间尺度上形成了气候背景状态中不利于西南地区降水的关键因素,为短时间尺度降水异常叠加形成超级干旱提供了重要的先决条件.

关键词：超级干旱多尺度叠加效应机理分析中国西南地区

多源土地利用数据下景观格局对径流-泥沙影响的不确定性研究——以鄱阳湖区虎山流域为例

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生态学报 2024年

作者：魏冲董晓华马耀明彭涛喻丹冷梦辉三峡大学水利与环境学院三峡库区生态环境教育工程研究中心中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境重点实验室地气作用与气候效应团队中国科学院大学地球与行星科学学院兰州大学大气科学学院西藏珠穆朗玛特殊大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站中国科学院加德满都科教中心中国科学院中国-巴基斯坦地球科学研究中心

景观格局是表征土地利用（LUCC）空间分布特征的重要指标，人类活动导致的景观格局变化是改变流域径流-泥沙过程的重要因素之一。现有研究仅采用单一来源的LUCC产品探究景观格局对径流-泥沙过程的影响，忽略了不同LUCC产品给研究带来的... 详细信息

景观格局是表征土地利用（LUCC）空间分布特征的重要指标，人类活动导致的景观格局变化是改变流域径流-泥沙过程的重要因素之一。现有研究仅采用单一来源的LUCC产品探究景观格局对径流-泥沙过程的影响，忽略了不同LUCC产品给研究带来的不确定性。本文以鄱阳湖区饶河上游虎山流域为研究对象，基于1963—2022年气象水文数据和3种同分辨率的1990—2020年七期LUCC产品，分析流域降雨、径流、输沙和土地利用的变化特征，并结合相关分析和偏最小二乘回归法（PLSR）探究景观格局变化对径流-泥沙特征的影响及其不确定性。研究发现，1963—2022年，虎山流域年输沙模数（STM）和含沙量（SSC）呈显著增长趋势（P<0.001），径流深（RD）呈不显著增长趋势。流域内主要的LUCC为林地和耕地，约占流域面积的（79.57±6.03）%和（15.72±2.36）%。1990—2020年，城镇扩张主要侵占林地和耕地，且存在较多林地-耕地之间的相互转化。不同LUCC产品得到的景观格局指数存在显著的差异（P<0.05），主要由其对灌木和草地的识别差异所导致的。总体来说，研究区景观的最大斑块面积有所减小，景观破碎度有轻微增长，景观多样性有一定的增加。不同LUCC产品下得到的景观格局对径流-泥沙的影响存在差异，所有产品一致的结论是：斑块密度（PD）和蔓延度指数（CONTAG）与RD、STM和SSC呈负相关关系，边缘密度（ED）、Shannon多样性指数（SHDI）和Shannon均匀度指数（SHEI）与STM和SSC呈正相关关系；PLSR模型显示最大斑块占景观面积比例、斑块结合度、景观分割度、SHDI和修正的Simpson均匀度指数（MSIEI）对RD、STM和SSC的变化具有重要意义。选用ED表征面积-边缘特征、选用PD和CONTAG表示聚散度特征以及选用SHDI和SHEI表征多样性特征可以相对减少LUCC产品对研究结果带来的不确定性。通过增加流域内林地与耕地之间的连通性，减少零散分布的耕地，尽可能避免两种景观类型之间的相互转换，可以减少景观破碎化程度，缓解流域土壤侵蚀。研究成果可为鄱阳湖区水土流失防治及生态文明建设提供参考。

关键词：景观格局多源土地利用数据土壤侵蚀偏最小二乘回归鄱阳湖区

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杭州地区大气臭氧浓度垂直分布

中国环境科学 2024年第9期44卷 4754-4764页

作者：齐冰徐晓飞靳军莉杨欣洁牛彧文张金强杭州市气象局浙江杭州310051 浙江临安大气成分本底国家野外科学观测研究站浙江杭州311307 中国气象局气象探测中心北京100081 浙江省气象科学研究所浙江杭州310056 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 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

利用国产双池型电化学反应臭氧探空仪在杭州开展为期1年(2021年12月~2022年11月)观测,分析了该地区臭氧廓线垂直分布、臭氧柱总量以及对流层臭氧柱含量特征,并评估AIRS和MLS反演的臭氧廓线产品以及AIRS、OMIDOAS和TROPOMI反演的臭氧柱... 详细信息

利用国产双池型电化学反应臭氧探空仪在杭州开展为期1年(2021年12月~2022年11月)观测,分析了该地区臭氧廓线垂直分布、臭氧柱总量以及对流层臭氧柱含量特征,并评估AIRS和MLS反演的臭氧廓线产品以及AIRS、OMIDOAS和TROPOMI反演的臭氧柱总量产品.结果表明,臭氧探空仪与地面原位臭氧分析仪观测结果具有高一致性.杭州地区臭氧垂直结构呈显著月变化特征,5月在上对流层-下平流层区域(12~16km高度范围)呈现高浓度臭氧的下传结构.4~9月在边界层附近1.5km高度以下观测到高浓度臭氧含量层.边界层内臭氧含量夏季最高,垂直变化不明显;其次是春季、秋季和冬季,均表现为随高度增加而增大.臭氧探空廓线与卫星反演臭氧垂直廓线吻合较好,在对比高度范围内相对偏差大多<10%.杭州地区臭氧柱总量和对流层柱含量平均值分别为302.1DU和40.5DU,呈明显季节变化特征.臭氧柱总量和对流层柱含量最高的季节分别为春季和夏季,5月对流层臭氧柱含量最高.臭氧探空柱总量与AIRS、OMI DOAS和TROPOMI反演臭氧柱总量一致性较好,相关系数分别为0.78、0.88和0.76.

关键词：臭氧探空臭氧垂直分布臭氧柱总量卫星反演杭州地区

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全新世东亚夏季风降水穿时性的模拟研究

第四纪研究 2024年第2期44卷 593-604页

作者：程曦施健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江苏南京210044 南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044

全新世期间东亚夏季风经历了较为复杂的演变过程,针对其降水的时空变化规律还存在争议。本研究利用TraCE-21 ka气候瞬变模拟的全强迫试验和敏感性试验数据,分析了全新世东亚不同区域降水极大值出现的时间,即东亚季风降水的“穿时性”问... 详细信息

全新世期间东亚夏季风经历了较为复杂的演变过程,针对其降水的时空变化规律还存在争议。本研究利用TraCE-21 ka气候瞬变模拟的全强迫试验和敏感性试验数据,分析了全新世东亚不同区域降水极大值出现的时间,即东亚季风降水的“穿时性”问题,并就降水量的演变趋势和主要影响因子进行了分析。结果表明,全强迫试验中,全新世期间东亚夏季风总降水和净降水极大值最早在北方出现,然后逐渐南移,直到近代出现在南方及沿海地区,这与全新世期间东亚夏季风强度逐渐减弱相符;利用水汽收支方程对全新世东亚夏季风总降水变化进行分解,北方地区降水变化主要受动力因子的控制,热力因子的贡献占比较小,随着地区的南移,热力因子也起到了一定的贡献,不过动力因子仍是主导因素;敏感性试验进一步揭示,全强迫试验中东亚季风降水的这种“穿时性”主要受到地球轨道变化导致的海陆热力差异变化调控。

关键词：全新世东亚夏季风降水穿时性