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昆明市PM_(2.5)中水溶性无机离子的化学特征及来源解析

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环境化学 2024年第6期43卷 2005-2016页

作者：朱若珲曹芳范美益南京信息工程大学应用气象学院南京210044 南京信息工程大学教育部气候与环境变化国际合作联合实验室大气环境中心南京210044

为探究昆明市大气中水溶性无机离子的化学组分、季节差异及主要来源,本研究于2019年12月至2020年11月在云南大学进行PM_(2.5)样品采集,利用离子色谱仪分析样品中水溶性无机离子的质量浓度,并结合离子相关性分析、后向轨迹分析和主成分... 详细信息

为探究昆明市大气中水溶性无机离子的化学组分、季节差异及主要来源,本研究于2019年12月至2020年11月在云南大学进行PM_(2.5)样品采集,利用离子色谱仪分析样品中水溶性无机离子的质量浓度,并结合离子相关性分析、后向轨迹分析和主成分分析等方法,阐明了昆明市大气中PM_(2.5)及其水溶性无机离子的季节污染特征及来源.结果表明,采样期间各季节总水溶性无机离子浓度均值排序为春季((5.6±2.2)μg·m^(−3))>冬季((5.5±2.6)μg·m^(−3))>秋季((4.3±2.8)μg·m^(−3))>夏季((3.6±2.2)μg·m^(−3)),水溶性无机离子年质量浓度的均值从大到小为SO_(4)^(2−)>Ca^(2+)>NO_(3)^(−)>NH_(4)^(+)>K^(+)>Cl^(−)>Na^(+)>Mg^(2+)>F^(−),其中SO_(4)^(2−)、Ca^(2+)、NO_(3)^(−)和NH_(4)^(+)是主要的水溶性无机离子.Ca^(2+)主要源于土壤粉尘,其他三者由前体物(SO_(2)、NO_(x)和NH_(3))二次转化生成,主要受化石燃料燃烧排放影响.SOR和NOR全年均值分别为0.20和0.02,表明在相同的环境里,SO_(2)二次转化为SO_(4)^(2−)的过程更易发生,且在秋季转化速率最大(SOR=0.23).SO_(4)^(2−)、NO_(3)^(−)和NH_(4)^(+)在秋季主要以NH_(4)NO_(3)和(NH_(4))_(2)SO_(4)的形式存在,其他三季则以NH_(4)HSO_(4)和NH_(4)NO_(3)的形式存在.昆明市大气PM_(2.5)中水溶性无机离子在冬、秋和春季一致,主要来自二次源和生物质燃烧源,其次是工业源和土壤尘,而夏季则主要来自机动车尾气、生物质燃烧源和土壤尘.除本地排放的影响外,冬季和夏季受到来自缅甸、老挝和贵州污染气团的影响,春季污染气团来自缅甸、云南本地和贵州,而秋季则受到云南东部和南部地区的气团输送影响.

关键词：水溶性无机离子 PM_(2.5) 来源解析昆明后向轨迹分析

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南京夏季大气CO浓度及其稳定碳同位素组成特征：人为排放变化的影响研究

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大气科学学报 2024年

作者：戈畅曹芳谢锋吴长流张煜娴李翰宇章炎麟南京信息工程大学生态与应用气象学院南京信息工程大学教育部气候与环境变化国际合作联合实验室大气环境中心

二氧化碳是大气主要的温室气体，对地球气候变化有着严重的影响，对大气中二氧化碳(CO2)浓度及其稳定碳同位素组成(δ13C)的观测，是评估人为活动对大气CO2浓度影响的重要手段，可以为我国实现“双碳”目标提供重要科学支撑。本研究于2... 详细信息

二氧化碳是大气主要的温室气体，对地球气候变化有着严重的影响，对大气中二氧化碳(CO2)浓度及其稳定碳同位素组成(δ13C)的观测，是评估人为活动对大气CO2浓度影响的重要手段，可以为我国实现“双碳”目标提供重要科学支撑。本研究于2021年夏季(6-8月)对南京城市区域大气中的CO2浓度及其δ13C值进行了高时间分辨率的观测研究。通过对比新冠疫情封控前后(其中7月21日至30日为封控期)的逐时和日变化数据，本文揭示了人为排放变化对大气CO2浓度及其δ13C值的影响。封控前，CO2平均浓度为(454.45 ± 23.96) × 10-6(410.98× 10-6～546.96 × 10-6)，封控期间则显著下降至(433.02 ± 17.34) × 10-6(408.5× 10-6～529.56 × 10-6)；而解封后CO2浓度迅速升至 (463.54 ± 32.24) × 10-6(402.25× 10-6～617.93 × 10-6)。δ13C值的变化趋势与CO2浓度变化相反，封控期平均值(-9.28‰ ± 0.61‰)比封控前后(分别为-9.85‰ ± 0.85‰和-10.23‰ ± 1.00‰)明显偏正，表明封控期间人为排放源发生显著变化。根据Keeling Plot图解法分析，发现南京大气CO2人为排放主要来源于工业燃煤和交通排放。此外，本研究运用SHAP-随机森林模型模拟了主要大气污染物和气象要素对大气CO2浓度及其δ13C值的影响，结合封控期间δ13C-CO2值的变化及风向模拟，推断封控期间大气CO2浓度下降主要与工业燃煤和机动车排放的减少有关。最后，基于同位素混合模型量化了封控期间工业燃煤和交通排放对CO2减排的贡献率，分别是61%和39%；而在解封后这两者对CO2增量贡献率分别为72%和28%。

关键词：城市大气CO 稳定同位素 C Keeling Plot图解法随机森林模型疫情封控

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中国南方冬季最低温延伸期预报方法尝试

地球物理学报 2024年第6期67卷 2096-2109页

作者：戴金黄艳艳钱伊恬南京信息工程大学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/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519080

未来10~30天的延伸期预报一直是当前的难点问题.本文针对对极端低温事件异常敏感的中国南方地区,构建了预报时效为25天的冬季最低温的有效延伸期预报模型.利用1979/1980—2019/2020年冬季日平均再分析资料,本文研究发现,在季节内尺度,... 详细信息

未来10~30天的延伸期预报一直是当前的难点问题.本文针对对极端低温事件异常敏感的中国南方地区,构建了预报时效为25天的冬季最低温的有效延伸期预报模型.利用1979/1980—2019/2020年冬季日平均再分析资料,本文研究发现,在季节内尺度,相比于原始变量,利用当候值减去其5候前值的增量方法可以放大和延长预测信号.中国南方地区的土壤温度和平流层50 hPa位势高度作为影响南方冬季最低温的关键因子,它们通过影响西伯利亚地区环流异常、北大西洋涛动以及欧亚遥相关型,对中国南方冬季最低温进行调制.由于两个增量形式的关键因子具有50天的准周期性,存在超前5候的显著自相关,超前5候增量形式的土壤温度和平流层极涡异常可以有效预报我国南方最低温增量.将预报的最低温增量,加上5候前的观测,得到的独立试报时段(2009/2010—2019/2020年冬季)的最低温与观测的时间相关系数为0.45,极端低温日命中率为57%.本研究使用的增量方法可以为当前极端天气事件的延伸期预报提供新思路.

关键词：冬季最低温增量方法延伸期预报

影响华北重度和轻度高温热浪的大气背景场差异分析

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大气科学学报 2024年第1期47卷 124-135页

作者：靳鑫桐周波涛谢文欣胡跃鹏范怡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江苏南京210044

首先识别了1961—2020年华北地区的高温热浪事件,在此基础上筛选出重度和轻度高温热浪事件多发年份,对比分析了重度和轻度高温热浪事件的时空变化特征以及大气背景差异。结果表明,重度和轻度高温热浪发生频次的高值区分别位于华北北部... 详细信息

首先识别了1961—2020年华北地区的高温热浪事件,在此基础上筛选出重度和轻度高温热浪事件多发年份,对比分析了重度和轻度高温热浪事件的时空变化特征以及大气背景差异。结果表明,重度和轻度高温热浪发生频次的高值区分别位于华北北部和中南部。自20世纪60年代以来,华北重度和轻度高温热浪事件频次均呈现显著的增长趋势,其中重度高温热浪事件频次的增加更为明显。对应华北重度高温热浪事件多发,东亚中纬度地区为准相当正压结构的异常反气旋性环流控制,华北地区位于异常反气旋性环流的东南部。在该异常环流背景下,华北地区上空呈现异常下沉运动、云量偏少、大气整体偏干。在异常下沉绝热增温的同时,晴朗干燥的配置有利于更多的太阳辐射到达地表,相应的向上长波辐射和感热通量增加,进一步加热近地表大气。在华北轻度高温热浪事件高发年,华北位于异常反气旋(东南侧)和气旋(西北侧)性环流之间,主要受异常西南风控制。异常西南风向华北输送暖平流加热大气的同时,增加了华北上空的水汽。偏多的水汽捕获更多的长波辐射并反射至地表,利于气温升高。

关键词：重度高温热浪轻度高温热浪华北大气背景动力水汽条件热力条件

南京冬季大气中低分子量有机酸的浓度特征及气粒分配研究

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地球化学 2024年

作者：吴长流曹芳张煜娴戈畅薛永文章炎麟南京信息工程大学应用气象学院南京信息工程大学气候与环境变化国际合作联合实验室耶鲁大学–南京信息工程大学大气环境中心

大气中低分子量（LMW）有机酸的气粒分配过程对大气颗粒物干湿沉降、污染物降解和大气光化学二次反应等大气行为具有重要影响。为探究南京市冬季大气中LMW有机酸的组成和气粒分配特征，于2021年冬季在南京北郊同步采集了3 h分辨率的大... 详细信息

大气中低分子量（LMW）有机酸的气粒分配过程对大气颗粒物干湿沉降、污染物降解和大气光化学二次反应等大气行为具有重要影响。为探究南京市冬季大气中LMW有机酸的组成和气粒分配特征，于2021年冬季在南京北郊同步采集了3 h分辨率的大气酸性气体和颗粒物样品共70组，测定了样品中的甲酸、乙酸、草酸、丁二酸和戊二酸。结果表明，在气相中，主要的LMW有机酸为乙酸和甲酸，平均质量浓度分别为5.01±2.29 μg/m3和2.68±1.43 μg/m3; 在颗粒相中，草酸略高于甲、乙酸，平均质量浓度为0.39±0.13 μg/m3。甲酸和乙酸在气相中浓度大于颗粒相，且气相和颗粒相的浓度均呈现出白天大于夜间的变化趋势; 草酸、丁二酸的气相浓度大于颗粒相浓度，气相和颗粒相草酸浓度在9:00～12:00出现高值后逐渐降低，但在夜间00:00前后略有回升。甲酸和乙酸特征比值（F/A）法表明，南京冬季大气中气相有机酸主要源于人类活动的直接排放; 颗粒相有机酸夜间主要来自二次转化，日间则受一次排放和二次转化的混合污染。温度和湿度对大气中LMW有机酸的气粒分配具有重要影响，较低的温度和较高的相对湿度会使大气中LMW有机酸的气粒分配平衡向颗粒相中移动。相关性分析结果表明，低湿度条件下大气中LMW有机酸可能以气相反应或一次排放为主，而高湿条件下，水溶性无机离子可能会通过改变气溶胶含水量、酸碱度等理化性质影响LMW有机酸的气粒分配过程，促进污染物的二次反应生成。

关键词：有机酸日变化气粒分配来源

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ENSO循环海表温度演变多样性的客观分类

高原气象 2024年

作者：刘嘉锡朱志伟卢睿李娟南京信息工程大学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/气象灾害预报预警与评估协同创新中心

厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO）是热带太平洋最显著的年际气候变率模态，其海温异常（Sea Surface Temperature Anomalies, SSTA）的演变过程呈周期性和锁相性特征。本文从ENSO循环角度出发，使用K均值聚类法... 详细信息

厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO）是热带太平洋最显著的年际气候变率模态，其海温异常（Sea Surface Temperature Anomalies, SSTA）的演变过程呈周期性和锁相性特征。本文从ENSO循环角度出发，使用K均值聚类法（K-Means Clustering Analysis, KMA）对1961-2021年ENSO的SSTA演变进行分类，得到ENSO循环的SSTA演变3类和5类两种客观分类结果。当分3类时，ENSO循环的SSTA基本演变特征分别为暖发展、暖衰减和冷持续过程；而分5类时，超强和普通暖事件发展、衰减过程在强度和纬向分布上的差异能够被进一步反映出来。为解释该差异，本文又引入结合主成分分析（Empirical Orthogonal Function, EOF）的KMA方法。通过将EOF主模态分为两大类，分别代表ENSO循环的纬向一致发展模态和纬向非对称发展模态，分离了ENSO循环中赤道太平洋SSTA纬向一致和纬向非对称发展过程。在此基础上，结合KMA聚类分析结果对不同类别的ENSO循环特征进行分析，发现纬向非对称发展模态叠加在纬向一致发展模态上，可最终导致ENSO的SSTA年循环纬向发展速度的不对称。对ENSO纬向一致和非对称演变模态进行回归重构，发现风、温跃层厚度异常可能是造成SSTA纬向非对称演变的关键。本文客观定义ENSO演变的不同类型，为ENSO多样性的气候动力学及其气候影响研究提供了一定参考。

关键词： ENSO循环 K均值聚类主成分分析太平洋海温

2022年中国南方破纪录的夏秋连旱:热带海温和欧亚加热的作用

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中国科学：地球科学 2024年第2期54卷 439-450页

作者：胡跃鹏周波涛王会军张大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南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

2022年夏季至秋季,中国南方遭遇了一次持续的极端干旱事件,并对南方地区的经济发展和生态系统都造成了严重的影响.本文探究了引起这一持续性干旱事件发生的大气环流异常.研究结果表明,2022年夏季中国南方极端干旱的发生与西北太平洋异... 详细信息

2022年夏季至秋季,中国南方遭遇了一次持续的极端干旱事件,并对南方地区的经济发展和生态系统都造成了严重的影响.本文探究了引起这一持续性干旱事件发生的大气环流异常.研究结果表明,2022年夏季中国南方极端干旱的发生与西北太平洋异常反气旋及东亚副热带急流北移所共同导致的水汽通量辐散和异常下沉运动密切相关.不同的是,后续造成秋季干旱持续维持的大气环流异常主要是位于孟加拉湾至中国南海地区上空的气旋性环流异常,该系统导致了中国南方的水汽减少和异常下沉运动.进一步的研究表明,2022年夏季欧亚大陆北部罕见的强地表加热和热带太平洋的极端拉尼娜型海温异常共同导致在同期出现了西北太平洋异常反气旋和东亚副热带急流的北移,而秋季在孟加拉湾至中国南海地区上空形成的气旋性环流异常很大程度上是由热带印度洋海温的极端负异常导致的.

关键词：夏秋连旱中国南方热带海温欧亚加热

结合模式性能和独立性加权的全球增暖1.5/2℃下中国区域气候的未来预估

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大气科学学报 2024年第3期47卷 376-391页

作者：周攀宇江志红李童南京信息工程大学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/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044

基于耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)中的全球气候模式的模拟结果,采用考虑模式性能和独立性结合(Climate model Weighting by Independence and Performance,ClimWIP)的加权方案进行中国区域气候的多模式集合预估及不确定性研究。结果... 详细信息

基于耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)中的全球气候模式的模拟结果,采用考虑模式性能和独立性结合(Climate model Weighting by Independence and Performance,ClimWIP)的加权方案进行中国区域气候的多模式集合预估及不确定性研究。结果表明,ClimWIP方案在历史阶段的模拟优于等权重方案,降低了多模式模拟的气候态偏差。温度指数的未来预估不确定性较大的区域主要集中在中国北方和青藏高原,而降水指数主要集中在华北和西北地区。ClimWIP方案的预估不确定性与等权重方案相比有所降低。ClimWIP方案预估的温度指数的增温大值区主要集中在中国北方和青藏高原;降水指数在西北和青藏高原增加最为显著。全球额外0.5℃增暖时,中国区域平均的温度指数变化更强,平均高于全球0.2℃,最低温在东北部分地区的额外增温甚至是全球平均的3倍;总降水额外增加5.2%;强降水额外增加10.5%。全球增暖2℃下,中国大部分区域温度指数较当前气候态增加可能超过1.5℃(概率>50%),在中国北方和青藏高原的部分地区增温超过1.5℃的可能性更大(概率>90%);总降水,强降水和连续干日在西北和华北增加幅度有可能超过10%、25%和-5 d(概率>50%)。

关键词：模式性能和独立性全球增暖1.5/2℃ 预估不确定性概率预估 CMIP6

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冷季不同锢囚类型温带气旋强降水过程统计分析

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高原气象 2024年第5期43卷 1190-1206页

作者：杜晓丹赵宇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协同创新中心/气候与环境变化国际合作联合实验室江苏南京210044

利用2006-2021年常规观测和风云卫星云顶黑体亮温(TBB)资料,结合欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)0.25°×0.25°的ERA5再分析资料,对冷季影响华北和东北地区北上类温带气旋强降水过程... 详细信息

利用2006-2021年常规观测和风云卫星云顶黑体亮温(TBB)资料,结合欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)0.25°×0.25°的ERA5再分析资料,对冷季影响华北和东北地区北上类温带气旋强降水过程进行了统计分析。结果表明:(1)温带气旋爆发性发展过程中大多数有锢囚锋形成,但发展过程有所不同,Shapiro-Keyser(以下简称SK型)和经典的挪威(以下简称NW型)气旋发展过程各占一半,SK型气旋500hPa上为一深槽,斜压性强,引导气流为东北偏北气流,导致气旋路径偏西,造成的降水更偏北、范围更广;NW型气旋500hPa上为一浅槽,槽后冷平流弱,引导气流为东北偏东气流,导致气旋路径偏东,降水偏南,强度更强。(2)NW型气旋的大气河强于SK型气旋,相应的强降水范围更大、强度更强;随着气旋发展,SK型气旋大气河北侧有明显的后弯特征,导致SK型气旋的暖锋降水中心位于气旋西北象限,而NW型气旋暖锋降水中心位于气旋中心附近。(3)SK型气旋西北侧的暖锋锋生明显强于NW型,气旋锋生强迫产生的强上升运动,有利于强降雪。(4)SK型气旋300 hPa上存在高音符形状的强位涡块,NW型气旋高层块状位涡较弱。SK型气旋上空平流层位涡下传与低层高位涡连通形成位涡塔,其附近有深厚暖式锢囚结构;而NW型气旋高层位涡下伸不明显,没有位涡塔生成,SK型气旋首先在对流层中低层发展,然后发展到地面,而NW型气旋是从对流层低层发展起来。

关键词：温带气旋雨雪锢囚锋暖锋后弯合成分析