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2022年夏季西北太平洋海洋热浪分布特征及形成机制

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热带海洋学报 2024年

作者：周相润王莹智海海洋科学学院南京信息工程大学大气科学学院南京信息工程大学

本文基于卫星遥感的珊瑚礁热浪监测数据集对2022年7月1日—9月30日西北太平洋海域海洋热浪的分布特征进行分析，主要研究了热浪较强的三个区域单站点的典型海洋热浪过程及区域海洋热浪的形成机制。结果表明：(1)西北太平洋海洋热浪各属... 详细信息

本文基于卫星遥感的珊瑚礁热浪监测数据集对2022年7月1日—9月30日西北太平洋海域海洋热浪的分布特征进行分析，主要研究了热浪较强的三个区域单站点的典型海洋热浪过程及区域海洋热浪的形成机制。结果表明：(1)西北太平洋海洋热浪各属性的空间分布除最大强度以外均具有一定的相似性，总体而言高值较为集中。(2)江苏外海海域的海洋热浪各属性显著高于其他海域；台湾附近黑潮流域海洋热浪最大强度不高但持续时间较长；广东近海海域海洋热浪属性值都在西北太平洋空间均值以上。(3)江苏外海海域92d内的一次海洋热浪生成与西太平洋副热带高压扩张下的大气强迫联合作用以及大气风场对黑潮流域大量感热以及潜热的输送过程密切相关。台湾附近黑潮流域以及广东近海海域的一次海洋热浪主要是由西太平洋副热带高压控制下增多的太阳辐射直接强迫造成。

关键词：海洋热浪西北太平洋大气强迫海表温度

中国沿海风能年际变化的区域性特征成因及其预测

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大气科学学报 2024年第2期47卷 235-248页

作者：沈龙罗京佳金大超南京信息工程大学气候与应用前沿研究院江苏南京210044 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ERA5的逐小时100m风场数据,利用时间序列K-means聚类方法,将中国沿海冬季风能年际变化划分为四个区域,分别为北中国海(NorthChina Sea,NCS)、东海(East China Sea,ECS)、南海北部(Northern South China Sea,NSCS)及南海南部(SouthernSouthChinaSea,SSCS)。四个区域风能的年际变化受不同气候模态的影响,其中NCS风能的年际变化与北极涛动(ArcticOscillation,AO)有关;ECS风能的年际变化与中部型ENSO及西伯利亚高压有关;SSCS和NSCS的年际变化则和东部型ENSO及大陆高压的南北位置存在联系。鉴于影响各区域风能年际变化的气候模态具有较高的可预测性,进一步评估了多个气候模式对中国沿海风能年际变化的预测技巧。结果表明,气候模式对南中国海的风能年际变化预测技巧更高,这与气候模式对ENSO的高预测技巧有关。气候模式对北方海域风能年际变化的预测技巧较差,这和气候模式不能较好地预测AO和西伯利亚高压有关。

关键词：中国沿海风能年际变化北极涛动 ENSO 西伯利亚高压气候预测系统评估

闪电通道状态变化参数化的建立及截断和再击穿的数值模拟

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气象学报 2024年第2期82卷 222-235页

作者：张袁瞰郑天雪谭涌波唐渤南京信息工程大学应急管理学院南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室北京100081 南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室南京210041

为提高数值模式对闪电精细化放电过程的仿真能力并与不断提高的闪电探测技术形成互补,探讨再击穿过程与雷暴电参数的关系,建立了一个能够再现先导截断及再击穿过程的自持电中性完整闪电参数化方案。考虑到正、负先导的极性不对称,分别... 详细信息

为提高数值模式对闪电精细化放电过程的仿真能力并与不断提高的闪电探测技术形成互补,探讨再击穿过程与雷暴电参数的关系,建立了一个能够再现先导截断及再击穿过程的自持电中性完整闪电参数化方案。考虑到正、负先导的极性不对称,分别设置了不同传播速度及起始和传播阈值。方案新增了通道电导率、平均电流、电荷等非线性电参数,并以这些参数的实时更新驱动闪电通道发展,通过设置不同通道状态变化阈值实现了先导通道衰退、截断以及重新激活的实时状态变化。基于通道平均电流、纵向电场以及电导率的实时变化,方案将电荷在空间重新分配,保证了通道的自持电中性。将新方案植入经典雷暴云三极电荷模型,模拟得到的云闪在通道结构、先导截断及再次激活、正负先导的极性不对称等方面与现有观测事实有较好的一致性。概念模型验证表明,新方案在保证自持电中性的前提下,在模拟包含截断和再击穿过程的完整闪电放电过程方面具有一定合理性和先进性。

关键词：雷电物理学闪电参数化截断再击穿过程极性不对称自持电中性

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淮河流域暖季极端高温干旱复合事件的演变特征及其与气候和植被的关系

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生态学报 2024年第13期44卷 5596-5608页

作者：姚昊昕李清泉赵亮吴星麒沈新勇段春锋李畅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 中国气象局气候预测研究重点开放实验室国家气候中心北京100081 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 南京信息工程大学应用气象学院南京210044 南京信息工程大学大气环境中心教育部气候与环境变化国际合作联合实验室南京210044 海南省南海气象防灾减灾重点实验室海口570203 大气科学与卫星遥感安徽省重点实验室安徽省气象科学研究所合肥230031

使用淮河流域1981年至2020年的149个气象站点的气温和相对湿度数据,分析了流域暖季极端高温干旱复合事件(Compound Drought and Heat Events,CDHEs)的时空演变特征,并通过趋势分析和相关分析法探讨了CDHEs与气候和植被的关系。结果表明:... 详细信息

使用淮河流域1981年至2020年的149个气象站点的气温和相对湿度数据,分析了流域暖季极端高温干旱复合事件(Compound Drought and Heat Events,CDHEs)的时空演变特征,并通过趋势分析和相关分析法探讨了CDHEs与气候和植被的关系。结果表明:(1)CDHEs的发生日数在年代际尺度上呈现明显的增加趋势,并且范围扩大,频发区逐渐向淮河流域中西部移动;(2)在年际尺度上,CDHEs随时间序列呈显著的波动上升趋势,空间分布上以西北部为中心向四周递减。连续CDHEs事件呈年际变化,最大2至4天的连续事件存在波动,2019年达到高峰,并且在流域内零散或成片出现;(3)在月际尺度上,CDHEs的发生日数在6月最多,其次是5月、7月、9月和8月。淮河流域入汛前的旱情和入汛后的旱涝急转都容易导致CDHEs发生,而且随着月际变化向南移动;(4)CDHEs对水热条件和大气环流具有特别的敏感性。在850hPa反气旋和500hPa显著高压异常的控制下,高温、低湿、高蒸发和降水少的气候背景有利于淮河地区CDHEs的形成,尤其是在淮河中西部地区。因此,CDHEs的发生与气候变化密切相关;(5)CDHEs与植被生长也存在显著关系。CDHEs与GPP呈显著的负相关,而与NDVI呈显著的正相关,显著地区的土地类型以耕地和城乡、工矿、居民用地为主。GPP和NDVI的不同步可能是因为多种因素的非线性相互作用,而不仅仅是单一因素的影响。此外,对于GPP和NDVI来说,土壤含水量至关重要。总之,本文对淮河流域CDHEs的时空分布特征进行了深入研究,并探讨了其与气候和植被的关系。研究结果可以为该地区的气象灾害防御和生态环境保护提供科学依据和参考。

关键词：淮河流域极端高温干旱复合事件气候变化时空分布特征植被

2023/2024年冬季北半球大气环流特征及对我国天气气候的影响

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气象 2024年第7期50卷 887-896页

作者：章大全刘芸芸中国气象局气候研究重点开放实验室国家气候中心北京100081 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

利用国家气象信息中心整编发布的中国台站观测资料和全球大气再分析资料,分析了2023/2024年冬季我国气候异常特征和可能成因。2023/2024年冬季,全国平均气温较常年同期偏高0.3℃,气温冷暖起伏大,总体呈现“前冬暖、后冬冷”的季节内变... 详细信息

利用国家气象信息中心整编发布的中国台站观测资料和全球大气再分析资料,分析了2023/2024年冬季我国气候异常特征和可能成因。2023/2024年冬季,全国平均气温较常年同期偏高0.3℃,气温冷暖起伏大,总体呈现“前冬暖、后冬冷”的季节内变化特征。全国平均降水量较常年同期偏多19.8%,中东部大部地区降水偏多。东亚冬季风和西伯利亚高压强度接近常年,东亚槽偏弱。欧亚中高纬500 hPa位势高度场呈西低东高的分布形势,并具有显著的阶段性变化特征,2023年12月和2024年1月以纬向环流为主,2月转为异常经向型环流,有利于中高纬冷空气南下入侵我国。受赤道中东太平洋厄尔尼诺、热带印度洋和大西洋海温异常偏暖以及北太平洋年代际涛动负位相等因子的协同影响,冬季西太平洋副热带高压偏强、偏西,菲律宾及南海上空异常反气旋阶段性活跃,欧亚对流层高层出现沿西风急流传播的波列,有利于热带水汽向我国中东部输送,配合中高纬冷空气南下,导致该地区发生多次大范围雨雪冰冻天气过程。

关键词：东亚冬季风冷空气厄尔尼诺西太平洋副热带高压季节内变化

双层均匀口袋电荷模型下闪电起放电特征的数值模拟研究

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大气科学 2024年第3期48卷 1059-1071页

作者：罗林洁谭涌波郑天雪南京信息工程大学应急管理学院南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/中国气象局雷电重点开放实验室北京100081 福建省龙岩市气象局龙岩364000 南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室南京210041

大量基于观测的研究认为闪电通道的延展尺度与电荷的分布形态息息相关,强对流区频繁始发的小尺度闪电对应雷暴云内的背景电荷很有可能为“口袋电荷”的分布模式。为验证口袋电荷背景下能形成此类云闪并给出该电荷背景下闪电起、放电的... 详细信息

大量基于观测的研究认为闪电通道的延展尺度与电荷的分布形态息息相关,强对流区频繁始发的小尺度闪电对应雷暴云内的背景电荷很有可能为“口袋电荷”的分布模式。为验证口袋电荷背景下能形成此类云闪并给出该电荷背景下闪电起、放电的一般规律,本研究将闪电放电参数化方案植入到双层均匀口袋电荷模型中开展了大量随机模拟试验。模拟过程中固定了电荷区的总尺度,通过改变电荷对数进行探讨,着重讨论各电荷背景下闪电起始和放电行为的异同。模拟结果表明:(1)随着电荷对数的增加,闪电启动需要的电荷浓度和电荷总量均增加。(2)小电荷区的水平垂直尺度比是影响闪电起始行为的关键因子,除此之外各电荷背景下闪电起始位置和启动概率在水平、垂直方向上的差异还与多对电荷的空间配置关系和逃逸击穿阈值有关。(3)闪电的水平、垂直范围和面积均与小电荷区的尺度息息相关,小电荷区的几何特征限制了闪电的空间特征。(4)电荷区的分布也显著影响着闪电的发展形态,各电荷背景下闪电初始先导角度的分布范围和集中区域有所差异。相较于电荷区倾向于为扁平椭圆形的情况,当电荷区垂直与水平尺度相等时,初始先导角度变化范围明显增大,水平发展的个例明显增多。

关键词：数值模拟小尺度闪电电荷分布模式口袋电荷起始位置闪电面积

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基于ArcGIS的海南岛雷电风险区划研究

热带气象学报 2024年第3期40卷 504-516页

作者：周纬昕王金虎王宇豪杨璟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 南京信息工程大学应急管理学院江苏南京210044 中国科学院中层大气和全球环境探测重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学减灾与应急管理研究院北京100029 南京信息工程大学安全应急管理研究院江苏南京210044

基于海南岛2014—2020年闪电定位数据、2019年公里网格GDP及人口数据、2020年30 m网格土地利用类型、高程数据和土壤电导率数据,采用ArcGIS软件,运用层次分析法(Analytic Hierarchy Process),分析了海南岛雷电灾害风险区划。结果表明:(1... 详细信息

基于海南岛2014—2020年闪电定位数据、2019年公里网格GDP及人口数据、2020年30 m网格土地利用类型、高程数据和土壤电导率数据,采用ArcGIS软件,运用层次分析法(Analytic Hierarchy Process),分析了海南岛雷电灾害风险区划。结果表明:(1)海南岛的雷电高风险区集中在海南岛西北区域以及海口市的北部;中风险区则分布在海南岛中部地区和北部地区,次低和低风险地区则分布在海南岛的中部山脉地区和东南边沿海地区;(2)海南岛中部山脉地区人口稀少,经济发展水平一般,加上海南岛本身气候特殊,不易形成严重的雷电灾害。

关键词：雷电灾害易损性风险区划 AHP法

建筑物顶端几何特征对上行先导起始影响的3D模拟

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科学技术与工程 2024年第15期24卷 6154-6163页

作者：郭秀峰高玥章玲赵念汪兆霞黄可洋南京信息工程大学电子与信息工程学院南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 无锡学院大气与遥感学院无锡214105

建筑物几何特征对上行先导始发具有重要影响,基于三维变网格雷击物理模型,在不同几何特征建筑物和不同雷电流峰值情况下,探讨了下行负地闪过程中,建筑物顶部上行正先导始发影响因素。除了发现建筑物高度对先导的始发具有促进作用外,还... 详细信息

建筑物几何特征对上行先导始发具有重要影响,基于三维变网格雷击物理模型,在不同几何特征建筑物和不同雷电流峰值情况下,探讨了下行负地闪过程中,建筑物顶部上行正先导始发影响因素。除了发现建筑物高度对先导的始发具有促进作用外,还得到以下结论:①雷电流峰值I_(P)相同时,建筑物的高度越高,其几何形状对上行稳定先导起始的影响(η)就越小。建筑物高度相同时,雷电流峰值越大,η越小;②圆柱塔形尖端的上行稳定先导最容易起始,且最接近针形,η最小,为12.2%。长方体形上的稳定先导起始最晚,η最大,可达53.4%;③对于高度较矮和雷电流峰值较小的情况下,尖端几何形状(塔形或斜坡)对先导起始的影响较明显。

关键词：高建筑物上行先导几何形状雷电流峰值

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三维电晕放电模型的开发与应用

科学技术与工程 2024年第10期24卷 3997-4004页

作者：郭秀峰章玲高玥汪兆霞赵念南京信息工程大学电子与信息工程学院南京210044 无锡学院大气与遥感学院无锡214105 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

电晕放电是研究地闪过程和雷电预警的关键,而以往的模型多为二维模型或一维模型,且多以单个建筑物电晕放电为研究对象,因此建筑物(群)电晕放电的研究受到越来越多的关注,三维电晕放电模型的开发具有重要的意义。开发了考虑风场与忽略风... 详细信息

电晕放电是研究地闪过程和雷电预警的关键,而以往的模型多为二维模型或一维模型,且多以单个建筑物电晕放电为研究对象,因此建筑物(群)电晕放电的研究受到越来越多的关注,三维电晕放电模型的开发具有重要的意义。开发了考虑风场与忽略风场两种不同情况下的三维电晕放电模型,并通过应用于单针系统、双针系统以及九针系统,研究风场对单针系统电晕放电的影响以及多个尖端之间电晕放电的相互影响,以证明本文模型的可靠性与准确性。不同于均匀网格的划分,所开发的三维模型所采用变网格划分的方法不仅可以实现对大模拟域中细小尖端的精细化模拟,还能扩大模拟域范围;与一维和二维模型相比,本文模型能更全面地获取三维空间中电晕电荷的时空演变特征,且适用于研究多个尖端之间电晕放电的特征,如九针系统,这也是以往模型所无法实现的。

关键词：电晕放电三维电晕放电模型变网格划分精细化模拟