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星载雷达降水反演算法敏感性分析

气象学报 2024年第2期82卷 236-246页

作者：吴琼尹红刚陈林商建谷松岩卢乃锰许健民气象卫星创新中心中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)北京100081

以全球降水测量卫星(GPM)Ku PR的实测资料作为代理数据,评估了风云三号G星降水测量雷达(FY-3G PMR)原型算法的精度。在此基础上,对降水率和质量加权平均直径(R-D_(m))初始关系、降水相态以及不均匀波束充塞效应(NUBF)订正因子(param NU... 详细信息

以全球降水测量卫星(GPM)Ku PR的实测资料作为代理数据,评估了风云三号G星降水测量雷达(FY-3G PMR)原型算法的精度。在此基础上,对降水率和质量加权平均直径(R-D_(m))初始关系、降水相态以及不均匀波束充塞效应(NUBF)订正因子(param NUBF)进行了降水反演的敏感性分析。首先对调层云和对流云的R-D_(m)初始关系,比较初值调整前后滴谱廓线、雷达反射率因子廓线及降水率廓线的变化;其次设计敏感性试验,分析相态的误判对降水反演精度的影响;最后通过设置不同的param NUBF,评估param NUBF对降水反演的敏感性。结果表明,FY-3G PMR原型算法反演的降水结构及强弱分布和GPM Ku PR具有很好的一致性,反演的相对误差小于10%,相关系数大于0.95。敏感性分析显示雷达反射率因子廓线和降水率廓线的反演对R-D_(m)初始关系不敏感,但滴谱廓线的反演对R-D_(m)初始关系比较敏感。0℃亮带层相态误判尤其是混合相态和固态以及混合相态和液态的误判,影响0℃层附近的空中降水反演,但对地面降水反演影响不大。param NUBF作为高敏感性因子,与真值的差异越大降水率廓线反演的误差越大。开展星载雷达降水反演算法的敏感性分析不仅可以加深对降水反演理论和算法的认识,提高降水反演精度,还可以为FY-3G PMR即将开展的外场试验提供设计思路。

关键词： GPM FY-3G PMR 降水反演相态 NUBF 敏感性分析

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夏玉米农田生态系统碳源汇特征及其气候影响

生态学杂志 2024年

作者：彭记永张溪荷王冰余卫东中国气象局郑州农业气象野外科学试验基地中国气象局.河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室河南省郑州农业气象野外科学观测研究站河南省气象科学研究所济源市气象局安阳国家气候观象台

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，玉米作为我国种植面积和产量最大的粮食作物，在气候变化背景下，准确评价夏玉米农田生态系统的碳源汇特征，对提高农田生态系统固碳能力具有重要意义。利用1991—2022年郑州国家基本气象站... 详细信息

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，玉米作为我国种植面积和产量最大的粮食作物，在气候变化背景下，准确评价夏玉米农田生态系统的碳源汇特征，对提高农田生态系统固碳能力具有重要意义。利用1991—2022年郑州国家基本气象站气象数据和2008—2022年郑州农业气象试验站夏玉米农田生态系统CO2通量数据、气象观测数据及夏玉米生物量和产量数据，分析了郑州站气候变化特征以及夏玉米农田生态系统CO2通量变化规律，明确了夏玉米农田生态系统碳源汇特征。结果表明：夏玉米农田生态系统CO2通量具有明显的日变化和季节变化特征，除6月份为碳源外，7—9月份均为碳汇。不同气候年型下，夏玉米农田生态系统碳通量具有一定的差异，总初级生产力(gross primary productivity，GPP)多年平均值为(1197.5±129.9)g C·m-2·a-1；生态系统呼吸(Reco)多年平均值为(711.2±129.9)g C·m-2·a-1。不计算收获后的籽粒，夏玉米农田整体表现为CO2的汇，净生态系统碳交换量(net ecosystem exchange，NEE)多年平均值为(-342.8±52.3)g C·m-2·a-1。籽粒收获移出农田后，根据理论产量计算，夏玉米农田表现为弱的碳汇，净生物群系生产力(net biome productivity，NBP)为-41.3 g C·m-2·a-1(占NEE的12.0%)；根据实际产量计算，夏玉米农田在籽粒收获后表现为较强的碳汇，NBP为-105.9 g C·m-2·a-1(占NEE的30.9%)。郑州站气候呈现暖干化变化趋势，气温和降水对夏玉米农田生态系统碳通量无显著影响，日照时数对夏玉米农田生态系统GPP影响显著(P<0.05)，并通过GPP对净生态系统生产力(net ecosystem productivity，NEP)和Reco产生间接影响(P<0.05)。夏玉米生长季，日照时数增加15.6 h·a-1，GPP增加19.4 g C·m-2·a-1，NEP增加6.6 g C·m-2·a-1，表明夏玉米农田生态系统具有较大的固碳潜力。

关键词：气候变化夏玉米农田生态系统碳源/汇净生态系统碳交换量碳达峰碳中和

冬春两湖盆地地区大气气溶胶污染的年代际变化特征及其与东亚经向风南北反相位的联系

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大气科学 2024年第2期48卷 773-788页

作者：姜玉洁张玲朱寿鹏白永清智协飞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 中国气象局武汉暴雨研究所暴雨监测预警湖北省重点实验室武汉430205

基于MERRA-2及ERA5逐月再分析资料,本文采用EOF分析、线性回归和合成分析等方法,分析了1980~2020年长江流域中游两湖盆地地区气溶胶光学厚度(AOD)的年代际变化特征及东亚经向风南北反位相模态对其的影响。结果表明,在年代际尺度上两湖... 详细信息

基于MERRA-2及ERA5逐月再分析资料,本文采用EOF分析、线性回归和合成分析等方法,分析了1980~2020年长江流域中游两湖盆地地区气溶胶光学厚度(AOD)的年代际变化特征及东亚经向风南北反位相模态对其的影响。结果表明,在年代际尺度上两湖盆地地区AOD呈现非线性的变化趋势,20世纪80、90年代处于低值,21世纪初AOD持续升高,2010年后开始下降。空间场上表现为全区一致的变化特征,高值区主要位于两湖盆地中部,以洞庭湖为中心呈南北纵向分布。进一步对两湖盆地AOD年代际变化与大气环流异常关系的分析表明,在东亚经向风南北反相模的影响下,偏北风输送是影响两湖盆地AOD年代际变化的主要气象原因。在年代际尺度上,当西伯利亚高压的强度、面积增大,东亚大槽西移,西北太平洋副热带高压脊线南移时,东亚经向风南北反相模趋于正相位(即长江以北有异常偏南风、长江以南有异常偏北风)。此时,两湖盆地位于气旋性环流异常的底部,在异常的偏北风的作用下,西北地区的气溶胶向两湖盆地输送加强。且两湖盆地处于两个异常气旋性环流的中间,气压梯度小,风速偏弱,使得两湖盆地气溶胶输入大于输出,促进21世纪初AOD年代际升高。

关键词： AOD (aerosol optical depth) 年代际两湖盆地冬春经向风南北反相模

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联合微光辅助红外遥感数据的夜间微小火点识别算法

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光学学报 2024年第8期44卷 282-295页

作者：刘慧何玉青胡秀清孙春丽北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081

基于美国国家极地操作环境(NPP)卫星可见光红外成像辐射仪(VIIRS)的红外和微光遥感数据开展夜间火点检测识别研究,并提出一种联合微光辅助红外遥感数据的夜间微小火点识别(FRJLI)算法。首先,采用VIIRS多天数据融合获得研究区的城市灯光... 详细信息

基于美国国家极地操作环境(NPP)卫星可见光红外成像辐射仪(VIIRS)的红外和微光遥感数据开展夜间火点检测识别研究,并提出一种联合微光辅助红外遥感数据的夜间微小火点识别(FRJLI)算法。首先,采用VIIRS多天数据融合获得研究区的城市灯光背景图,为火点检测消除城市灯光影响;然后,在传统红外通道火点识别算法的基础上,联合微光通道的火点阈值调试,通过多通道阈值判别、绝对火点识别和上下文判别得到最终的识别结果。以韩国2022年3月4—13日森林火灾和蒙古国2022年4月18—19日草原火灾案例进行实验,根据夜间假彩图和植被指数验证了FRJLI算法识别火点的正确性,分析每天识别火点的亮温和辐射值关系,得出红外与微光数据的相关性及敏感性差异,FRJLI算法较NASA官方火点产品或其他火点算法结果具有更高的识别质量,特别是提高了微小火点的识别率,为更高效准确地识别火点提供了技术支持。针对森林和草原火点的识别效果表明,该算法适用性更广。

关键词：遥感 VIIRS 微光红外波段夜间火点识别联合识别

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河南省主要河川径流变化归因

南水北调与水利科技（中英文） 2024年第2期22卷 228-236页

作者：竹磊磊王纪军吴璐杨婷苏晓乐李芳中国气象局河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室郑州450003 河南省气候中心郑州450003

为相对全面客观地分析气候变化和人类活动对河南省主要河川径流变化的影响,基于河南省内卫河、伊洛河、洪汝河和唐河流域1961—2022年径流和降水资料,以及国家气候中心根据Penman-Monteith公式计算的年潜在蒸散发资料,比较4个蒸发对比... 详细信息

为相对全面客观地分析气候变化和人类活动对河南省主要河川径流变化的影响,基于河南省内卫河、伊洛河、洪汝河和唐河流域1961—2022年径流和降水资料,以及国家气候中心根据Penman-Monteith公式计算的年潜在蒸散发资料,比较4个蒸发对比站年潜在蒸散发和蒸发皿年蒸发值,运用Mann-Kendall突变检验法和累积双曲线法分析4个研究流域控制水文站年径流序列的变化趋势和突变年份,以及4个流域年降水和潜在蒸散发的变化趋势。采用基于Budyko假设的弹性系数法对径流变化开展归因分析。结果表明:4个蒸发对比站年潜在蒸散发与蒸发皿年蒸发变化趋势基本一致,4个水文站年径流深及4个流域年降水和年潜在蒸散发均呈下降趋势。4个水文站年径流深分别在1977年、1985年、2008年和2010年发生了突变。气候变化对径流减少的贡献率在卫河和伊洛河流域为7%以下,在洪汝河和唐河流域约为12%~18%,降水减少不显著和潜在蒸散发呈下降趋势是贡献率小的原因,可见人类活动是影响4个流域径流变化的主要驱动因素。

关键词：弹性系数法气候变化人类活动径流变化卫河伊洛河洪汝河唐河

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寒地大豆气候生产潜力特征及其对气候变化的响应

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应用生态学报 2024年第6期35卷 1615-1624页

作者：李秀芬吴双赵放朱海霞宫丽娟姜丽霞王萍赵慧颖黑龙江省气象科学研究所哈尔滨150030 中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室哈尔滨150030 黑龙江省生态气象中心哈尔滨150030 哈尔滨市气象局哈尔滨150000

全面掌握黑龙江省大豆气候生产潜力演变及其对气候变化的响应特征,可为进一步挖掘高寒地区大豆生产潜力、实现大豆稳产高产提供参考和依据。基于黑龙江省80个气象站1961—2020年的气象资料,采用逐步订正法估算大豆光合、光温和气候生产... 详细信息

全面掌握黑龙江省大豆气候生产潜力演变及其对气候变化的响应特征,可为进一步挖掘高寒地区大豆生产潜力、实现大豆稳产高产提供参考和依据。基于黑龙江省80个气象站1961—2020年的气象资料,采用逐步订正法估算大豆光合、光温和气候生产潜力,利用空间插值、统计分析方法研究其时空特征,分析辐射、气温、降水等气候要素变化对气候生产潜力的影响。结果表明:研究期间,黑龙江省大豆光合、光温和气候生产潜力平均值分别为7533、6444和3515 kg·hm^(-2),时间变化上均表现为显著增加趋势,其增幅分别为125.9、182.9和116.1 kg·hm^(-2)·(10 a)-1;在空间分布上均表现为平原高山地低、由西南向东北逐渐减少。与1961—1990年相比,1991—2020年大豆气候生产潜力高值区扩大7.1%,低值区缩小5.1%。大豆气候生产潜力对气候变化响应明显,气候变暖致使黑龙江省大豆的潜在温度生长期延长。热量资源持续增加,配合相对充足的降水,有效减缓了光能资源下降对黑龙江省大豆生产的负面影响。未来“暖湿型”气候有利于全方位提高黑龙江省大豆气候生产潜力。

关键词：高寒地区大豆气候生产潜力气候变化响应暖湿气候

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2022年华南极端“龙舟水”与大气环流和海温异常的关系

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大气科学学报 2024年

作者：伍红雨吴遥郑璟广东省气候中心中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室重庆市气候中心

利用华南192个国家气象观测站逐日降水资料，NCEP/NCAR大气环流再分析资料，NOAA月平均海表温度资料（ERSST V5）及向外长波辐射（OLR）资料，采用相关、合成分析的方法研究了2022年华南“龙舟水”异常与大气环流和海温异常的关系。结... 详细信息

利用华南192个国家气象观测站逐日降水资料，NCEP/NCAR大气环流再分析资料，NOAA月平均海表温度资料（ERSST V5）及向外长波辐射（OLR）资料，采用相关、合成分析的方法研究了2022年华南“龙舟水”异常与大气环流和海温异常的关系。结果表明，2022年“龙舟水”期间，东亚大槽、东北冷涡偏强，南下冷空气偏强，同时西太平洋副热带高压和南支槽均偏强，在华南存在明显的水汽辐合。2022年发生的拉尼娜事件，大气环流对其有明显响应，Walker环流增强，华南对流明显加强，菲律宾以东存在异常反气旋环流，副高加强导致其西北侧的西南风加强，向华南水汽输送显著增强，同时华南存在显著的上升运动。大气环流和海温的异常导致2022年华南极端“龙舟水”。

关键词：极端“龙舟水” 华南大气环流海温

FY-4A数据在2021年1月6—8日寒潮监测中应用

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气象 2024年第6期50卷 661-674页

作者：牛宁任素玲覃丹宇中国气象局干部培训学院北京100081 国家卫星气象中心/国家空间天气监测预警中心北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室北京100081

基于静止气象卫星图像解译理论和位涡理论,应用FY-4A水汽图像、干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)产品和欧洲中心第五代大气再分析资料(ERA5)对2021年1月6—8日我国中东部地区寒潮天气进行分析。结果表明:高空冷涡和地面冷高压是影响此次寒... 详细信息

基于静止气象卫星图像解译理论和位涡理论,应用FY-4A水汽图像、干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)产品和欧洲中心第五代大气再分析资料(ERA5)对2021年1月6—8日我国中东部地区寒潮天气进行分析。结果表明:高空冷涡和地面冷高压是影响此次寒潮天气的主要影响系统,冷空气5日08:00从贝加尔湖南部向东、向南加强发展,8日20:00减弱;对比FY-4A/GIIRS与ERA5850 hPa 24 h变温数据发现:两种数据反映的对流层低层冷空气东移南下特征和正负变温区域分布特征基本一致,FY-4A/GIIRS 850 hPa 24 h负变温中心和0℃等变温线的位置与ERA5数据接近,FY-4A/GIIRS 850 hPa 24 h变温中心值强度略大于ERA5。水汽图像暗区变暗附近的高层位涡的增加激发高层气旋性环流后侧下沉运动增强,干空气下沉造成了地面高压增强;500 hPa冷涡中心附近绝对涡度增加是引起冷空气增强的原因之一;冷空气急剧增强时段,中低层位涡的加大引起地面冷空气堆积,寒潮增强。FY-4A/GIIRS温度产品反映的冷空气移动特征与位涡理论对冷空气增强原因分析结果一致,说明应用FY-4A/GIIRS温度产品能够有效监测分析寒潮冷空气演变特征。

关键词： FY-4A水汽图像 GIIRS温度廓线位涡寒潮

树轮记录的祁连山南-北侧过去约300年干旱对比研究

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第四纪研究 2024年

作者：田沁花张同文张永韩禄斌唐飞国家气候中心中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所/中国气象局树木年轮理化研究重点实验室/新疆树木年轮生态实验室中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟院重点实验室中国科学院大学

我国西北降雨少、变率大、干旱频率高、灾害事件频发,给社会经济造成严重后果。随着全球变暖,深入理解不同气候背景下区域干旱差异的长时间尺度特征,有助于我们更好地应对区域气候风险。本研究选取祁连山南、北侧5条对降水变化敏感的树... 详细信息

我国西北降雨少、变率大、干旱频率高、灾害事件频发,给社会经济造成严重后果。随着全球变暖,深入理解不同气候背景下区域干旱差异的长时间尺度特征,有助于我们更好地应对区域气候风险。本研究选取祁连山南、北侧5条对降水变化敏感的树轮宽度序列,依据轮宽指数划分干旱强度等级,统计干旱年份及数量,建立极端干旱年分布图表,探讨过去约300年(1701～2005年)祁连山南、北侧极端干旱事件的年际、年代际变化规律及原因。结果显示,1714年为整个研究区的干旱年;1706年、1721年、1727年、1824年、1960年为4个样点记录的极端干旱年,反映了祁连山大尺度上一致的极端干旱事件,显然18世纪祁连山区整体干旱;但过去3个世纪(1701～2005年),南、北两侧极端干旱事件在年际、年代际变化上又存在区域差异:南侧干旱期集中于18～19世纪,表现为干-干-湿,与20世纪60年代之后西北地区的干-湿转型极为吻合,而北侧干旱期集中于18和20世纪,表现为干-湿-干的变化趋势,20世纪20～30年代及90年代多次出现极端干旱记录。在10年尺度上,南侧高频干旱期为1761～1770年,北侧为1711～1720年、1721～1730年、1921～1930年,北侧干旱期略频发;在30年尺度上,南侧高频干旱期为1701～1730年和1761～1790年,北侧高频干旱期为1701～1730年和1911～1940年,其中1701～1730年为南、北一致干旱期。极端干旱事件年与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和北大西洋涛动(NAO)指数的时序叠加分析初步揭示了ENSO事件对祁连山区域极端干旱的可能影响,但两者对区域干旱的影响机理仍需更多研究验证。

关键词：祁连山树轮宽度指数极端干旱事件大气环流指数