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用MCP方程求解雷电分支通道辐射电磁场

微波学报 2022年第6期38卷 78-83页

作者：刘舟张云峰赵晨龙南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室南京210044

在雷电科学研究和雷电防护技术开发中,闪电通道电磁场辐射特性建模一直是人们关注的重点。人们常采用理想垂直通道进行建模,用各种解析和数值方法得到较为有效的结果,而研究带分支通道等精细通道结构的则较少,因而垂直模型得到的场可能... 详细信息

在雷电科学研究和雷电防护技术开发中,闪电通道电磁场辐射特性建模一直是人们关注的重点。人们常采用理想垂直通道进行建模,用各种解析和数值方法得到较为有效的结果,而研究带分支通道等精细通道结构的则较少,因而垂直模型得到的场可能和实际测得场有一定偏差。文中基于运动带电粒子(MCP)方程计算了雷电分支通道的回击电磁场,分别计算了辐射场、速度场与静电场分量以及总场。结果发现分支通道的存在导致了次峰值的出现,波形与观测点位置、回击速度、分叉点高度等参数有关,运动带电粒子速度矢量的改变正好契合这一特点,更能体现回击过程中的物理特性。相比于偶极子求解方法,该方法避免了回击电流的微分运算,是一种高效分析雷电通道辐射场的方法。

关键词：运动带电粒子回击模型闪电电磁场辐射特性

中国东部冷锋推进中的PM_(2.5)三维结构变化特征

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环境科学 2022年第1期43卷 85-92页

作者：牟南南朱彬卢文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国家综合气象观测专项试验外场南京210044

利用观测资料和中尺度天气-化学模式(WRF-Chem)对一次冷锋南下天气过程导致的我国东部大范围空气污染开展研究,强调了冷锋过境前后的边界层结构及其对PM_(2.5)三维结构和变化的影响.观测发现,地面重污染区域位于冷锋前部均压场或等压线... 详细信息

利用观测资料和中尺度天气-化学模式(WRF-Chem)对一次冷锋南下天气过程导致的我国东部大范围空气污染开展研究,强调了冷锋过境前后的边界层结构及其对PM_(2.5)三维结构和变化的影响.观测发现,地面重污染区域位于冷锋前部均压场或等压线稀疏区域,在冷锋由北向南快速移动过程中,途经各站点PM_(2.5)浓度峰值伴随锋前而至.WRF-Chem模式可以较好地模拟中国东部地面和高空气象要素以及PM_(2.5)浓度的时空变化.模拟结果表明,处于该移动冷锋天气系统相同位置的沿途各站点的边界层结构以及PM_(2.5)垂直廓线表现出相似的特征.即:当冷锋开始入侵时,锋前污染物从地面被抬升到高空,PM_(2.5)浓度的增加和高空风速的增大导致高空PM_(2.5)通量增大,且PM_(2.5)浓度高值区随着高度升高向暖气团一侧倾斜.夜间冷锋过境引发边界层内对流性不稳定增加,边界层高度可达1 km以上,打破了边界层昼夜演变特征.本研究表明,垂直观测和精细模拟的结合可以有效地解释天气过程对空气污染的输送、分布和演变的影响,并为区域空气污染归因和治理提供精确指导.

关键词：数值模拟空气污染边界层结构气象要素 PM_(2.5)三维结构

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中国水汽输送年际和年代际变化研究进展

水科学进展 2020年第5期31卷 644-653页

作者：孙博王会军周波涛李惠心朱宝艳南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室江苏南京210044

大气中的水汽输送对于全球的水分循环、气候系统、生态环境等具有重要意义。水汽输送是影响中国旱涝空间分布的重要因素,其年际和年代际变化与厄尔尼诺-南方涛动、海温、北大西洋涛动、太平洋年代际涛动等因素对东亚大气环流的调控作用... 详细信息

大气中的水汽输送对于全球的水分循环、气候系统、生态环境等具有重要意义。水汽输送是影响中国旱涝空间分布的重要因素,其年际和年代际变化与厄尔尼诺-南方涛动、海温、北大西洋涛动、太平洋年代际涛动等因素对东亚大气环流的调控作用有关。本文就近期关于中国地区水汽输送年际和年代际变化的部分研究工作进行了回顾和评述,包括影响中国东部降水年际和年代际变化的水汽输送机制、影响梅雨特征年代际变化的水汽输送机制、热带海温对中国上空水汽输送的影响机制等问题。此外,本文回顾了近期与青藏高原地区水汽输送机制有关的研究进展。

关键词：水汽输送年际/年代际变化降水海温

广西十万大山背景点PM_(2.5)中非极性有机气溶胶组成及来源解析

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环境科学 2022年第6期43卷 2895-2905页

作者：邢佳莉曹芳王谦张煜娴章炎麟南京信息工程大学应用气象学院耶鲁大学-南京信息工程大学大气环境中心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南京210044 江苏省农业气象重点实验室南京信息工程大学应用气象学院南京210044

大气细颗粒物(PM_(2.5))中的非极性化合物包括多环芳烃(PAHs)和正构烷烃(n-alkanes)等,通常用于识别污染来源,且对人体健康和环境有很重要的影响.为探究广西背景点PM_(2.5)中非极性有机气溶胶的污染特征及来源,于2017年11月至2018年10月... 详细信息

大气细颗粒物(PM_(2.5))中的非极性化合物包括多环芳烃(PAHs)和正构烷烃(n-alkanes)等,通常用于识别污染来源,且对人体健康和环境有很重要的影响.为探究广西背景点PM_(2.5)中非极性有机气溶胶的污染特征及来源,于2017年11月至2018年10月,对野外采集的PM_(2.5)样品分析了其中17种多环芳烃和20种正构烷烃.结果表明,多环芳烃和正构烷烃全年的平均值分别为(4.28±4.25)ng·m^(-3)和(13.7±14.72)ng·m^(-3);季节变化规律均是:冬季[(7.86±5.19)ng·m^(-3)和(27.51±16.9)ng·m^(-3)]>春季[(2.73±1.76)ng·m^(-3)和(7.64±4.71)ng·m^(-3)]>秋季[(2.34±1.45)ng·m^(-3)和(7.01±4.55)ng·m^(-3)]>夏季[(1.91±1.67)ng·m^(-3)和(3.98±3.12)ng·m^(-3)].PAHs中5环和6环的分子占比较大,超过60%,其次是中低环分子(4环和3环);n-alkanes中高分子量占比较高(C29>C31>C27),且奇偶碳数有明显差异.另外结合特征比值法、主成分分析法和后向轨迹相互验证发现:冬季非极性有机气溶胶中41.5%受港口船舶交通排放、海洋源输送影响,36.7%的污染贡献来自燃煤和局地生物质燃烧;春季污染气团中有25.2%来自生物质燃烧传输影响,45.0%来自研究区域南部的海洋输送,高等植物蜡排放污染较高;夏季53.4%气团污染来自船舶交通源传输,10.6%的污染来自西南泰国的跨境输送.广西背景点有机气溶胶受到局地排放和传输源的共同影响.

关键词：非极性化合物多环芳烃(PAHs) 正构烷烃(n-alkanes) 后向轨迹分析主成分分析

气候和流域特征变化对淮河流域地表水文过程的影响

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生态学报 2022年第10期42卷 3933-3946页

作者：孙善磊王嘉志周舒佳王洁闫桂霞王宏宙毕早莹南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室南京210044 金坛区气象局常州213200

定量认识和理解气候与流域特征变化对淮河流域地表水文过程的影响,可以为科学管理淮河流域水资源提供重要的理论参考和技术支撑。评估了多控制因子联立求解归因方法的适用性,以此量化了淮河流域气候和Budyko参数n对不同年代蒸散发(ET)... 详细信息

定量认识和理解气候与流域特征变化对淮河流域地表水文过程的影响,可以为科学管理淮河流域水资源提供重要的理论参考和技术支撑。评估了多控制因子联立求解归因方法的适用性,以此量化了淮河流域气候和Budyko参数n对不同年代蒸散发(ET)、径流变化(较基准期1961-1980年)的贡献,并且进行了归因分析,结果表明:1)多控制因子联立求解法可以准确有效地分离气候和参数n对ET和径流变化的贡献。2)在气候和参数n变化的共同影响下,20世纪80年代、90年代的ET和径流在沂沭泗河各水文分区均呈减小趋势,而在上游和中游各水文分区的变化则表现出明显的时空差异性。3)就各年代控制ET变化的主要因子,多数水文分区为参数n,其次为降水和潜在蒸散发(PET),分别集中在沂沭泗河地区和淮河上游。20世纪80年代,中游水文分区径流变化的主控因子为PET,其他水文分区则多为降水;而20世纪90年代和21世纪初多数水文分区的主控因子为参数n,其次为降水。总之,控制淮河流域ET和径流变化的物理机制具有明显的空间差异和年代际变化特征。

关键词：气候变化流域特征地表水文过程 Budyko参数淮河流域

保定市冬季PM_(2.5)的氧化潜势特征及其影响来源分析

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环境科学 2022年第6期43卷 2878-2887页

作者：吴继炎杨池张春燕范美益吴爱坪章炎麟南京信息工程大学应用气象学院耶鲁大学-南京信息工程大学大气环境中心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南京210044

为了探究保定市郊区2018年冬季PM_(2.5)氧化潜势的特征及其影响来源,利用二硫苏糖醇(DTT)测定法对PM_(2.5)中活性氧进行测定,采用皮尔逊相关分析PM_(2.5)中各化学成分与氧化潜势的关系,并且利用PMF对DTT_(v)进行污染源解析.结果表明,冬... 详细信息

为了探究保定市郊区2018年冬季PM_(2.5)氧化潜势的特征及其影响来源,利用二硫苏糖醇(DTT)测定法对PM_(2.5)中活性氧进行测定,采用皮尔逊相关分析PM_(2.5)中各化学成分与氧化潜势的关系,并且利用PMF对DTT_(v)进行污染源解析.结果表明,冬季保定市ρ(PM_(2.5))平均值为(140.96±70.67)μg·m^(-3),高于同时期北京PM_(2.5)浓度.氧化潜势的DTT_(v)和DTT_(m)值均表现出白天高于夜间的情况[DTT_(v)白天为(2.37±0.76)nmol·(min·m^(3))^(-1),夜间为(2.14±1.17)nmol·(min·m^(3))^(-1);DTT_(m)白天为(0.96±0.60)pmol·(min·μg)^(-1),夜间为(0.76±0.41)pmol·(min·μg)^(-1)].这表明白天的大气环境更有利于活性氧的生成和存活.另外,通过对DTT_(v)与糖类化合物、无机盐离子、OC、EC和水溶性金属等相关性分析,发现金属Fe、草酸根和NH_(4)^(+)与DTT_(v)在昼夜均存在较高相关性(白天:r=0.790,P<0.01,晚上:r=0.960,P<0.01;白天:r=0.609,P<0.01,晚上:r=0.577,P<0.01;白天:r=0.627,P<0.01,晚上r=0.586,P<0.01),另外OC、左旋葡聚糖、甘露聚糖和半乳聚糖仅仅在白天与DTT_(v)相关性较高(r=0.675,P<0.01;r=0.701,P<0.01;r=0.662,P<0.01;r=0.671,P<0.01).最后,利用PMF模型对DTT_(v)进行源解析,发现影响DTT_(v)的污染源主要有次生来源(29.9%)、生物质燃烧(29.2%)、扬尘(11.2%)、矿物粉尘和工业来源(8.6%)和交通源(21.1%)这5种,次生来源和生物质燃烧对DTT_(v)的影响占主要地位.

关键词：大气颗粒物(PM_(2.5)) 氧化潜势(OP) 二硫苏糖醇(DTT) 活性氧(ROS) PMF源解析

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风功率预测中的场风速指标的应用

太阳能学报 2016年第2期37卷 310-315页

作者：吴息许婷婷余江王彬滨南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室南京210044

利用2011年11～12月份的北方某大型风电场实测风速与输出功率资料，对比分析若干风电场风速指标与总输出功率的对应关系及其精确度，结果表明根据风力机风功率曲线定义的场有效风速立方和能更精确拟合风电场总输出功率；且针对BJ-RUC模... 详细信息

利用2011年11～12月份的北方某大型风电场实测风速与输出功率资料，对比分析若干风电场风速指标与总输出功率的对应关系及其精确度，结果表明根据风力机风功率曲线定义的场有效风速立方和能更精确拟合风电场总输出功率；且针对BJ-RUC模式场有效风速立方和的0～24h时效预报值探索其统计修订方法，使其平均绝对误差下降约25．4％，风电场总输出功率预报的平均绝对误差下降约22％。

关键词：风功率预测数值预报风速指标误差修订

2015~2019年南京北郊碳质气溶胶组成变化

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环境科学 2022年第6期43卷 2858-2866页

作者：谢添曹芳章炎麟林煜棋范美益宋文怀鲍孟盈项妍琨赵祝钰杨笑影谢锋张煜娴俞浩然张子金邢佳莉南京信息工程大学应用气象学院耶鲁大学-南京信息工程大学大气环境中心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南京210044

碳质气溶胶是大气细颗粒物的重要组成,对空气质量、人体健康和气候变化有着重要影响.为了探究碳质气溶胶在减排背景下的长期变化,本研究测定了南京北郊5 a(2014年12月17日至2020年1月5日)PM_(2.5)样品的有机碳(OC)和元素碳(EC)浓度.结... 详细信息

碳质气溶胶是大气细颗粒物的重要组成,对空气质量、人体健康和气候变化有着重要影响.为了探究碳质气溶胶在减排背景下的长期变化,本研究测定了南京北郊5 a(2014年12月17日至2020年1月5日)PM_(2.5)样品的有机碳(OC)和元素碳(EC)浓度.结果表明,ρ(OC)和ρ(EC)5a平均值分别为(10.2±5.3)μg·m^(-3)和(1.6±1.1)μg·m^(-3),其中OC占PM_(2.5)的31.1%,EC占PM_(2.5)的5.2%.OC和EC均呈现出冬高夏低的季节特征.通过非参数的Mann-Kendall检验和Sen's斜率发现,OC和PM_(2.5)的浓度整体呈显著下降趋势[OC:P南京市近年来对空气污染的防控治理效果明显,同时今后的治理可以针对VOCs的排放,以减轻二次污染.

关键词：南京北郊有机碳(OC) 元素碳(EC) 长期变化二次有机碳(SOC)

赤道西太平洋海面增暖对早春北极平流层极涡的调控

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大气科学 2023年第4期47卷 1217-1230页

作者：姚彬彬施春华郭栋饶建南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/大气科学学院南京210044

平流层极涡异常对冬春季极端天气和极地臭氧亏损有重要指示意义。在1979~2020年ERA5再分析资料中,早春北极平流层极涡年际变率与热带太平洋海温第二模态(主要空间型为赤道西太平洋海温异常)有关。通过CAM5数值模拟,进一步揭示了赤道西... 详细信息

平流层极涡异常对冬春季极端天气和极地臭氧亏损有重要指示意义。在1979~2020年ERA5再分析资料中,早春北极平流层极涡年际变率与热带太平洋海温第二模态(主要空间型为赤道西太平洋海温异常)有关。通过CAM5数值模拟,进一步揭示了赤道西太平洋海温异常影响平流层极涡的途径:冬春季赤道西太平洋增暖时,在暖海温区深对流降水加强,异常的潜热加热通过Matsuno-Gill响应在其西北侧激发了Rossby波(对流层上层的高压异常)。该Rossby波沿大圆路径在北太平洋调整了北半球最强的槽脊系统的强度和位置,从而使得经向风1波分量的振幅减小,经向风3波和温度3波分量的位相差增大。两者分别减弱了下平流层的1波和3波的波作用通量上传,更少的涡动热量通量向极输送促进了春季北极平流层极涡增强。

关键词：平流层极涡赤道西太平洋海面温度 Rossby波