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基于GMI资料的近地面降雨率反演

地球物理学进展 2024年

作者：王新清吴莹方鑫邹依珂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/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室河北省邯郸市气象局

降水是全球水循环中的重要过程，降水的时空分布对淡水资源供给、生态系统维持有重要且直接的影响，与台风、洪水和泥石流等自然灾害也存在密切联系。由于不同的微波辐射计在高度、入射角以及微波通道等方面都有差异，需要建立适用于特... 详细信息

降水是全球水循环中的重要过程，降水的时空分布对淡水资源供给、生态系统维持有重要且直接的影响，与台风、洪水和泥石流等自然灾害也存在密切联系。由于不同的微波辐射计在高度、入射角以及微波通道等方面都有差异，需要建立适用于特定仪器的微波陆面近表面降水率反演模型。利用搭载在全球降水观测计划（Global Precipitation Measurement，GPM）卫星上的微波成像仪（GPM Microwave Imager，GMI）一级亮温观测资料和GPM二级联合反演降水数据（2B Combined，2B CMB），构建以大气散射指数（Scatter Index，SI）和89.0 GHz的极化订正温度（Polarization-Corrected Temperature，PCT）为反演因子的综合指数法（PCT-SI），分别建立升轨和降轨的近地面降雨率反演模型，并进行验证。结果表明，89.0 GHz垂直极化通道的亮温值越低，大气散射指数（SI）越大，近地面降雨率越大；反演模型得到的近地面降雨分布区域和二级产品降水区域基本一致，略微偏大；反演的近地面降雨率与2B CMB产品相比偏小，二者相关系数大于0.6，升轨和降轨模型反演的平均绝对误差分别为1.4648mm/h和1.0807 mm/h，均方根误差分别为2.4105mm/h和2.1828 mm/h。本研究比较成功地反演了陆面降雨分布区域及近地面降雨率，可为星载微波成像仪资料估计陆面降雨分布和近地面降雨率提供参考。

关键词： GMI PCT-SI 近地面降雨率反演

FY-3D卫星MWRI资料反演洋面台风降雨率

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热带海洋学报 2024年

作者：商洁吴莹邹依珂马靖雯南京信息工程大学大气物理学院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/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室

利用FY-3D卫星上搭载的微波成像仪(the microwave radiation imager,MWRI)的一级亮温数据,结合二级降雨率沿轨产品,基于极化订正温度及散射指数(polarization-corrected temperature-scatter index,PCT-SI)综合法,建立了升轨洋面和降轨洋面两种降雨率反演模型,并通过多个台风个例对本研究建立的两种模型进行验证。结果表明,升轨数据与降轨数据反演降雨的效果差异不大,反演的降雨分布区域比二级产品降雨区域略大;两种模型均倾向于高估降雨低值、低估降雨高值;升轨反演模型的相关系数、平均绝对误差和均方根误差分别为0.72632,2.3055mm·h-1和2.7245mm·h-1,降轨反演模型的相关系数、平均绝对误差和均方根误差分别为0.73363,1.9079mm·h-1和2.3651mm·h-1。本研究比较成功地反演了洋面降雨分布区域及近表面降雨率,可为星载微波成像仪资料估计洋面台风降雨分布和降雨率反演提供参考。

关键词：微波成像仪台风洋面降雨率反演

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

基于飞机观测的华北降水云系上升气流区微结构研究

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大气科学 2024年第2期48卷 431-444页

作者：王心怡牛生杰吕晶晶王元靳雨晨邬昊鹏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/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 南京工业大学安全科学与工程学院南京211816 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750002

上升气流是成云致雨的基本条件之一。本文利用河北省2017年5月一次层积混合云的机载云物理探测系统测量资料,研究了云中上升气流速度分布,云微结构特征以及二者的相关性。结果表明:云中上升气流速度随高度呈抛物线型分布,云底部较小(0.7... 详细信息

上升气流是成云致雨的基本条件之一。本文利用河北省2017年5月一次层积混合云的机载云物理探测系统测量资料,研究了云中上升气流速度分布,云微结构特征以及二者的相关性。结果表明:云中上升气流速度随高度呈抛物线型分布,云底部较小(0.75±0.52 m s^(−1)),云中部最大(3.64±2 m s^(−1)),云顶部最小(0.32±0.29 m s^(−1));发现随高度增加,云中上升气流区内冰粒子形状依次以片状、针状、柱状为主;暖云上升气流区中,上升气流速度与液态含水量正相关,相关系数为0.61;强垂直气流条件下云滴数浓度、最大云滴尺度大于弱垂直气流相应的数值,强垂直气流云粒子谱更符合Г函数分布。

关键词：降水云系飞机观测上升气流区云微物理结构

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长三角地区近地层臭氧高值特征及其成因分析

环境化学 2024年

作者：牟显金赞侯雪伟朱小东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中国气象局大气化学重点开放实验室

为研究长三角地区近地层臭氧污染现状及成因，对2018年3月1日至2021年2月28日三年间环境空气质量数据中的臭氧、二氧化氮和同期欧洲中期天气预报中心全球气候第五代大气再分析数据（ECMWF ERA5）进行了深入分析，结果表明，2018年至202... 详细信息

为研究长三角地区近地层臭氧污染现状及成因，对2018年3月1日至2021年2月28日三年间环境空气质量数据中的臭氧、二氧化氮和同期欧洲中期天气预报中心全球气候第五代大气再分析数据（ECMWF ERA5）进行了深入分析，结果表明，2018年至2020年间，长三角地区臭氧浓度呈现夏季最高，春季次之，冬季最低的季节变化特征.空间分布上呈现明显的“北高南低”特征，春季和夏季的南北差异较明显，而秋、冬季的臭氧浓度在空间上分布较均匀.臭氧浓度日变化呈单峰型分布，06:00—08:00达到最低值，14:00—16:00达到最高值；臭氧污染事件主要发生在夏季的苏南和皖苏北地区；2018年月平均臭氧浓度呈单峰型分布，6月份达最高，2019年和2020年均呈双峰结构，受疫情影响，2020年的峰值浓度略有降低. 2019年5月31日至6月19日期间，徐州地区臭氧污染持续20 d，南京地区持续18 d，为近三年长三角典型城市地区臭氧污染持续最长的时段.臭氧污染期间，两地的臭氧8 h滑动平均日最大浓度一直保持在高位.此外，温度达到峰值的时间较臭氧浓度峰值总是提前1 h左右，这可能与近地面大气光化学对气象条件响应速度的滞后性有关；徐州地区和南京地区发生臭氧污染事件的成因多与局地光化学反应有关，降雨量大幅下降也有一定贡献.除此外，徐州和南京两地在此期间存在两次明显的平流层向对流层传输过程（STT），是臭氧浓度升高的另一原因.此外，徐州和南京受南风和偏南风影响，缓慢的臭氧区域水平输送作用也可能会加剧本地臭氧污染.

关键词：长江三角洲臭氧污染时空特征平流层—对流层输送

南京地区局地积累型和外来输送型O_(3)污染模拟研究

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地球与环境 2024年第2期52卷 154-165页

作者：裴宇儇彭薇王红磊卢文赵天良刘思晗武自豪可玥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局气溶胶-云-降水重点开放实验室湖南省气象信息中心气象防灾减灾湖南省重点实验室

利用观测资料和WRF-Chem空气质量模式对南京地区局地积累型和外来输送型O_(3)污染过程的时空分布特征和潜在机制进行了研究。结果表明:(1)水平分布特征,在两次O_(3)污染整体过程中,外来输送型O_(3)污染浓度高值区分布范围相比局地积累... 详细信息

利用观测资料和WRF-Chem空气质量模式对南京地区局地积累型和外来输送型O_(3)污染过程的时空分布特征和潜在机制进行了研究。结果表明:(1)水平分布特征,在两次O_(3)污染整体过程中,外来输送型O_(3)污染浓度高值区分布范围相比局地积累型更大且较为分散。但在两次O_(3)污染过程中最严重的白天,局地积累型O_(3)污染浓度高值区分布范围大且集中,O_(3)浓度大部分均超过160μg/m^(3);而外来输送型O_(3)污染浓度高值区分布范围更小且更为分散,O_(3)浓度在120~160μg/m^(3)的地区范围显著大于局地积累型O_(3)污染;(2)垂直分布特征,在污染过程前期,局地积累型O_(3)污染在2 km以下高度处有着高浓度O_(3),浓度最高超250μg/m^(3),而外来输送型O_(3)污染浓度高值区主要集中在2~2.5 km高度处,且高值区浓度最高不超过200μg/m^(3);在污染过程中期,局地积累型O_(3)污染浓度高值区集中在2 km高度下,且在1 km左右高度处O_(3)浓度出现最大值;而外来输送型O_(3)污染浓度高值区最高可达到2.6 km左右,并且浓度最大值集中在1.5 km高度以下,均超过250μg/m^(3);在污染过程后期,局地积累型O_(3)污染浓度高值区逐渐消散,但外来输送型O_(3)污染在0.5~3 km高度内仍出现大范围O_(3)浓度高值区;(3)在生成机理方面,近地面O_(3)的高浓度在局地积累型O_(3)污染中主要依赖于垂直混合,96h内总贡献为451.7μg/m^(3),在总过程量中占比为66.2%,而在外来输送型O_(3)污染中主要依赖于水平平流和垂直混合,72h内总贡献分别为1050.2μg/m^(3)和799.1μg/m^(3),总量在总过程量中占比为61.5%。在500 m高度处,局地积累型O_(3)污染前期O_(3)的高浓度主要依赖于垂直平流和化学过程,中期只依赖于化学过程,后期则主要依赖于水平平流和化学过程。但在外来输送型O_(3)污染前中后期中高O_(3)浓度均主要依赖于水平平流和化学过程。在1000 m高度处,两个过程中O_(3)浓度的正贡献均主要受化学过程控制。

关键词： O_(3) 观测分析 WRF-Chem 过程分析南京

沙尘气溶胶影响新疆对流云降水的数值模拟研究

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大气科学 2024年第3期48卷 1173-1188页

作者：孙博爱银燕陈倩况祥陈泔真邹泽庸南京信息工程大学/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 中国气象局云雾物理环境重点开放实验室北京100081

为研究沙尘气溶胶层对云和降水的影响,本文使用耦合了分档云微物理方案(SBM)的Weather Research and Forecast Forecasting model(WRF)高分辨率天气模式(WRF-SBM),模拟了2016年7月8日发生在新疆阿克苏地区的一次强对流天气过程,并分别... 详细信息

为研究沙尘气溶胶层对云和降水的影响,本文使用耦合了分档云微物理方案(SBM)的Weather Research and Forecast Forecasting model(WRF)高分辨率天气模式(WRF-SBM),模拟了2016年7月8日发生在新疆阿克苏地区的一次强对流天气过程,并分别讨论了处于不同高度的沙尘层对云动力、微物理和降水形成过程中的作用。结果表明:沙尘层处于对流层中低层时,沙尘气溶胶作为云凝结核(cloud condensation nuclei,CCN)对云微物理过程的影响比其处于中高层时更明显,沙尘气溶胶使得CCN增加,云滴数浓度增加,云滴有效半径减小,降水延迟;而沙尘层处于对流层中高层时,沙尘气溶胶作为冰核(ice nuclei,IN)对云微物理过程影响更明显,沙尘气溶胶使得IN浓度增加,冰晶数量增加,雪、霰、雹的凇附增长率增加,参与融化过程的冰相粒子增多,降雨率增大。本文仅讨论了发生在新疆的这次对流天气过程对处于不同高度的沙尘气溶胶层的可能响应,要全面认识沙尘气溶胶对不同类型云降水过程的影响,需要进行更多的、有观测资料约束的模拟研究。

关键词：沙尘气溶胶分档微物理方案对流云

青海湖流域不同下垫面类型对地表温度的生物物理影响

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干旱区研究 2024年第1期41卷 24-35页

作者：李永广苑广辉南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室江苏南京210044

本研究选取青海湖流域亚高山灌丛和温性草原两个不同土地覆盖类型的站点,利用湍流通量数据和自动气象站数据对比生长季和非生长季两个站点的微气象要素和地表能量平衡收支,评估土地利用/土地覆盖变化(Land Use/Land Cover Changes,LULCC... 详细信息

本研究选取青海湖流域亚高山灌丛和温性草原两个不同土地覆盖类型的站点,利用湍流通量数据和自动气象站数据对比生长季和非生长季两个站点的微气象要素和地表能量平衡收支,评估土地利用/土地覆盖变化(Land Use/Land Cover Changes,LULCC)对地表温度的生物物理影响。亚高山灌丛相比温性草原具有更低的地表温度、气温和土壤温度,在生长季两个站点的地表温度、气温和土壤温度的差异更为明显,而非生长季相对湿度的差异更为明显。根据直接分解温度理论(Direct Decomposed Temperature Metric,DTM),分析不同下垫面对地表温度的生物物理影响。结果表明:白天灌丛相比草原的冷却作用主要贡献因素是短波辐射、地表土壤热通量和感热通量项,其中短波辐射在灌丛的冷却中起到正反馈作用,而后两者起到负反馈作用。夜间灌丛的冷却作用主要贡献因素是地表土壤热通量项。在相同气候和天气背景下,不同下垫面确实会对地表温度有明显的生物物理反馈作用。

关键词：土地利用和土地覆盖变化地表温度辐射收支地表土壤热通量湍流通量青海湖流域

2019—2022年春节时期长三角地区大气污染状况分析

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环境化学 2024年

作者：李蓂萱康娜张嘉月张佳欣张乐然南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室

为了分析2019—2022年长三角地区春节时期大气质量状况及影响因素，本研究对污染物的时空特征进行了定性分析，并使用气象标准化方法结合机器学习方法对排放和气象因素对污染的影响进行了定量分析.结果表明，春节时段空气质量逐年改善... 详细信息

为了分析2019—2022年长三角地区春节时期大气质量状况及影响因素，本研究对污染物的时空特征进行了定性分析，并使用气象标准化方法结合机器学习方法对排放和气象因素对污染的影响进行了定量分析.结果表明，春节时段空气质量逐年改善，重度污染天气占比逐年减小. PM10、PM2.5、SO2和CO浓度均出现了下降趋势，O3浓度逐年上升.时间分布上，PM2.5、PM10和CO变化特征相似，O3具有明显日变化波动，且四年间波动的振幅有所增加，在春节时段变化主要呈现单峰特征，NO2的变化趋势与O3相反.研究时段内PM2.5/PM10浓度数值均大于60%，说明PM2.5来源中二次气溶胶贡献与一次污染物贡献相比较大.根据三种评价指标的综合分析，随机森林模型对于污染物浓度预测有着较高的准确度，其中对于PM2.5的预测较为准确，2019—2022年的R2依次为0.77、0.77、0.71和0.69，但对污染严重时期的预测准确性较低.平均特征重要性中纬度（17.93%）、小时数（11.24%）、海平面气压（9.60%）和日数（9.28%）为主要影响因子，说明时空因素对于污染物浓度分布格局有着强作用.2019年到2022年排放作用对于污染物浓度有着显著的影响，但气象因素对于排放常有着明显的抵消作用，且气象因素影响占比在逐步加大.对于后续污染防控，应该重视气象条件影响，并注意控制二次污染物生成，增强区域协同治理.

关键词： COVID-19 春节污染特征气象因素随机森林模型