国家自然科学基金大气科学学科二级申请代码下设研究方向与关键词解读:D0510大气数据与信息技术

2021年,国家自然科学基金委员会进行了大气科学学科资助布局改革,形成了分属于“分支学科”“支撑技术”和“发展领域”三大板块的共15个二级申请代码的全新资助体系。作为“支撑技术”板块中的重要成员,“D0510大气数据与信息技术”申请代码旨在鼓励先进技术与方法的创新以及大气学科基础理论与技术的交叉融合。本文从改革背景、逻辑框架、内涵构成等方面对新编“D0510大气数据与信息技术”申请代码的四大类研究方向及关键词进行了专门解读,阐明了D0510主要侧重于提高包容性与覆盖面的设计思路,强调了D0510对“卡脖子”关键技术和潜在“颠覆性”技术的引领作用。本文对往年D0510各方向关键词的基金申请和文献使用情况进行了统计分析,以帮助相关科研人员及时把握D0510申请代码的发展趋势,充分理解研究方向与关键词的内涵和逻辑关系,避免研究方向和关键词的选取过于集中或者与其它板块申请代码间产生混淆等问题,从而为更准确地选择相应的研究方向与关键词提供参考。

国家自然科学基金大气科学学科二级申请代码下设研究方向与关键词解读:D0502气候与气候系统

为了推动我国基础研究的高质量发展,国家自然科学基金委员会对学科布局和申请代码进行了优化调整。按照科学基金改革的总体部署,2019年以来大气科学学科开展了申请代码调整工作并设置了15个二级申请代码。本文从申请代码调整的背景、逻辑框架、内涵构成等方面对二级申请代码D0502“气候与气候系统”的7个研究方向及其对应的关键词进行解读。在此基础上,对近两年D0502申请代码下的面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目的总体申请情况进行了分析,以帮助相关科研人员及时把握D0502申请代码的发展趋势,并充分理解研究方向与关键词的内涵和逻辑关系,从而为项目申请时更准确地选择相应的研究方向与关键词提供参考。

大气科学专业“天气预报综合实习”课程教学体会与思考

结合近几年南京信息工程大学大气科学专业"天气预报综合实习"教学现状,从课时设置、考核方式、师资力量等方面分析了造成毕业生初步制作天气预报能力下滑的原因。并针对这些问题提出了几点有关课程建设的建议,以期改善教学效果。

基于h指数和g指数的中国大气科学学科的论文评价

本文利用2009-2011年中国拥有大气科学学科的重点高校和两所研究院所发论文的总载文量和总被引次数,分别计算了他们h指数和g指数,并对指数的适用性进行了分析讨论.

京津冀平原区冬季大气环境容量变化:观测与预估

本文基于ERA5再分析数据,探究了京津冀地区冬季大气环境容量(Atmosphere Environmental Capacity,AEC)的时空变化特征以及相关影响因子。结果表明,冬季AEC在京津冀地区表现为西南部低,北部高的分布特征,其低值集中在平原区。京津冀平原区AEC变化与东亚冬季风、边界层高度、边界层内平均风速以及通风强度密切相关。东亚冬季风强、边界层高度高、边界层内平均风速大以及通风强度强,使得AEC偏高,反之亦然。进一步利用区域气候模式RegCM4对3个CMIP5全球气候模式的动力降尺度进行模拟,预估了京津冀平原区冬季AEC在RCP4.5和RCP8.5情景下的变化。结果显示,与1986—2005年相比,两种情景下京津冀平原区冬季AEC在21世纪中、末期都将下降,其中末期下降幅度高于中期、RCP8.5情景下的变化大于RCP4.5情景。上述变化与东亚冬季风减弱、东亚西风急流北移、边界层高度降低以及边界层内平均风速减小有关。

关于亚洲中高纬区极端气候的研究——国家自然科学基金重大项目内容及阶段进展简介

近年来极端气候的发生频率和强度有明显增强的趋势,在我国尤为突出(Yin et al., 2023b),造成了越来越大的对经济社会和人民生命安全的威胁。我国科学家也越来越关注我国及东亚区域的极端气候问题。对比而言,亚洲中高纬区虽然也是气候变化的高敏感区,受到的关注却相当少,可能是源于气候资料的相对欠缺,也可能和亚洲高纬度区域(特别是西伯利亚地区)人口少、经济社会发展滞后有关。实际上,随着对于北极放大效应的研究的深入,极其有必要开展对整个亚洲中高纬区开展气候变化影响和极端气候研究,把我国科学家高度关注的研究区域从东亚区向北延伸。其中有很多关键科学问题需要研究,特别是该区域极端气候的形成与变异过程、机制以及可预测性,极端气候对生态系统的影响,极端气候的未来演变趋势,等等。因此,国家自然科学基金委地学部在择优的基础上以重大项目的方式支持了这个方面的研究(项目执行期为2020~2024年)。本文概要介绍了该项目的框架和若干初步研究进展。

CMIP6模式对热带大气季节内振荡东传速度的模拟

成功预测热带大气季节内振荡(MJO)能够有效改进延伸期预报。但是目前对MJO的数值模拟仍具有一定的难度,其中一个主要挑战就是能否合理地模拟出MJO的传播速度。本文研究了CMIP6模式对MJO传播速度的模拟,并揭示了影响模式中MJO传播速度的因子。结果表明大部分CMIP6模式能够模拟出MJO在印度—太平洋暖池区域的传播特征,但对其平均传播速度的模拟存在显著的模式间差异。MJO的Kelvin波响应和Rossby波响应强度是影响模式中MJO传播速度的主要环流因子,强的Kelvin波响应有利于MJO加速东传,但强的Rossby波响应不利于MJO向东传播。模式间背景场海表温度(SST)的差异是导致Kelvin波响应差异的主要原因。MJO东传更快的模式在赤道太平洋中部和西北太平洋具有更高的SST。赤道太平洋中部偏暖主要以两种方式影响MJO的东传速度:第一,通过增加暖池的水平尺度,从而扩展MJO水平尺度,进而加强Kelvin波响应使得MJO东传加快;第二,通过增强该区域的水汽含量,减弱西太平洋纬向水汽梯度,导致纬向水汽平流增强,从而加速MJO东传。与前人研究不同,本研究发现西北太平洋增暖有助于加速模式中MJO的向东传播。西北太平洋增暖导致海温分布关于赤道更加对称,能够通过增强海洋性大陆北侧的水汽,使得背景场水汽分布关于赤道更加对称,从而有利于Kelvin波响应的发展。本研究的结论不仅能够提高我们对MJO传播动力机制的理解,也表明提高模式对背景场的模拟有助于改进对MJO传播特征的模拟。

南京市某CNG加气站大气甲烷体积分数的研究及气象要素对其影响

CNG即压缩天然气是重要的一类人为CH_4排放源,为探明CNG加气站CH_4扩散体积分数及其与气象要素之间的相关性,针对南京浦口区某加气站采用LGR (便携式温室气体分析仪)与气相色谱仪在加气的不同环节对CH_4体积分数进行观测。本文通过南京市某CNG加气站附近CH_4泄露时CH_4体积分数的测量数据,分析加气站加气过程中的不同环节CH_4的体积分数变化及其与气象要素(温度、风速、湿度)的关系。进行观测,并测量了同期不同的气象要素(温度、湿度、风速)。结果表明:加气站确实存在大量CH_4泄露,此CNG加气站CH_4平均体积分数与背景值的差值维持在0.7×10^(-6),尤其在在加气枪拔出瞬间,卸载气体体积分数会达到422.59×10^(-6);CH_4泄露受到气象要素的影响,泄露体积分数与温度、风速存在明显的负相关,且达到极显著水平(|R|=0.866>|R_(0.01)|),与湿度不存在相关性。

基于SVAR模型的气温变化对南京市工业经济的影响研究

目前气象经济学领域探讨气象因子与经济体之间相互动态影响的研究尚不多见,基于此,采用年平均气温序列及工业产值、GDP、劳动力序列,建立多变量的结构向量自回归模型(SVAR模型),通过脉冲响应函数来考察气温对南京市工业经济的动态影响,并用方差分解法揭示其相互影响程度。结果表明总体上气温升高对南京工业有负面影响,但是这种负面作用是趋缓的,平均每年南京工业产值的3.1%受到气温升高带来的负面影响;同时南京工业经济发展对当地气温升高确实存在促进作用,平均每年南京工业经济发展对本地的气温升高的贡献率有4.4%。研究也说明SVAR模型不失为研究气象因子对经济体影响的可行方法。

基于规则引擎的多元大气信息数据质量检查方法

为了提高气象观测资料的质量,为天气预报以及各类气象业务系统提供可靠的数据来源,提出了一种基于规则引擎的气象观测资料质量检查方法.该方法能对各类常规气象报文进行实时、准确地解码与译码,检查、订正不符合世界气象组织和中国气象局编码规范的报文,并具备灵活的人机交互能力,以适应各类气象观测资料不断发展、变化的要求.该方法的应用,可取代传统的以气候极值检验为主要手段的质量检查方法,提高了实时资料处理的效率,并显著提升了相关气象产品结果的准确性.经实践证明,该方法的应用是行之有效的.

南京冬季城、郊下垫面辐射平衡特征对比分析

市区水泥下垫面是城市各种人为下垫面类型中占比重最大的一种且具有典型的城市化特征,其热力性质明显有别于郊区接近自然的下垫面,这必然造成地表辐射平衡和能量交换过程发生改变,对城市气候产生影响。分析城、郊不同下垫面的辐射平衡特征,有助于进一步了解城市气候的成因和影响机制。本文利用在南京冬末开展的"城市边界层三维结构研究"实验所取得的城、郊水汽、温度和地表辐射平衡及分量观测资料,分析了南京城、郊下垫面近地层的辐射平衡及各分量的变化特征,结果表明:①不同天气条件下城、郊辐射平衡及分量特征有一定差异,尤其在天气转折变化时差异更明显,在晴天时差异最大,在下雪天时差异最小,但多云时更接近各辐射分量城、郊差异的平均特征;②净短波辐射在地表辐射平衡城、郊差异日变化中起主导作用;③在冬季多云时的城市"干岛"效应和雪天时的城市"热岛"效应也是影响城市辐射平衡及各分量城、郊对比差异的重要因子。

基于GIS的南京主城区暴雨内涝灾害脆弱性研究

根据南京市暴雨强度公式,计算得出2、5、10、20、50年一遇的降水分别在20 min、40 min、1 h、2 h、3 h的降水量;然后根据土地利用数据、DEM数据、建筑密度等,将降水量代入修正的SCS水文模型,计算得出在不同重现期内不同历时的淹没水深;最后由淹没水深跟灾损率的关系得出南京市暴雨脆弱性分布,并对计算结果进行分析。结果表明,南京市鼓楼区及其周围地区的淹没水深较大,脆弱性与淹没水深相关性较大,但是脆弱性不完全由淹没水深决定,会出现淹没水深高脆弱性低和淹没水深低脆弱性高的现象。

南京市心脑血管疾病的医疗气象预报研究

以2003年1月至2008年7月南京市某医院的心脑血管逐日就诊人数为样本,首先根据其时间分布特征采用虚拟变量选择包含节假日等的22个非气象因子,然后通过逐步回归法筛选气象因子和非气象因子,得到最终模型的解释变量,采用支持向量机(SVM)回归方法分别构建了南京市心、脑血管疾病预测模型。将就诊人数分为5个等级,通过反查,模型针对心、脑血管疾病在同一等级和差一等级的准确率分别为87.91%和84.62%,实际预测结果较好,证明该模型具有较高的实际应用价值。

南京地区霾预报方法试验研究

支持向量机(SVM)方法是基于统计学理论的一种新的机器学习方法,对解决小样本条件下的非线性问题非常有效。利用2004～2007年南京站的逐日常规观测资料以及同期南京市环境质量监测点的逐日污染物浓度资料,使用SVM分类和回归方法分别建立了南京地区霾日分类预报模型和有霾日14时(北京时间,下同)能见度预报模型。预报试验结果表明:南京地区霾日的SVM分类预报结果,Ts(Threat scores)评分均在0.4以上;而有霾日14时能见度的SVM回归预报结果,按能见度误差范围为±3km算,准确率均达到了86%以上;加入当天08时新资料的订正预报模型,其预报结果优于起始预报模型。二者的预报结果较为满意,可以给实际业务预测提供参考。

近11 a南京市酸雨变化及其成因分析

本文结合2003—2013年以来南京国家基准气候站的逐日酸雨资料以及地面气象资料和高空探测资料,分析了近11 a来南京地区的酸雨变化特征以及相应的气象和气溶胶影响因子变化。所得结果表明:近11 a来南京地区的酸雨变化总体呈明显恶化态势,表现为酸雨的发生率明显提高,相应的酸度(pH值)显著下降;从影响酸雨变化的气象条件看,酸雨的pH值随着降水量增大而降低;垂直不稳定条件是影响酸雨的另一重要方面,酸雨事件出现时通常伴随出现高空逆温,在冬季有99%的事件出现逆温;分析850 hPa的风速和风向情况发现,冬、夏季分别有47%和52%的酸雨事件出现东风或东北风,这可能说明外部的输入性污染物对酸雨的形成也起着重要的作用。

南京市短历时暴雨雨型分析

采用南京站1951—2017年分钟降雨资料建立暴雨统计样本,分别利用模糊识别法、芝加哥法和P&C法对南京市历时60、90、120、150和180min的短历时暴雨过程进行雨型分析,结果表明:过去67年最大日降雨量呈增大趋势,而近30年来暴雨日数也明显增多。3种方法推求出的雨型以单峰型为主,雨峰位置基本处于整场降雨的前1/2分位内,即暴雨过程的前中部。芝加哥法推求的单峰雨型,瞬时雨强先增大、后减小,重现期2a的各历时累计降雨量在33.26~55.21mm;P&C法分析显示历时90min以上的暴雨常出现两个甚至多个雨峰,该方法计算的雨强在时间尺度上的分布更接近实际降雨情况,在业务应用中应根据自身需要选取适合的方法进行雨型分析。

藏东南大气中多环芳烃的污染特征及来源分析

为探究青藏高原东南部大气中多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,简称PAHs)的污染、源及输送特征,利用鲁朗地区(29.77°N,94.73°E)总悬浮颗粒物(Total Suspended Particles,简称TSP)和大气中的14种PAHs含量,结合同期气象环境数据进行了综合分析。结果表明,该地区TSP中PAHs和气相的PAHs质量浓度变化范围分别为0.22~5.05 ng m^(-3)和0.83~63.75 ng m^(-3),平均值分别为2.13 ng m^(-3)和11.33 ng m^(-3)。薪柴和柴油的燃烧是污染的主要方式,汽油燃烧等其他排放为次要方式。PAHs来自本地污染和远距离传输(Long Range Transmission,简称LRT)共同的影响。本地污染在四季各个源地均不相同。冬春季本地污染大,源在东南及正南方,夏秋季受本地和外来输送共同作用,本地源在东南方且占比小,LRT占比大。LRT受西北气流、西风气流和西南气流三支气流影响,污染严重时西南气流占主导,西风气流次之,污染较轻时西风气流或西北气流占主导,西北气流所传输的污染最少。该研究结果加深了对藏东南区域PAHs变化、输送特征的认识,为该区域大气污染治理提供了理论依据。

联合静止气象卫星成像仪和高光谱红外大气探测仪观测的三维水平风场反演

风云四号A星(FY-4A)上搭载的干涉式红外探测仪(GIIRS)是首个地球静止轨道上的红外高光谱大气探测仪,它可以提供连续的三维大气温度和水汽的观测,通过追踪水汽的移动可以反演得到不同高度的大气水平风场。本研究利用台风玛丽亚(2018年)期间FY-4A加密观测(15分钟间隔)的GIIRS数据开展晴空和部分云区的三维水平风场算法研究,重点研究如何联合同一卫星平台的多光谱成像仪(AGRI)改进GIIRS部分云视场区的三维风场反演结果。利用ERA5独立测试集、CRA40再分析和空投探空数据开展对晴空和云区的三维风场反演结果的检验,基于该个例的反演结果表明:(1)基于GIIRS亮温信息反演得到对流层水平风场,在晴空区均方根误差小于1.5 m s^(-1),方向绝对差基本在15°左右,在部分云视场区,均方根误差为1.5~1.7 m s^(-1),方向绝对差基本在20°左右。与光流法相比,基于GIIRS亮温的直接反演表现出更好的优势,其均方根误差和方向绝对差明显小于光流法的结果。(2)按云量和云顶高度分类后,表现出云量越多、云顶高度越高则RMSE(Root Mean Square Error)越大。在部分云视场区,进一步在反演模型输入中加入来自同平台上成像仪(AGRI)云量和云高信息后,RMSE有所减小,表明更高空间分辨率的AGRI产品可以改进GIIRS部分云覆盖区的风场反演精度。(3)基于GIIRS亮温信息反演的风廓线与CRA40再分析、空投探测风廓线有较好的一致性,表明利用静止卫星红外高光谱大气探测仪观测亮温反演风场的合理性和可行性。

干旱形成机制与预测理论方法及其灾害风险特征研究进展与展望

在全球变暖背景下,干旱事件发生的频率和强度不断增大、影响不断加重,干旱发生规律的异常性和机制的复杂性也更为突出,对干旱形成机制、预测理论方法及灾害风险变化规律等方面都提出了新的挑战,也制约了当前干旱预测、预警及其灾害防控能力的提高。近年来,在国家重点基础研究发展计划(973计划)课题等多个国家级项目支持下,已在干旱灾害形成机制与预测理论方法及其风险特征方面取得了一系列新成果。通过动力诊断、数值模拟和田间试验等方法,开展了干旱形成的多因子协同作用和多尺度叠加机制、干旱致灾过程的逐阶递进特征,以及干旱灾害风险分布演化的主控因素等方面的研究。对如下几方面的新进展进行了系统总结归纳:(1)厘清了全球变暖背景下青藏高原热力、海温、夏季风、遥相关等多因子对干旱形成的作用机制。(2)发现了降水亏缺时间尺度和农作物不同生长阶段的干旱敏感性规律。(3)揭示了变暖背景下典型区域干旱灾害风险分布及其变异的新特征;构建了干旱灾害风险新概念模型。(4)研发了东亚季风区的季节和次季节干旱集成预测系统。在总结归纳已取得研究成果的基础上,对未来干旱形成机制及其灾害风险科学研究进行了展望,提出了5个重点研究方向:(1)多因子联动及其多尺度叠加效应对干旱形成的影响;(2)系统整合人类活动和决策以及相关反馈的气候模式研究;(3)揭示陆-气耦合和大气环流协同作用对干旱的影响;(4)认识干旱灾害对粮食安全和生态安全影响的关键过程;(5)提高不同气候情景下干旱预估的准确度。

秋季北大西洋马蹄型海温异常与初冬我国气温年际变化的联系

本文基于Hadley中心的海表温度资料、全国160站气温资料以及National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research(NCEP/NCAR)的再分析资料,运用经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分解和相关分析等多种统计方法,研究了1951~2020年秋季(9~11月)北大西洋海温年际异常的主要特征及其对初冬(12月)我国气温异常的影响。结果表明:秋季北大西洋海温异常EOF的第一模态是纽芬兰岛东南部海温为负(正)距平,北大西洋副极地和副热带及其东部海温为正(负)距平的马蹄型海温模态,方差贡献率为20.5%。研究表明,秋季北大西洋马蹄型海温异常与我国大部分地区初冬气温异常有显著的正相关关系,即秋季北大西洋马蹄型海温模态呈正位相时,我国大部分地区初冬气温偏高,反之,我国大部分地区初冬气温偏低。进一步分析表明,秋季北大西洋马蹄型海温异常能够持续到初冬。当秋季北大西洋马蹄型海温呈正(负)位相时,初冬北大西洋副极地和副热带海温异常通过加热(冷却)异常能够引起局地对流层上层的辐散(辐合)运动,并且激发出南、北两支Rossby波列。其中,北支波列由北大西洋副极地向东北方向传播至巴伦支海附近,然后沿西伯利亚向东南方向传播至我国上空;南支波列由北大西洋副热带向东传播至我国上空。在南、北支波列的影响下,我国上空对流层上层出现异常辐合(辐散),与之伴随的异常下沉(上升)运动使得我国上空云量减少(增加),到达地表的短波辐射增加(减少),同时地表向低层大气传输的长波辐射增加(减少),在非绝热加热的作用下,我国大部分地区气温偏高(偏低)。利用NCAR Community Atmosphere Model version 5.3(CAM5.3)模式模拟了北大西洋马蹄型海温异常对初冬大气环流、辐射强迫和气温的影响,模拟结果与观测资料统计分析结果基本一致,进一步表明该海温模态能够激发出遥相关波列,影响东亚大气环流异常,通过非绝热加热的作用影响我国气温异常的年际变化。