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海温与海冰对宁夏汛期降水分布特征异常的协同影响

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干旱区研究 2024年

作者：王岱李欣张雯马阳王素艳李佳瑶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宁夏回族自治区气候中心

宁夏南北气候差异大，与生态息息相关的降水空间分布特征演变及其影响因素需要更加细致深入的分析，本文选取1961—2022年宁夏20个国家气象站汛期降水、NCEP/NCAR大气再分析、海温及北极海冰资料，利用气候统计诊断方法，建立了宁夏汛... 详细信息

宁夏南北气候差异大，与生态息息相关的降水空间分布特征演变及其影响因素需要更加细致深入的分析，本文选取1961—2022年宁夏20个国家气象站汛期降水、NCEP/NCAR大气再分析、海温及北极海冰资料，利用气候统计诊断方法，建立了宁夏汛期降水南北异常指标，探究太平洋海温和北极海冰强迫信号协同作用对其异常的可能影响。结果表明：宁夏汛期降水南北反位相特征分量呈明显的年代际变化，新年代际背景下典型“北涝南旱”分布型相比于1991年以前频次明显增加，南北反位相分布型出现比重增大，且南北差异愈发明显。太平洋海温(Isst)和北极海冰(Iice)关键区指标的协同（符号一致）和拮抗（符号相反）作用，造成乌拉尔山、贝加尔湖及鄂霍茨克海附近的位势高度异常，使得冷空气影响路径以及水汽输送位置不同。当Isst和Iice同为正时，宁夏汛期容易出现“南涝北旱”分布型，主要以南区偏多、北区偏少和南区偏多程度大于北区为主；当Isst为正、Iice为负时，容易出现“北涝南旱”分布型，尤其以北区偏多、南区偏少为主；当Isst和Iice同为负时，容易出现“北涝南旱”分布型，以北区偏多、南区偏少和北区偏少程度小于南区为主；当Isst为负、Iice为正时，以南区、北区均偏少为主。

关键词：降水分布海温海冰协同影响宁夏

关中平原春节前后碳质气溶胶分布特征及来源解析

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环境科学 2024年第7期45卷 3881-3892页

作者：周变红李春燕曹磊陈浩李毅辉高飞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陕西省环境监测中心站陕西省环境介质痕量污染物监测预警重点实验室渭南市环境保护监测站

以2023年春节期间西安、宝鸡、咸阳、渭南和铜川大气PM2.5中的OC和EC为对象，利用反距离加权空间插值法（IDW）、二次有机碳（SOC）估算和潜在源贡献因子分析（PSCF）分析了关中平原碳质气溶胶的时空变化特征及潜在来源.结果表明，在时... 详细信息

以2023年春节期间西安、宝鸡、咸阳、渭南和铜川大气PM2.5中的OC和EC为对象，利用反距离加权空间插值法（IDW）、二次有机碳（SOC）估算和潜在源贡献因子分析（PSCF）分析了关中平原碳质气溶胶的时空变化特征及潜在来源.结果表明，在时间分布上，ρ（OC）表现为：春节后[（18.6±11.0）μg·m-3]>春节期间[（16.2±15.1）μg·m-3]>春节前[（10.0±8.3）μg·m-3]，ρ（EC）表现为：春节后[（2.2±1.2）μg·m-3]>春节期间[（1.7±1.5）μg·m-3]>春节前[（1.4±1.1）μg·m-3],OC和EC污染在春节后最严重；在空间分布上，ρ（OC）表现为：咸阳[（21.4±17.3）μg·m-3]>宝鸡[（15.8±12.8）μg·m-3]>西安[（13.6±11.3）μg·m-3]>渭南[（11.6±9.1）μg·m-3]>铜川[（10.0±8.3）μg·m-3]，ρ（EC）表现为：咸阳[（2.1±1.4）μg·m-3]>渭南[（1.8±1.4）μg·m-3]>西安[（1.8±1.2）μg·m-3]>铜川[（1.6±1.4）μg·m-3]>宝鸡[（1.2±0.9）μg·m-3]，总体上咸阳的PM2.5和碳质气溶胶污染最严重，铜川污染最轻.IDW结果显示：OC和EC浓度的高值中心[ρ（OC）>27.3μg·m-3，ρ（EC）>2.9μg·m-3]在平原中部，低值中心[ρ（OC）春节期间（41.1%）>春节前（36.8%）.各城市SOC/OC大小和各城市SOC在关中平原的贡献率大小表明，铜川、宝鸡和咸阳受有机碳二次转化影响较大.春节前、春节期间和春节后OC与EC的相关系数（r=0.85、r=0.98和r=0.94）表明二者具有高度的同源性.碳质气溶胶在春节前和春节期间与湿度和风速有一定相关性，春节后与各气象因子呈弱相关；碳质气溶胶总体上与CO和NO2有较强的相关性且在春节后相关性最强，与SO2的相关性在春节期间最强.5个城市碳质气溶胶潜在源区主要集中在本地和周边的甘肃南部、陕北以及陕南地区，春节前还受到来自西北方向长距离输送的影响.

关键词：有机碳(OC) 元素碳(EC) PM2.5 SOC估算潜在源贡献因子分析(PSCF)

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

2021年宁夏两次持续沙尘重污染天气对比分析

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环境科学研究 2024年第2期37卷 289-298页

作者：雍佳王建英田林锋张肃诏龚晓丽顾驭程严晓瑜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宁夏银川750002 宁夏气象服务中心宁夏银川750002 宁夏生态环境监测中心宁夏银川750002 宁夏气象台宁夏银川750002

为探究气象条件变化对宁夏沙尘重污染天气过程的影响特征,利用常规气象观测数据、NCEP再分析资料及环境空气质量数据,选取2021年1月11-14日和2021年3月14-19日两次沙尘重污染天气(分别简称“0113”过程和“0315”过程)为研究对象,基于... 详细信息

为探究气象条件变化对宁夏沙尘重污染天气过程的影响特征,利用常规气象观测数据、NCEP再分析资料及环境空气质量数据,选取2021年1月11-14日和2021年3月14-19日两次沙尘重污染天气(分别简称“0113”过程和“0315”过程)为研究对象,基于天气形势、后向轨迹模拟及物理量场诊断等方法,对比两次过程影响系统及传输轨迹,探讨形成和维持机制.结果表明:①“0113”过程主要影响宁夏北部四市,“0315”过程影响整个宁夏,两次沙尘过程中重度及以上污染平均持续时间分别为35.0和105.2h,沙尘污染暴发阶段PM_(10)浓度平均值分别为1735和5265μg/m3.②“0113”过程为一次强度一般的锋面过境引起的沙尘重污染天气,稳定少动的青藏高压与其北侧蒙古热低压之间形成显著的气压梯度带,高空脊前多股强西北气流引起动量下传,使宁夏及上游地区大风将沙尘输送至宁夏造成重污染;“0315”过程为一次较强的典型锋面过境及蒙古气旋造成的持续沙尘重污染天气,蒙古冷高压受强盛蒙古气旋和青藏高原热低压夹击稳定少动,其西南、东南及东部与两个热低压形成气压梯度带,加之受地面冷锋过境影响,宁夏及周边地区多方向大风将沙尘向宁夏上空输送造成“0315”过程较“0113”过程污染更严重.③两次过程中沙尘均为境外和境内同时输送,“0113”过程为西北和偏西路径,传输距离长且高度较低;“0315”过程为西北、偏北和偏东路径,传输距离短且高度较高.④“0315”过程中蒙古国及我国新疆-甘肃一带负水平螺旋度中心值为“0113”过程的1.75倍,较强的辐合上升运动和西风气流将沙尘持续向宁夏上空输送并与本地沙尘叠加,上升和下沉运动交替使沙尘长时间悬浮于空中,而“0113”过程受多股强下沉气流造成沙尘迅速沉降至地面,污染快速减弱.研究显示:冷锋和蒙古气旋是宁夏沙尘重污染天气的主要影响系统,当有只冷锋过境时,上游沙尘传输高度低,到达宁夏上空沙尘粒子相对少,使宁夏沙尘重污染天气持续时间短且强度相对较弱;当伴有蒙古气旋活动时,沙尘传输高度高,到达宁夏上空沙尘粒子多,使宁夏沙尘重污染天气持续时间长、影响范围广且强度较强.

关键词：沙尘重污染污染浓度天气系统输送轨迹物理量场

基于CLDAS土壤相对湿度的云南农业干旱监测

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中国农业气象 2024年第1期45卷 79-90页

作者：金燕徐凌周群鲁韦坤孙帅云南省气候中心昆明650034 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750004 云南省楚雄州气象局楚雄675000 云南省气象台昆明650034 国家气象信息中心北京100081

选取2016-2020年云南37个土壤水分观测站逐日0-10cm土层相对湿度观测数据和逐日降水、气温观测资料,采用线性插值法,将CLDAS格点数据插值到观测站点上,用于与站点观测数据对比分析。利用回归订正法对插值后的CLDAS土壤相对湿度产品进行... 详细信息

选取2016-2020年云南37个土壤水分观测站逐日0-10cm土层相对湿度观测数据和逐日降水、气温观测资料,采用线性插值法,将CLDAS格点数据插值到观测站点上,用于与站点观测数据对比分析。利用回归订正法对插值后的CLDAS土壤相对湿度产品进行订正。采用相对误差、平均偏差、相关系数、标准差和均方根误差统计指标,定量评估CLDAS土壤相对湿度在云南的适用性。结果表明:云南土壤水分观测站相对湿度数据观测有效率不高,选用陆面融合数据开展农业干旱监测十分必要;云南地区近80%的CLDAS土壤相对湿度与土壤水分观测站观测值的相对误差绝对值监测效果来看,基于CLDAS土壤相对湿度的干旱监测指标能很好地描述由气温和降水异常导致的土壤墒情变化,当日降水量接近或超过5.0mm时,能快速响应轻旱站点数的减少;当连续有效降水发生后,监测指标可反映中等及以上等级农业干旱的缓解。综合来看,CLDAS土壤相对湿度在云南农业干旱监测的适用性好。

关键词： CLDAS 土壤相对湿度云南农业干旱

基于飞机观测的华北降水云系上升气流区微结构研究

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大气科学 2024年第2期48卷 431-444页

作者：王心怡牛生杰吕晶晶王元靳雨晨邬昊鹏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/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 南京工业大学安全科学与工程学院南京211816 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

上升气流是成云致雨的基本条件之一。本文利用河北省2017年5月一次层积混合云的机载云物理探测系统测量资料,研究了云中上升气流速度分布,云微结构特征以及二者的相关性。结果表明:云中上升气流速度随高度呈抛物线型分布,云底部较小(0.7... 详细信息

上升气流是成云致雨的基本条件之一。本文利用河北省2017年5月一次层积混合云的机载云物理探测系统测量资料,研究了云中上升气流速度分布,云微结构特征以及二者的相关性。结果表明:云中上升气流速度随高度呈抛物线型分布,云底部较小(0.75±0.52 m s^(−1)),云中部最大(3.64±2 m s^(−1)),云顶部最小(0.32±0.29 m s^(−1));发现随高度增加,云中上升气流区内冰粒子形状依次以片状、针状、柱状为主;暖云上升气流区中,上升气流速度与液态含水量正相关,相关系数为0.61;强垂直气流条件下云滴数浓度、最大云滴尺度大于弱垂直气流相应的数值,强垂直气流云粒子谱更符合Г函数分布。

关键词：降水云系飞机观测上升气流区云微物理结构

冬春两湖盆地地区大气气溶胶污染的年代际变化特征及其与东亚经向风南北反相位的联系

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大气科学 2024年第2期48卷 773-788页

作者：姜玉洁张玲朱寿鹏白永清智协飞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 南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室南京210041 中国气象局武汉暴雨研究所暴雨监测预警湖北省重点实验室武汉430205

基于MERRA-2及ERA5逐月再分析资料,本文采用EOF分析、线性回归和合成分析等方法,分析了1980~2020年长江流域中游两湖盆地地区气溶胶光学厚度(AOD)的年代际变化特征及东亚经向风南北反位相模态对其的影响。结果表明,在年代际尺度上两湖... 详细信息

基于MERRA-2及ERA5逐月再分析资料,本文采用EOF分析、线性回归和合成分析等方法,分析了1980~2020年长江流域中游两湖盆地地区气溶胶光学厚度(AOD)的年代际变化特征及东亚经向风南北反位相模态对其的影响。结果表明,在年代际尺度上两湖盆地地区AOD呈现非线性的变化趋势,20世纪80、90年代处于低值,21世纪初AOD持续升高,2010年后开始下降。空间场上表现为全区一致的变化特征,高值区主要位于两湖盆地中部,以洞庭湖为中心呈南北纵向分布。进一步对两湖盆地AOD年代际变化与大气环流异常关系的分析表明,在东亚经向风南北反相模的影响下,偏北风输送是影响两湖盆地AOD年代际变化的主要气象原因。在年代际尺度上,当西伯利亚高压的强度、面积增大,东亚大槽西移,西北太平洋副热带高压脊线南移时,东亚经向风南北反相模趋于正相位(即长江以北有异常偏南风、长江以南有异常偏北风)。此时,两湖盆地位于气旋性环流异常的底部,在异常的偏北风的作用下,西北地区的气溶胶向两湖盆地输送加强。且两湖盆地处于两个异常气旋性环流的中间,气压梯度小,风速偏弱,使得两湖盆地气溶胶输入大于输出,促进21世纪初AOD年代际升高。

关键词： AOD (aerosol optical depth) 年代际两湖盆地冬春经向风南北反相模

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地表臭氧浓度升高对麦田水热通量的影响

农业工程学报 2024年第8期40卷 116-124页

作者：徐诗韵徐彦森张宇杰冯兆忠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 南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044

臭氧(O_(3))浓度升高危害小麦生长,现有研究尚不清楚推广新的小麦品种能否减缓O_(3)对籽粒产量、农田蒸散和水分利用效率的负面效应,且研究O_(3)浓度升高对麦田水分利用效率的影响对农业用水管理具有重要意义。该研究利用完全开放式O_(3... 详细信息

臭氧(O_(3))浓度升高危害小麦生长,现有研究尚不清楚推广新的小麦品种能否减缓O_(3)对籽粒产量、农田蒸散和水分利用效率的负面效应,且研究O_(3)浓度升高对麦田水分利用效率的影响对农业用水管理具有重要意义。该研究利用完全开放式O_(3)浓度升高平台(O_(3)-FACE),通过连续观测农田小气候特征,结合能量平衡法分析O_(3)浓度升高对麦田水热通量、小麦籽粒产量和田间水分利用效率的影响。结果表明:O_(3)浓度升高显著降低了开花后第32天小麦旗叶的叶绿素含量,降低了乳熟–成熟期的麦田潜热通量平均值和正午峰值,但影响幅度较小。O_(3)浓度升高对麦田平均水热通量及其分配无显著影响,也未影响籽粒产量、产量组成和田间水分利用效率。不同于10年前江淮地区主推的扬辐麦2号、烟农19和嘉兴002等品种,当前推广的农麦88表现出极强的O_(3)抗性。在O_(3)浓度不断升高背景下,种植农麦88有助于减缓O_(3)浓度升高对田间蒸散和水分利用效率的影响。

关键词：臭氧水热通量产量蒸散发冠层温度小麦

西北太平洋热带气旋频次的延伸期动力-统计预报方法和评估

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大气科学学报 2024年第1期47卷 65-79页

作者：徐邦琪魏澎钱伊恬游立军南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 福建省灾害天气重点实验室/中国气象局海峡灾害天气重点开放实验室福建福州350028 福建省气象信息中心福建福州350028

介绍了西北太平洋热带气旋(TC)频次的延伸期预报方法,比较了新构建的动力-统计和统计预报模型的预测技巧,并探讨了预报误差来源及改进方向。动力-统计预报模型是基于动力模式预测的热带季节内振荡(ISO)信号及ISO-TC生成的同期统计关系... 详细信息

介绍了西北太平洋热带气旋(TC)频次的延伸期预报方法,比较了新构建的动力-统计和统计预报模型的预测技巧,并探讨了预报误差来源及改进方向。动力-统计预报模型是基于动力模式预测的热带季节内振荡(ISO)信号及ISO-TC生成的同期统计关系来进行预报;统计预报模型则是基于TC生成的前兆ISO信号建模预报。预报评估结果显示,动力-统计混合预报模型的预报技巧高于统计预报模型,原因在于影响TC次季节变化的前兆信号并不稳定,且随着预报超前时间迅速消散,无法提供有效且稳定的可预报源;相反地,TC生成与同期的ISO背景场显著相关,动力模式对ISO(预报因子)有较好的预报能力,因此动力-统计相结合的预报方法为TC延伸期预报提供了有效途径。虽然目前动力-统计预报模型的预报技巧可达5~6周,但仍有进一步改进和提高的空间。通过对不同类型TC预报技巧检验和误差分析,研究认为年际和年代际背景场对ISO调控TC活动的影响不可忽略,且热带外ISO信号(如罗斯贝波破碎和西风急流强度等)对TC频次和轨迹也有显著影响,这些因子为TC延伸期预报提供了潜在可预报源。

关键词：热带气旋季节内振荡延伸期预报可预报性来源热带外信号