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低平流层涡动热通量近似的最佳参考纬度

高原气象 2023年第6期42卷 1529-1535页

作者：杨丰华刘仁强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江苏南京210044

通常基于准地转的变换的欧拉平均框架下提出的涡动热通量近似理论计算极区平流层温度变化的动力和非绝热加热贡献,但是这可能会带来一定的误差。本文根据Liu and Fu(2019)提出的欧拉平均框架下新形式的面积加权平均的热力学能量方程,通... 详细信息

通常基于准地转的变换的欧拉平均框架下提出的涡动热通量近似理论计算极区平流层温度变化的动力和非绝热加热贡献,但是这可能会带来一定的误差。本文根据Liu and Fu(2019)提出的欧拉平均框架下新形式的面积加权平均的热力学能量方程,通过滑动累加得到逐月的温度变化方程。再利用1980-2019年欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料(European Centre for Medium-range Weather Forecasts fifth reanalysis data,ERA5),计算北半球极区低平流层100 hPa在全时段(1980-2019年)和两个分时段(1980-1999年、2000-2019年)各月温度增量、动力加热、非绝热加热和对流加热项(W项)的气候平均值,进而讨论涡动热通量近似理论成立的最佳参考纬度。结果表明,新导出的W项使得极区累积的动力和非绝热加热项之和与温度增量项之间的误差在冬春季减少了一半。在100 hPa上,W项随月份和纬度变化,尤其在冬春季节对温度变化贡献明显,由此得到涡动热通量近似成立的最佳参考纬度应该在W项的零等值线附近。进一步验证表明参考纬度可以取在50°N。

关键词：平流层温度变化动力加热非绝热加热涡动热通量参考纬度

CMIP6模式大气中的南北半球际涛动季节循环

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大气科学学报 2022年

作者：乔年卢楚翰管兆勇胡杨胡定珠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

利用1958—2014年47个CMIP6模式输出资料和NCEP/NCAR再分析资料，研究了模式大气中南北涛动（InterHemispheric Oscillation，IHO）的季节变化特征，并且评估了CMIP6对IHO季节特征的模拟能力。结果表明：47个CMIP6模式都能模拟出IHO的...

利用1958—2014年47个CMIP6模式输出资料和NCEP/NCAR再分析资料，研究了模式大气中南北涛动（InterHemispheric Oscillation，IHO）的季节变化特征，并且评估了CMIP6对IHO季节特征的模拟能力。结果表明：47个CMIP6模式都能模拟出IHO的季节演变特征，但模式间依旧存在差异，通过比较，筛选出了模拟IHO季节循环最好的16个模式，这16个模式成功地模拟出半球大气质量的时间演变和空间结构。进一步分析表明，水汽对IHO季节变化有抵消作用且半球内部水汽质量变化可驱动越赤道质量流的产生。而地表净短波辐射夏高冬低，其加热造成的水汽蒸发在水汽质量变化中起到重要作用，地表净长波辐射在春秋变化幅度较大，与大气质量逐月变化吻合。对比再分析资料，CMIP6模式模拟的半球大气质量的峰谷值变化有明显的月份偏差，且CMIP6模式模拟的地表气压异常值偏差主要出现在北太平洋、欧亚大陆、南半球中纬度和两极极区，模拟的南北半球的蒸发和降水量、赤道风场、地表净长波和短波辐射通量等均存在明显的偏差。

关键词：

东西伯利亚——波弗特海海冰多年代际变率及其与大西洋多年代际振荡的联系

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气象学报 2023年第1期81卷 137-151页

作者：刘莉张文君刘超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

基于哈得来中心(Hadley Centre)逐月的海表温度、海冰密集度资料以及美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的大气环流再分析资料,分析了1950—2020年秋季(8—10月)东西伯利亚—波弗特海(East Siberian-Beaufort,EsCB)海冰... 详细信息

基于哈得来中心(Hadley Centre)逐月的海表温度、海冰密集度资料以及美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的大气环流再分析资料,分析了1950—2020年秋季(8—10月)东西伯利亚—波弗特海(East Siberian-Beaufort,EsCB)海冰年代际变化的时空特征,并阐述了大西洋多年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO)对EsCB海冰年代际变率的可能调制作用。结果表明,EsCB是秋季北极海冰年代际变化最主要的区域,该区海冰密集度年代际变率可占其异常总方差的40%以上。进一步研究发现,AMO对秋季EsCB海冰存在明显的调制作用,在AMO正位相,北大西洋正海温异常激发向极传播的大气罗斯贝波列,有利于北极中部出现高压异常,相应的大气绝热下沉运动使得对流层低层出现明显的升温,从而有利于EsCB海冰的融化。与此同时,地表升温和EsCB海冰消融会引起局地云量的增多、大气向下长波辐射增大,这反过来又使得地表气温升高,这种地表气温-云-长波辐射的正反馈过程有利于年代际海冰信号的长时间维持。耦合模式的北大西洋“起搏器”试验可以很好地再现观测中AMO调制EsCB秋季海冰的物理过程,进一步佐证了本研究的结论。

关键词：北极海冰东西伯利亚—波弗特海大西洋多年代际振荡年代际调制

臭氧含量变化对星载红外高光谱探测仪亮度温度模拟的影响

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地球物理学进展 2022年第5期37卷 1818-1824页

作者：官莉刘薇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

本文以搭载在风云三号D星上的红外高光谱探测仪(High-Spectral Infrared Atmospheric Sounder,简称HIRAS)为例,评估了通用快速辐射传输模式RTTOV(版本12)中臭氧含量空间和季节变化对模拟的红外高光谱探测仪亮度温度的影响.分析2019—202... 详细信息

本文以搭载在风云三号D星上的红外高光谱探测仪(High-Spectral Infrared Atmospheric Sounder,简称HIRAS)为例,评估了通用快速辐射传输模式RTTOV(版本12)中臭氧含量空间和季节变化对模拟的红外高光谱探测仪亮度温度的影响.分析2019—2020年AIRS反演的全球臭氧浓度分布发现:臭氧主要集中在平流层1~50 hPa的高度,有明显的纬度带分布和季节变化;赤道地区臭氧浓度高,两极地区臭氧浓度低,变化范围约8 mg/m^(3).同一地点臭氧浓度有较明显的季节变化,变化幅度在±3 mg/m^(3)之间.用RTTOV模拟的HIRAS亮度温度对臭氧浓度变化的强敏感区主要在中心波长9.8μm的臭氧强吸收带波段,引起的亮温差可以达到几K的量级,其余通道(尤其是窗区)对臭氧浓度变化不敏感.RTTOV中给出的臭氧浓度缺省值在中低纬度地区偏低,而在极区赋值则偏高,使得模拟的HIRAS臭氧吸收通道亮温值在极区偏高、赤道地区偏低.贴近真实分布的臭氧浓度反演值模拟的9.8μm的亮温比用缺省值模拟的亮温更接近观测值,观测O与模拟B差(O-B)的平均值在0 K附近,概率密度函数分布从偏度和峰度参数的角度都更符合正态分布,而臭氧浓度用缺省值模拟的亮温有明显的正偏差.建立了全球逐月臭氧浓度廓线数据库,垂直101层、水平分辨率1°×1°,提供给资料同化时作为臭氧廓线的输入.

关键词：红外高光谱探测辐射传输模式RTTOV 臭氧

FY-3E红外高光谱大气探测仪光谱资料精度评估

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地球物理学进展 2023年第3期38卷 977-986页

作者：廖翼官莉南京信息工程大学南京210044 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

我国自主研发的全球首颗民用晨昏轨道气象卫星风云三号E星于2021年7月5日在酒泉卫星发射中心成功发射,其上搭载的红外高光谱大气垂直探测仪二型FY-3E HIRAS-Ⅱ(Fengyun-3E Hyperspectral Infrared Atmospheric Sounder-Ⅱ)作为FY-3D HI... 详细信息

我国自主研发的全球首颗民用晨昏轨道气象卫星风云三号E星于2021年7月5日在酒泉卫星发射中心成功发射,其上搭载的红外高光谱大气垂直探测仪二型FY-3E HIRAS-Ⅱ(Fengyun-3E Hyperspectral Infrared Atmospheric Sounder-Ⅱ)作为FY-3D HIRAS的延续,仪器指标在各方面都有大幅提升,因此在轨评估对检验仪器光谱资料质量至关重要.本文基于星下点交叉对比SNO(Simultaneous Nadir Overpass)方法,将FY-3E HIRAS-Ⅱ和FY-3D HIRAS的观测资料分别与国际公认精度较高的Metop-B IASI(Meteorological Operational-B the Infrared Atmospheric Sounding Interferometer)观测资料做匹配,经过时间、空间、观测几何和光谱匹配后得到SNO匹配对,通过计算亮温平均偏差和偏差标准差,并分析平均偏差与匹配对平均亮温的散点分布关系,评估FY-3E HIRAS-Ⅱ光谱资料的精度.结果表明:长波红外波段中,HIRAS-Ⅱ/IASI的大多数通道在两极的偏差绝对值低于0.5 K,在650~700 cm^(-1)强CO_(2)吸收波段内HIRAS-Ⅱ观测质量有所提高,HIRAS-Ⅱ在南极地区的标准差低于HIRAS.中波红外波段中,HIRAS-Ⅱ与HIRAS重叠的水汽吸收带波段内偏差标准差均小于1 K,在HIRAS-Ⅱ新增的水汽吸收波段内,标准差随波数增加略微增加.短波红外波段中,HIRAS-Ⅱ新增的波段标准差在1 K左右,个别通道的偏差与标准差出现异常增大.在2250~2380 cm-1波段内HIRAS-Ⅱ/IASI与HIRAS/IASI的偏差和标准差增大,其原因是高层大气受非局地热力平衡NLTE(Non-Local Thermodynamic Equilibrium)效应的影响,HIRAS-Ⅱ所受影响小于HIRAS.由于HIRAS-Ⅱ载于晨昏轨道卫星,观测过程中太阳对其影响很小,IASI与HIRAS则受太阳辐射影响,因此在大于2400 cm-1波数的波段HIRAS-Ⅱ与IASI偏差较大,且当观测亮温高于245 K时,HIRAS-Ⅱ/IASI的平均偏差与平均亮温呈线性升高趋势.

关键词：红外高光谱大气垂直探测仪二型星下点交叉对比红外高光谱偏差精度评估

CMIP6模式大气中南北半球水汽质量反相变化:不同温室气体排放情景差异

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气象学报 2023年第5期81卷 776-787页

作者：乔年卢楚翰管兆勇胡杨南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

在大气质量南北涛动季节变化过程中,水汽质量变化与干大气质量南北涛动时间序列存在明显的反位相变化关系。使用2015年1月—2100年12月的CMIP6资料分析4个温室气体排放情景下水汽质量季节循环特征,并与1958—2015年历史模拟试验对比,得... 详细信息

在大气质量南北涛动季节变化过程中,水汽质量变化与干大气质量南北涛动时间序列存在明显的反位相变化关系。使用2015年1月—2100年12月的CMIP6资料分析4个温室气体排放情景下水汽质量季节循环特征,并与1958—2015年历史模拟试验对比,得到:半球水汽质量存在明显的季节循环特征,北半球水汽质量月平均值在冬季(DJF)达到最小,夏季(JJA)达到最大;南半球情况与之相反。无论是南半球或是北半球,与其他排放情景相比,SSP1-2.6(Shared Socioeconomic Pathway)情景下南、北半球水汽质量年变程最小。4个情景下冬、夏季水汽质量变化都比春、秋季剧烈。随着CO_(2)浓度的上升,SSP3-7.0情景下北半球水汽质量年变程最大,相比于历史模拟试验增加了26.49%,南半球则不同于北半球,SSP1-2.6情景后随着CO_(2)浓度的上升,水汽质量年变程也随之增大,在SSP5-8.5情景下达到最大。南、北半球水汽质量涛动的年变程随着CO_(2)浓度的上升而增大,在SSP5-8.5情景下达到最大,但增大的幅度减小。CO_(2)浓度变化对赤道附近水汽质量变化影响最为明显,且越靠近南极,水汽质量变化越小,但越靠近北极,夏季水汽质量变化比冬季越大。此外,CO_(2)浓度的上升会导致夏季水汽逐渐向北半球中纬度堆积。这些结论有利于更好地认识区域间水汽质量变化对CO_(2)浓度上升的响应,为未来有关降水的气候政策制订提供依据。

关键词：水汽质量季节循环南、北半球际大气质量涛动温室气体排放情景 CMIP6

南亚和东亚热带夏季风强弱不同配置及其对中国夏季降水的影响

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气象科学 2023年第1期43卷 15-24页

作者：顾元华郭品文胡景高郭栋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

利用NOAA向外长波辐射(OLR)、NCEP/NCAR再分析资料和CN05.1降水资料,研究了南亚和东亚热带夏季风强度年际变化关系,及其强弱不同配置对中国夏季降水的影响。结果表明:南亚和东亚热带夏季风强度变化之间存在同相和反相两种配置,定义的强... 详细信息

利用NOAA向外长波辐射(OLR)、NCEP/NCAR再分析资料和CN05.1降水资料,研究了南亚和东亚热带夏季风强度年际变化关系,及其强弱不同配置对中国夏季降水的影响。结果表明:南亚和东亚热带夏季风强度变化之间存在同相和反相两种配置,定义的强度同相和反相变化指数可以很好地表征该关系。同相变化模态可能与海温异常时的强El Nino(La Nina)影响有关,其反相变化模态受El Nino(La Nina)以及印度洋海盆一致模的影响,同时西太平洋副热带高压和伊朗高压位置东西偏移和强度变化也影响着不同配置的出现。两者不同配置时,对中国夏季降水的影响不同。当变化呈同相偏强时,夏季中国东部地区降水为“中间少南北多”的雨型。当变化呈反相,东亚热带夏季风偏强南亚夏季风偏弱时,夏季中国东部地区降水为“一致偏少”雨型。

关键词：东亚热带夏季风南亚夏季风不同配置指数中国夏季降水

太行山地形在“7·19”华北持续性低涡暴雨中的作用

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气象科学 2023年第1期43卷 46-58页

作者：林慧敏闵锦忠朱利剑徐渊陶雅琴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

本文对2016年“7·19”华北特大暴雨进行观测分析和数值模拟,并设置了改变地形高度的敏感性试验,以探究该过程降水系统的发生发展机制以及太行山地形的作用。结果表明:(1)本次强降水过程发生在“东高西低”的有利环流形势下,受太行山地... 详细信息

本文对2016年“7·19”华北特大暴雨进行观测分析和数值模拟,并设置了改变地形高度的敏感性试验,以探究该过程降水系统的发生发展机制以及太行山地形的作用。结果表明:(1)本次强降水过程发生在“东高西低”的有利环流形势下,受太行山地形和平原环流系统影响,低层东风急流造成强的对流性降水和低涡作用的叠置造成“7·19”华北地区持续性暴雨的维持和加强;(2)第一阶段为对流性降水,太行山东麓大气对流不稳定能量释放,大气逐渐转为稳定层结;第二阶段为低涡降水,涡度收支分析表明水平散度项和扭转项对低涡维持和发展起到了主要的正贡献,同时伴随有较强的上升运动和垂直风切变,垂直风切变的增强促使水平涡度向垂直涡度转变;(3)太行山地形在持续性暴雨中对两阶段降水、低涡和水汽的作用存在差异。地形高度敏感性试验中,地形高度增高对低层气流的阻挡和强迫抬升作用增强,使得地形降水增强,低涡路径东移,且强度增大。水平散度项使得对流层低层辐合上升运动增强,造成涡度的垂直输送,这是低涡发展和维持的重要原因之一。太行山地形阻挡截留东部平原水汽,且水汽回流加强,有利于太行山东麓水汽的输送与辐合。

关键词：华北暴雨持续性数值模拟太行山地形低涡

土壤湿度-地表气温耦合对长江中下游地区2022年8月复合型热浪事件的影响

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1709-1720页

作者：崔彩珍余锦华代刊云星娥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 国家气象中心北京100081

2022年8月长江中下游地区的复合型热浪给社会经济、人类健康、农业生产和自然环境等方面均造成了严重影响.本文利用国家信息中心提供的1979—2022年6—8月逐日最高、最低气温和欧洲中期天气预报中心再分析数据集的土壤湿度等资料,定义... 详细信息

2022年8月长江中下游地区的复合型热浪给社会经济、人类健康、农业生产和自然环境等方面均造成了严重影响.本文利用国家信息中心提供的1979—2022年6—8月逐日最高、最低气温和欧洲中期天气预报中心再分析数据集的土壤湿度等资料,定义了复合型热浪事件强度指数及其相应的土壤湿度-地表气温耦合指数,采用分段线性拟合等方法,探讨此次复合型热浪特征及土壤湿度-地表气温耦合的影响.结果表明:(1)2022年8月长江中下游地区的复合型热浪事件强度为1979年以来最强,伴随最强的土壤湿度-地表气温耦合.空间分布显示,强的热浪发生在四川东部、重庆西部、湖南等地,这些区域的土壤湿度严重偏干,蒸发受限,获得的净辐射主要用于地表向上的感热通量,使土壤湿度-地表气温出现强的正反馈过程,对热浪的维持起重要作用.(2)复合型热浪中土壤湿度-地表气温耦合影响日间和夜间热浪的物理强迫及过程不同:日间,地表净太阳短波向下辐射增强的强迫作用,促使发生强的土壤湿度-地表气温耦合,引起日间热浪.夜间,白天积累在土壤的热量,通过减小大气热量通量辐散,使夜间地表气温下降减慢,形成夜间热浪,这与以往研究单独夜间热浪的过程不同,后者认为夜间热浪主要与大气柱水汽增加引起的大气逆辐射增强有关.

关键词：复合型热浪事件土壤湿度-地表气温耦合长江中下游地区