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地表臭氧浓度升高对麦田水热通量的影响

农业工程学报 2024年第8期40卷 116-124页

作者：徐诗韵徐彦森张宇杰冯兆忠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南京210044 南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044

臭氧(O_(3))浓度升高危害小麦生长,现有研究尚不清楚推广新的小麦品种能否减缓O_(3)对籽粒产量、农田蒸散和水分利用效率的负面效应,且研究O_(3)浓度升高对麦田水分利用效率的影响对农业用水管理具有重要意义。该研究利用完全开放式O_(3... 详细信息

臭氧(O_(3))浓度升高危害小麦生长,现有研究尚不清楚推广新的小麦品种能否减缓O_(3)对籽粒产量、农田蒸散和水分利用效率的负面效应,且研究O_(3)浓度升高对麦田水分利用效率的影响对农业用水管理具有重要意义。该研究利用完全开放式O_(3)浓度升高平台(O_(3)-FACE),通过连续观测农田小气候特征,结合能量平衡法分析O_(3)浓度升高对麦田水热通量、小麦籽粒产量和田间水分利用效率的影响。结果表明:O_(3)浓度升高显著降低了开花后第32天小麦旗叶的叶绿素含量,降低了乳熟–成熟期的麦田潜热通量平均值和正午峰值,但影响幅度较小。O_(3)浓度升高对麦田平均水热通量及其分配无显著影响,也未影响籽粒产量、产量组成和田间水分利用效率。不同于10年前江淮地区主推的扬辐麦2号、烟农19和嘉兴002等品种,当前推广的农麦88表现出极强的O_(3)抗性。在O_(3)浓度不断升高背景下,种植农麦88有助于减缓O_(3)浓度升高对田间蒸散和水分利用效率的影响。

关键词：臭氧水热通量产量蒸散发冠层温度小麦

秋季北大西洋马蹄型海温异常与初冬我国气温年际变化的联系

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大气科学 2024年第3期48卷 1131-1143页

作者：李忠贤王庭轩曾刚邓伟涛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南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

本文基于Hadley中心的海表温度资料、全国160站气温资料以及National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research(NCEP/NCAR)的再分析资料,运用经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分解和相关分析等多种统计方法,研究了1951~2020年秋季(9~11月)北大西洋海温年际异常的主要特征及其对初冬(12月)我国气温异常的影响。结果表明:秋季北大西洋海温异常EOF的第一模态是纽芬兰岛东南部海温为负(正)距平,北大西洋副极地和副热带及其东部海温为正(负)距平的马蹄型海温模态,方差贡献率为20.5%。研究表明,秋季北大西洋马蹄型海温异常与我国大部分地区初冬气温异常有显著的正相关关系,即秋季北大西洋马蹄型海温模态呈正位相时,我国大部分地区初冬气温偏高,反之,我国大部分地区初冬气温偏低。进一步分析表明,秋季北大西洋马蹄型海温异常能够持续到初冬。当秋季北大西洋马蹄型海温呈正(负)位相时,初冬北大西洋副极地和副热带海温异常通过加热(冷却)异常能够引起局地对流层上层的辐散(辐合)运动,并且激发出南、北两支Rossby波列。其中,北支波列由北大西洋副极地向东北方向传播至巴伦支海附近,然后沿西伯利亚向东南方向传播至我国上空;南支波列由北大西洋副热带向东传播至我国上空。在南、北支波列的影响下,我国上空对流层上层出现异常辐合(辐散),与之伴随的异常下沉(上升)运动使得我国上空云量减少(增加),到达地表的短波辐射增加(减少),同时地表向低层大气传输的长波辐射增加(减少),在非绝热加热的作用下,我国大部分地区气温偏高(偏低)。利用NCAR Community Atmosphere Model version 5.3(CAM5.3)模式模拟了北大西洋马蹄型海温异常对初冬大气环流、辐射强迫和气温的影响,模拟结果与观测资料统计分析结果基本一致,进一步表明该海温模态能够激发出遥相关波列,影响东亚大气环流异常,通过非绝热加热的作用影响我国气温异常的年际变化。

关键词：北大西洋海温初冬气温非绝热加热年际变化

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MJO对2020年夏季中国东部持续性降水的维持作用

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大气科学 2024年第3期48卷 1157-1172页

作者：赵起帆周洋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/南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/南京信息工程大学大气科学学院南京210044

本文利用美国NOAA的CMORPH降水和NCEP的CFSv2再分析资料、欧洲中心ERA-5再分析数据、Wheeler和Hendon的MJO指数等资料和敏感性数值试验分析了MJO对2020年夏季中国东部持续性降水的影响机制。通过相关、回归、波源分析等方法发现:(1)与... 详细信息

本文利用美国NOAA的CMORPH降水和NCEP的CFSv2再分析资料、欧洲中心ERA-5再分析数据、Wheeler和Hendon的MJO指数等资料和敏感性数值试验分析了MJO对2020年夏季中国东部持续性降水的影响机制。通过相关、回归、波源分析等方法发现:(1)与往年相比,2020年夏季风雨带在我国华南和长江中下游地区长时间维持,使得该地区季风降水具有明显的极端性特征;(2)同时,我国东部大气中高层位势高度出现负异常,伴随着水汽辐合和低层大气不稳定,均有利于2020年夏季强降水的维持;(3)2020年夏季MJO活跃于1、2位相,其振幅在10~30天具有显著的周期。MJO在非洲和印度洋产生显著的Rossby波源,该波源激发的波列沿急流传播,造成了我国东部位势高度负异常的维持,同时也有利于我国东部夏季降水的维持;(4)通过敏感性试验进一步验证,MJO的在10~30天的信号有利于在我国东部500 hPa上空形成负的位势高度异常,有利于该区域降水增加。

关键词： Madden-Julian振荡(MJO) Rossby波源季风降水中国东部

欧亚大陆春季融雪异常10-30天季节内变化主要特征及其环流异常演变分析

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大气科学 2024年第4期48卷 1427-1443页

作者：陆聪陈海山孙悦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 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

欧亚大陆积雪是影响中高纬气候的重要因子,深入理解该区域积雪异常变化的特征及其成因,对于气候研究和预测有重要意义。目前的研究大多关注积雪年际、年代际变化及其气候效应,而有关积雪季节内变化的认识还有待加强。本文基于观测和再... 详细信息

欧亚大陆积雪是影响中高纬气候的重要因子,深入理解该区域积雪异常变化的特征及其成因,对于气候研究和预测有重要意义。目前的研究大多关注积雪年际、年代际变化及其气候效应,而有关积雪季节内变化的认识还有待加强。本文基于观测和再分析资料,通过统计诊断探讨了欧亚大陆不同区域春季融雪的季节内变化及其与之相关的大气环流特征和地表能量演变过程。结果表明,欧亚大陆春季融雪异常具有明显的季节内变化特征,其主导周期为10~30 d,且季节内变化的信号主要出现在斯堪的纳维亚半岛、东欧平原和西西伯利亚三个区域。进一步分析表明,斯堪的纳维亚半岛地区融雪季节内变化可能和斯堪的纳维亚半岛遥相关型负位相(SCA−)有关,东欧平原融雪季节内变化可能和欧亚遥相关型负位相(EU−)有关,西西伯利亚地区融雪季节内变化可能和斯堪的纳维亚半岛遥相关型正位相(SCA+)有关。不同区域导致融雪异常的原因存在明显差异,长波辐射增加可能是斯堪的纳维亚半岛区域开始发生融雪异常的主要原因;而在东欧平原和西西伯利亚区域,感热通量异常可能是开始发生融雪异常的主要原因。

关键词：春季融雪季节内变化大气遥相关地表能量通量

基于Sentinel-5P的长三角大气NO_(2)污染特征及影响因子分析

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安全与环境学报 2024年第2期24卷 767-777页

作者：曹念文宋坤杰方文圣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南京210044

基于哨兵-5P(Sentinel-5 Precursor,Sentinel-5P)卫星反演的NO_(2)柱浓度数据,利用Google Earth Engine云平台,结合自然因子和人为社会因子数据,分析长三角地区大气NO_(2)柱浓度的污染特征及影响因素。结果显示:(1)Sentinel-5P卫星反演... 详细信息

基于哨兵-5P(Sentinel-5 Precursor,Sentinel-5P)卫星反演的NO_(2)柱浓度数据,利用Google Earth Engine云平台,结合自然因子和人为社会因子数据,分析长三角地区大气NO_(2)柱浓度的污染特征及影响因素。结果显示:(1)Sentinel-5P卫星反演的NO_(2)柱浓度数据与地面观测站NO_(2)质量浓度具有较好的相关性(r≥0.59,p中心的西南向“U形口”;(4)植被指数、高程、全社会用电量、第二产业产值、第三产业产值是长三角大气NO_(2)柱浓度空间分布的重要影响因子,区域大气NO_(2)柱浓度受因子交互作用显著,高程及植被指数与其他因子的交互作用q均在0.6以上。

关键词：环境学 NO_(2)污染长江三角洲 Google Earth Engine 地理探测器

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江南和华南茶区茶树高温热害识别及阈值验证

生态学杂志 2024年第4期43卷 1183-1191页

作者：李欣王培娟唐俊贤杨建莹马玉平邬定荣霍治国中国气象科学研究院北京100081 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南京210044

茶树高温热害是高温天气过程中高温强度及其持续时间综合作用的结果。本文利用2011—2022年江南和华南茶区591个气象站点的日最高气温和茶树高温热害灾情资料,采用灾情反演、受试者工作特征曲线(ROC)、约登指数等方法,确定江南和华南茶... 详细信息

茶树高温热害是高温天气过程中高温强度及其持续时间综合作用的结果。本文利用2011—2022年江南和华南茶区591个气象站点的日最高气温和茶树高温热害灾情资料,采用灾情反演、受试者工作特征曲线(ROC)、约登指数等方法,确定江南和华南茶区茶树高温热害临界阈值。结果表明:以连续14天日最高气温的滑动平均值(T_(14))作为判断江南和华南茶区茶树是否发生高温热害的指示因子,ROC曲线的AUC值为0.942,模型结果极好,且T_(14)=34.5℃时,约登指数最大,由此得到江南和华南茶区茶树高温热害临界阈值为T_(14)≥34.5℃。利用随机预留样本、茶树高温热害个例样本和典型高温热害过程验证该临界阈值,发现随机预留样本的总体准确度为87.5%,个例样本的总体准确度为84.1%,2022年江南和华南茶区茶树高温热害过程判识与灾情记录基本一致,说明本研究得到的茶树高温热害临界阈值可以用于江南和华南茶区的茶树高温热害动态监测与影响评估。

关键词：阈值厘定 ROC曲线灾情反演茶树高温热害

次网格非均匀性对区域气象环境模拟的影响研究——以长三角城市群为例

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地球物理学报 2024年第8期67卷 2909-2925页

作者：束梓建马红云张弥刘勇洪吉蒙徐永明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 南京信息工程大学大气科学学院南京210044 南京大学大气科学学院南京210023 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 南京信息工程大学遥感与测绘工程学院南京210044

长三角地区是我国城镇化程度最高的地区之一,下垫面存在典型的非均匀性特征,复杂下垫面结构甚至体现在亚公里级尺度.为了探讨城镇化背景下土地利用精细化对气象环境的影响,本文利用高分辨率土地利用数据探讨了次网格非均匀性对长三角地... 详细信息

长三角地区是我国城镇化程度最高的地区之一,下垫面存在典型的非均匀性特征,复杂下垫面结构甚至体现在亚公里级尺度.为了探讨城镇化背景下土地利用精细化对气象环境的影响,本文利用高分辨率土地利用数据探讨了次网格非均匀性对长三角地区气象环境模拟的影响.在基于WRF(Weather Research and Forecasting model)模式对2020和2022年夏季的数值模拟过程中,分别采用Noah_mosaic/Noah陆面方案开展是否考虑次网格非均匀性的高分辨率敏感性试验.结果表明,相比Noah方案,Noah_mosaic方案模拟结果与观测的相关性更高,误差更小,说明其能更好地反映城市群区域复杂下垫面物理过程.考虑次网格非均匀性后,城区变冷变湿,郊区变暖变干,这种变化在夜间更为显著,尤其是温度场,白天城区/郊区平均温度变化为-0.04℃/0.05℃,夜间城区/郊区平均温度变化为-0.14℃/0.53℃.非均匀性对模拟结果的影响可达到400 m高空,特别是在夜间增加了郊区大气的不稳定性.同时,夜间几乎整个陆地区域内的体感温度增加约0.27℃.此外,研究还发现当格点中建筑占比小于50%时,除了日最低温T_(min)以外,气象要素随着建筑占比的增加变化幅度较大,T_(mean)和T_(max)增率分别达到0.29℃/10%和0.55℃/10%,反之,则T_(mean)和T_(max)增率仅为0.1℃/10%和0.06℃/10%,这说明低建筑密度区域的小城镇未来发展将对气象环境产生更大的影响.

关键词：次网格非均匀性数值模拟气象环境

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夏玉米高温热害的演变及其对环流指数的响应

应用生态学报 2024年

作者：黄进张方敏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/生态与应用气象学院

辨析高温热害与大尺度环流指数（LSCI）的可能联系有利于应对气候异常对夏玉米种植的影响。基于1980—2019年间河北、河南、山东、安徽、江苏的逐日最高气温数据及省级夏玉米单产记录，通过一阶差分处理、相关分析、回归分析评估了9种... 详细信息

辨析高温热害与大尺度环流指数（LSCI）的可能联系有利于应对气候异常对夏玉米种植的影响。基于1980—2019年间河北、河南、山东、安徽、江苏的逐日最高气温数据及省级夏玉米单产记录，通过一阶差分处理、相关分析、回归分析评估了9种极端温度指数刻画生育期高温热害的适用性；基于主成分分析识别了关键致灾因子的时空模态，进一步通过时滞相关性分析了其对环流指数的响应特征。结果表明：当高温阈值设置为32 ℃时，高温期的最大累积高温度日作为关键致灾因子能够更好地评估研究区高温热害的时空特征；高温热害的致灾强度呈现出明显的由南向北减少的空间分布格局；相比于其他子区域，研究区中部高温热害的增强趋势更显著；前期LSCI构建的线性回归模型对高温热害有一定模拟能力；太平洋暖池指数被识别为多个子区域高温热害的首要前兆信号。

关键词：高温热害大尺度环流指数夏玉米主成分分析

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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