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西太平洋区域海洋中尺度数值预报及卫星高度计资料同化方法

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中国科学:地球科学 2025年第3期55卷 936-954页

作者：李志锦费建芳张人禾蒋星亮马文龙程小平刘磊王桂华陈长霖复旦大学大气与海洋科学系大气科学研究院上海市海陆气界面过程与气候变化重点实验室国防科技大学气象海洋学院

海洋中尺度环流主要表现为涡旋、涡丝和锋面等,其典型水平尺度约为100km,时间尺度为1个月量级.中尺度环流组成整个海洋环流动能主体,是海洋的“天气”系统和海洋预报时长为天到月的主要对象.随着涡分辨数值模式、Argo浮标和卫星高度计... 详细信息

海洋中尺度环流主要表现为涡旋、涡丝和锋面等,其典型水平尺度约为100km,时间尺度为1个月量级.中尺度环流组成整个海洋环流动能主体,是海洋的“天气”系统和海洋预报时长为天到月的主要对象.随着涡分辨数值模式、Argo浮标和卫星高度计为主的海洋观测系统以及数据同化方法的不断发展,目前处于国际先进水平的美国HYCOM和欧洲的Mercator-Ocean预报系统已经具备很强的中尺度环流预报能力.为进一步提升中尺度环流预报能力,本文建立了一个泛西太平洋区域(100°E～178°E, 20°S～50°N)中尺度环流预报系统(简称为太平洋区域海洋预报系统, RPOFS). RPOFS模式区域覆盖了全球海洋中尺度涡最活跃的黑潮和黑潮延伸区,水平分辨率为3km,垂直方向分为67层.针对该模式大区域和高分辨率的特点,建立了一个与之相适应的多尺度三维变分资料同化系统,该系统能同时同化多源观测资料,包括卫星海面高度、卫星海面温度及各类水下温度和盐度垂直廓线.同时,推广了国际上普遍采用的卫星海面高度计资料同化方法,使得卫星高度计资料同化能分别修正海面高度正压和斜压分量预报.预报试验表明, RPOFS具有可靠预报中尺度环流的能力.基于卫星海面高度数据对RPOFS的1到5天预报的评估结果表明, RPOFS能准确预报150km以上的中尺度涡以及黑潮大弯曲等重要的海洋中尺度系统,包括中尺度环流位置、水平结构和强度,预报误差与HYCOM和Mercator-Ocean系统相当或更小.

关键词：西太平洋海洋模式中尺度涡数值预报多尺度资料同化卫星高度计

基于“时间-空间-关系”三个维度的美丽城市建设研究

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生态经济 2025年第1期41卷 19-27页

作者：包存宽申沐曦李红丽复旦大学环境科学与工程系上海200438 复旦大学大气与海洋科学系上海200438

论文探讨了人与自然和谐共生美丽城市的时代内涵,即美丽城市是坚持以人民为中心的发展思想,兼具客观性与主观性,呈现绿色低碳、环境优美、生态宜居、安全健康、智慧高效等时代特征的,并从景观生态学及“存在的三元辩证”,构建了“时间... 详细信息

论文探讨了人与自然和谐共生美丽城市的时代内涵,即美丽城市是坚持以人民为中心的发展思想,兼具客观性与主观性,呈现绿色低碳、环境优美、生态宜居、安全健康、智慧高效等时代特征的,并从景观生态学及“存在的三元辩证”,构建了“时间—空间—关系”的三维分析框架,阐述了美丽城市建设的“全领域转型”“全方位提升”“全地域建设”以及“全社会行动”四大关键任务,最后提出了美丽城市建设的政策建议。

关键词：美丽中国美丽城市城市治理城市更新

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热带气旋尺度预报性能评估及订正技术

应用气象学报 2025年第1期36卷 1-13页

作者：郭瑞琛徐晶王玉清中国气象科学研究院北京100081 中国气象科学研究院青岛海洋气象研究院青岛266034 美国夏威夷大学马诺阿分校地球与海洋科学与技术学院大气科学系和国际太平洋研究中心美国檀香山96822

分析中国气象局地球系统数值预报中心的区域台风数值预报系统(CMA-TYM)2020—2023年西北太平洋热带气旋强度尺度预报,探讨CMA-TYM初始涡旋尺度误差对热带气旋后期尺度和强度预报性能的影响。结果表明:CMA-TYM初始涡旋的中心位置与强度... 详细信息

分析中国气象局地球系统数值预报中心的区域台风数值预报系统(CMA-TYM)2020—2023年西北太平洋热带气旋强度尺度预报,探讨CMA-TYM初始涡旋尺度误差对热带气旋后期尺度和强度预报性能的影响。结果表明:CMA-TYM初始涡旋的中心位置与强度较准确,但内核尺度误差较大,其中47%样本的最大风速半径误差较观测偏大1倍以上,26 m·s^(-1)风圈半径(R26)和33 m·s^(-1)风圈半径(R33)被高估,17 m·s^(-1)风圈半径(R17)误差较小。初始涡旋尺度误差越大,所需调整时间越长,通常6~18 h调整完毕。R17和后期预报R17的高滞后相关(大于0.6)的持续时间达48 h,表明初始尺度对后期变化影响显著。CMA-TYM初始涡旋最大风速半径(RMW)尺度过大是增强率偏弱的原因之一,初始尺度误差偏大的涡旋后期R17预报误差也偏大。利用CMA-TYM涡旋初始误差以及预报强度、尺度信息作为预测因子,利用XGBoost方法构建了R17订正模型,结果表明:订正前后的R17尺度24 h预报均方根误差从59.8 km降低至31.8 km,降低了46.8%,约79%的热带气旋预报在经过尺度调整后尺度误差得到改善,表明订正模型具有较好的应用价值。

关键词：热带气旋尺度:强度尺度变化率强度变化率

基于走航观测评估大气再分析中的南大洋大气河

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高原气象 2025年第1期44卷 83-94页

作者：项旭韩博张功刘长炜梁凯昕齐木荣江可悦林奕辰钟锐杨清华中山大学大气科学学院和南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082

大气河直接影响南极海-陆-冰-气相互作用,但对其开展的探空观测尚不多,造成数值模式和再分析数据的结论存在不确定性。本研究使用了中国第37次南极科考获得的走航探空数据,针对一次南大洋大气河事件评估了4种大气再分析数据——ERA5,CFS... 详细信息

大气河直接影响南极海-陆-冰-气相互作用,但对其开展的探空观测尚不多,造成数值模式和再分析数据的结论存在不确定性。本研究使用了中国第37次南极科考获得的走航探空数据,针对一次南大洋大气河事件评估了4种大气再分析数据——ERA5,CFSv2,JRA-55和MERRA-2。评估结果表明:虽然所有大气再分析数据对南大洋水汽通量(IVT)的描述都与观测比较接近——包括在大气河期间,但这部分是因为再分析数据高估了大气整层(地表至300 hPa)湿度场的同时低估了大气整层风速。进一步分析发现,大气湿度和风速在垂直方向的协变项被多数再分析数据显著低估甚至给出了与观测相反的结果;而协变项的偏差对IVT影响与整层大气湿度和风速相当。ERA5在协变项的表现显著优于其他再分析数据。与此同时,ERA5也给出了大气河期间与观测最为一致的逆湿和低空急流结构。因此,仅就本次观测而言ERA5对南大洋大气河的描述能力是最佳的。

关键词：南大洋大气河无线电探空大气再分析

基于BP神经网络与遥感反演的太湖热浪规律研究

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湖泊科学 2025年

作者：杨逸帆岳林坦邓建明陆应诚朱广伟秦伯强南京大学地理与海洋科学学院南京大学大气科学学院中国科学院南京地理与湖泊研究所南京大学国际地球系统科学研究所

全球变暖以及人类活动导致世界各地出现了更为频繁与强烈的热浪事件，给湖泊生态系统稳定和健康带来了潜在的挑战。全球范围内具有满足热浪事件影响研究的长序列逐日连续水温数据记录的湖泊不多。鉴于此，本文利用MODIS11A1逐日地表温... 详细信息

全球变暖以及人类活动导致世界各地出现了更为频繁与强烈的热浪事件，给湖泊生态系统稳定和健康带来了潜在的挑战。全球范围内具有满足热浪事件影响研究的长序列逐日连续水温数据记录的湖泊不多。鉴于此，本文利用MODIS11A1逐日地表温度产品结合BP神经网络获取太湖2000年至2022年的逐日昼、夜表层水温，并分析太湖昼、夜间热浪特征与趋势。结果显示：基于此得到的逐日水温数据与实测值高度吻合（昼:r=0.99,RMSE=1.97℃；夜:r=0.98,RMSE=1.99℃）。在季节上，春季和夏季昼、夜间热浪较为频繁，同时持续时间较长、热浪重现天数较短；相比于昼间热浪，夏季夜间热浪表现出更为频繁、持续时间更长、强度较弱的特性。年尺度上，太湖昼、夜间热浪的频次(昼:Theil-Sen:2 events decade-1,P研究，为其它缺少长序列实测水温数据的湖泊开展热浪规律及其生态效应的研究提供了思路和参考。

关键词： MODIS11A1 BP神经网络逐日表层水温热浪特征与趋势昼夜复合热浪

2019年超强台风“利奇马”外雨带降水精细结构分析

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中国海洋大学学报(自然科学版) 2025年第3期55卷 1-12页

作者：彭成祥端义宏冯佳宁复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院上海200438 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

本文利用中国地面高时空分辨率的降水资料,分析台风“利奇马”(Lekima)登陆期间,其外雨带在浙江沿海地区产生的降水特征。结果表明,“利奇马”外雨带影响下浙江地区降水过程的累计降水、分钟雨强均呈现显著极端性,强降水中心呈现带状分... 详细信息

本文利用中国地面高时空分辨率的降水资料,分析台风“利奇马”(Lekima)登陆期间,其外雨带在浙江沿海地区产生的降水特征。结果表明,“利奇马”外雨带影响下浙江地区降水过程的累计降水、分钟雨强均呈现显著极端性,强降水中心呈现带状分布特征,在空间和时间上具有明显的非均匀性。同时,本次降水呈现出多种时间尺度的波动特征,周期128~192 min的波动信号贯穿了整个降水过程。外雨带主要位于台风移动方向前侧,其不同位置的降水波动特征有所不同,雨带外边缘降水小波功率谱有两个明显的大值中心,即除周期128~192 min波动信号外,还有准周期16~64 min的波动特征;雨带内侧则分为周期128~256 min的波动信号和多个周期在16 min以下的高频波动信号。本文的研究对提高登陆台风的降水精细化预测水平有重要意义。

关键词：台风利奇马降水时空演变波动特征

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海平面长期变化对东北印度洋半日潮波影响的数值模拟

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海洋科学进展 2025年第1期43卷 18-31页

作者：谢恩灵郑清丹陈长霖王智祖王帅左军成上海海洋大学海洋科学学院上海201306 复旦大学大气与海洋科学系上海200438 生态环境部太湖流域东海海域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心上海200125

本文根据政府间气候变化专门委员会第六次评估报告提供的海平面变化相关数据,计算得到2100年相较于2020年东北印度洋在低排放(SSP1-2.6)和高排放(SSP5-8.5)情景下的海平面变化值。基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)海洋... 详细信息

本文根据政府间气候变化专门委员会第六次评估报告提供的海平面变化相关数据,计算得到2100年相较于2020年东北印度洋在低排放(SSP1-2.6)和高排放(SSP5-8.5)情景下的海平面变化值。基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)海洋数值模式,建立起同时满足东北印度洋在近岸和大洋中模拟精度和计算效率要求的潮波模型,对当前和未来海平面变化之后的东北印度洋潮波进行模拟,分析海平面长期变化对东北印度洋及其内部的孟加拉湾顶部、马达班湾和马六甲海峡北部等重要海区的M_(2)、S_(2)半日分潮潮波带来的影响。研究结果表明,同一分潮受不同排放情景下海平面变化幅度不同的影响,振幅和迟角变化幅度不同,在高排放情景下M_(2)和S_(2)分潮振幅变化最大值分别可达52.26 cm和28.59 cm;低排放情景下M_(2)和S_(2)分潮振幅变化最大值分别为39.07 cm和23.34 cm;振幅和迟角变化均呈现高排放情景下的变化幅度大于低排放情景的特征。不同分潮在同一排放情景下的振幅和迟角变化具有相似的空间分布特征,M_(2)、S_(2)两分潮振幅在6°N以北的大部分海区减小,仅在小部分近岸河口等浅水海区存在明显增大趋势,而在6°N以南的海域呈现增大-减小交错分布的空间形态;深水海区振幅受海平面变化的影响远小于浅水海区,变化幅度明显小于近岸浅水海区;M_(2)分潮振幅变化幅度大于S_(2)分潮;在分潮迟角变化上,2个主要半日分潮迟角变化的空间分布基本一致,在深水大洋区变化幅度基本不超过1°,而在孟加拉湾顶部等近岸浅水海区变化较为明显,迟角在孟加拉湾顶部和马六甲海峡北部呈减小趋势,在马达班湾呈增大趋势。

关键词：东北印度洋海平面长期变化 FVCOM 潮波变化数值模拟

2022年夏季西北太平洋海洋热浪分布特征及形成机制

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热带海洋学报 2025年第1期44卷 82-92页

作者：周相润王莹智海海洋科学学院南京信息工程大学江苏南京210044 大气科学学院南京信息工程大学江苏南京210044

本文基于卫星遥感的珊瑚礁热浪监测数据集,对2022年7月1日—9月30日西北太平洋海域海洋热浪的分布特征进行分析,主要研究了热浪较强的三个区域单站点的典型海洋热浪过程及区域海洋热浪的形成机制。结果表明:(1)西北太平洋海洋热浪各属... 详细信息

本文基于卫星遥感的珊瑚礁热浪监测数据集,对2022年7月1日—9月30日西北太平洋海域海洋热浪的分布特征进行分析,主要研究了热浪较强的三个区域单站点的典型海洋热浪过程及区域海洋热浪的形成机制。结果表明:(1)西北太平洋海洋热浪各属性的空间分布,除了最大强度外,均具有一定的相似性,总体而言高值较为集中。(2)江苏外海海域的海洋热浪各属性显著高于其他海域;中国台湾附近黑潮流域海洋热浪最大强度不高,但持续时间较长;广东近海海域的海洋热浪属性值均高于西北太平洋的空间均值。(3)江苏外海海域92d内的一次海洋热浪生成,与西太平洋副热带高压扩张下的大气强迫联合作用,以及大气风场对黑潮流域大量感热以及潜热的输送过程密切相关。中国台湾附近黑潮流域以及广东近海海域的一次海洋热浪主要是由西太平洋副热带高压控制下增多的太阳辐射直接强迫所引起的。

关键词：海洋热浪西北太平洋大气强迫海表温度

基于多层感知机模型的长三角水稻种植区净生态系统碳通量模拟

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高原气象 2025年第1期44卷 191-200页

作者：席闻阳何建军王智麟郭立峰李亚荣中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/中国气象局大气化学重点开放实验室北京200081 海南大学海洋科学与工程学院海南海口570228 南京信息工程大学计算机与软件学院江苏南京210044 兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000

中国长江三角洲地区(以下简称长三角地区)是典型的水稻种植区,其碳源汇对区域气候和环境具有重要影响。本文系统地分析了长三角地区净生态系统碳交换量(net ecosystem exchange,NEE)与各个气象因子之间的关系,发现NEE与太阳短波辐射的... 详细信息

中国长江三角洲地区(以下简称长三角地区)是典型的水稻种植区,其碳源汇对区域气候和环境具有重要影响。本文系统地分析了长三角地区净生态系统碳交换量(net ecosystem exchange,NEE)与各个气象因子之间的关系,发现NEE与太阳短波辐射的相关性最强,其次与湿度相关参量(饱和水汽压差、相对湿度)等呈现较强的相关性。同时,NEE与太阳辐射、气温、湿度因子、风速和摩擦速度的相关性呈现明显的昼夜变化。基于上述分析,本文利用NEE和气象观测数据构建了长三角水稻下垫面多层感知机(Multilayer perceptron,MLP)NEE模拟模型,评估了模型的模拟效果及其时空稳定性。构建的MLP模型能较好地拟合NEE,训练集模拟的NEE与观测值的相关系数达到0.88,均方根误差为5.34μmol·m^(-2)·s^(-1);MLP模型在模拟长三角水稻季NEE时表现良好,在东台和寿县站点的模拟NEE结果与观测值的相关系数均高于0.78,模型具有较好的时空稳定性;MLP模型模拟白天平均NEE的效果好于夜间平均NEE的效果。研究结果揭示了影响水稻碳循环的主要气象因子,为认识长三角水稻种植区碳循环时空分布特征提供支撑,对准确评估全球和区域碳通量具有重要意义。

关键词：机器学习 MLP模型 NEE 长江三角洲地区水稻种植区