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气候变暖对天气预报的影响及应对策略

气候变化研究进展 2024年

作者：丁一汇柳艳菊徐影谌芸中国气象局国家气候中心中国气象局国家气象中心

天气预报与社会经济和人们的生活息息相关。随着全球气候变暖日益加剧，极端天气事件呈现广发、频发和强发的特点，传统的天气预报将面临更重大的挑战。文中首先阐述了气候变化与极端天气事件的关系，然后分析了全球气候变暖对常规天气... 详细信息

天气预报与社会经济和人们的生活息息相关。随着全球气候变暖日益加剧，极端天气事件呈现广发、频发和强发的特点，传统的天气预报将面临更重大的挑战。文中首先阐述了气候变化与极端天气事件的关系，然后分析了全球气候变暖对常规天气预报和极端天气预报的影响，发现气候变暖将加大极端天气预报的难度，同时也更加强调“新常态”下提高极端天气预报准确率在防灾减灾方面的作用，并进一步分析气候变暖将使天气预报面临新的挑战。在此基础上，提出了适应气候变化的未来天气预报业务发展新动向以及应对措施和建议，如大力发展高分辨率和多圈层嵌套的数值预报模式、深入开展气候变暖背景下极端天气事件机理和可预报性研究、大力发展基于物理机制的动力-统计相结合的新模型、建立人工智能与数值预报技术融合的新方法以及提高预报员的科学素养和能力等。

关键词：气候变暖天气预报应对策略

风云静止气象卫星的图像导航和大气运动矢量（特邀）

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光学学报 2024年第18期 9-23页

作者：许健民陆风杨磊张晓虎曹赟张其松商建中国气象局国家卫星气象中心

本文介绍了风云静止气象卫星图像配准定位和大气运动矢量的算法。图像配准和定位统称图像导航，是图像观测的重要步骤。图像导航的数学模型须要在每一个观测瞬间，获得卫星的位置以及从卫星指向观测目标物的矢量。风云二号是自旋稳定卫... 详细信息

本文介绍了风云静止气象卫星图像配准定位和大气运动矢量的算法。图像配准和定位统称图像导航，是图像观测的重要步骤。图像导航的数学模型须要在每一个观测瞬间，获得卫星的位置以及从卫星指向观测目标物的矢量。风云二号是自旋稳定卫星，它用图像上地球影像中心位置的时间序列求解卫星的姿态，并对图像进行定位。风云四号是三轴稳定卫星，存在影响卫星对地观测光路指向的因素。所以风云四号卫星的观测和图像定位，通过更加密切的星地协同操作实现。在连续的图像上追踪云的运动，获得大气运动矢量。大气运动矢量所在的高度，是用物理方法确定的。从密实云上行的辐射，主要来自云。把云的温度与数值预报模式中各个高度层面上的温度相匹配，得到云的高度。从半透明的薄云上行的辐射，一部分来自云体，其余部分来自云下的背景。云的半透明程度主要和云的密实程度有关，所以在窗区和半透明通道的卫星测值之间，存在线性相关关系。据此可以更加准确地计算出云的半透明程度，以及在云的高度上大气的温度。半透明云高度计算方法的改善，提高了大气运动矢量的精度。

关键词：静止气象卫星图像配准图像定位大气运动矢量

IPCC AR6相关甲烷研究进展分析及其对中国的启示

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气候变化研究进展 2024年第3期20卷 327-336页

作者：袁佳双邱爽中国气象局国家气候中心北京100081

工业化以来,甲烷(CH_(4))造成的温升约0.5℃,减少CH_(4)排放对于稳步实现《巴黎协定》温升目标至关重要。IPCC第六次评估报告(IPCC AR6)显示,1960—2019年,CH_(4)对总有效辐射强迫(ERF)的相对贡献为11%,对比1750—2019年,CH_(4)对总ERF... 详细信息

工业化以来,甲烷(CH_(4))造成的温升约0.5℃,减少CH_(4)排放对于稳步实现《巴黎协定》温升目标至关重要。IPCC第六次评估报告(IPCC AR6)显示,1960—2019年,CH_(4)对总有效辐射强迫(ERF)的相对贡献为11%,对比1750—2019年,CH_(4)对总ERF的相对贡献下降,这与20世纪70年代以来大气中CH_(4)浓度增长率发生变化有关。预估显示,到2050年全球CH_(4)排放有望实现高达45%的减幅,届时将降低变暖峰值水平,并可有效减少全球表面臭氧,有助于改善空气质量。报告也指出,CH_(4)的源汇还存在很大不确定性,准确量化CH_(4)源汇并归因仍具有挑战性。随着我国发布《甲烷排放控制行动方案》,学界需加强CH_(4)源汇估算的研究,并进一步加强卫星监测大气CH_(4)浓度的反演算法,为我国CH_(4)相关管控政策提供数据支撑。

关键词： IPCC AR6 甲烷(CH_(4)) 减排潜力

联合国全民早期预警目标下中国气候风险管理前景分析

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气候变化研究进展 2024年第1期20卷 48-61页

作者：马丽娟袁佳双黄磊中国气象局国家气候中心北京100081

全球气候变暖对自然生态系统和人类社会产生了广泛而深远的影响,特别是加剧了气候变化风险,未来这种风险将更加复杂且难以管理。早期预警是减轻灾害风险和适应气候变化的重要手段。文章系统回顾了国内外早期预警发展及早期预警技术的全... 详细信息

全球气候变暖对自然生态系统和人类社会产生了广泛而深远的影响,特别是加剧了气候变化风险,未来这种风险将更加复杂且难以管理。早期预警是减轻灾害风险和适应气候变化的重要手段。文章系统回顾了国内外早期预警发展及早期预警技术的全球演变历程,归纳总结了国际早期预警从概念提出到多灾种早期预警系统发展的4个阶段,剖析了气候变化背景下联合国全民早期预警倡议的3方面内涵。结合我国早期预警服务的现状和发展模式,以及新形势下面临的气候风险、预警需求和技术差距,提出了在联合国全民早期预警目标下,我国在气候风险管理方面的3个优先方向。一是加强对复合型极端天气气候事件发生发展机理和预报预警的科学研究,以及人类社会经济系统中潜在临界要素的研究,评估极端事件和临界要素引爆后的潜在级联影响和规模,提高灾害风险认知能力,拓深、拓广已有多灾种早期预警系统,提升防范新型气候灾害风险能力;二是识别气候变化对行业、领域和区域绿色低碳转型可能造成的产业风险,加快构建面向气候和气候变化尺度的国家级气候安全早期预警平台,提升全社会应对气候风险的能力;三是开展多灾种早期预警国际合作,帮助尚无早期预警系统或早期预警系统效力不足的国家建立和完善早期预警系统,重点是厘清区域和国家存在的主要气候灾害风险和等级,以及适应气候变化的紧迫需求,提供多品类气象防灾减灾公共产品,提高国际影响力。

关键词：早期预警极端事件气候变化风险灾害

敦煌戈壁地表反射率光谱的旋翼无人机测量及定标评估

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1439-1448页

作者：张勇徐寒列张立军李元孙凌覃丹宇戎志国胡秀清陆其峰卢乃锰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 中国气象局气象卫星工程管理办公室北京100081 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

利用敦煌中国遥感卫星辐射校正场的星地同步观测试验,实现对我国在轨气象、海洋、陆地资源、环境减灾、测绘地震、高分、军事等系列卫星光学成像载荷太阳反射波段的绝对辐射定标,是目前的重要手段之一。然而,中国遥感卫星辐射校正场传... 详细信息

利用敦煌中国遥感卫星辐射校正场的星地同步观测试验,实现对我国在轨气象、海洋、陆地资源、环境减灾、测绘地震、高分、军事等系列卫星光学成像载荷太阳反射波段的绝对辐射定标,是目前的重要手段之一。然而,中国遥感卫星辐射校正场传统的地表反射率光谱星地同步测量方法是基于汽车跑场观测,不仅耗费较大的人力物力、容易造成场地破坏,而且获取的测量数据缺乏区域代表性。鉴于此,自2016年起,在敦煌星地同步观测试验中以旋翼无人机低空同步测量为主,跑场测量为辅,完成从航线设计、航高选择、仪器参数配置、采样策略、航空数据处理的全链路摸底测试。多次飞行试验表明,采用多旋翼无人机低空飞行来代替汽车跑场同步测量,不仅提高了地表反射特性测量的空间一致性和代表性,还提高了地表反射率光谱的测量效率,也对宝贵的中国遥感卫星辐射校正场敦煌戈壁场区地表进行了有效保护,极大的节约了人力物力成本。通过传统跑场测量和航飞测量的地表反射率光谱数据对比分析,发现多次测量数据的均值一致性较好,并且航飞测量的数据标准差更小。利用TERRA MODIS的同步观测来对无人机测量数据开展辐射定标评估,结果表明航飞数据的相对偏差均在5%以内,可以代替跑场数据完成定标,精度满足要求。随着无人机性能的进一步优化和提高,在不久的将来必将得到更加广泛和深入的应用,在外场定标试验领域也将发挥更大更重要的作用。

关键词：中国遥感卫星辐射校正场无人机地表反射率在轨绝对辐射定标星地同步观测敦煌戈壁

塔什库尔干河流域河谷大气降水同位素特征与水汽输送路径

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干旱区研究 2024年第3期41卷 399-410页

作者：李晗薇姚俊强容韬张天洋高雅洁中国气象局气象干部培训学院新疆分院新疆乌鲁木齐830013 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆乌鲁木齐830002

利用塔什库尔干河流域河谷2018年9月—2020年5月的降水事件的大气降水同位素数据,以及流域河谷代表性气象站点温度、降水、相对湿度等气象资料,分析降水中δ^(18)O、δ^(2)H和氘盈余(d-excess)变化特征,探讨影响因素,并基于拉格朗日后... 详细信息

利用塔什库尔干河流域河谷2018年9月—2020年5月的降水事件的大气降水同位素数据,以及流域河谷代表性气象站点温度、降水、相对湿度等气象资料,分析降水中δ^(18)O、δ^(2)H和氘盈余(d-excess)变化特征,探讨影响因素,并基于拉格朗日后向轨迹模型(HYSPLIT)追踪解析流域河谷大气降水的水汽输送路径。结果表明:(1)降水δ^(2)H、δ^(18)O值总体上呈现夏季富集、冬季贫化的季节变化特征,且具有显著的温度效应(1.33‰·℃^(-1)),但未见显著雨量效应;(2)局地大气降水线方程为δ^(2)H=7.63δ^(18)O-3.55,呈现出显著的干旱气候特征;(3)HYSPLIT模拟结果表明研究流域降水水汽主要受西风环流和局地水汽再循环影响,其中夏半年局地水汽蒸发占比54.09%,冬半年西方路径中较长距离输送占比45.53%。8月源自印度洋的水汽可绕过青藏高原到达研究区域。成果可为塔什库尔干河流域水资源管理和气候应对提供参考依据。

关键词：氢氧稳定同位素大气降水水汽来源塔什库尔干河谷

多尺度视角下广东臭氧时空分异特征及驱动因素

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中国环境科学 2024年第7期44卷 3601-3614页

作者：余锐步巧利陈辰麦博儒孙丽颖江铭诺邓若钊查进林符传博佛山市南海区气象局广东佛山528200 佛山市气象局广东佛山528300 中国气象局广州热带海洋气象研究所广东广州510640 广州市增城区气象局广东广州511300 广东省气象数据中心广东广州510640 广东省遂溪县气象局广东湛江524000 云南大学地球科学学院云南昆明650500 海南省气象科学研究所海南海口570203

鉴于近地面臭氧(O_(3))浓度具有多尺度和复杂非线性的时空变化特征,本研究基于2015~2022年广东地区O_(3)监测数据和同期气象资料,利用围绕中心点分割(PAM)聚类、Kolmogorov–Zurbenko(KZ)滤波和广义加性模型(GAM)等手段,探讨了不同区域... 详细信息

鉴于近地面臭氧(O_(3))浓度具有多尺度和复杂非线性的时空变化特征,本研究基于2015~2022年广东地区O_(3)监测数据和同期气象资料,利用围绕中心点分割(PAM)聚类、Kolmogorov–Zurbenko(KZ)滤波和广义加性模型(GAM)等手段,探讨了不同区域多时间尺度O_(3)浓度的变化特征及驱动因素.结果表明:广东地区近地面O_(3)存在跨行政区划的区域性特征,通过对O_(3)数据聚类分析可以划分出8个子区域;O_(3)浓度时间序列经尺度分离后,短期分量对总方差贡献最大,其次为季节分量;气象因子与O_(3)浓度变化的关系受到时间尺度和区域差异的影响;经气象调整后的O_(3)峰值浓度序列大多在2016年或者2017年后呈现下降的态势,珠三角地区是O_(3)污染的突出区域,由不利气象条件和人为排放共同引起;O_(3)浓度时间序列的长期分量大多呈现波动上升的趋势,人为排放虽然是O_(3)浓度的主要贡献,但气象条件才是驱动O_(3)浓度变化的主导因素.本研究结果进一步提示O_(3)污染防控工作需要因时因地制宜,建立基于气象状况变化的前体物减排预案对O_(3)污染防控具有重要意义.

关键词：臭氧多尺度气象调整聚类分析时空分异特征

2024年2月我国两次大范围雨雪冰冻天气对比

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应用气象学报 2024年第4期35卷 385-399页

作者：董全陈博宇胡宁孔铃涵陈涛王佳张博国家气象中心北京100081 中国气象局气象探测中心北京100081

2024年1月31日—2月7日(过程Ⅰ)和2月19—25日(过程Ⅱ)我国中东部地区先后出现两次大范围、持续性的雨雪冰冻天气过程,利用地面观测、再分析资料、双偏振雷达、雨滴谱等分析两次过程的雨雪冰冻实况、微物理特征、环流形势和层结特征,并... 详细信息

2024年1月31日—2月7日(过程Ⅰ)和2月19—25日(过程Ⅱ)我国中东部地区先后出现两次大范围、持续性的雨雪冰冻天气过程,利用地面观测、再分析资料、双偏振雷达、雨滴谱等分析两次过程的雨雪冰冻实况、微物理特征、环流形势和层结特征,并对比二者异同。结果表明:两次过程的影响区域、持续时间和总降水量接近,但过程Ⅰ积冰更厚、积雪更深,过程Ⅱ影响范围更广、降雪量更大。过程Ⅰ降水粒子从上到下呈3层结构特征,即冰晶层-融化层-液态层,过程Ⅱ呈4层结构特征,即冰晶层-融化层-液态层-再冻结层,导致过程Ⅰ冻雨更明显、积冰更厚,过程Ⅱ冰粒更多、积雪深度较浅、积冰厚度较薄。环流形势和层结特征显示两次过程均为西伯利亚高压和南支系统的协同作用,但过程Ⅱ低层急流强度和地面西伯利亚高压更强,导致过程Ⅱ中层暖层和低层冷层的强度均强于过程Ⅰ,而冷层更强是过程Ⅱ冰粒更明显的直接原因。

关键词：雨雪冰冻冻雨冰粒双偏振雷达雨滴谱

往返平飘式探空在CMA-MESO三维变分中的同化及对模式预报的影响

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气象 2024年第2期50卷 159-169页

作者：王金成王丹王瑞文谭娟容娜中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象局气象发展与规划院北京100081 新疆克拉玛依气象局克拉玛依834000

往返平飘式探空通过一次探空气球施放实现“上升段-平飘段-下降段”三段观测,其下降段能实现在06时(世界时,下同)和18时自动垂直加密观测大气,具备提升区域高分辨率快速同化循环预报系统在06时和18时的预报技巧潜力。为了实现往返平飘... 详细信息

往返平飘式探空通过一次探空气球施放实现“上升段-平飘段-下降段”三段观测,其下降段能实现在06时(世界时,下同)和18时自动垂直加密观测大气,具备提升区域高分辨率快速同化循环预报系统在06时和18时的预报技巧潜力。为了实现往返平飘式探空在区域高分辨率模式中的同化,分析其对预报的影响,初步提出了“选取模式层最接近观测”的垂直稀疏化方法来预处理资料,深入分析了稀疏化对同化效果的影响,论证了资料垂直稀疏化对于同化应用的必要性;在此基础上,开展了为期1个月的批量同化影响试验,着重分析了往返平飘式探空在长江中下游区域的组网观测对CMA-MESO模式预报技巧的影响。稀疏化敏感性试验结果表明,同化不稀疏化的往返平飘式探空相比同化传统业务探空,分析和预报误差显著增加,降水预报评分也显著降低,相反,“选取最接近模式层”数据的垂直稀疏化方案能提高模式的分析和预报技巧,表明往返平飘式探空同化前必须进行垂直稀疏化。批量同化试验结果表明,在冷启动时刻(00时和12时,为常规探空释放时刻),同化往返平飘式探空(上升段)相对同化传统业务探空,分析误差和预报误差变化较小。但在暖启动时刻(03、06、09、15、18、21时,无常规探空释放时刻),增加往返平飘式探空下降段数据,相比控制试验,分析场精度提高了约0.4%。此外,0~12 h累计降水预报的ETS评分变化较小,但12~24 h累计降水预报在0.1、1.0、5.0、10.0、25.0 mm量级降水ETS评分提高了约0.5%,在50.0 mm量级的降水ETS评分提高了约2.3%。总体而言,同化往返平飘式探空对于区域高分辨率快速同化循环预报系统在暖启动时刻的降水预报技巧有正贡献。

关键词：往返平飘式探空 CMA-MESO 垂直稀疏化三维变分资料同化