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2000-2022年江西省生态系统调节服务功能演变特征及气象影响

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应用生态学报 2024年第8期35卷 2187-2196页

作者：周媛曹云钱悦陈燕玲戴芳筠孙应龙江西省生态气象中心南昌330096 南昌国家气候观象台南昌330043 国家气象中心北京100081 中国气象局水文气象重点开放实验室北京100081

江西省是全国首批生态文明示范省之一,探明气象条件对生态系统调节服务功能的影响,有利于因地制宜开展生态环境保护和修复工作。本研究基于2000-2022年MODIS数据、净初级生产力数据和逐月气象数据,采用水量平衡方程、土壤流失方程等模型... 详细信息

江西省是全国首批生态文明示范省之一,探明气象条件对生态系统调节服务功能的影响,有利于因地制宜开展生态环境保护和修复工作。本研究基于2000-2022年MODIS数据、净初级生产力数据和逐月气象数据,采用水量平衡方程、土壤流失方程等模型,对江西省生态系统固碳、释氧、水源涵养、土壤保持4种调节服务功能进行测算,并利用趋势分析、偏相关分析方法分析4种调节服务功能的时空格局及其气象影响因素。结果表明:2000-2022年,江西省生态系统固碳量和释氧量年均值分别为178.8和130.0g·m^(2),年均增加值分别为0.4和0.3g·m^(2),两者在空间分布上一致,全省有77.3%区域的固碳释氧年均值呈上升趋势。江西省水源涵养和土壤保持均值分别为591.8mm和723.8t·hm^(-2),两者在空间分布上较为一致,两者年均增加值分别为5.6mm和3.7t·hm^(2),全省分别有73.3%、69.3%区域的土壤保持和水源涵养功能稳步提升。植被的固碳释氧功能在月尺度、季节尺度与气温呈显著相关,两者的偏相关系数也高于其他因子,是影响生态系统固碳释氧功能的重要气象因子。无论在月尺度、季尺度还是年尺度上,降水量与水源涵养量和土壤保持量均呈显著正相关关系,是其最重要的气象影响因素。本研究揭示了2000-2022年间气候变化对江西省生态系统调节服务功能的影响,可为切实保障江西省生态系统保护修复、提高生态文明建设的质量和效益提供科技支撑。

关键词：固碳释氧水源涵养土壤保持气象因子江西省

基于印度洋海温信号的我国西北地区东部夏季降水组合降尺度预测方法研究

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气象 2024年第3期50卷 357-369页

作者：朱晓炜李清泉孙银川王璠王岱高睿娜刘颖中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室银川750002 宁夏回族自治区气候中心银川750002 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 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

利用国家气候中心第二代气候模式预测业务系统(BCC-CPSv2)预测产品,引入印度洋海温信号,采用组合降尺度方法建立了西北地区东部汛期降水预测模型。该预测模型对1991—2017年西北地区东部夏季降水的回报技巧较BCC-CPSv2预测技巧显著提高... 详细信息

利用国家气候中心第二代气候模式预测业务系统(BCC-CPSv2)预测产品,引入印度洋海温信号,采用组合降尺度方法建立了西北地区东部汛期降水预测模型。该预测模型对1991—2017年西北地区东部夏季降水的回报技巧较BCC-CPSv2预测技巧显著提高,空间相关系数由0.42提高到0.75,均方根误差明显减小,最多下降达80%。预测模型对降水空间分布型的预测能力较好,很好地回报了典型年份(1987年和2010年)夏季的降水距平百分率分布。通过抓住气象变量的空间分布特征,组合降尺度方法可以修正动力模式产品的预测误差,为西北地区东部夏季降水预测提供科学依据和技术支持,具有较好的应用前景。

关键词：印度洋海温西北地区东部夏季降水组合降尺度预测模型

La Nina衰减年夏季西北太平洋热带气旋生成的差异性分析:2018年和2021年的对比

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中国科学：地球科学 2024年第10期54卷 3149-3161页

作者：刘芸芸龚振淞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 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

作为热带海气耦合年际变率的最主要模态,厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)对西北太平洋区域的热带气旋(TC)活动有显著影响.2018年和2021年均为拉尼娜(La Nina)衰减年,但这两年夏季(6~8月)西北太平洋TC活动却呈现出显著差异.2018年夏季TC活动异... 详细信息

作为热带海气耦合年际变率的最主要模态,厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)对西北太平洋区域的热带气旋(TC)活动有显著影响.2018年和2021年均为拉尼娜(La Nina)衰减年,但这两年夏季(6~8月)西北太平洋TC活动却呈现出显著差异.2018年夏季TC活动异常活跃,共生成18个TC,较常年同期(11个)明显偏多,TC生成源地主要位于西北太平洋中东部.而2021年夏季仅生成9个TC,且生成源地主要集中在西北太平洋西部.文章通过对比分析夏季TC生成源地的大尺度环境场、热带海洋热力条件和低频振荡活动等特征,揭示了这两年处于相似的La Nina衰减年背景下,西北太平洋TC活动却显著不同的可能原因.热带印度洋海盆一致模(IOBM)2017/2018年冬季转为冷海温距平,并持续至2018年夏季;同时太平洋经向模(PMM)也一直维持正位相,导致夏季西太平洋副热带高压偏东偏北,季风槽向东延伸,有利于西北太平洋TC生成和发展;此外2018年夏季热带大气低频振荡(MJO)位于5~6位相的日数偏多近150%,也为TC的形成提供了有利的动力条件.而2021年IOBM 3月迅速转正且维持至夏季,PMM则从1月转为负位相并维持到夏季;同时MJO在第2~3位相停滞长达47天,此时对流中心位于海洋性大陆西部,不利于西北太平洋TC的生成.可见,尽管处于相似的La Nina衰减年背景下,2018年和2021年春夏季IOBM和PMM演变以及MJO活动的不同是导致2018年和2021年夏季西北太平洋TC活动显著不同的主要原因,其中IOBM和MJO活动异常的贡献较PMM更为重要.

关键词：热带气旋(TC) La Nina事件热带印度洋海盆一致模(IOBM) 太平洋经向模(PMM) 热带大气低频振荡(MJO) 西北太平洋副热带高压季风槽

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一种气象干旱综合指数的过程事件研究

高原气象 2024年第5期43卷 1329-1343页

作者：张驰何慧根谢清霞唐红玉廖代强中国气象局气候资源经济转化重点开放实验室重庆市气候中心重庆401147 贵州省气象台贵州贵阳550002

为掌握重庆气象干旱长时间序列演变规律,利用重庆1960-2022年34个国家站的本地化改进型气象干旱综合指数(RMCI)结合区域性气象干旱过程评估地方标准做气象干旱综合指数(MCI)1981-2020年同期对比,进而解析RMCI历史63 a数据结构及其时空... 详细信息

为掌握重庆气象干旱长时间序列演变规律,利用重庆1960-2022年34个国家站的本地化改进型气象干旱综合指数(RMCI)结合区域性气象干旱过程评估地方标准做气象干旱综合指数(MCI)1981-2020年同期对比,进而解析RMCI历史63 a数据结构及其时空分布特征。研究表明:(1)重庆40 a RMCI单站过程累计频次较MCI偏多4.2%,二者频次-强度拟合都呈显著的指数型分布,两者所有单站过程开始时间的差异率仅为8.1%;重庆东北部为RMCI和MCI单站过程各级旱情的一致高发区,而中心城区、西南部及中部地区发生频率相对较低。(2)重庆63 a RMCI日数据总体呈正态分布,全市及各分区轻旱、中旱、重旱(特旱)日数据分布差异较小(较大),中心城区重旱、特旱日数据较其他分区分别一致性偏大、偏小;RMCI单站、区域过程的频次与强弱都呈显著反相关,其中重庆西部发生轻旱、中旱、特旱单站过程的站均频次最多,而区域过程中特旱的极差绝对值最大、中旱次之。(3)63 a间重庆RMCI单站和区域气象干旱过程强度趋势都不显著,但1962-2013年却均为显著减小趋势,2013年后重庆过程强度的总体减弱与21世纪以来高温日数的年代际减少有所关联,气象干旱过程事件具有复杂的年际和年代际信号。RMCI单站过程事件主要存在2~6 a和准20 a的周期振荡,发生在重庆东北部偏东和东南部偏北地区的单站过程事件“变干”尤为显著;RMCI区域过程事件则存在2~3 a、4~6 a和8~12 a的周期振荡,开始于伏旱期及7月的区域过程事件频次最多、强度最强,而秋旱期和12月的频次相对最少、强度最弱。

关键词：气象干旱 RMCI 单站过程区域过程频次强度

低排放情景下全球极端气候事件变化在温升过冲前后达到1.5℃的差异

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气候变化研究进展 2024年第4期20卷 389-402页

作者：徐影韩振宇吴婕李柔珂中国气象局国家气候中心北京100081 中国气象局气候预测研究重点开放实验室北京100081 中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室上海200030 江西省赣南师范大学地理与环境工程学院赣州341000

基于耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)全球气候模式在SSP1-1.9温室气体排放情景下的模拟结果,预估了全球平均气温相对于工业化前达到1.5℃温升(P1阶段)后继续增暖然后再次返回(过冲)到1.5℃温升时的(P2阶段)全球气温、降水及极端气候指... 详细信息

基于耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)全球气候模式在SSP1-1.9温室气体排放情景下的模拟结果,预估了全球平均气温相对于工业化前达到1.5℃温升(P1阶段)后继续增暖然后再次返回(过冲)到1.5℃温升时的(P2阶段)全球气温、降水及极端气候指数的可能变化,并且分析其预估不确定性。结果表明:P1和P2两阶段间气温、降水及极端气候的多模式一致的差异在全球各分区广泛出现,且区域性和局地性特征明显。各指标表征的多模式一致的极端温度变化普遍接近或者超过全球陆地面积的15%。极端低温的P1和P2两阶段差异的空间分布与冬季平均气温差异的空间分布有一定相似度,极端高温变化的分布则更凸显局地性。全球范围内低温和高温多模式一致增加的面积都高于其减少的面积,预计欧亚大陆中高纬的西部、北美洲、中国东北等区域的低温风险以及青藏高原、中国东部、南亚、东非、北美洲、南极洲等区域的高温风险会升高。各指标表征的多模式一致的极端降水变化普遍超过全球陆地面积的20%,其中增加与减少的面积接近。强降水差异的分布特征与年降水的有部分相似,一致增多主要分布在中国南方、南亚、东南亚、南美洲东部和西南端、北美、澳洲和中东欧的部分地区等,一致减少主要分布在中国华北到东北、青藏高原南麓、非洲南部、南美洲北部和澳洲北部等。连续干旱日数在多数区域表现为增多,集中且连续地分布在中亚、南亚、青藏高原、俄罗斯中北部、非洲撒哈拉以北和中部、澳洲中部、南极洲部分地区等。这些都表明即使全球在2030年前达到碳排放峰值,并立即开始减少碳排放,但由于各个区域气候对全球变暖的响应有明显差异,温升过冲后部分区域的极端事件发生频率并未及时回退到过冲前的水平,需警惕区域和局地尺度气象灾害及其影响的增加。

关键词： 1.5℃温升过冲极端气候预估

碳中和情景下人为排放对全球对流层臭氧的影响研究

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中国环境科学 2024年第6期44卷 3517-3530页

作者：王欣玥张佳蕾侯雪伟吴儒鸿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气候与环境变化国际合作联合实验室中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室江苏南京210044 中国气象局大气化学重点开放实验室北京100081

本文采用地球系统模式,以未来碳中和排放清单和平流层示踪物O_(3)S为基础,揭示了未来对流层O_(3)及其前体物的变化特征及成因.研究结果表明:碳中和排放情景下,特别在冬春季节,全球范围内的NO_(x)人为排放和飞机排放量均显著降低,这使得... 详细信息

本文采用地球系统模式,以未来碳中和排放清单和平流层示踪物O_(3)S为基础,揭示了未来对流层O_(3)及其前体物的变化特征及成因.研究结果表明:碳中和排放情景下,特别在冬春季节,全球范围内的NO_(x)人为排放和飞机排放量均显著降低,这使得近地面NO_(x)浓度随之降低.NO_(x)作为对流层O_(3)的重要前体物之一,其浓度的剧烈减少使得近地层O_(3)浓度显著降低,但在中国东部地区,由于NO对O_(3)滴定作用的减弱,最终使得冬季近地面O_(3)呈现增加趋势;垂直方向上O_(3)浓度减少最为显著的区域集中在对流层顶附近,减少量达26×10^(-9)以上,且夏季最为显著,这主要与飞机排放减少导致的平流层O_(3)浓度降低有关.碳中和排放情景下平流层入侵对全球近地面O_(3)的平均贡献减少量在冬季最高,为1.7×10^(-9),夏季最低,为0.9×10^(-9);北半球平流层入侵贡献减少量最显著区域集中在高纬地区,达4×10^(-9).垂直方向上,平流层入侵贡献减少量随高度增加,在对流层上层,平流层的贡献量降低高达24×10^(-9)以上,且冬季最强.总之,碳中和排放情景下地表人为排放及飞机排放的改变对全球O_(3)污染有很好的减轻作用,平流层贡献量的降低对未来O_(3)浓度的变化也有重要贡献.

关键词：碳中和排放情景对流层臭氧人为排放 CESM2 平流层贡献

CMIP6耦合模式对青藏高原积雪的未来预估

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地理科学 2024年第5期44卷 901-910页

作者：陈涛高歌杜晓辉陈华西藏自治区气候中心西藏拉萨850000 国家气候中心气候研究开放实验室北京100081 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江苏南京210044 拉萨市气象局西藏拉萨850000 西藏自治区大气探测技术与装备保障中心西藏拉萨850000

基于第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的历史模拟试验以及情景预估试验数据,分析了21世纪中(2035—2064年)、后期(2070—2099年)青藏高原积雪相对于参考期(1985—2014年)的变化。结果表明:相对于参考期,21世纪中、后期青藏高原平均年... 详细信息

基于第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的历史模拟试验以及情景预估试验数据,分析了21世纪中(2035—2064年)、后期(2070—2099年)青藏高原积雪相对于参考期(1985—2014年)的变化。结果表明:相对于参考期,21世纪中、后期青藏高原平均年积雪日数、平均积雪期均表现为减少,减少幅度总体随着人为辐射强迫的增加而加大;除低强迫情景外,21世纪后期的减少幅度均大于21世纪中期;空间上总体表现为青藏高原东南部的减少幅度大于西北部。21世纪中、后期青藏高原积雪初日均表现为推迟、积雪终日均表现为提前,积雪初日推迟天数是积雪终日提前天数的1.5~2.0倍;人为辐射强迫越高,积雪初(终)日推迟(提前)天数越多;相同情景下21世纪后期积雪初(终)日推迟(提前)天数均多于21世纪中期。降雪(气温)与年积雪日数呈正(负)相关;随着人为辐射强迫的增加,降雪对年积雪日数的相对贡献率总体呈增加趋势;空间特征表现为降雪(气温)对青藏高原南部和北部(东部和西部)的年积雪日数的相对贡献更大。7—12月降雪的减少幅度大于1—6月,这可能是积雪初日推迟天数多于积雪终日提前天数的重要原因。不同情景下青藏高原未来积雪变化差异明显,由此可见,控制温室气体排放对减缓未来青藏高原积雪的减少速率至关重要。

关键词：青藏高原 CMIP6 积雪日数积雪期气温降雪贡献率

华北局地大暴雨过程中多个β中尺度对流系统发生发展对比分析

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气象 2024年第2期50卷 181-194页

作者：徐姝易笑园熊明明孙密娜林晓萌天津市气象台天津300074 中国气象局水文气象重点开放实验室南京210024 天津市气候中心天津300074

利用常规地面高空观测、多普勒雷达、风廓线、VDRAS(Variational Doppler Radar Analysis System)和NCEP再分析资料,对2018年8月5—6日副热带高压(以下简称副高)控制下华北一次局地大暴雨过程中多个β中尺度对流系统触发和发展机制进行... 详细信息

利用常规地面高空观测、多普勒雷达、风廓线、VDRAS(Variational Doppler Radar Analysis System)和NCEP再分析资料,对2018年8月5—6日副热带高压(以下简称副高)控制下华北一次局地大暴雨过程中多个β中尺度对流系统触发和发展机制进行了分析。结果表明:这次大暴雨发生在副高控制下,处于高温、高湿气团中,大气层结极不稳定。暴雨由多个相继发展的中尺度对流系统造成,分别是太行山迎风坡上西南—东北向、华北平原地区保定一带南北向、保定至霸州附近西南—东北向和以雄安新区为中心东西向原地生消的准静止MCS-Ⅰ、MCS-Ⅱ、MCS-Ⅲ和MCS-Ⅳ,均属于β中尺度。在相似的环境中,不同中尺度对流系统触发机制有较大差异,太行山迎风坡上的MCS-Ⅰ是由近地层偏东暖湿气流在迎风坡与山风形成的辐合抬升触发;由辐射差异和前期强降水形成的局地冷池受MCS-Ⅰ影响再次加强后,其出流与环境风形成的两条地面辐合线分别触发了MCS-Ⅱ和MCS-Ⅲ,并组织对流沿辐合线呈带状发展;而超低空偏东风增强叠加冷池出流在地形抬升作用下促使沿山暖湿气团进一步抬升,使得原本消亡的MCS-Ⅰ再次重建。MCS-Ⅳ发展最旺盛、持续时间最长,是大暴雨中心的直接制造者,一方面MCS-Ⅱ与MCS-Ⅲ、MCS-Ⅰ与MCS-Ⅳ的两次合并过程,是MCS-Ⅳ增强、持久的重要原因;另一方面边界层偏东风急流为MCS-Ⅳ的发展提供了水汽和不稳定能量等有利条件,同时推动其左前方中尺度涡旋的发展,导致MCS-Ⅳ所在地的气旋性涡度大大增加,加强了以急流轴为中心的垂直次级环流发展,造成MCS-Ⅳ的发展维持,形成华北平原地区以雄安新区为中心的东西向大暴雨带。

关键词：准静止中尺度对流系统对流单体合并冷池地面辐合线中尺度边界层急流中尺度涡旋

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中国冬季降水的支持向量机预测模型研究

地球物理学报 2024年第10期67卷 3670-3685页

作者：姚晨伟杨子寒白慧敏吴银忠龚志强封国林苏州科技大学物理科学与技术学院江苏苏州215009 山西大学复杂系统研究中心太原030006 国家气候中心气候研究开放实验室北京100081 扬州大学物理科学与技术学院江苏扬州225002

我国冬季降水对于农业、水资源管理和自然灾害风险评估具有重要意义.受多种气象因素的影响,冬季降水的预测仍具有挑战性,进一步提升冬季降水的预测技巧是当下短期气候预测研究的重要课题.本研究采用支持向量机(SVM)方法,旨在通过机器学... 详细信息

我国冬季降水对于农业、水资源管理和自然灾害风险评估具有重要意义.受多种气象因素的影响,冬季降水的预测仍具有挑战性,进一步提升冬季降水的预测技巧是当下短期气候预测研究的重要课题.本研究采用支持向量机(SVM)方法,旨在通过机器学习方法提高中国冬季降水的预测准确率.基于NCEP_CFS, ECMWF_SYSTEM, BCC_CSM等五个模式数据以及站点数据,建立针对冬季降水的SVM集成预测模型,并与单个模式和等权集合平均模型(AVE)加以对比.SVM模型因其强泛化和处理非线性问题的能力,在中国冬季降水预测中表现良好.研究表明:(1)SVM模型较单个模式及AVE模型的预测准确性与稳定性得到大幅提升,SVM模型的PS评分和PCS评分显著高于单个成员模式的结果,最大分别提高了8.0(12.6%)和3.9(7.4%),较AVE模型则最大分别提高了5.4(8.2%)和2.1(3.8%),预报技巧的提高在观测资料相对缺乏的西南和西北地区尤为明显.(2)从均方根误差和时间相关系数的空间分布上来看,SVM模型对其成员模式在西藏地区、西南地区、华东及华南地区误差较大的情况改善明显,误差最大降低了259(90.9%),预报技巧最大提高了1.13.(3)独立样本检验中,SVM模型的PS评分和PCS评分显著高于单个模式和AVE模型,最大提高了10.79(20.3%)和11.39(27.3%).因此,SVM模型的构建,将有助于进一步提高中国冬季降水预测的准确性和稳定性,为气象防灾减灾和气候资源开发利用等提供重要技术支撑.

关键词：降水支持向量机等权集合平均模型集成预测