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我国华北盛夏强降水频次的统计预报模型

中国科学:地球科学 2025年第1期 157-170页

作者：蒋顺莉韩婷婷周昕王会军尹志聪宋晓蕾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中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)

近年来,我国华北地区强降水频发,造成了巨大的经济损失和人员伤亡.然而,目前对于强降水的短期气候预测水平十分有限.因此,本文基于3个独立的预测因子——前期2月印度洋海温(SST＿IO)、2月北亚积雪深度(SDE＿NA)和5月华北融雪(MSDE＿NC)... 详细信息

近年来,我国华北地区强降水频发,造成了巨大的经济损失和人员伤亡.然而,目前对于强降水的短期气候预测水平十分有限.因此,本文基于3个独立的预测因子——前期2月印度洋海温(SST＿IO)、2月北亚积雪深度(SDE＿NA)和5月华北融雪(MSDE＿NC),利用年际增量方法(the year-to-year difference, DY),建立了华北地区盛夏强降水频次(heavy precipitation days, HPDs)的季节预测模型.结果表明, SST＿IO通过太平洋-日本遥相关影响华北降水. SDE＿NA通过激发欧亚大陆上空Rossby波向东南传播,进而引起东亚反气旋异常来影响华北降水.MSDE＿NC异常往往伴随着后期盛夏局地的垂直运动异常和比湿异常,从而引起华北降水异常.该预测模型能很好地预测HPDs的年际变化特征,预测与观测的HPDs＿DY(HPDs)的相关系数分别为0.81和0.65.15个极端HPDs年的距平同号率为100%.在1982～2022年留一法交叉验证中, HPDs极值年份距平同号率高达100%,具有较低的均方根误差(1.14).在2013～2022年独立试报结果中,预测与观测的HPDs＿DY(HPDs)的相关系数分别为0.93和0.83,同时具有较高的Nash-Sutcliffe效率系数(0.82)和一致性指数(0.89).值得注意的是, 2015年、2016年、2017年、2021年和2022年独立试报结果与观测结果基本一致,这也表明了该预测模型对华北地区强降水频次预测的优异性能.

关键词：华北强降水年际增量方法季节预测海温积雪深度

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基于风廓线雷达的四川盆地西部强降水过程风场特征

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高原气象 2025年第1期44卷 240-252页

作者：胡迪谢晓林陈朝平周秋雪四川省气象台四川成都610072 高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室四川成都610072 四川省气象探测数据中心四川成都610072

根据暖区暴雨的分型(西南涡型、副热带高压边缘型、西南急流型和东南风型),选取四类天气背景下四川盆地西部(成都地区)的暴雨过程,利用风廓线雷达新资料,详细分析了青藏高原-四川盆地特殊地形下,不同类型暖区暴雨中典型强降水发生、发... 详细信息

根据暖区暴雨的分型(西南涡型、副热带高压边缘型、西南急流型和东南风型),选取四类天气背景下四川盆地西部(成都地区)的暴雨过程,利用风廓线雷达新资料,详细分析了青藏高原-四川盆地特殊地形下,不同类型暖区暴雨中典型强降水发生、发展时的风廓线特征。研究表明:(1)风廓线雷达资料可以很清楚地表现出对流层及边界层存在的中小尺度系统,不同类型强降水过程的风场演变特征同特殊地形与区域环流及天气系统的相互作用密切相关,除副高边缘型外,其他三种类型暖区暴雨典型过程发生前或发生时都出现了边界层东北风或偏东风;(2)垂直速度变化梯度大,直观地体现了这几次过程时间短、对流强的特征,降水开始后,向下的垂直速度明显减弱甚至转向的突变时期,代表气层中上升运动的明显增强,这种垂直速度的突变对于强降水的预测有指示意义;(3)垂直速度极值在强降水发生前或发生时会明显增大,并伴随有极值层降低的现象,水平风速极值和极值层有同步的增减趋势,大部分强降水过程发生前,中层都出现了中尺度急流,并伴随急流层的降低;(4)在这四种类型的暴雨过程中都有低空急流的参与,其中副高边缘型和西南涡型暴雨过程中,低空急流指数第一次增大都对降水的开始有1~2 h的预报提前量,而在东南风型和西南涡型过程中低空急流指数的突增预示了降水强度的增大。

关键词：风廓线雷达强降水低空急流暖区暴雨

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森林火灾微光遥感识别新指数——增强夜光火灾扰动指数

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红外与毫米波学报 2023年第2期42卷 241-249页

作者：武晋雯纪瑞鹏张玉书孙龙彧于文颖冯锐幸芳中国气象局沈阳大气环境研究所辽宁沈阳110166 辽宁省农业气象灾害重点验室辽宁沈阳110166 沈阳市气象局辽宁沈阳110168 沈阳城市建设学院辽宁沈阳110167

随着光电技术的发展,低照度条件下的微光成像技术及其应用成为近年来的研究热点之一。在微光遥感影像上,很难单纯依靠辐射亮度或温度,将森林火灾与工业燃烧、城市等热源充分地分离,同时由于频繁的数据饱和问题,目前NPP火灾产品仅提供探... 详细信息

随着光电技术的发展,低照度条件下的微光成像技术及其应用成为近年来的研究热点之一。在微光遥感影像上,很难单纯依靠辐射亮度或温度,将森林火灾与工业燃烧、城市等热源充分地分离,同时由于频繁的数据饱和问题,目前NPP火灾产品仅提供探测位置信息。因此,为了在各种高亮度异质热源中实现森林火灾识别,进一步推进火灾探测产品像素级表征,基于地表温度通过潜热传递随植被密度的增加而降低的原理,提出了一种新的光谱指数—增强夜光火灾扰动指数(ENFDI),并与传统的中红外波段(Tmir)火灾识别方法进行对比分析。结果表明,ENFDI可以增强森林火灾与城市热源之间的光谱差异,提高微光条件下森林火灾识别能力,森林火灾ENFDI明显高于城市热源区;ENFDI能够有效缓解微光波段易饱和的影响,ENFDI不仅可以明显地分辨出潜在饱和区内火光亮度的差异,增强火灾像元的可区分性,而且与中远红外亮温差的相关性R高达0.94~0.97,明显高于微光波段亮度(NTL)与中远红外亮温差的相关性(0.82~0.83);ENFDI具有一定的稳定性,它不受月相变化的影响,在有无月光情况下夜间森林火灾均被识别;ENFDI森林火灾识别精度(87.66%)高于传统中红外波段(Tmir)火灾识别精度(83.91%),与NPP/VIIRS主动火灾产品(VNP14IMG)具有良好的总体对应关系,定位偏差在628 m以内。因此,ENFDI指数对森林火灾的识别具有敏感性、稳定性和准确性,为进一步实现火灾像素级表征提供可行性参考。

关键词：增强夜光火灾扰动指数火灾遥感识别微光红外植被指数饱和

基于遥感数据的河谷地区气候水文变化特征及区域差异——以宝鸡地区为例

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水土保持研究 2025年第1期32卷 181-194页

作者：刘引鸽罗紫薇郭慧君李丹丹林茂琦吕欣怡宝鸡文理学院地理与环境学院陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室

[目的]探究不同分区气候水文多要素变化特征，为该地水资源管理及可持续开发利用提供区域性的科学依据。[方法]基于1950—2021年的卫星遥感数据，选取宝鸡地区9个县区的气温、地表温度、降水量、蒸发量、低层云量、总云量、紫外强度、... 详细信息

[目的]探究不同分区气候水文多要素变化特征，为该地水资源管理及可持续开发利用提供区域性的科学依据。[方法]基于1950—2021年的卫星遥感数据，选取宝鸡地区9个县区的气温、地表温度、降水量、蒸发量、低层云量、总云量、紫外强度、相对湿度、径流、地表径流和地下径流11种要素，采用自适应噪声经验模态分解法（CEEMDAN）和重标极差R/S分析方法，分析了近70年该区域多气象水文要素时空特征及区域差异，探讨了不同分区气候水文要素变化的延续性及未来趋势。[结果]（1）区域仅年气温和地温呈上升趋势，其余要素的年均趋势均呈下降趋势，各要素趋势率分别为0.27℃/10 a, 0.25℃/10 a,-40.97 mm/10 a,-0.59 mm/10 a,-1.14%/10 a,-0.17%/10 a,-4 060.4 J/（m2·10 a）,-0.99%/10 a,-3.6 mm/10 a,-1.61 mm/10 a和-1.94 mm/10 a。季节变化上，冬季气温和地温上升趋势最大，夏季降水减少幅度最大，紫外强度仅在春季表现为上升趋势，春季相对湿度减小最大，低层云量春季减小最大，径流和地表径流夏季的下降趋势最大，地下径流秋季的下降趋势最大。千陇丘陵区各要素的变率都较大；（2）空间上，年气温、地温、蒸发量和紫外强度的高值多分布于千陇丘陵区和渭河川塬区，年降水量、低层云量、总云量、相对湿度、径流、地表径流和地下径流的高值区多分布在秦岭关山区。除凤县和眉县的蒸发量外，其他要素在各县区的升降趋势均与其在整个地区的趋势一致；（3）各气象水文要素具有2～3 a, 4～5 a, 7～9 a, 11～13 a, 19～35 a为主的年代际振荡周期；（4）未来宝鸡地区各气象水文要素均延续历史的上升或下降趋势，但延续时长不同，其中千陇丘陵区、渭河川塬区和秦岭关山区均存在最长延续时长10 a和最短延续时长4 a。[结论]宝鸡地区气候整体朝暖干化方向发展，各分区气候水文变化具有明显差异，且均存在明显振荡周期和正持续特征。

关键词：气象水文要素时空变化自适应噪声分解法重标极差分析法遥感数据

玉米苗期干旱胁迫对关键生育期的光谱特征影响分析

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光谱学与光谱分析 2020年第7期40卷 2222-2228页

作者：冯锐武晋雯王宏博胡伟张玉书于文颖纪瑞鹏林毅中国气象局沈阳大气环境研究所辽宁沈阳110166 辽宁省农业气象灾害重点实验室辽宁沈阳110166 辽宁省人工影响天气办公室辽宁沈阳110166 辽宁省气象服务中心辽宁沈阳110166

植被的光谱特征是监测植被生长发育状态、健康状况的基础,探索玉米苗期干旱胁迫后的关键发育期光谱特征变化,不仅为植被光谱数据库的建设提供理论数据,也为植被水分胁迫高光谱识别提供理论依据。以辽宁西部锦州生态与农业气象站大型农... 详细信息

植被的光谱特征是监测植被生长发育状态、健康状况的基础,探索玉米苗期干旱胁迫后的关键发育期光谱特征变化,不仅为植被光谱数据库的建设提供理论数据,也为植被水分胁迫高光谱识别提供理论依据。以辽宁西部锦州生态与农业气象站大型农田土壤水分控制场为研究区,对玉米苗期、拔节期、抽雄期和乳熟期4个发育期进行苗期干旱胁迫小区和水分适宜小区光谱观测,通过分析原始光谱、一阶导数光谱、光谱参数和水分敏感植被指数,对比苗期干旱胁迫光谱与同期对照的光谱特征差异性。结果表明:(1)对于原始光谱来说,玉米在苗期受到干旱胁迫后,与同期水分适宜的玉米光谱特征有较为明显区别,在可见光波段和短波红外波段反射率均高于同期对照反射率,近红外波段明显低于同期对照反射率,拔节期差异性最为显著,达到了5%左右,随着作物的生长,差异性逐渐减弱。(2)4个发育期玉米一阶导数光谱在可见光波段均出现双峰,红光位置峰值在抽雄期达到最大;苗期干旱胁迫一阶导数光谱的红光位置峰值均低于同期对照,拔节期差异明显,在0.003左右,乳熟期差别明显减小,可区分性减弱。(3)苗期胁迫玉米光谱参数与同期对照相比,从苗期到乳熟期,红边位置存在"蓝移"—"红移"—"蓝移"的现象,绿峰位置均存在向长波方向移动的现象;在抽雄期和乳熟期,蓝边位置、蓝边幅值、黄边位置和黄边幅值两者差异不明显;在三边面积中,红边面积均低于同期对照,黄边面积均高于对照,两者的蓝边面积无明显差异。(4)在8个水分敏感植被指数中, NDWI和NDW2的差异性指数在玉米四个关键发育期均达到50%以上,可区分性明显。该研究旨在为植物水分胁迫光谱库提供基础数据,为作物干旱识别的谱段选择及高光谱波段设置提供基础依据。

关键词：玉米苗期干旱光谱差异

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台风“暹芭”对湖南影响的分阶段对比分析

灾害学 2025年第1期40卷 102-109页

作者：唐明晖陈龙赵恩榕王强陈紫妍湖南省气象台湖南长沙410118 气象防灾减灾湖南省重点实验室湖南长沙410118 洞庭湖国家气候观象台湖南岳阳414000 怀化市气象局湖南怀化418000

利用常规观测、再分析和双偏振雷达资料,结合拉格朗日混合单粒子轨迹模式(HYSPLIT),对比分析了2022年台风“暹芭”影响湖南的三个阶段(台前飑线、台风倒槽、台风低压)水汽来源、双偏振特征,并探讨降水特征。结果表明:①台前飑线阶段,水... 详细信息

利用常规观测、再分析和双偏振雷达资料,结合拉格朗日混合单粒子轨迹模式(HYSPLIT),对比分析了2022年台风“暹芭”影响湖南的三个阶段(台前飑线、台风倒槽、台风低压)水汽来源、双偏振特征,并探讨降水特征。结果表明:①台前飑线阶段,水汽主要源自西太平洋、鄱阳湖,沿东风输送至湘北,与东北风形成辐合;回波表现为积云降水特征,呈带状、质心偏低;Z_(DR)和K_(DP)值高,CC值大,以数浓度高扁平大雨滴为主。②台风倒槽阶段,水汽源自南海和西太平洋,沿槽前偏东南气流向湘中输送;回波表现为层云降水特征,低层Z_(H)、K_(DP)、Z_(DR)偏低,CC偏大,以数浓度低的小雨滴为主;5 km高度出现CC亮带,导致“列车效应”暴雨。③台风低压阶段,水汽源自中南半岛、北部湾和南海,沿低压向湘东南、湘东北输送;回波呈积层混合降水特征,中低层K_(DP)有大值(≥1.7°/km)区,Z_(DR)强度偏弱,以数浓度高小雨滴为主。研究结果有助于理解台风影响下的降水特征。

关键词：台风“暹芭” 分阶段分析水汽输送台前飑线雷达双偏振

陆地生态系统蒸腾蒸散比量化及其时空异质性研究进展

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气象 2022年第10期48卷 1217-1229页

作者：于文颖纪瑞鹏贾庆宇冯锐武晋雯张玉书中国气象局沈阳大气环境研究所沈阳110166 辽宁省农业气象灾害重点实验室沈阳110166

蒸腾蒸散比(T/ET)是阐明陆地生态系统水分散失过程中植被作用的关键参量,蒸散及其组分的准确量化是生态水文研究的基础,有助于理解蒸散与气候变化的相互作用机制。总结了国内外T/ET观测和模拟方法及其量化结果的差异,梳理了森林、草原... 详细信息

蒸腾蒸散比(T/ET)是阐明陆地生态系统水分散失过程中植被作用的关键参量,蒸散及其组分的准确量化是生态水文研究的基础,有助于理解蒸散与气候变化的相互作用机制。总结了国内外T/ET观测和模拟方法及其量化结果的差异,梳理了森林、草原、湿地和农田4种陆地生态系统T/ET的研究成果,阐述了不同类型陆地生态系统T/ET的时空异质性及其驱动因素。不同生态系统T/ET的差异来源于生态系统特性、时空差异、观测方法和模型或数据集选取,但各差异来源对其的贡献率还未有统一定论;T/ET的变化主要依赖于生态类型、冠层特征、气候、土壤等条件,不同时空尺度的生态系统T/ET驱动因素不同。因此,针对T/ET量化方法开展不确定研究,阐明不同陆地生态系统T/ET的时空异质性,揭示其变化规律及驱动机制将是未来的研究重点。

关键词：陆地生态系统蒸腾蒸散比量化模拟驱动因素

基于改进的双作物系数法估算辽河三角洲芦苇湿地蒸散量

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生态学报 2020年第1期40卷 325-335页

作者：于文颖纪瑞鹏贾庆宇冯锐武晋雯张玉书中国气象局沈阳大气环境研究所沈阳110166 辽宁省农业气象灾害重点实验室沈阳110166

以辽河三角洲湿地芦苇群落为研究对象,利用涡动相关通量、小气候梯度要素、群落内水面蒸发量以及芦苇群落生长参数等数据,基于FAO⁃56模型的双作物系数法,分别计算作物系数Kc、基础作物系数Kcb和水面蒸发系数Kw,分析其日变化动态及主导... 详细信息

以辽河三角洲湿地芦苇群落为研究对象,利用涡动相关通量、小气候梯度要素、群落内水面蒸发量以及芦苇群落生长参数等数据,基于FAO⁃56模型的双作物系数法,分别计算作物系数Kc、基础作物系数Kcb和水面蒸发系数Kw,分析其日变化动态及主导影响因子,建立基于生物因子和环境因子的小时尺度双作物系数模型。结果如下:(1)芦苇生长初期,Kc和Kcb的日变化呈现早晚高、中午略低的多峰波动曲线;在快速生长期和稳定生长期,Kc和Kcb白天波动幅度较小,早晚波动幅度较大;生长末期,Kc和Kcb夜晚波动幅度较大,白天呈现多峰波动曲线;Kw白天较小、夜晚较高,生长初期白天的数值显著高于其他时期。(2)相关分析表明,气温、相对湿度、风速、株高和叶面积指数是Kc、Kcb和Kw的影响因子;基于生物因子和环境因子重新构建双作物系数模型,基于改进的双作物系数法模拟芦苇群落蒸散,决定系数R2达0.894。(3)利用改进的双作物系数模型和FAO⁃56模型,对辽河三角洲芦苇群落的蒸发与蒸腾过程进行模拟,实现芦苇群落蒸发过程与蒸腾过程的分离,解决了实际观测无法直接获取芦苇群落蒸腾量的问题,同时提高了芦苇群落蒸散的模拟精度。(4)调整了FAO推荐的芦苇单作物系数常数值,调整后的作物系数更适用于辽河三角洲芦苇湿地。

关键词：芦苇湿地蒸散量双作物系数模拟

干旱胁迫及复水对大豆关键生育时期叶片生理特性的影响

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中国农业气象 2022年第8期43卷 622-632页

作者：刘江李明倩常峻菲程溪晗王立为刘青高西宁沈阳农业大学农学院沈阳110866 沈阳市气象局沈阳110168 辽宁省农业气象灾害重点实验室沈阳110166

以“辽豆15”为试材,在开花期和鼓粒期设置轻度干旱(土壤相对湿度65%±5%)和重度干旱(土壤相对湿度50%±5%)以及对照(土壤相对湿度80%±5%)处理,开展大豆干旱及复水控制试验。干旱处理持续7d、14d和21d,并在胁迫结束后进行复水,复水水... 详细信息

以“辽豆15”为试材,在开花期和鼓粒期设置轻度干旱(土壤相对湿度65%±5%)和重度干旱(土壤相对湿度50%±5%)以及对照(土壤相对湿度80%±5%)处理,开展大豆干旱及复水控制试验。干旱处理持续7d、14d和21d,并在胁迫结束后进行复水,复水水平与对照处理一致。达到胁迫时间当日和复水后第7天取大豆倒三叶叶片,测定叶片可溶性蛋白和丙二醛(MDA)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,研究干旱胁迫对以上生理指标的影响以及复水后补偿效应。结果表明:开花期,轻度干旱和重度干旱胁迫均使叶片可溶性蛋白和MDA含量以及POD活性显著升高,轻度干旱胁迫使SOD活性显著升高。鼓粒期,大豆受干旱胁迫影响后,叶片可溶性蛋白含量、MDA含量、SOD活性显著升高,但POD活性显著降低。复水对大豆叶片可溶性蛋白含量、MDA含量和SOD活性均出现补偿效应,但对POD补偿效应不明显。由此可见,干旱会对大豆叶片造成过氧化伤害,主要表现在抗氧化酶和渗透调节物质含量的提高,同时复水可使大豆叶片由干旱造成的过氧化伤害得到缓解,表现出不同程度的补偿效应。

关键词：大豆干旱胁迫复水生理生化指标补偿效应