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2020年JRA55、ERA5大气驱动场和潮汐对黑潮热输送能力影响的数值模拟研究

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海洋预报 2024年第2期41卷 44-52页

作者：尹路婷孙晓磊张宇于杰樊嘉璐长白山气象与气候变化吉林省重点实验室&中高纬度环流系统与东亚季风研究开放实验室吉林省气象科学研究所吉林长春130062 天津海洋中心气象台天津300074 国家海洋环境预报中心北京100081 吉林省气象灾害防御技术中心吉林长春130062

利用妈祖·海流海洋数值模式(MaCOM)构建了一个水平分辨率为1/48°的西太平洋数值模拟系统,使用该系统开展了3个数值模拟敏感性试验,分析了有无潮汐、更换大气驱动场对黑潮流系上7个关键断面热输送数值模拟能力的影响。分析结果表明潮... 详细信息

利用妈祖·海流海洋数值模式(MaCOM)构建了一个水平分辨率为1/48°的西太平洋数值模拟系统,使用该系统开展了3个数值模拟敏感性试验,分析了有无潮汐、更换大气驱动场对黑潮流系上7个关键断面热输送数值模拟能力的影响。分析结果表明潮汐对于黑潮热输运的影响力约是更换大气强迫场的两倍。台风对所经过的黑潮断面热输运能力有显著的影响,但仅局限于中心附近海域和台风经过期间,未发现类似近惯性振荡波在时空上的延续。在高纬和浅海区域,体积输运的演变规律和热输运之间存在一定差异,热输运的季节变化略平缓。MaCOM模拟的黑潮主流热输运年均值与季节变化趋势和再分析数据以及前人的研究基本一致。

关键词：黑潮台风数值模拟热输送妈祖·海流

四川盆地及川西高原地区FY-3D/VASS温湿度廓线检验

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气象 2024年第9期50卷 1043-1056页

作者：杨冰韵任素玲毛冬艳覃丹宇廖蜜国家卫星气象中心北京100081 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

利用2020—2021年探空站及ERA5再分析资料,对FY-3D大气垂直探测系统(VASS)温湿度廓线在四川盆地及川西高原地区的精度进行检验。结果表明:与ERA5数据相比,FY-3D/VASS温度在盆地和高原地区不同季节的平均偏差分别为-0.631~0.500℃和-2.23... 详细信息

利用2020—2021年探空站及ERA5再分析资料,对FY-3D大气垂直探测系统(VASS)温湿度廓线在四川盆地及川西高原地区的精度进行检验。结果表明:与ERA5数据相比,FY-3D/VASS温度在盆地和高原地区不同季节的平均偏差分别为-0.631~0.500℃和-2.230~-1.234℃,均方根误差分别为2.117~3.222℃和3.077~3.460℃,高原比盆地地区大,在垂直高度上,盆地地区的精度在800~700 hPa较低,高原地区的精度随高度的减小逐渐降低;FY-3D/VASS比湿呈现一致的负偏差,平均偏差在盆地和高原地区分别为-0.775~-0.525 g·kg^(-1)和-1.096~-0.347 g·kg^(-1),均方根误差分别为1.251~2.367 g·kg^(-1)和0.696~1.991 g·kg^(-1),在700~600 hPa的精度较低;通过将两组检验的平均偏差相加,间接建立FY-3D/VASS基于探空温湿度数据的检验结果,其中FY-3D/VASS温度在盆地地区的平均偏差较小,高原地区平均偏低2.440℃左右,比湿在盆地和高原地区平均偏低0.612 g·kg^(-1)左右。上述结果可提升FY-3D/VASS温湿度反演产品在四川盆地及川西高原地区的天气气候应用能力。

关键词： FY-3D/VASS 温湿度廓线四川盆地川西高原

不同天气形势对南京地区双高污染的输送及潜在源区分析

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环境科学 2024年第2期45卷 626-634页

作者：秦阳胡建林孔海江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 河南省气象台郑州450003 南京信息工程大学环境科学与工程学院江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室南京210044 安阳国家气候观象台安阳455000

基于2015~2019年南京细颗粒物(PM_(2.5))和臭氧(O_(3))逐小时浓度数据,通过T-mode主成分分析法对南京发生PM_(2.5)和O_(3)污染同时高浓度并存(双高污染)时的天气形势进行了分型,利用后向轨迹聚类分析法、潜在来源贡献法(PSCF)和浓度权... 详细信息

基于2015~2019年南京细颗粒物(PM_(2.5))和臭氧(O_(3))逐小时浓度数据,通过T-mode主成分分析法对南京发生PM_(2.5)和O_(3)污染同时高浓度并存(双高污染)时的天气形势进行了分型,利用后向轨迹聚类分析法、潜在来源贡献法(PSCF)和浓度权重轨迹分析法(CWT)研究不同天气形势对南京双高污染的输送路径及潜在源区分布.结果表明,有利于南京地区双高污染的天气形势分别为弱的低压型(Type1)和高压中心型(Type2).天气形势会对后向轨迹的方位来源产生影响.Type1时,南京地区受到东北和西南两个低气压影响,气团的聚类轨迹主要来自东西两个方位,轨迹中ρ(PM_(2.5))和ρ(O_(3))平均值分别为83.48μg·m^(-3)和106.85μg·m^(-3).Type2时,南京及其周边在高压中心边缘,气团聚类轨迹主要来自北方和东方,轨迹中ρ(PM_(2.5))和ρ(O_(3))平均值分别为94.47μg·m^(-3)和92.32μg·m^(-3).同时两种类型后向轨迹绝大部分属于中短距离区域输送,说明周边临近省份的污染是影响南京地区双高污染主要原因之一.PSCF和CWT分析表明,两者高值区域基本保持一致.Type1和Type2两种类型中PM_(2.5)和O_(3)的最主要潜在源区均出现分布并不完全一致的情况,表明双高污染中的两种污染物并非来自同一地区.

关键词：双高污染天气分型污染输送路径潜在源区南京

风云四号卫星轨道运动补偿算法建模与仿真分析

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年第10期49卷 1879-1890页

作者：王嘉琛王静刘成保杨磊商建张志清曹赟国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 许健民气象卫星创新中心中国气象局遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室中国科学院空间应用工程与技术中心

中国第二代静止气象卫星风云四号(Fengyun-4,FY-4)是首次采用三轴稳定方式的高轨气象卫星系列，可以连续稳定高时间分辨率地对地球全圆盘观测。为了保证成像精度和稳定性，必须对载荷指向进行实时的轨道运动补偿(orbit motion compensat... 详细信息

中国第二代静止气象卫星风云四号(Fengyun-4,FY-4)是首次采用三轴稳定方式的高轨气象卫星系列，可以连续稳定高时间分辨率地对地球全圆盘观测。为了保证成像精度和稳定性，必须对载荷指向进行实时的轨道运动补偿(orbit motion compensation, OMC)、姿态运动补偿和热形变补偿来弥补卫星轨道漂移、姿态运动和热形变对卫星载荷指向偏差的影响。轨道漂移使像元周期性地偏离标称位置，星地一体化图像导航定位与配准系统（navigation and registration system, NRS）首先需要对载荷机械扫描角进行OMC来将视线引导至预期目标。为此，介绍了OMC算法原理，针对FY-4小视场类载荷辐射成像仪给出了其几何指向模型并生成了标称网格；重点推导了FY-4轨道坐标系、瞬时东南系和东南系3种姿态参考基准下的OMC转换模型，给出了定义法和旋转法两种轨道系与地固系的转换方法。利用在轨数据进行地面仿真计算，结果表明，两种转换方法对OMC精度的影响差异平均约为-1.1μrad。为提升NRS系统计算效率，以轨道坐标系和东南系作为OMC基准时宜采用定义法，以瞬时东南系作为基准时宜采用旋转法。针对FY-4B大视场载荷快速成像仪，仿真分析了长线列探测器边缘与主光轴的补偿误差。结果表明,当卫星偏离标称位置0.1°时，2 048×1维长线列探测器在250 m分辨率下,南北OMC高纬误差和低纬误差最大可达到8.2像元和8.3像元，两个扫描行的配准误差最大可达到11.6像元。

关键词： FY-4 OMC 标称网格长线列探测器

“23.7”华北特大暴雨过程小时强降水时空分布特征

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大气科学学报 2024年第5期47卷 778-788页

作者：唐永兰徐桂荣唐国瑛张文闵爱荣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湖北武汉430205 三峡国家气候观象台湖北宜昌443099

由于西北太平洋副热带高压、2023年第5号台风“杜苏芮”、第6号台风“卡努”等共同作用,2023年7月29日08时—8月2日08时(北京时)华北地区发生极端特大暴雨,造成了重大社会影响。利用中国气象局国家气象信息中心提供的国家级气象站逐小... 详细信息

由于西北太平洋副热带高压、2023年第5号台风“杜苏芮”、第6号台风“卡努”等共同作用,2023年7月29日08时—8月2日08时(北京时)华北地区发生极端特大暴雨,造成了重大社会影响。利用中国气象局国家气象信息中心提供的国家级气象站逐小时降水资料,分析了此次特大暴雨过程中的小时强降水(Hourly Heavy Rainfall,HHR)时空分布特征,并对不同历时类型强降水事件(Heavy Rainfall Event,HRE)的统计特征进行了对比。结果表明:1)此次特大暴雨HHR强度高、局地性明显,其对总降水量的贡献超过20%,北京西部、河北中部和西南部等太行山东麓为HHR降水量大值区和降水频次活跃区,双台风将水汽源源不断地输送到华北平原,受到太行山等山脉阻挡抬升,利于HHR增幅和持续。2)HHR降水量、降水频次经历6次峰值后减弱,其中第3次峰值时段的HHR降水量最大、降水频次最多、持续时间最长;而在“杜苏芮”残涡螺旋影响、暖式切变线和偏东风影响以及偏南或西南急流影响的3个主要降水阶段中,“杜苏芮”残涡螺旋影响阶段HHR最为活跃,共发生257次HHR,HHR最大降水量达73.5 mm。3)在3种类型HRE中,长历时(>12 h)最多,占比54.5%,短历时(1~6 h)次之,占比32.9%,中历时(7~12 h)最少,占比12.6%;长历时HRE降水量多>180 mm,短历时、中历时HRE的降水量多为[20,60)mm;HRE的最大降水量表现为短历时<中历时<长历时,而最大降水强度表现正相反,3种历时HRE的最大小时降水量多为[20,30)mm。4)不同类型HRE降水量、频次和平均降水强度的空间分布显示,长历时HRE因频次高于短历时和中历时,加之历时长,其降水量也高于后两种类型,北京、河北等地是长历时HRE降水量和频次大值区。

关键词：华北特大暴雨小时强降水强降水事件时空分布台风地形

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北半球夏季高温变率的主模态及其海气背景

大气科学学报 2024年

作者：夏妍梁萍吴志伟上海市气候中心中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室复旦大学大气与海洋科学系大气科学研究院上海市海气相互作用科学前沿基地

极端高温热浪对全球人类栖息地构成持续且日益严重的威胁。然而，整个北半球高温热浪的主要空间模态及其相关的海洋和大气背景仍不清楚。本文采用百年半球尺度站点观测资料，研究了北半球夏季高温变率的主模态及其相联系的海气背景。结... 详细信息

极端高温热浪对全球人类栖息地构成持续且日益严重的威胁。然而，整个北半球高温热浪的主要空间模态及其相关的海洋和大气背景仍不清楚。本文采用百年半球尺度站点观测资料，研究了北半球夏季高温变率的主模态及其相联系的海气背景。结果表明，北半球夏季高温（日最高气温≥35℃）频次的变化有3种主模态，解释方差占比52.6%。第一主模态表现为北半球高温频次异常的一致型变化模态。该模态与大西洋多年代际振荡（AMO）密切相关。AMO相关的环流异常通过增强北半球多地的大范围高压异常，抑制云层形成并增加太阳辐射，从而促进大气增暖。第二种模态反映了欧亚大陆的纬向三极型异常分布和北美的经向偶极型异常分布。该模态与北大西洋涛动（NAO）相关的年际大气变率有关。NAO通过阻塞型高压和波列传输影响北美的关键区域高温异常。第三模态表现为欧亚大陆的经向三极型和北美的纬向偶极型分布，受太平洋年代际振荡（PDO）、厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和南印度洋（SIO）的共同影响。PDO和ENSO可分别在年代际和年际尺度上影响北半球特别是亚欧大陆上空的位势高度异常，进而影响高温频次异常；位于南半球的SIO通过调节沃克环流和哈德莱环流异常进而影响北半球的高温异常分布。组合三个主模态的海气背景因子进行多元线性回归重建的效果评估进一步证明，多尺度海洋和大气信号的综合影响在北半球高温异常中有重要作用。

关键词：高温热浪主模态北半球海气背景

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数值预报中气象卫星资料同化前处理技术进展

应用气象学报 2024年第2期35卷 142-155页

作者：马刚黄静巩欣亚希爽薛蕾李娟张鹏龚建东中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象局地球系统数值预报重点开放实验室北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 国家卫星气象中心北京100081 国家气象信息中心北京100081

在数值天气预报变分同化中,利用同化前处理将卫星资料完成有效信息优选、资料拼接和稀疏化、初级通道选择、下边界参数耦合等处理,实现卫星资料同化对数值天气预报业务的正贡献,是决定海量卫星资料同化效率、质量和效果的重要环节。针... 详细信息

在数值天气预报变分同化中,利用同化前处理将卫星资料完成有效信息优选、资料拼接和稀疏化、初级通道选择、下边界参数耦合等处理,实现卫星资料同化对数值天气预报业务的正贡献,是决定海量卫星资料同化效率、质量和效果的重要环节。针对多种格式的卫星资料,中国气象局研发标准格式的高时效卫星资料拼接等技术,有效减小整轨卫星资料时间滞后对数值天气预报业务的负面影响。对于风云气象卫星资料,将云和降水检测、资料质量分析等处理置于同化前处理中,实现多光谱资料融合的同化预质量控制,保证了风云卫星微波温度探测资料和红外高光谱资料的同化正贡献。利用统一资料格式对预处理卫星资料进行再处理,拓展针对卫星成像和主动探测资料的处理,将卫星资料同化的部分质量控制功能置于卫星资料同化前处理中,是风云卫星资料同化前处理技术发展的重要趋势。

关键词：数值天气预报气象卫星资料同化前处理

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基于湖北输电线路灾情的山火分布特征分析

南方能源建设 2024年第1期11卷 196-204页

作者：叶丽梅黄俊杰高正旭万君张丽文武汉区域气候中心湖北武汉430000 三峡国家气候观象台湖北宜昌443000 中国气象局流域强降水重点开放实验室湖北武汉430000 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院湖北武汉430000

[目的]利用湖北输电线路山火历史灾情数据对山火分布特征进行分析。[方法]基于2016~2021年湖北省输电线路山火灾情资料,运用数理统计、气候统计和GIS空间叠加方法,对全省输电线路山火时空分布及山火与气象、下垫面、社会人文等影响因子... 详细信息

[目的]利用湖北输电线路山火历史灾情数据对山火分布特征进行分析。[方法]基于2016~2021年湖北省输电线路山火灾情资料,运用数理统计、气候统计和GIS空间叠加方法,对全省输电线路山火时空分布及山火与气象、下垫面、社会人文等影响因子的关系特征进行分析。[结果]时间上,2019年为近几年湖北输电线路山火发生最多的年份,秋冬季是高发季节,其中2月和9月为易发月份;空间上,鄂东地区是山火的频发区域,宜昌及荆门地区为次高发区域。山火与气象关系,大部分山火爆发前1个月降水偏少30%~100%、气温偏高0.5~3℃、湿度偏小3.8%~23%、风速偏大0.1~1.9 m/s。山火与下垫面关系,山火主要发生在耕地,占总数50.32%;山火主要集中在海拔高度150 m以下、坡度6°以下的区域,76.90%的山火发生在阳坡。山火与社会人文关系,山火主要发生在人口密度100~600人/km2的城市圈周边的乡镇及距离道路1.6 km缓冲区的区域。[结论]掌握湖北输电线路山火分布特征,有助于山火风险预警模型指标选取和阈值确定。

关键词：山火输电线路历史灾情分布特征关系特征

基于雷达估测降雨及WRF-Hydro模型的典型山洪模拟研究

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高原气象 2024年第1期43卷 254-263页

作者：胡迎春陈耀登高玉芳彭涛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/应用气象学院江苏南京210044 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试验室湖北武汉430205 三峡国家气候观象台湖北宜昌443099

受复杂地形与基础气象水文资料缺乏限制,山区小尺度流域的水文预警预报技术较为薄弱,利用高分辨率雷达观测资料驱动分布式水文模型是提高山区小流域洪水预报性能的有效途径之一。本文以位于重庆中部的山区小流域二河流域为研究区域,开... 详细信息

受复杂地形与基础气象水文资料缺乏限制,山区小尺度流域的水文预警预报技术较为薄弱,利用高分辨率雷达观测资料驱动分布式水文模型是提高山区小流域洪水预报性能的有效途径之一。本文以位于重庆中部的山区小流域二河流域为研究区域,开展基于雷达估测降雨数据的WRF-Hydro模型在山区小流域的山洪模拟研究,以评估雷达估测降雨的水文应用效果和WRF-Hydro模型在山区小流域的适用性。选取流域内典型的暴雨洪水过程,利用S波段的多普勒天气雷达的估测降雨数据驱动WRF-Hydro模型,并结合新安江模型进一步对比分析模拟效果。研究结果表明:(1)在二河流域,采用雷达估测降雨数据驱动WRF-Hydro模型,可以较好地模拟洪水过程、洪水流量以及峰现时间,纳什效率系数高于0.65,克林-古普塔效率系数高于0.50,相关系数高于0.85。(2)将WRF-Hydro模型与新安江模型进行比较分析,在二河流域,WRF-Hydro模型的模拟效果优于新安江模型,纳什系数差值0.03,相关系数差值为0.04,进一步表明WRF-Hydro模型在山区小流域较优的洪水模拟性能。总体而言,基于雷达估测降雨数据的WRF-Hydro模型在二河流域表现出了良好的模拟洪水的性能,可进一步在类似小尺度山区流域进行应用研究。

关键词： WRF-Hydro模型山区小流域雷达估测降雨洪水预报新安江模型