Cu基催化剂电化学还原CO_(2)合成乙醇的研究进展

用电化学还原法将二氧化碳(CO_(2))转化为高能量密度的多碳化学品最近成为一个研究热点,在所有的电化学还原二氧化碳(ERCO_(2))催化材料中,Cu基材料因为对中间体CO良好的吸附性能表现出较高的C_(2)产物选择性.为此首先介绍了ERCO_(2)反应机理以及常见的反应器类型;再总结了5种代表性的Cu基催化剂(单金属、氧化物衍生、金属有机框架、合金和非金属修饰)及其在ERCO_(2)选择性合成乙醇方面的最新进展;并阐述了Cu基高活性催化剂的设计策略,如缺陷工程、形貌控制、晶面工程以及他们之间的协同效应等;最后展望了高效ERCO_(2)催化剂制备乙醇所面临的挑战和今后的发展方向.

华南前汛期开汛早晚与入梅时间的类型划分和特征分析

利用中国气象局2014年发布的《华南汛期监测业务规定》与《梅雨监测业务规定》中华南前汛期开汛和长江中下游入梅日期资料,对1961~2021年我国南方地区雨季进程的年际变化进行了客观划分,划分为4种类型:偏早型(前汛期和入梅均偏早)、偏晚型(前汛期和入梅均偏晚)、前早后晚型(前汛期偏早而入梅偏晚)、前晚后早型(前汛期偏晚而入梅偏早)。不同雨季进程相联系的东亚大气环流异常、我国中东部春季和梅雨期降水异常分布均存在明显的差异。偏早型年,3月底至5月初西风急流强度偏强且第一次北跳偏早,6月副高北跳明显,菲律宾附近维持反气旋性环流异常;偏晚型年与偏早型年环流形势相反。前早后晚型年,西风急流前期偏强后期偏弱,菲律宾附近前期为反气旋性环流异常,后期转为气旋性环流异常且副高位置异常偏南;前晚后早型年与前早后晚型年环流形势相反。南方地区雨季进程与热带海温演变之间的关系并不显著,不同雨季进程与ENSO演变的关系较复杂。

2021年陕西省超强秋汛环流特征及其驱动因子分析

利用观测和再分析资料,诊断分析了2021年陕西省9~10月超强秋汛的极端性及其年际异常的关键环流和驱动因子。结果表明:(1)2021年陕西省秋汛期累计降水量为1961年以来第一位,超强秋汛主要与西北太平洋反气旋(WNPAC)的异常偏强和西伸、环渤海高压及巴尔喀什湖槽偏强有关,三者导致冷暖空气在陕西省辐合,形成持续时间较长的秋汛。(2)2021年9~10月赤道中东太平洋冷海温加强,第二次La Niña事件发展,导致中太平洋对流层下沉气流加强,进而加强WNPAC,增强环渤海高压及巴尔喀什湖槽,在东亚中高纬度形成“东高西低”型环流异常。(3)夏秋季热带大西洋海温异常偏暖,通过增强热带北大西洋—热带中太平洋纬向反转流激发WNPAC。La Niña发展和热带北大西洋异常暖海温二者协同作用驱动了2021年的陕西省超强秋汛。

基于正余弦耦合的三轴速率平台控制结构优化

针对三轴速率平台进行三自由度的动态摇摆时出现的平台台体线性漂移问题,提出了一种基于正余弦耦合的三轴速率平台稳定回路控制结构优化方法。当三轴平台进行三自由度摇摆运动时,由于框架间角运动激励的物理耦合和角运动解耦激励的数学耦合,平台台体会产生动态漂移。首先建立三轴平台的角运动输出模型,再根据传递特性将平台基座上的角运动代入到台体伺服控制回路中得到交叉耦合误差项。其次,对比三轴速率陀螺平台和三轴位置陀螺平台在稳定回路控制结构上的异同,分析动态摇摆条件下造成平台台体出现正余弦耦合误差和台体大漂移率误差的形成机理,根据误差源进一步对三轴速率平台的稳定回路控制结构进行了设计优化。最后通过仿真和三自由度转台摇摆试验可见,摇摆过程中不再出现框架角的较大线性漂移,验证了稳定回路结构优化的正确性。

汛期我国主要雨季进程成因及预测应用进展

汛期内我国中东部地区的雨季是东亚夏季风推进过程中的重要产物,主要包括华南前汛期、梅雨、华北雨季和华西秋雨等,各地雨季决定了我国中东部地区汛期的旱涝布局和旱涝演变,是我国汛期预测和服务的重点.该文回顾了4个雨季特征及影响因子方面的研究进展,在此基础上梳理物理概念预测模型.研究显示:海温异常是影响各区域雨季的重要先兆信号,但不同雨季的年际和年代际变化特征不同,海温作为外强迫信号的影响程度和时空形式也有差异.利用热带太平洋东西海温差指标能更好地解释华南前汛期降水的年际变化.而与梅雨的年际变化分量相关联的海温关键区主要分布于热带,与年代际或多年代际变化分量相联系的海温关键区则来自中高纬度.华北雨季降水的强弱不仅与ENSO循环的位相有关,更多受到ENSO演变速率的影响.而影响华西秋雨的海温关键区随着年代际背景的变化发生了改变,需要重新诊断和建模.

2016年我国梅雨异常特征及成因分析

利用国家气候中心梅雨监测资料和NCEP再分析资料,对2016年我国梅雨异常特征及其大尺度环流成因进行了分析。结果表明:(1)2016年我国梅雨有明显的区域特征,其中江南区入梅偏早14天,与1995年并列成为1951年以来入梅最早的年份,出梅偏晚11天,梅雨期(量)偏长(多),但梅雨期日平均降水量偏少;长江区入梅和出梅均偏晚,梅雨期接近常年,但梅雨量偏多一倍以上,梅雨量和梅雨期日平均降水量分别为1951年以来历史同期第三和第二高值;江淮区入梅、出梅及梅雨期接近常年,但梅雨量偏多。(2)对流层高、中、低层环流系统冬夏季节性调整和转变显著提前的共同作用,导致了2016年江南区入梅显著偏早;东亚副热带西风急流、西太平洋副热带高压(副高)和东亚夏季风涌在7月中旬阶段性地南落导致了江南区和长江区出梅偏晚。(3)受到前冬超强厄尔尼诺衰减和春、夏季热带印度洋全区一致海温模态偏暖的影响,梅雨期副高异常偏强,副高西南侧转向的水汽输送异常偏强,并在长江区和江淮区与北方弱冷空气辐合,造成梅雨量异常偏多。

2021年夏季我国气候异常特征及成因分析

2021年夏季我国天气气候异常特征突出,极端天气气候事件多,东部主要多雨区在我国北方,降水的季节内变化显著,华南前汛期开始偏晚、江淮流域梅雨和华北雨季开始偏早。东亚大气环流季节内变化对降水异常的空间分布影响较大。6月,东北冷涡活动频繁,导致东北及邻近区域降水异常偏多,黑龙江、嫩江流域发生严重汛情;东北冷涡的异常活跃可能受到前期北大西洋三极子海温持续正位相的影响。7月,长江下游至内蒙古东部的经向型多雨带及河南特大暴雨,主要受到台风烟花长时间维持和北上、偏强的大陆高压和偏东偏北的西太平洋副热带高压的综合影响;副热带大气环流表现出对前期La Ni a事件衰减的滞后响应可能是重要原因。8月,副热带高压异常偏强、偏南,水汽输送异常辐合区位于我国长江流域,导致持续时间长的“倒黄梅”天气;8月热带大气低频振荡处于印度洋达22 d,平均强度偏强,可能是导致副热带大气环流季节内转折的重要原因。

2020年江淮流域超强梅雨年际异常的驱动因子分析

利用观测诊断和数值模拟相结合的方法,研究了2020年江淮流域6~7月超强梅雨年际异常的环流特征和驱动因子。结果表明:(1)2020年梅雨期长度和江淮流域总降水量均为1961年以来第一位,超强梅雨主要与西北太平洋异常反气旋(WNPAC)的异常偏强和异常西伸有关,WNPAC为江淮流域梅雨期持续的强降水提供了充沛的水汽来源;(2)2019年11月至2020年3月,赤道中东太平洋发生一次弱的中部型El Ni?o事件,本次事件持续时间短、强度偏弱,不足以激发和维持2020年梅雨期异常偏强的WNPAC,而春、夏季热带印度洋和热带北大西洋海温异常持续偏暖是WNPAC异常偏强和西伸的主要驱动因子;(3)热带印度洋暖海温在其东部的西太平洋激发出大气Kelvin波响应,造成了纬向风变化的不均匀分布,通过埃克曼抽吸,抑制了局地对流活动,驱动了WNPAC的生成;而热带北大西洋暖海温则引起局地对流活动增强,导致热带北大西洋上空上升运动和热带中部太平洋下沉运动增强,在西北太平洋上空激发异常的低空反气旋;热带印度洋和热带北大西洋暖海温对2020年6~7月WNPAC异常偏强均有显著的正贡献。

2019/2020年冬季我国暖湿气候特征及成因分析

2019/2020年冬季,我国大部分地区气温显著偏高,降水异常偏多,气候总体表现为"暖湿"的异常特征。异常成因分析表明:2019/2020年东亚冬季风强度较常年同期偏弱,西伯利亚高压异常偏弱,季节内冬季风强度阶段性变化特征显著;北极极涡收缩于极地,强度偏强,AO为异常偏强的正位相,乌拉尔山阻塞高压活动偏弱,东亚槽偏弱,欧亚中高纬以纬向环流为主;西太平洋副热带高压强度偏强、位置偏西偏北,印缅槽阶段性活跃,二者有利于太平洋和印度洋水汽向我国输送。受北半球环流异常的影响,我国冬季出现了"暖湿"的异常特征。进一步对东亚冬季风偏弱的可能原因分析表明:2019年秋冬季赤道中太平洋暖海温发展,2019年10月至2020年1月Nino3.4指数均大于0.5℃,这种类中部型El Nino海温异常有利于激发偏强、偏北的西北太平洋反气旋,进而抑制了东亚冬季风的发展和南下;此外,冬季北半球极涡收缩于极地,强度偏强,AO持续异常偏强的正位相,均不利于乌拉尔山阻塞高压的发展,且东亚大槽明显偏弱,共同导致了欧亚中高纬地区以纬向环流为主,东亚冬季风偏弱。

2021年中国气候主要特征及主要天气气候事件

2021年,我国暖湿气候特征明显,全国年平均气温为1951年以来最高,四季气温皆偏高;全国平均年降水量偏多,冬季偏少、春夏秋三季偏多。华南前汛期、西南雨季和梅雨季表现为开始晚、结束早、降水量少的特征,华北雨季、东北雨季和华西秋雨呈现开始早、结束晚、降水量多的特征,华西秋雨降水量为1961年以来最多。2021年,我国涝重于旱。汛期暴雨过程强度大、极端性显著,河南特大暴雨影响重,秋季北方多雨,暴雨洪涝造成的直接经济和人员损失偏重;干旱呈阶段性和区域性特点,影响总体偏轻;台风、风雹、低温冷冻害和雪灾等气象灾害损失均偏轻。

基于新监测指标的江南入梅早晚的气候特征及影响系统分析

利用中国气象局2014年发布的《梅雨监测业务规定》中的入梅日期资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料等,重点研究了1951—2015年江南入梅早、晚的气候特征,及其与同期(5—6月)大气环流及前期海表温度变化的关系。结果表明,近65年来江南入梅日具有显著的年际变化特征,入梅平均日期为6月8日,最早和最晚相差47 d。入梅日主要出现在6月,占80.0%。江南入梅偏早和偏晚年,对流层高层至低层的同期大尺度环流存在明显的差异。入梅偏早年,高层南亚高压和东亚副热带西风急流(西风急流)的建立较早,强度较强,南亚高压北移到青藏高原上空亦偏早,西风急流北跳偏早;中层中高纬度经向环流较强,而西北太平洋副热带高压(副高)第1次北跳偏早;低层索马里越赤道气流建立较早,强度较强,西太平洋为反气旋式距平环流;入梅偏晚年上述环流系统演变特征则基本相反。冬、春季海表温度的异常是影响入梅早、晚的重要的外部强迫因子,也是重要的前期预测信号:当冬季东太平洋海表温度为负距平、澳大利亚东部海表温度偶极子为正位相及春季北大西洋三极子处于正位相时,江南入梅偏早;上一年12月澳大利亚东侧海表温度偶极子和当年3月北大西洋三极子与江南入梅早、晚关系最为密切,当12月澳大利亚东部海表温度偶极子为正位相时,副高第1次北跳偏早,当3月北大西洋三极子为正位相时,6月西风急流偏强、偏北,有利于江南入梅偏早。

2018年秋季我国气候异常及成因分析

2018年秋季我国气候异常特征总体表现为:气温呈"东高西低"的分布;东部降水呈"南北多、中间少"的分布,其中内蒙古中东部、东北、江南南部和华南大部地区降水异常偏多,而华北至江南北部降水异常偏少,且江南和西南地区降水出现明显的季节内反向分布转变特征。异常成因分析表明,秋季欧亚中高纬度槽脊活动频繁,冷空气活跃,西太平洋副热带高压较常年同期偏强偏西,脊线季节内南北波动较大,西南水汽输送偏强,导致我国东部降水南北多、中间少。进一步研究表明,海温异常是影响2018年秋季我国气候异常的最主要外强迫因子,季节内El Ni?o由中部型向东部型发展,热带印度洋海温偶极子正位相持续,副热带南印度洋偶极子正位相发展。秋季后期El Ni?o影响增强,东亚副热带大气环流发生明显的季节内响应。因此,ElNi?o和印度洋海温的演变及其对东亚环流的影响,加上欧亚中高纬环流异常的季节内调整,二者共同导致了我国南方地区降水出现明显的东西反向的季节内变化。

东北夏季降水预测技巧偏低的原因探讨

1978~2018年全国夏季降水实时业务预测技巧显示东北地区明显偏低,尤其是近几年在对全国夏季旱涝的总体分布预测效果明显提高的情况下,对东北地区的预测却与实况相反,因此有必要分析该区域预测技巧偏低的原因。利用站点资料、再分析格点数据、实时预测历史数据及统计诊断等方法,探讨了动力气候模式预测能力以及东北夏季降水预测的认识缺陷。通过系统地回顾东北夏季旱涝的气候特征、影响因子及预测方法等方面的研究进展,以及东北夏季降水实时预测检验,得出预测技巧偏低的可能原因:(1)东北初夏降水主要受东北冷涡活动的影响,盛夏主要受西太平洋副热带高压、东北南风和中高纬环流型的共同作用,而业务常用的国内外主要动力气候模式无法准确反映与东北初夏和盛夏降水相联系的关键环流系统;(2)东北夏季降水与全球海温的关系较弱且不稳定,尤其是与ENSO的关系较为复杂,年际关系随年代际变化而波动,即ENSO不是预测东北夏季降水的强信号;(3)东北夏季降水具有明显的季节内、年际和年代际等多时间尺度变率,夏季降水受到多种时间尺度信息的叠加和调控,不同尺度变率的贡献相当,且影响系统不同,导致预测难度较大。最后,进一步探讨了东北夏季降水预测存在的科学问题及可能的解决途径,以期为夏季业务预测提供参考。

近百年及未来百年PDO位相年代际转变检测及其早期预警信号研究

本文基于临界慢化的理论,采用太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)指数的近百年(1900~2019年)历史数据及未来百年(2006~2100年)模式模拟数据,首先通过滑动t检验确定PDO位相转变的时间,进而借助于表征临界慢化现象的方差和自相关系数,研究了PDO年代际位相转折的早期预警信号。结果表明:(1)近百年来PDO发生了4次显著的位相转变,每次位相转变前的5~10年可以提取到早期预警信号;(2)通过对CMIP5气候模式资料计算得到的PDO进行统计合成得到未来百年的PDO序列,检测结果表明在2040年和2080年前后发生年代际转折,转折前的5~10年能够检测到早期预警信号;(3)近百年和未来百年PDO序列的位相转变及早期预警信号研究证实在PDO发生位相转变之前方差和自相关系数总能提前数年给出预警信号,也揭示了未来PDO的转折时间。

2021年汛期气候预测效果评述及先兆信号分析

2021年较准确预测了我国汛期(5—9月)“气候状况总体为一般到偏差,旱涝并重,区域性、阶段性旱涝灾害明显,极端天气气候事件偏多,主要多雨区在我国北方”的总趋势。准确预测了海河流域局部、松花江流域、长江上游和下游可能有较重汛情。对夏季(6—8月)降水预测不足包括:预测的北方多雨的异常程度与实况存在偏差,即对降水极端性的预测能力有限;预测的西北地区东部和华南东部降水偏多、长江中游偏少与实况相反,对旱情预估不足。6月发布的盛夏(7—8月)预测,扩大了北方多雨区范围,预测长江中下游及其以北地区大范围降水偏多,与实况更吻合。在2021年3月发布汛期预测前,重点考虑了太平洋十年际振荡冷位相、La Nina事件衰减、冬季青藏高原积雪异常偏少和北大西洋三极子正位相等多个先兆信号对东亚夏季风的综合影响,结合动力模式对夏季东亚大气环流的预测信息,成功预测出东亚夏季风偏强和主要多雨区在我国北方地区。而对东亚夏季风环流季节内变化和区域降水极端性的预测有较大偏差,外强迫信号和国内外主要动力气候模式对此的预测能力均有限。最后,将2021年外强迫信号及大气环流与2020年做了对比,指出影响汛期降水因素的复杂性,还需深入开展相关研究。

陕西汛雨开始日期异常的气候特征及其影响系统

利用陕西省1961—2018年逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,基于合成分析、相关分析等方法,研究了陕西汛雨开始早晚的气候特征及其影响系统。结果表明:陕西入汛日具有显著的年际和年代际变化特征,20世纪60年代主要以偏晚为主,70、80年代以偏早为主,90年代偏晚,进入21世纪以后以偏早为主,雨季主要集中在7月上旬至中旬中期。入汛偏早年,东亚副热带西风急流于6月下旬北跳,强度偏强,北跳偏早,欧亚中高纬为两槽一脊,副高偏强、偏西、偏北;低层,孟加拉湾至中国南海为巨大的气旋式距平环流,西北太平洋为显著的反气旋距平环流。入汛偏晚年,环流系统与偏早年相反。入汛早晚与冬春季海表温度相关,当冬季印度洋、春季热带北大西洋海温偏高,有利于入汛。

2020年中国气候主要特征及主要天气气候事件

2020年,我国全年气候总体表现为暖湿特征。全国平均气温比常年偏高0.7℃,为1951年以来第八高,四季气温均偏高,冬春偏暖显著。全国平均降水量为694.8 mm,比常年偏多10.3%,春季降水偏少,冬、夏、秋三季均偏多。华南前汛期开始和结束均偏早,降水量偏少;西南雨季开始晚、结束早,降水量偏多;梅雨季入梅早、出梅晚,梅雨量偏多,梅雨持续时间和梅雨量均为1961年以来之最;华北雨季、东北雨季和华西秋雨开始和结束均偏晚,降水量偏多。2020年,登陆台风偏少,影响时段和地域集中,灾损偏轻。暴雨洪涝灾害偏重,其他气象灾害,如干旱、强对流、低温冷冻害和雪灾、沙尘暴影响均偏轻。

华北雨季开始早晚与大气环流和海表温度异常的关系

本文利用国家气候中心的1961～2016年华北雨季监测资料、美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的大气再分析资料、NOAA海表温度资料,分析了华北雨季开始早晚的气候特征,然后利用合成分析、回归分析等方法,研究了华北雨季开始早晚与大气环流系统和关键区域海表温度的关系。结果表明,56a来华北雨季开始最早在7月6日,最晚在8月10日,1961～2016年华北雨季开始平均日期是7月18日。华北雨季开始时间具有显著的年际变化,但雨季发生早晚的长期变化趋势不太明显。华北雨季开始早晚与西太平洋副热带高压(简称副高)、东亚副热带西风急流、东亚夏季风等环流系统的活动关系密切,当对流层高层副热带西风急流建立偏早偏强,中层西太平洋副高第二次北跳偏早,低层东亚夏季风北进提前时,华北雨季开始偏早,反之华北雨季开始偏晚。华北雨季开始早晚与春、夏季热带印度洋、赤道中东太平洋海表温度关系显著且稳定,当Ni?o3.4指数和热带印度洋全区海表温度一致模态(IOBW)为正值时,贝加尔湖大陆高压偏强,副高偏强偏南,东亚夏季风偏弱,导致华北雨季开始偏晚;当海表温度指数为负值时,则华北雨季开始偏早。

西南地区东部区域性暴雨事件的客观识别及其变化特征

利用区域性极端事件客观识别方法(OITREE)和1961-2018年西南地区东部118站逐日降水资料对该区域近58年的区域性暴雨事件进行了识别,确定了相应的OITREE方法的参数组,共识别得出246次区域性暴雨事件,其中25次达到极端强度,2004年9月3-6日发生的区域性暴雨事件是西南地区东部近58年来综合强度最强的一次区域性暴雨事件。进一步分析表明:西南地区东部区域性暴雨事件的持续时间主要为2天,最长为5天;事件的累积强度集中在500~1000 mm之间,累积面积集中在10×10^(4)~20×10^(4) km^(2)。西南地区东部区域性暴雨事件多发于5-9月,其中7月最多,占总发生频次的31.7%。四川东部和重庆西部的平原区是暴雨事件的频发和强度中心地区。近58年西南地区东部持续性区域暴雨事件增多[0.57次·(10a)^(-1)],持续时间延长[1.2 d·(10a)^(-1)],最大影响范围扩大[5.7×10^(4) km^(2)·(10a)^(-1)],极端强度也增强[73.4 mm·(10a)^(-1)]。

华南夏季降水两次年代际转折的水汽输送异常成因初探

本文利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2374站日降水资料,通过水汽收支方程分解方法分析了华南夏季降水在1993~2002年时段年代际增多以及2003~2013年时段年代际减少的水汽输送特征及其成因。结果表明:1993~2002年时段(2003~2013年时段),局地环流导致异常下沉(上升)气流,南亚高压偏东(偏西)和西太平洋副热带高压(简称副高)偏西(偏东),菲律宾及副高西南侧水汽输送加强(减弱),华南地区低层出现强的水汽辐合(辐散),导致降水偏多(偏少)。华南地区夏季降水两次年代际变化主要与风速变化引起的水汽输送动力散度项的异常有关,同时还受到与比湿变化引起的水汽输送热力散度项异常、及天气尺度的涡旋引起的水汽输送涡流散度项异常影响。此外,研究发现水汽输送的异常与环流和海温异常均密切相关。