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我国大气电学研究的最新进展

大气科学 2024年第1期48卷 51-75页

作者：郄秀书朱江皖底绍轩骆烁名黄子凡刘冬霞张鸿波袁善锋刘明远孙竹玲徐晨孙春发王东方蒋如斌杨静中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室(LAGEO) 北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

大气电学主要研究地球大气和近地空间发生的电学过程及其机理和影响,其核心研究内容是雷电物理和雷暴电学。自1980年代以来,中国大气电学研究不断取得新的进展,特别是近年来,得益于高时间分辨率雷电探测技术的进步,大气电学研究不仅在... 详细信息

大气电学主要研究地球大气和近地空间发生的电学过程及其机理和影响,其核心研究内容是雷电物理和雷暴电学。自1980年代以来,中国大气电学研究不断取得新的进展,特别是近年来,得益于高时间分辨率雷电探测技术的进步,大气电学研究不仅在雷电物理学和雷暴云电荷结构方面取得了重要成果,也在雷电和雷暴对近地空间的影响、强对流天气的雷电特征、以及雷电资料同化和预警预报等方面取得了重要进展。本文从六个方面对近五年来大气电学的主要研究进展进行回顾,包括高精度雷电探测和定位技术、雷电物理过程和机制、雷暴对中上层大气的影响、雷暴云电荷结构的观测和数值模拟、强对流天气的雷电特征与预报、雷电对气候变化的影响与响应等,最后对大气电学未来发展进行展望。

关键词：大气电学雷暴雷电强对流天气资料同化和预警预报

古新世-始新世极热事件期间的浊积岩沉积对气候变化和天文旋回的响应

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第四纪研究 2024年第5期44卷 1225-1234页

作者：金思敏 David B.KEMP 张仲石黄春菊刘晴中国地质大学(武汉)环境学院大气科学系湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)地球科学学院生物地质与环境地质国家重点实验室关键带演化湖北省重点实验室湖北武汉430074

浊流是地表最重要的沉积物运移过程之一,主导了沉积物从大陆架到深海的输送。通过研究深时极热事件期间浊流的分布规律,可为类比推测未来全球变暖背景下浊流活动的变化趋势提供重要参考。前期研究发现,古新世-始新世极热事件(PETM)期间... 详细信息

浊流是地表最重要的沉积物运移过程之一,主导了沉积物从大陆架到深海的输送。通过研究深时极热事件期间浊流的分布规律,可为类比推测未来全球变暖背景下浊流活动的变化趋势提供重要参考。前期研究发现,古新世-始新世极热事件(PETM)期间,英国东部北海盆地的高频浊积砂岩沉积受到了气候变化的影响。本研究进一步对西班牙Basque盆地Zumaia剖面古新统-始新统458层浊积岩(深度范围为-19.76~37.12 m)进行了时间序列分析,发现浊积岩沉积存在着显著的405 ka长偏心率周期信号。通过总结古新统-始新统浊积岩记录对天文旋回的响应,发现仅在英国北海盆地和西班牙Basque盆地识别出了天文旋回信号,且这两个点位的地理位置与模拟结果显示的年平均降水对轨道参数变化的敏感区相吻合。此外,本研究还讨论了PETM期间不同沉积环境中浊积岩沉积记录对海平面变化和全球升温的响应。

关键词：古新世-始新世极热事件天文旋回浊积岩偏心率岁差

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器测时期全球增暖趋势及其不确定性估计——基于IPCC科学评估的回顾与展望

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科学通报 2024年第26期69卷 3970-3983页

作者：李庆祥中山大学大气科学学院热带大气海洋系统科学教育部重点实验室广州510275 中国科学院中亚生态与环境研究中心乌鲁木齐830011 广东省南方海洋科学与工程实验室(珠海) 珠海519082

《巴黎协定》提出的温控目标未来还有多少升温空间?这是各国政府、科学家和公众所共同关心的问题.要准确回答这一问题,需要更高质量的基准气候观测数据集作为变暖事实检测的核心基础.针对近年来全球表面温度(global surface temperature... 详细信息

《巴黎协定》提出的温控目标未来还有多少升温空间?这是各国政府、科学家和公众所共同关心的问题.要准确回答这一问题,需要更高质量的基准气候观测数据集作为变暖事实检测的核心基础.针对近年来全球表面温度(global surface temperature,GST)偏差引起的讨论,政府间气候变化委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)第6次科学评估报告(AR6)在遴选用以评估工业化以来地球增暖幅度的器测时期全球基准温度数据集时,在数据集的时间覆盖范围和空间抽样方面采用了更为严格的标准.所收录的5个全球基准数据集中:HadCRUT5(英国气象局和东安吉利尔大学)、NOAAGlobalT-Interim(美国大气海洋局/国家环境信息中心)、BE(美国Berkeley Earth团队)被完全采纳;GISS(美国美国航天局/戈达德航天科学研究中心)只采纳了1880年以来的数据,最新发布的China-MST-Interim(中国中山大学)则只采纳了其全球陆地气温(global land surface air temperature,GLSAT)分量China-LSAT;此外,AR6还参考了几个基于新方法(统计插补、数据融合和人工智能)对HadCRUT4重建数据集的评估结果.基于上述数据集,AR6报告给出了迄今最优的工业化以来(用1850~1900年平均值表示)的增暖估计,即最近10年(2011~2020年)全球平均增暖了1.09℃(0.95~1.20℃).但毋庸置疑,要彻底厘清这个问题的确切答案,未来还有许多工作要做.

关键词：全球变暖器测时期基准数据增暖趋势不确定性

基于卫星遥感的氮氧化物排放快速反演方法比较

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地球科学进展 2024年第3期39卷 269-278页

作者：王思杰林金泰孔浩张宇航徐呈浩李春锦任芳萱北京大学物理学院大气与海洋科学系气候与海—气实验室北京100871

基于对流层二氧化氮(NO_(2))垂直柱浓度卫星遥感数据,实现快速、高空间水平分辨率(5 km或更高)的氮氧化物(NO_(x)=NO+NO_(2))排放反演,可为空气污染精准治理提供及时、细致的排放数据。现有多种低计算成本的快速反演方法,如指数修正高... 详细信息

基于对流层二氧化氮(NO_(2))垂直柱浓度卫星遥感数据,实现快速、高空间水平分辨率(5 km或更高)的氮氧化物(NO_(x)=NO+NO_(2))排放反演,可为空气污染精准治理提供及时、细致的排放数据。现有多种低计算成本的快速反演方法,如指数修正高斯模型、散度模型和PHLET算法,但其反演效果尚未得到充分对比分析。以2019年夏季京津冀地区为研究对象,对比了上述3种方法的反演效果,研究发现,指数修正高斯模型主要适用于点源排放,但在京津冀等排放源密集地区的反演效果较差;散度模型考虑了在预定NO_(x)大气寿命情况下的水平输送,能快速识别主要排放源位置,但存在排放低估和负排放等问题;PHLET算法考虑了水平输送、NO_(2)垂直柱浓度和NO_(x)大气寿命的非线性关系以及卫星像元不规则等因素,对排放的估计较为准确。改善风场数据、填补卫星数据缺失和改善NO_(x)化学损失估计是进一步提升排放反演质量的关键。

关键词：卫星遥感氮氧化物排放快速反演京津冀

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基于灰狼算法和极限学习机的风速多步预测

郑州大学学报（工学版） 2024年第2期45卷 89-96页

作者：张文煜马可可郭振海赵晶邱文智郑州大学地球科学与技术学院河南郑州450001 郑州大学计算机与人工智能学院河南郑州450001 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

为了提高风速的多步预测水平,提出了一种基于数据信号分解和灰狼算法优化极限学习机的混合预测模型。首先,使用具有自适应噪声的完全集成经验模态分解算法将原始风速时间序列分解为若干本征模态函数和一个残差序列,并使用偏自相关函数... 详细信息

为了提高风速的多步预测水平,提出了一种基于数据信号分解和灰狼算法优化极限学习机的混合预测模型。首先,使用具有自适应噪声的完全集成经验模态分解算法将原始风速时间序列分解为若干本征模态函数和一个残差序列,并使用偏自相关函数法对模型输入进行特征选择;其次,在分解子序列上分别建立模型并进行预测,构造多输入多输出策略的极限学习机神经网络,使用灰狼优化算法求解其中的最优化隐含层权值和偏置;最后,对子序列进行重构并得到最终的预测结果。使用时间分辨率为15 min的多组实测资料开展模拟实验,所提模型在3个风电场的均方根误差分别为0.859、0.925、0.927 m/s,均低于其他对比模型,验证了该模型在未来4 h风速预测即16步预测中的有效性。

关键词：风速预测多步预测信号分解特征选择灰狼优化算法极限学习机

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中昆仑山北坡极端暴雨对流—对称不稳定性及其触发机制分析

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大气科学 2024年第3期48卷 987-1011页

作者：周雅蔓刘兆旭刘晶杨霞张萌周玉淑新疆维吾尔自治区气象台乌鲁木齐830002 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所乌鲁木齐830002 中亚大气科学研究中心乌鲁木齐830002 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室北京100029 中国科学院大学地球科学学院北京100049

本文利用ERA-50.25°×0.25°再分析资料,通过计算2020年5月6~7日中昆仑山北坡极端暴雨天气过程中湿位涡和锋生函数,给出暴雨过程大气不稳定性演变特征,明确锋面系统在对流触发中的作用,并得出以下结论:(1)本次中昆仑山北坡暴雨期间,200... 详细信息

本文利用ERA-50.25°×0.25°再分析资料,通过计算2020年5月6~7日中昆仑山北坡极端暴雨天气过程中湿位涡和锋生函数,给出暴雨过程大气不稳定性演变特征,明确锋面系统在对流触发中的作用,并得出以下结论:(1)本次中昆仑山北坡暴雨期间,200 hPa高空两支急流造成辐散叠加区,500 hPa中亚低涡、高原北部切变线缓慢移动过程中,配合低层700 hPa地形辐合抬升、地面高压前冷气团与塔里木盆地暖气团交汇,为中昆仑山北坡浅山区云团发展提供有利的动力、热力条件。(2)暴雨分为两个阶段,第一阶段(EP1)于田至且末一线降水期间,对流层低层暴雨区为对流不稳定大气层结;第二阶段(EP2-1)策勒地区短时强降水期间,策勒对流层低层逐渐由对流不稳定大气转为条件对称不稳定大气层结,对流层低层Mpv2变化由大气的湿斜压性和低层水平风的垂直切变所造成;受前期降水和凝结潜热释放影响,第二阶段(EP2-2)策勒至洛浦一线低层增暖增湿,对流层低层转为对流不稳定大气层结。(3)地形辐合抬升是第一阶段降水中尺度云团生成的主要原因,低层冷锋锋生触发对流不稳定能量释放,且末附近云团迅速发展,同时塔里木盆地气流沿地形爬坡至高原北部,在500 hPa附近冷锋锋生,与高原北侧暖锋短时间对峙形成冷式锢囚锋,锋面附近垂直运动增强使得对流云团快速发展,与且末附近对流云团合并加强,造成第一阶段(EP1)于田至且末一线降水天气;第二阶段(EP2-1)策勒短时强降水期间,对流层低层700 hPa冷锋锋生,云团移动方向暖湿入流气流与云下蒸发和云后入流冷气团相遇,暖气团沿底层冷池进一步爬升,使得云团迅速发展至成熟阶段,造成策勒地区出现短时强降水天气;随着中亚低涡逐渐进入研究区,对流层低层—中层冷锋锋生,进一步加强了上升运动的发展,是第二阶段(EP2-2)策勒至洛浦一线持续性降水天气的重要原因。

关键词：中昆仑山北坡暴雨对流—对称不稳定触发机制

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晚奥陶纪地球气候对地球轨道变化的响应

北京大学学报(自然科学版) 2024年

作者：于浩男刘永岗林琪凡魏梦宇左浩悦张健章露露北京大学物理学院大气与海洋科学系 31664部队

使用大气–海洋环流模式CESM1.2.2，在不同的轨道配置情况下，对晚奥陶纪地球气候进行一系列敏感性试验。结果表明，地球轨道变化可以使局地年平均温度变化幅度超过5.5℃，季节温度变化幅度超过23℃; 岁差变化对全球平均温度的影响... 详细信息

使用大气–海洋环流模式CESM1.2.2，在不同的轨道配置情况下，对晚奥陶纪地球气候进行一系列敏感性试验。结果表明，地球轨道变化可以使局地年平均温度变化幅度超过5.5℃，季节温度变化幅度超过23℃; 岁差变化对全球平均温度的影响小于0.2℃，当地球自转轴倾角从22.5°变为24.5°时，由于高纬度接收的年平均太阳辐射通量增加，加上冰雪的反馈，全球平均温度可以增加约1℃。地球轨道变化对全球平均降水量的影响有限，但对降水的时空分布影响较大; 岁差的变化能够控制热带辐合带的南北移动，地球自转轴倾角增大可以使两极地区降水增多，两者共同影响全球的降水分布。地球轨道变化对季风区的分布格局影响很大; 岁差的变化使全球季风区面积变化幅度超过40%，中–高纬度季风区还受到地球自转轴倾角的影响，面积变化幅度可达到约10%。尽管晚奥陶纪全球地表平均温度超过18℃，但在大部分轨道配置情况下，南极附近的大陆仍然有深厚的积雪，具备形成广泛冰盖的潜力。

关键词：晚奥陶纪冰期地球轨道岁差地球自转轴倾角

中国极端天气气候研究——“地球系统与全球变化”重点专项项目简介及最新进展

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大气科学学报 2024年第1期47卷 23-45页

作者：陈海山张耀存张文君尹志聪华文剑况雪源陈国森马红云韩婷婷南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估省部共建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 南京大学大气科学学院江苏南京210093

全球变暖背景下,极端天气气候事件频发,并表现出群发性、持续性、复合性等特点,不可预测性增加;持续性强降水、极端低温、复合型极端高温干旱、群发性热浪和台风等极端天气气候事件对我国经济社会和可持续发展影响巨大。然而,上述极端... 详细信息

全球变暖背景下,极端天气气候事件频发,并表现出群发性、持续性、复合性等特点,不可预测性增加;持续性强降水、极端低温、复合型极端高温干旱、群发性热浪和台风等极端天气气候事件对我国经济社会和可持续发展影响巨大。然而,上述极端天气气候事件的新特征、关键过程和机理尚不完全清楚,重大极端事件的预报预测水平亟待提升。文章首先简要介绍“地球系统与全球变化”重点专项项目“中国极端天气气候事件的形成机理及其预测和归因”的基本情况。项目拟在分析全球变化背景下对我国造成重大影响的极端天气气候事件新特征的基础上,深入研究多尺度海-陆-气耦合过程影响极端天气气候事件的机理,挖掘极端天气气候事件次季节-季节预测的前兆信号;发展动力与物理统计相结合的极端事件预测新方法,研制针对中国极端事件的新一代高分辨率数值预报与检测归因系统。文章重点总结了自2022年12月项目立项至今取得的最新研究成果和进展。

关键词：极端天气气候事件海气相互作用陆面过程海陆气耦合机理预测归因

利用尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对一次陆地浓雾的数值模拟

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气象 2024年第4期50卷 449-460页

作者：乔崛彭新东复旦大学大气与海洋科学系上海200438 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

为提高大气数值模式的模拟能力,改进大气边界层水汽、热量湍流输送计算和大雾天气的模拟效果,选用WRF三维非静力模式,采用具有局地和非局地垂直湍流尺度自适应计算能力的MYNN_SA参数化方案,对2017年12月28—29日我国华北—江淮地区的大... 详细信息

为提高大气数值模式的模拟能力,改进大气边界层水汽、热量湍流输送计算和大雾天气的模拟效果,选用WRF三维非静力模式,采用具有局地和非局地垂直湍流尺度自适应计算能力的MYNN_SA参数化方案,对2017年12月28—29日我国华北—江淮地区的大范围浓雾过程进行了数值模拟研究,探讨从中尺度到灰区尺度分辨率范围,模式的尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对稳定大气边界层发展、湍流输送和大雾天气模拟的影响。利用中国地面气象站观测资料和ERA5再分析数据,在接近灰区尺度的网格分辨率上,利用尺度自适应大气边界层湍流MYNN_SA参数化方案较之中尺度参数化MYNN方案,可明显改善次网格湍流输送计算,以及陆地浓雾的强度、空间分布和时间演变特征,可更精确地模拟云水混合比、逆温层和雾区的垂直结构。

关键词：湍流通量陆地浓雾大气边界层参数化尺度自适应