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高、低空急流耦合对山东“利奇马”台风暴雨增幅影响的诊断研究

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大气科学 2024年第2期48卷 445-462页

作者：张端禹王俊超王晓芳崔春光叶金桃中国气象局武汉暴雨研究所中国气象局流域强降水重点开放实验室/暴雨监测预警湖北省重点实验室武汉430205

受登陆北上台风“利奇马”等影响,2019年8月9~12日山东省出现连续暴雨,其中10日夜间出现降雨峰值。利用中国气象局上海台风研究所(Shanghai Typhoon Institute of China Meteorological Administration,简称CMA-STI)热带气旋最佳路径数... 详细信息

受登陆北上台风“利奇马”等影响,2019年8月9~12日山东省出现连续暴雨,其中10日夜间出现降雨峰值。利用中国气象局上海台风研究所(Shanghai Typhoon Institute of China Meteorological Administration,简称CMA-STI)热带气旋最佳路径数据、山东省自动气象站逐时降雨量、常规观测资料、中国风云二号地球静止气象卫星(FY-2G)0.1°×0.1°逐小时云顶相当黑体亮温和美国环境预报中心(National Center of Environmental Prediction,简称NCEP)1°×1°逐6 h再分析等资料,主要运用纬向风局地变化方程与大气动能方程,诊断分析降雨明显增幅与高、低层风场变化的关系。结果表明:(1)暴雨主要影响系统有高低空急流、500 hPa西风槽、850 hPa台风倒槽及“利奇马”本体环流等。10日200 hPa中纬度大尺度西南风急流东南移影响鲁西北,当天08:00(北京时,下同)850 hPa因双台风活动而形成的大尺度东南风急流突然北伸越过山东省。台风倒槽对流云与本体环流对流云先、后北移经鲁中,累积效应造成该地区10日夜间雨量最大。(2)10日20:00850 hPa章丘站东北侧出现了过程最快东风增幅,纬向运动方程诊断结果表明,东风平流是东风增加最主要原因,地转偏向力项则不利于东风增加。(3)10日20:00章丘站200 hPa西南风风力明显加大形成急流,10日08:00至11日08:00青岛站850 hPa维持东南风低空急流。同时位于高空急流右后侧与低空急流左前方是鲁中附近10日夜间降雨增幅的重要原因。章丘200 hPa与青岛850 hPa都是在最大风力之前12 h动能增加最快。动能方程诊断表明,最有利于鲁西北高空急流形成的是位能平流项,最有利于鲁东南低空急流形成的是动能垂直通量散度项。(4)10日20:00至13日08:00“利奇马”本体环流一直在影响山东,暴雨期间山东中部地形的动力作用也一直存在,而降雨的峰值是出现在10日夜间,说明10日20:00前后高、低空急流的耦合可能是山东暴雨增幅的主要影响因子。其主要作用至少有加强山东中部的垂直运动、整层水汽输送与静力不稳定度等方面。

关键词：登陆北上台风降水增幅机理高空西南风急流低空东南风急流动能诊断

基于高程订正的温度植被干旱指数在河北干旱监测的适用性分析

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沙漠与绿洲气象 2024年

作者：高旭旭许康于长文中国气象局雄安大气边界层重点开放实验室河北省气象与生态环境重点实验室河北省气候中心

基于2017—2021年生长期（4—9月）的MODIS遥感数据，用数字高程模型(Digital elevation model， DEM)对陆面温度（Land surface temperature， LST）进行订正，构建增强植被指数(Enhanced vegetation index， EVI)-LST特征空间，估算订正的温度植被干旱指数（Modified temperature vegetation dryness Index， MTVDI），并结合与土壤湿度以及降水实地观测数据的相关性，探讨MTVDI在河北生长期的适用性。结果表明：（1）基于DEM对构建的EVI-LST特征空间进行订正，订正后的特征空间散点图更符合三角形关系，与温度植被干旱指数（TVDI）原理图更接近；（2）MTVDI与土壤湿度的相关性较订正前提高0.09，且MTVDI等级与土壤湿度等级的空间匹配度超过0.9，表明MTVDI具有反映研究区土壤湿度的能力；（3）MTVDI与降水量呈负相关，从气象因素角度，表明MTVDI对河北省干旱具有一定表征意义；（4）从2019年干旱事件来看，MTVDI能够显示出干旱从东北向全省发展形势。综上所述，用DEM对温度植被干旱指数（Temperature vegetation dryness Index， TVDI）进行订正，从一定程度上减小了LST随海拔变化对土壤湿度反演误差的影响，MTVDI能较好指示出河北干旱状况，该研究可为农作物生育期干旱监测的业务化运行以及抗旱减灾决策提供科学参考依据。

关键词：干旱监测 DEM 订正后的TVDI 河北

北半球高强度-长持续时间型极端热浪事件1980年以来频率快速增加的机制分析

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中国科学：地球科学 2024年第7期54卷 2133-2151页

作者：王雨晴周文王春在复旦大学大气与海洋科学系大气科学研究院极地海冰气系统与天气气候教育部重点实验室上海200438 中国极地中心-复旦大学冰雪与气候变化研究所上海201209 中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室广州510301 中国科学院南海海洋研究所全球海洋和气候研究中心广州510301

1980年以来,北半球中高纬度地区夏季热浪事件的强度和持续时间同时显著增加,导致该地区成为高强度-长持续时间型极端热浪事件频率显著增加的关键区域.通过天气尺度分析发现,在西欧和北美洲中高纬度地区,较强和持续时间较长的大气高压系... 详细信息

1980年以来,北半球中高纬度地区夏季热浪事件的强度和持续时间同时显著增加,导致该地区成为高强度-长持续时间型极端热浪事件频率显著增加的关键区域.通过天气尺度分析发现,在西欧和北美洲中高纬度地区,较强和持续时间较长的大气高压系统以及事件发生前较低的背景土壤湿度是这类极端热浪事件发生的主要驱动因素.而在东欧和西伯利亚地区,除上述因素外,事件发生前较低的背景云量也是这类极端热浪事件发生的重要驱动因素.这些动力和热力要素之间相互耦合协同作用,可通过影响事件期间地表的辐射过程,同时影响热浪事件的强度和持续时间.通过自组织神经网络(SOM)方法,本研究发现6种天气模态强度的增强、持续时间的增长和出现频率的增加是导致1980年以来北半球中高纬度高强度-长持续时间型极端热浪事件频率增加的主要动力原因.另外,中高纬度大部分区域夏季平均土壤湿度的降低,以及东欧和西伯利亚地区夏季平均云量的减少是导致1980年以来北半球中高纬度该类极端热浪事件增多的主要热力原因.

关键词：高强度长持续时间极端热浪高压系统土壤湿度云量

基于GLORYS12V1再分析数据的楚科奇陆架区流场季节变化特征分析

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海洋与湖沼 2024年第3期55卷 613-626页

作者：施旭东李敏于婷李丙瑞谢玲玲广东海洋大学近海海洋变化与灾害预警实验室广东湛江524088 陆架及深远海气候资源与环境广东省高校重点实验室广东湛江524088 自然资源部空间海洋遥感与应用重点实验室北京100081 上海市极地生命过程与环境重点实验室上海200030 极地生态与气候变化教育部重点实验室上海200030 国家海洋信息中心天津300171 中国极地研究中心上海200136

楚科奇海是北太平洋海水进入北冰洋的唯一通道,为更好地了解北太平洋入流水在陆架区流场的季节变化特征,本文基于1993~2020年的GLORYS12V1再分析数据,对楚科奇陆架区流场的空间分布和关键通道断面流场季节变化特征进行了分析。气候态平... 详细信息

楚科奇海是北太平洋海水进入北冰洋的唯一通道,为更好地了解北太平洋入流水在陆架区流场的季节变化特征,本文基于1993~2020年的GLORYS12V1再分析数据,对楚科奇陆架区流场的空间分布和关键通道断面流场季节变化特征进行了分析。气候态平均结果显示,太平洋入流水通过白令海峡进入楚科奇海后主要由汉娜德海谷、中央水道、巴罗峡谷和德朗海峡断面流出陆架,四支路径的流量占白令海峡入流的比例分别为50.3%、25%、16%和6.9%。季节变化结果显示,白令海峡和德朗海峡断面流量的月变化在5月达最大,其余断面则在7月达峰值。德朗海峡断面西侧东南向沿岸流在秋季最强。5 m和30 m流速的联合经验正交函数分解的模态较为类似,体现了垂向结构的一致性。第一模态的空间分布显示整个研究区域均为同位相分布,且四支主要路径上呈现高值,其时间序列在冬夏半年呈反位相变化。第二模态主要体现陆架区西侧西伯利亚沿岸流场的上下半年呈反位相变化。将各断面的流量序列分解为与风相关的部分和非风因素相关的部分进行分析发现,气候态平均流量除德朗海峡处风起主要贡献外,其余断面均为非风因素对流量起正贡献而风起负贡献,非风因素引起的流量达0.23×10^(6)~1.33×10^(6) m^(3)/s,不过风和非风因素对各断面季节变化特征的影响并不一致。气压场和风场季节变化的分析结果显示,夏冬季波弗特高压和阿留申低压之间气压差的变化导致了东北风强度变化,进而影响了楚科奇陆架中心区冬/夏半年北向流的弱/强。而春秋季主要分别是波弗特高压和阿留申低压的东西位置变化对西伯利亚沿岸的流场产生影响。

关键词：流场季节变化联合经验正交函数分解楚科奇陆架

基于Meta分析的增温对土壤微生物残体积累影响

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土壤学报 2024年第5期61卷 1444-1454页

作者：卢孟雅丁雪丽中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室南京信息工程大学应用气象学院南京210044

增温对微生物残体积累的影响对土壤碳库收支平衡具有重要意义。目前关于增温背景下微生物残体的响应规律和主要影响因素尚未明确。为此,以土壤氨基糖为微生物残体标识物,筛选国内外已发表的12篇文献,收集总氨基糖数据29组,氨基葡萄糖35... 详细信息

增温对微生物残体积累的影响对土壤碳库收支平衡具有重要意义。目前关于增温背景下微生物残体的响应规律和主要影响因素尚未明确。为此,以土壤氨基糖为微生物残体标识物,筛选国内外已发表的12篇文献,收集总氨基糖数据29组,氨基葡萄糖35组,胞壁酸39组,氨基半乳糖25组,利用Meta分析方法,探讨了增温对土壤微生物残体积累的影响及主控因素。结果表明:整体上,增温背景下微生物残体积累有所增加,但响应规律具有生态系统特异性,其中,农田生态系统中微生物残体对增温的响应更为敏感。增温对不同来源氨基糖的影响程度不同,表现为增温显著增加了土壤中氨基半乳糖和胞壁酸的含量,增幅分别为10.3%和5.0%。相应地,增温显著降低了氨基葡萄糖与胞壁酸的比值,说明增温有利于细菌残体的积累。增温背景下,细菌残体占土壤有机碳(SOC)比例显著增加,微生物残体和真菌残体对SOC的贡献比例无显著改变,暗示增温后真菌残体对有机碳库的贡献有所削弱。Meta分析发现,增温幅度是影响微生物残体积累的主要因子,增温幅度小于或等于2℃时,微生物残体的积累数量会增加,增加比例为2.7%~14.6%,而增温幅度大于2℃则会降低微生物残体在土壤中的积累,降低比例为8.0%~14.3%。此外,增温的时间尺度不同(短期、中期、长期)也会对微生物残体产生不同的影响效应。综上,增温会显著影响微生物残体在土壤中的积累动态及其对有机碳库的贡献比例,影响强度和方向又与生态系统类型和土壤深度有关,而增温幅度、增温时间和年均降水量是影响微生物残体积累的重要因素。

关键词：气候变暖土壤碳库微生物残体影响因素 Meta分析

气候变化背景下西藏高原地区界限温度时空变化特征

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中国农业气象 2024年第2期45卷 111-123页

作者：杜军黄志诚次旺顿珠德庆卓嘎周刊社西藏高原大气环境科学研究所/西藏高原大气环境开放实验室拉萨850001 中国气象局墨脱大气水分循环综合观测野外科学试验基地/墨脱国家气候观象台墨脱860700 西藏自治区气象信息网络中心拉萨850001 西藏自治区气候中心拉萨850001

受全球气候变化影响,农牧业生产面临较大风险,研究界限温度时空变化对调整农业种植结构,实现农业可持续发展具有重要意义。利用近40a(1981-2020年)西藏38个气象站点逐日平均气温观测数据,采用线性倾向估计、Person系数、Mann-Kendall、... 详细信息

受全球气候变化影响,农牧业生产面临较大风险,研究界限温度时空变化对调整农业种植结构,实现农业可持续发展具有重要意义。利用近40a(1981-2020年)西藏38个气象站点逐日平均气温观测数据,采用线性倾向估计、Person系数、Mann-Kendall、优势分析等方法,分析了气候变暖背景下近40a西藏≥0℃、≥5℃和≥10℃界限温度(初日、终日、持续日数和活动积温)的时空变化特征。结果表明:(1)西藏≥0℃、≥5℃和≥10℃界限温度分布总体上表现为自东南向西北初日推迟、终日提早、持续日数缩短和积温减少的特征,并具有明显的海拔垂直地带性特征。1991-2020年与1981-2010年平均值比较,西藏各站三种积温均增加,以≥10℃积温增幅较大;绝大部分站点初日偏早、终日偏晚、持续日数偏多。(2)近40a西藏≥0℃、≥5℃和≥10℃初日、终日和持续日数的变幅以≥0℃最大,平均每10a初日提早3.2d、终日推迟3.5d、持续日数延长5.4d;积温增幅以≥10℃最大,为86.1℃·d·10a^(-1)。≥0℃、≥5℃持续日数增加是由于初日明显提早造成的,而≥10℃持续日数的增加因终日显著推迟导致。(3)≥0℃界限温度的线性倾向率(LTR),低海拔地区明显大于高海拔地区;≥5℃初日、积温LTR的最大值在低海拔地区,终日、持续日数LTR的最大值在中高海拔地区(3500-4000m);≥10℃初日LTR在中高海拔地区最大,终日、持续日数和积温LTR最大值出现在海拔4000-4500m地区。(4)20世纪80年代≥0℃、≥5℃和≥10℃初日偏晚、终日偏早、持续日数偏短、积温偏低;90年代初日、终日和持续日数正常,积温仍偏低;进入21世纪后,初日偏早、终日偏晚、持续日数增加、积温明显偏高,以21世纪10年代最明显。(5)≥5℃终日突变最早,发生在20世纪90年代初;≥10℃终日突变最晚,在21世纪10年代中期;初日、积温的突变分别出现在20世纪90年代中后期和21世纪初,持续日数突变点发生在20世纪90年代后期至21世纪中前期。

关键词：界限温度活动积温初日终日变化趋势年代际变化气候突变

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基于搜索平均法的气象观测数据的非线性去噪

物理学报 2007年第1期56卷 589-596页

作者：侯威廉毅封国林吉林省气象科技研究所气候研究开放实验室国家气候中心气候研究开放实验室

介绍了一种新型基于相空间重构和返回图法的非线性降噪方法——搜索平均法,首先将该方法应用于被高斯白噪声所污染的Henon映射时间序列,说明根据降噪理论所编写的计算程序的正确性;然后应用于中国气象局公布全国435站1960—2000年的逐... 详细信息

介绍了一种新型基于相空间重构和返回图法的非线性降噪方法——搜索平均法,首先将该方法应用于被高斯白噪声所污染的Henon映射时间序列,说明根据降噪理论所编写的计算程序的正确性;然后应用于中国气象局公布全国435站1960—2000年的逐日气温观测时间序列,并利用非线性预报方法衡量降噪的效果,验证了该方法的有效性.

关键词：返回图法非线性降噪非线性预报

水稻开花期高温热害响应机理及其调控技术研究进展

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中国水稻科学 2024年第2期38卷 111-126页

作者：许用强姜宁奉保华肖晶晶陶龙兴符冠富中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室杭州311400 象山县西周镇人民政府宁波315722 浙江省气候中心杭州310017

近年来,频繁发生的极端高温天气严重影响了水稻的生长发育、产量及稻米品质形成。水稻开花期对高温最为敏感,研究花期高温诱导小穗败育机理及其调控措施对减缓水稻高温热害,保障我国粮食安全生产具有重要意义。本文综述了高温下水稻颖... 详细信息

近年来,频繁发生的极端高温天气严重影响了水稻的生长发育、产量及稻米品质形成。水稻开花期对高温最为敏感,研究花期高温诱导小穗败育机理及其调控措施对减缓水稻高温热害,保障我国粮食安全生产具有重要意义。本文综述了高温下水稻颖花开放、花药开裂及散粉、柱头花粉粒萌发及花粉管伸长的特征及其作用机制,探究水稻花期耐热性调控机制以及减缓水稻花期高温热害的栽培调控措施,不仅为水稻花期高温热害机理及防控技术研究提供新的研究思路,还对今后的研究方向进行了展望。

关键词：水稻花期高温胁迫小穗育性生理机制调控措施

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基于机器学习算法和能量闭合理论的高标准稻田蒸散估算

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中国农业气象 2024年第10期45卷 1109-1122页

作者：邰久王伟徐敏胡凝陈上徐敬争胡小旭吕恒祝子涵赖宇婧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/中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室/江苏省农业气象重点实验室南京210044 江苏省气候中心南京210008 航天新气象科技有限公司无锡214028

为选出模拟长江中下游高标准稻田各生育期实际蒸散(ETa)的最优机器学习模型,并探究能量闭合对机器学习模型模拟ETa的影响,基于南通市2020年高标准水稻田小气候、土壤和通量观测数据,分析各生育期稻田ETa及相关因子的时间变化特征,利用B... 详细信息

为选出模拟长江中下游高标准稻田各生育期实际蒸散(ETa)的最优机器学习模型,并探究能量闭合对机器学习模型模拟ETa的影响,基于南通市2020年高标准水稻田小气候、土壤和通量观测数据,分析各生育期稻田ETa及相关因子的时间变化特征,利用BP神经网络和随机森林两种算法估算各生育期ETa,评估基于波文比的强迫能量闭合对机器学习模型模拟ETa精度的影响。结果表明:(1)在不同生育期,气象和土壤因子对稻田ETa的重要性不同,入射短波辐射(K↓)始终是稻田ETa的主控因子。(2)加入K↓可显著提高机器学习模型对ETa的模拟精度,相关系数提高了14.9%,RMSE降低51.1%。5种变量组合中,包含饱和水汽压差(VPD)、风速(U)、气温(Ta)、相对湿度(RH)和入射短波辐射(K↓)的BP1模型是模拟分蘖期前稻田ETa的最佳模型,包含Ta、RH和K↓的BP3模型更适于模拟分蘖期后的稻田ETa。(3)强迫能量闭合能改善BP神经网络模型对ETa的模拟效果,在分蘖期前更为明显,5种变量组合中,BP2模型(U、Ta、RH和K↓)在能量闭合后的模拟效果提升最明显,相关系数提高了3.5%,RMSE降低25.7%。

关键词：蒸散机器学习算法能量闭合水稻生育期