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中国极端天气气候研究——“地球系统与全球变化”重点专项项目简介及最新进展
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作者 陈海山 张耀存 +6 位作者 张文君 尹志聪 华文剑 况雪源 陈国森 马红云 韩婷婷 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期23-45,共23页
全球变暖背景下,极端天气气候事件频发,并表现出群发性、持续性、复合性等特点,不可预测性增加;持续性强降水、极端低温、复合型极端高温干旱、群发性热浪和台风等极端天气气候事件对我国经济社会和可持续发展影响巨大。然而,上述极端... 全球变暖背景下,极端天气气候事件频发,并表现出群发性、持续性、复合性等特点,不可预测性增加;持续性强降水、极端低温、复合型极端高温干旱、群发性热浪和台风等极端天气气候事件对我国经济社会和可持续发展影响巨大。然而,上述极端天气气候事件的新特征、关键过程和机理尚不完全清楚,重大极端事件的预报预测水平亟待提升。文章首先简要介绍“地球系统与全球变化”重点专项项目“中国极端天气气候事件的形成机理及其预测和归因”的基本情况。项目拟在分析全球变化背景下对我国造成重大影响的极端天气气候事件新特征的基础上,深入研究多尺度海-陆-气耦合过程影响极端天气气候事件的机理,挖掘极端天气气候事件次季节-季节预测的前兆信号;发展动力与物理统计相结合的极端事件预测新方法,研制针对中国极端事件的新一代高分辨率数值预报与检测归因系统。文章重点总结了自2022年12月项目立项至今取得的最新研究成果和进展。 展开更多
关键词 极端天气气候事件 海气相互作用 陆面过程 海陆气耦合 机理 预测 归因
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北疆冬季持续性极端低温事件延伸期的环流异常特征
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作者 马丽云 陈平 +2 位作者 胡景高 姚俊强 毛炜峄 《大气科学》 CSCD 北大核心 2024年第2期585-601,共17页
本文利用1951~2019年国家气象信息中心逐日站点数据和NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季北疆(新疆北部)持续性极端低温事件(PECE)频次的时空分布特征,并探讨了平流层与对流层在事件发生发展过程中的作用。分析表明:年代际尺度上,北疆PECE... 本文利用1951~2019年国家气象信息中心逐日站点数据和NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季北疆(新疆北部)持续性极端低温事件(PECE)频次的时空分布特征,并探讨了平流层与对流层在事件发生发展过程中的作用。分析表明:年代际尺度上,北疆PECE在20世纪60年代发生频次最多,此后逐渐减少,表明北疆区域发生该事件的概率在降低。空间分布上,无论是极端低温频次还是冷空气强度,极值中心皆在额尔齐斯河流域一线。北疆PECE发展过程中,平流层和对流层环流皆发生了阶段性的调整。延伸期阶段,距事件爆发前25日时,平流层I区(30°E~120°E)极涡首先开始了由强到弱的转变(欧亚弱极涡型)。行星波向下游频散,东南支波列携带能量影响北疆。至事件爆发前20日,对流层极涡也表现出强度减弱,冷空气分裂南下。此后进入短期阶段,来自北冰洋的冷空气在乌拉尔山高压脊前堆积,使得高压脊加强维持至事件爆发前3日,西伯利亚高压携带冷空气向东南方向扩展,随后对流层大型横槽斜脊引导冷空气南下,地面西伯利亚高压发展强盛向南爆发,3日后冷空气影响北疆地区。 展开更多
关键词 新疆北部 持续性极端低温事件 关键影响系统 平流层—对流层过程
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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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作者 姜玉洁 张玲 +2 位作者 朱寿鹏 白永清 智协飞 《大气科学》 CSCD 北大核心 2024年第2期773-788,共16页
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... 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。 展开更多
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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CRA40再分析资料在“21·7”极端强降水研究中适用性评估
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作者 陈姝宜 高庆九 +2 位作者 谭桂容 孙玉婷 王辰 《气象科学》 2024年第1期82-93,共12页
本文基于实际观测数据对比分析ERA5、CRA40、CFSR和NCEP/NCAR四套再分析资料在“21·7”极端暴雨研究中的表现,同时采用ERA5作为资料对比的基准,对CRA40在极端暴雨研究中的适用性进行评估。结果表明:(1)四套资料对台风“烟花”、副... 本文基于实际观测数据对比分析ERA5、CRA40、CFSR和NCEP/NCAR四套再分析资料在“21·7”极端暴雨研究中的表现,同时采用ERA5作为资料对比的基准,对CRA40在极端暴雨研究中的适用性进行评估。结果表明:(1)四套资料对台风“烟花”、副高等关键环流系统的强度估计均偏低,CRA40与ERA5所分析的高度场流型总体一致,且环流更接近实况。ERA5对200 hPa高空急流的强度估计最高,CRA40与ERA5的差异最小。对流层低层风速的再现能力CRA40与ERA5相当。对于台风“烟花”的加强转折,四套资料均无法再现。(2)925 hPa温度场上,相较其他资料,在青藏高原地区ERA5温度较低,CRA40温度最高,对于弱冷空气侵入河南北部的过程以CRA40与ERA5的结果最为接近。CRA40对水汽通量及其散度的描述与ERA5在分布形势以及数值上较为接近。(3)CRA40与ERA5资料均能刻画出“21·7”暴雨期间郑州站上空良好的动力条件,强度上CRA40基本略弱于ERA5,两套资料所表现出的经向/纬向环流和位涡总体特征一致。 展开更多
关键词 CRA40 ERA5 “21·7”暴雨 再分析资料 资料评估
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基于机器学习的中国夏季降水延伸期预报及土壤湿度的可能贡献
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作者 叶宇辰 陈海山 +1 位作者 朱司光 董寅硕 《高原气象》 CSCD 北大核心 2024年第1期184-198,共15页
延伸期预报准确率较低的问题仍然是目前重要的科学难题,做好延伸期预报对防灾减灾具有重要意义。本文利用机器学习方法开展了中国夏季降水延伸期(5~30天)预报试验,并探讨了土壤湿度对降水延伸期预报的可能贡献。结果表明机器学习方法的... 延伸期预报准确率较低的问题仍然是目前重要的科学难题,做好延伸期预报对防灾减灾具有重要意义。本文利用机器学习方法开展了中国夏季降水延伸期(5~30天)预报试验,并探讨了土壤湿度对降水延伸期预报的可能贡献。结果表明机器学习方法的预报结果准确率要比传统线性模型方法有较大改善,且在诸多机器学习方法中,以Catboost, Lightgbm和Adaboost三个机器学习模型为最优。进一步分析发现长江流域表层土壤湿度异常导致的蒸发异常和感热异常,能够引起大气环流和垂直运动异常,最终对夏季降水产生影响。使用三个最优的机器学习方法的集合计算出模型中各个预报因子的贡献率,发现在长江流域的延伸期降水中,局地土壤湿度主要在5~10天占主导作用,而前期降水主要在10~15天占主导作用,长江流域20~30天的延伸期降水基本上受到大尺度环流控制。还评估了非局地土壤湿度在延伸期降水中的作用,发现中南半岛表层土壤湿度主要对15~30天的长江流域延伸期降水有重要贡献。将中南半岛表层土壤湿度加入到东北地区延伸期降水模型中,发现对该地区延伸期降水预报准确率并无提升作用,验证了机器学习模型的可用性。该研究为延伸期降水预测以及探究预报因子贡献率提供了一定的参考。 展开更多
关键词 机器学习 延伸期预报 夏季降水 土壤湿度
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华南冬季极端低温事件的统计建模及未来预估
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作者 姜胜 李伟 +2 位作者 朱连华 孙威 江志红 《气象科学》 2024年第1期46-58,共13页
基于1961—2005年华南冬季逐日最低温度观测资料,以及参与CMIP5的IPSL-CM5A-MR、MPI-ESM-MR、CMCC-CMS 3个模式的历史模拟和未来排放情景预估数据,从过程角度定义和提取华南冬季极端低温事件及其特征指标,并通过引入极值理论构建极端低... 基于1961—2005年华南冬季逐日最低温度观测资料,以及参与CMIP5的IPSL-CM5A-MR、MPI-ESM-MR、CMCC-CMS 3个模式的历史模拟和未来排放情景预估数据,从过程角度定义和提取华南冬季极端低温事件及其特征指标,并通过引入极值理论构建极端低温事件的概率分布模型(Cold Spell Model,CSM),刻画其强度、频数和持续时间特征分布;进一步结合基于累计概率分布变换的偏差订正方法降低模式模拟的偏差,探讨了RCP4.5情景下全球升温1.5℃和2℃时极端低温事件的风险变化。研究表明:(1)CSM模型能够较好地拟合极端低温特征概率分布,大部分台站通过了K-S或卡方检验;(2)相对于观测,模式模拟极端低温存在一定偏差,经偏差订正后,各站点BS评分接近于0,SS评分普遍提高到0.88左右;(3)全球增暖背景下,华南地区极端低温呈现强度减弱、频数减少、持续时间缩短的特征。全球增暖1.5、2.0℃背景下,华南大多数地区极端低温事件平均强度减弱,频次降低,持续时间变化具有明显的空间差异;每年发生1次极端低温事件的概率增加,但每年发生3、5次的概率减少;增暖1.5℃下极端低温事件持续性特征变化不明显。但增暖2℃下,华南大部分地区持续1 d的极端低温事件更易发生,但更长持续时间(3、5 d)的极端低温事件发生的可能性显著减少。 展开更多
关键词 极端低温事件 极值模型 偏差订正 未来预估
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四川盆地一次暴雨过程中的穿透性对流形成机理分析
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作者 赖子洋 周玉淑 +1 位作者 葛旭阳 邓国 《大气科学》 CSCD 北大核心 2024年第2期755-772,共18页
2019年8月18~22日,高原东侧到四川盆地西部发生的一次暴雨过程,其与穿透性对流的发生发展密切相关。为揭示此次穿透性对流的形成机理和过程,本文利用欧洲中心再分析资料ERA5以及高分辨数值模式(WRF)的模拟结果进行了分析。结果表明,此... 2019年8月18~22日,高原东侧到四川盆地西部发生的一次暴雨过程,其与穿透性对流的发生发展密切相关。为揭示此次穿透性对流的形成机理和过程,本文利用欧洲中心再分析资料ERA5以及高分辨数值模式(WRF)的模拟结果进行了分析。结果表明,此次穿透性对流过程发生在中国沿海地区大范围对流层顶折叠导致盆地以东的上空出现平流层位涡(PV)下传的特殊天气背景下。穿透性对流的形成主要分为三个阶段:(1)中低层对流的触发。由于大陆高压西伸,四川盆地附近气压梯度加强引起低空急流发展,在其左侧产生气旋性切变,同时引起与高原东南侧大地形正交的抬升气流分量增强。地形动力抬升叠加气流辐合抬升在不稳定层结下触发对流。(2)对流层高层上升运动发展。这主要与湍流扩散导致的平流层持续下传的PV气团在非绝热加热作用下的发展有关。盆地西侧对流发展引起的非绝热加热作用导致高层净增温垂直梯度增强,进而导致了高层局地正PV的加强。高层东风气流背景下,正PV异常的右侧为上升运动,使得300 hPa以上至下平流层上升运动的发展增强。(3)盆地附近的高中低层上升运动垂直耦合叠加,形成穿透性对流。中尺度对流系统层状模态的发展以及干燥环境下水汽的蒸发冷却导致300 hPa至600 hPa出现下沉运动。下沉运动造成的局地干冷侵入,既加强了上空“下湿上干”的不稳定层结,也加强了中低层的气流辐合,导致原中层300~600 hPa附近的下沉运动转为上升运动。低层由于正涡度倾斜发展,上升运动得以维持。由此,四川盆地上空的上升运动出现整层的垂直叠加耦合,表现为从对流层低层到平流层底的一致性上升运动,穿透性对流形成,导致后期降水增强。 展开更多
关键词 四川盆地 穿透性对流 位涡思想 非绝热加热 暴雨
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季节内振荡水汽收支对长江中下游持续性极端降水强度的调控作用
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作者 叶梦茜 余锦华 +1 位作者 谢洁宏 林巧美 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期52-63,共12页
利用中国1979—2019年逐日降水格点数据,考量降水的时空聚集性强度之客观监测方法,识别中国东部区域极端降水事件,发现长江中下游是夏季持续3 d及以上区域持续性极端降水(PREP)发生最频繁的区域。以此为研究对象,基于水汽收支理论,利用E... 利用中国1979—2019年逐日降水格点数据,考量降水的时空聚集性强度之客观监测方法,识别中国东部区域极端降水事件,发现长江中下游是夏季持续3 d及以上区域持续性极端降水(PREP)发生最频繁的区域。以此为研究对象,基于水汽收支理论,利用ERA-Interim再分析资料和带通滤波方法,诊断日降水及其水汽收支的季节内特征,研究关键尺度对流层高低空系统配置及演变。结果显示:PREP日降水强度及其演变被证实与区域大气柱水汽辐合量相一致。10~30 d准双同振荡(QBWO)和30~90 d(MJO)的水汽辐合在事件发生前1~3 d和7~9 d开始由负位相转为正位相。区域南、北边界QBWO(MJO)水汽输送在事件发生前2~4 d(9~10 d)由水汽输出转为输入。南海的QBWO对流北传至长江中下游,促使源于西北太平洋的对流层低层QBWO反气旋式环流系统向西南移动,其西北侧的西南风使区域南边界水汽输送在事件开始日达最大。事件发生前10 d左右,对流层低层MJO反气旋式环流系统出现在西北太平洋,并向西南移动,长江中下游气旋系统加强维持,对流层中层孟加拉湾MJO尺度低槽开始加深,三者的配合使区域南边界的MJO水汽输入逐渐增强并维持到事件发生后。MJO尺度的强水汽输入结合QBWO反气旋式环流促使长江中下游地区的持续性极端降水事件的发生。研究结果对持续性极端降水事件延伸期的预报提供参考。 展开更多
关键词 区域持续性极端降水 长江中下游 时空聚集性强度 季节内振荡 水汽收支
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Downscaling Seasonal Precipitation Forecasts over East Africa with Deep Convolutional Neural Networks
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作者 Temesgen Gebremariam ASFAW Jing-Jia LUO 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2024年第3期449-464,共16页
This study assesses the suitability of convolutional neural networks(CNNs) for downscaling precipitation over East Africa in the context of seasonal forecasting. To achieve this, we design a set of experiments that co... This study assesses the suitability of convolutional neural networks(CNNs) for downscaling precipitation over East Africa in the context of seasonal forecasting. To achieve this, we design a set of experiments that compare different CNN configurations and deployed the best-performing architecture to downscale one-month lead seasonal forecasts of June–July–August–September(JJAS) precipitation from the Nanjing University of Information Science and Technology Climate Forecast System version 1.0(NUIST-CFS1.0) for 1982–2020. We also perform hyper-parameter optimization and introduce predictors over a larger area to include information about the main large-scale circulations that drive precipitation over the East Africa region, which improves the downscaling results. Finally, we validate the raw model and downscaled forecasts in terms of both deterministic and probabilistic verification metrics, as well as their ability to reproduce the observed precipitation extreme and spell indicator indices. The results show that the CNN-based downscaling consistently improves the raw model forecasts, with lower bias and more accurate representations of the observed mean and extreme precipitation spatial patterns. Besides, CNN-based downscaling yields a much more accurate forecast of extreme and spell indicators and reduces the significant relative biases exhibited by the raw model predictions. Moreover, our results show that CNN-based downscaling yields better skill scores than the raw model forecasts over most portions of East Africa. The results demonstrate the potential usefulness of CNN in downscaling seasonal precipitation predictions over East Africa,particularly in providing improved forecast products which are essential for end users. 展开更多
关键词 East Africa seasonal precipitation forecasting DOWNSCALING deep learning convolutional neural networks(CNNs)
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Anthropogenic influence on the extreme drought in eastern China in 2022 and its future risk
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作者 Yinjun Zhang Lin Chen +1 位作者 Yuqing Li Zi-An Ge 《Atmospheric and Oceanic Science Letters》 CSCD 2024年第1期21-27,共7页
2022年夏季中国东部地区遭遇了一次持续性极端高温干旱事件.本文利用CMIP6检测归因比较计划(DAMIP)数据,量化了人为强迫对类2022年极端干旱事件发生概率的影响,并基于未来不同增暖情景试验给出了此类极端干旱事件的未来变化预估.通过分... 2022年夏季中国东部地区遭遇了一次持续性极端高温干旱事件.本文利用CMIP6检测归因比较计划(DAMIP)数据,量化了人为强迫对类2022年极端干旱事件发生概率的影响,并基于未来不同增暖情景试验给出了此类极端干旱事件的未来变化预估.通过分析不同外强迫因子作用下此类极端干旱事件的发生概率变化,发现人为强迫使此类极端干旱事件的发生概率提高约56%,这主要与人为强迫下中国东部平均水汽减少和平均上升运动减弱有关.进一步通过分析此类极端干旱事件对不同温室气体排放情景(SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP5-8.5)的响应,发现在低排放情景下类2022年极端干旱事件的发生概率较当今气候显著下降,这主要与中国东部平均水汽的增加和平均环流的变化有关,而在高排放情景(SSP5-8.5)下,此类极端干旱事件的发生概率较当今气候增加约79%,这主要与高排放情景下平均下沉运动增强有关.该研究表明,人为强迫通过调制气候平均背景场从而引起极端事件发生频次的变化是人类活动影响极端气候事件的重要途径之一,极端干旱事件对温室气体排放量的响应可能是非线性的. 展开更多
关键词 极端干旱 中国东部 归因分析 人为强迫 未来预估
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Characteristics of Lightning Activity in Southeast China and its Relation to the Atmospheric Background
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作者 支树林 朱杰 +1 位作者 刘岩 毛梦妮 《Journal of Tropical Meteorology》 SCIE 2024年第1期76-88,共13页
Based on the lightning observation data from the Fengyun-4A(FY-4A)Lightning Mapping Imager(FY-4A/LMI)and the Lightning Imaging Sensor(LIS)on the International Space Station(ISS),we extract the“event”type data as the... Based on the lightning observation data from the Fengyun-4A(FY-4A)Lightning Mapping Imager(FY-4A/LMI)and the Lightning Imaging Sensor(LIS)on the International Space Station(ISS),we extract the“event”type data as the lightning detection results.These observations are then compared with the cloud-to-ground(CG)lightning observation data from the China Meteorological Administration.This study focuses on the characteristics of lightning activity in Southeast China,primarily in Jiangxi Province and its adjacent areas,from April to September,2017–2022.In addition,with the fifth-generation European Centre for Medium-Range Weather Forecasts reanalysis data,we further delved into the potential factors influencing the distribution and variations in lightning activity and their primary related factors.Our findings indicate that the lightning frequency and density of the FY-4A/LMI,ISS-LIS and CG data are higher in southern and central Jiangxi,central Fujian Province,and western and central Guangdong Province,while they tend to be lower in eastern Hunan Province.In general,the high-value areas of lightning density for the FY-4A/LMI are located in inland mountainous areas.The lower the latitude is,the higher the CG lightning density is.High-value areas of the CG lightning density are more likely to be located in eastern Fujian and southeastern Zhejiang Province.However,the high-value areas of lightning density for the ISS-LIS are more dispersed,with a scattered distribution in inland mountainous areas and along the coast of eastern Fujian.Thus,the mountainous terrain is closely related to the high-value areas of the lightning density.The locations of the high-value areas of the lightning density for the FY-4A/LMI correspond well with those for the CG observations,and the seasonal variations are also consistent.In contrast,the distribution of the high-value areas of the lightning density for the ISS-LIS is more dispersed.The positions of the peak frequency of the FY-4A/LMI lightning and CG lightning contrast with local altitudes,primarily located at lower altitudes or near mountainsides.K-index and convective available potential energy(CAPE)can better reflect the local boundary layer conditions,where the lightning density is higher and lightning seasonal variations are apparent.There are strong correlations in the annual variations between the dew-point temperature(Td)and CG lightning frequency,and the monthly variations of the dew-point temperature and CAPE are also strongly correlated with monthly variations of CG lightning,while they are weakly correlated with the lightning frequency for the FY-4A/LMI and ISS-LIS.This result reflects that the CAPE shows a remarkable effect on the CG lightning frequency during seasonal transitions. 展开更多
关键词 LIGHTNING satellite and ground detections atmospheric background Southeast China
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Factors Influencing the Spatial Variability of Air Temperature Urban Heat Island Intensity in Chinese Cities
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作者 Heng LYU Wei WANG +3 位作者 Keer ZHANG Chang CAO Wei XIAO Xuhui LEE 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期817-829,共13页
Few studies have investigated the spatial patterns of the air temperature urban heat island(AUHI)and its controlling factors.In this study,the data generated by an urban climate model were used to investigate the spat... Few studies have investigated the spatial patterns of the air temperature urban heat island(AUHI)and its controlling factors.In this study,the data generated by an urban climate model were used to investigate the spatial variations of the AUHI across China and the underlying climate and ecological drivers.A total of 355 urban clusters were used.We performed an attribution analysis of the AUHI to elucidate the mechanisms underlying its formation.The results show that the midday AUHI is negatively correlated with climate wetness(humid:0.34 K;semi-humid:0.50 K;semi-arid:0.73 K).The annual mean midnight AUHI does not show discernible spatial patterns,but is generally stronger than the midday AUHI.The urban–rural difference in convection efficiency is the largest contributor to the midday AUHI in the humid(0.32±0.09 K)and the semi-arid(0.36±0.11 K)climate zones.The release of anthropogenic heat from urban land is the dominant contributor to the midnight AUHI in all three climate zones.The rural vegetation density is the most important driver of the daytime and nighttime AUHI spatial variations.A spatial covariance analysis revealed that this vegetation influence is manifested mainly through its regulation of heat storage in rural land. 展开更多
关键词 air temperature urban heat island spatial variations biophysical drivers Chinese cities climate model
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Representation of the Stratospheric Circulation in CRA-40 Reanalysis:The Arctic Polar Vortex and the Quasi-Biennial Oscillation
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作者 Zixu WANG Shirui YAN +3 位作者 Jinggao HU Jiechun DENG Rongcai REN Jian RAO 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期894-914,共21页
The representation of the Arctic stratospheric circulation and the quasi-biennial oscillation(QBO)during the period 1981–2019 in a 40-yr Chinese global reanalysis dataset(CRA-40)is evaluated by comparing two widely u... The representation of the Arctic stratospheric circulation and the quasi-biennial oscillation(QBO)during the period 1981–2019 in a 40-yr Chinese global reanalysis dataset(CRA-40)is evaluated by comparing two widely used reanalysis datasets,ERA-5 and MERRA-2.CRA-40 demonstrates a comparable performance with ERA-5 and MERRA-2 in characterizing the winter and spring circulation in the lower and middle Arctic stratosphere.Specifically,differences in the climatological polar-mean temperature and polar night jet among the three reanalyses are within±0.5 K and±0.5 m s^(–1),respectively.The onset dates of the stratospheric sudden warming and stratospheric final warming events at 10 hPa in CRA-40,together with the dynamics and circulation anomalies during the onset process of warming events,are nearly identical to the other two reanalyses with slight differences.By contrast,the CRA-40 dataset demonstrates a deteriorated performance in describing the QBO below 10 hPa compared to the other two reanalysis products,manifested by the larger easterly biases of the QBO index,the remarkably weaker amplitude of the QBO,and the weaker wavelet power of the QBO period.Such pronounced biases are mainly concentrated in the period 1981–98 and largely reduced by at least 39%in 1999–2019.Thus,particular caution is needed in studying the QBO based on CRA-40.All three reanalyses exhibit greater disagreement in the upper stratosphere compared to the lower and middle stratosphere for both the polar region and the tropics. 展开更多
关键词 CRA-40 ERA-5 MERRA-2 Arctic stratosphere the QBO
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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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作者 徐邦琪 魏澎 +1 位作者 钱伊恬 游立军 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期65-79,共15页
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... 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。 展开更多
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
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Assessing the Relationship between October-November-December Rainfall and Indian Ocean Dipole in Recent Decades over Tanzania Following the 2011 Abrupt Change
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作者 Charles Yusuph Ntigwaza Wen Wang 《Journal of Geoscience and Environment Protection》 2024年第3期110-130,共21页
The present study explored how the Indian Ocean Dipole (IOD) influences October-November-December (OND) rainfall over Tanzania in recent decade following the 2011 abrupt change. The study spans 50 years, from 1973 to ... The present study explored how the Indian Ocean Dipole (IOD) influences October-November-December (OND) rainfall over Tanzania in recent decade following the 2011 abrupt change. The study spans 50 years, from 1973 to 2022. Notable abrupt changes were observed in 1976 and 2011, leading us to divide our study into two periods: 1976-2010 and 2011-2022, allowing for a close investigation into the existing relationship between OND IOD and OND rainfall and their associated large-scale atmospheric circulations. It was found that the relationship between OND IOD and OND rainfall strengthened, with the correlation changed from +0.73 during 1976-2010 to +0.81 during 2011-2022. Further investigation revealed that, during 1976-2010, areas that received above- normal rainfall during positive IOD experienced below-normal during 2011- 2022 and vice versa. The same pattern relationship was observed for negative IOD. Spatial analysis demonstrates that the percentage departure of rainfall across the region mirrors the standardized rainfall anomalies. The study highlights that the changing relationship between OND IOD and OND rainfall corresponds to the east-west shift of Walker circulation, as well as the north-south shift of Hadley circulation. Analysis of sea surface temperature (SST) indicates that both positive and negative IOD events strengthened during 2011-2022 compared to 1976-2010. Close monitoring of this relationship across different timescales could be useful for updating OND rainfall seasonal forecasts in Tanzania, serving as a tool for reducing socio-economic impacts. 展开更多
关键词 Sea Surface Temperature (SST) Percentage Departure of Rainfall Atmos-pheric Circulations Walker Circulation Hadley Circulation
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Characteristics of Extreme Rainfall Events over Uganda during September to November Rainfall Season
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作者 Donnata Alupot Guirong Tan +1 位作者 Kokou Romaric Posset Peter Natiko 《Journal of Geoscience and Environment Protection》 2024年第3期131-152,共22页
Understanding the characteristics of extreme rainfall is crucial for effective flood management planning, as it enables the incorporation of insights from past extreme rainfall patterns and their spatiotemporal distri... Understanding the characteristics of extreme rainfall is crucial for effective flood management planning, as it enables the incorporation of insights from past extreme rainfall patterns and their spatiotemporal distribution. This work investigated the changes in the frequency and pattern of extreme rainfall over Uganda, using daily datasets sourced from Climate Hazard Group InfraRed Precipitation with Station (CHIRPS-v2) for the period 1981 to 2022. The study utilized the extreme weather Indices provided by the Expert Team on Climate Change Detection and Indices (ETCCDI). Attention was directed towards September to November (SON) rainfall season with precise analysis of four indices (Rx1day, Rx5day, R95p, and R99p). The Sequential Mann-Kendall (SQMK) non-parametric test was applied to identify abrupt changes in SON extreme rainfall trends. Results showed that October consistently recorded the highest count of extreme rainfall days across all four indices. The long-term analysis revealed fluctuations in extreme rainfall events across years, with certain periods exhibiting heightened intensity. The analysis portrayed a shift in the decadal variations and region-specific distribution of extreme rainfall, with Eastern Uganda and areas around Lake Victoria standing out compared to other regions. The findings further revealed an increase in extreme rainfall for all indices in the recent decade (2011-2022) with 2019/2020 standing out as the extreme years of SON for the study period. While trendlines suggested a slight increase in intense daily rainfall events, the SQMK tests revealed statistical significance in the trend of prolonged periods of intense daily rainfall. This study contributes to the understanding of the spatiotemporal variability and trends of extreme rainfall events over Uganda during the SON season, which is crucial for the assessment of climate change impacts and adaptation strategies. It provides valuable information for seasonal extreme rainfall forecasting, development of early warning systems, flood risk management, and disaster preparedness plans. 展开更多
关键词 CHIRPS VARIABILITY Region-Specific Early Warning Climate Change
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Assimilating FY-4A AGRI Radiances with a Channel-Sensitive Cloud Detection Scheme for the Analysis and Forecasting of Multiple Typhoons
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作者 Feifei SHEN Aiqing SHU +4 位作者 Zhiquan LIU Hong LI Lipeng JIANG Tao ZHANG Dongmei XU 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期937-958,共22页
This paper presents an attempt at assimilating clear-sky FY-4A Advanced Geosynchronous Radiation Imager(AGRI)radiances from two water vapor channels for the prediction of three landfalling typhoon events over the West... This paper presents an attempt at assimilating clear-sky FY-4A Advanced Geosynchronous Radiation Imager(AGRI)radiances from two water vapor channels for the prediction of three landfalling typhoon events over the West Pacific Ocean using the 3DVar data assimilation(DA)method along with the WRF model.A channel-sensitive cloud detection scheme based on the particle filter(PF)algorithm is developed and examined against a cloud detection scheme using the multivariate and minimum residual(MMR)algorithm and another traditional cloud mask–dependent cloud detection scheme.Results show that both channel-sensitive cloud detection schemes are effective,while the PF scheme is able to reserve more pixels than the MMR scheme for the same channel.In general,the added value of AGRI radiances is confirmed when comparing with the control experiment without AGRI radiances.Moreover,it is found that the analysis fields of the PF experiment are mostly improved in terms of better depicting the typhoon,including the temperature,moisture,and dynamical conditions.The typhoon track forecast skill is improved with AGRI radiance DA,which could be explained by better simulating the upper trough.The impact of assimilating AGRI radiances on typhoon intensity forecasts is small.On the other hand,improved rainfall forecasts from AGRI DA experiments are found along with reduced errors for both the thermodynamic and moisture fields,albeit the improvements are limited. 展开更多
关键词 FY-4A AGRI radiance particle filter multiple typhoons data assimilation numerical weather prediction
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控制大田和自然大田稻纵卷叶螟危害水稻生理生态参数估算模型 被引量:1
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作者 包云轩 黄璐 +2 位作者 郭铭淇 朱凤 杨荣明 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第13期5466-5479,共14页
为了准确监测和客观评估稻纵卷叶螟对水稻生长发育和产量形成的危害,利用ASD Field Spec3地物波谱仪和SPAD-502叶绿素仪分别采集控制大田试验(2015年和2019年)和自然大田试验(2020年)在各生育期(拔节期、孕穗期、灌浆期、成熟期)水稻的... 为了准确监测和客观评估稻纵卷叶螟对水稻生长发育和产量形成的危害,利用ASD Field Spec3地物波谱仪和SPAD-502叶绿素仪分别采集控制大田试验(2015年和2019年)和自然大田试验(2020年)在各生育期(拔节期、孕穗期、灌浆期、成熟期)水稻的冠层高光谱数据和SPAD值,调查采集样点的虫量和水稻卷叶率,对比分析两种试验中稻纵卷叶螟的虫害发生特征、水稻冠层光谱特征和水稻生理生态参数特征,建立基于高光谱参数的水稻受稻纵卷叶螟危害的生理生态参数估算模型。结果表明,(1)两种试验的水稻SPAD值和冠层的红边至近红外波段的反射率均随着稻纵卷叶螟虫害程度的加重而降低,而可见光波段的反射率则相反;(2)自然大田试验的SPAD值和红光至近红外波段的冠层反射率在水稻生长发育前期要显著低于控制大田试验,而到了后期则反而要略高于控制大田试验;(3)综合分析筛选出自然大田试验和控制大田试验中的多个虫害特征参数和植被指数分别构建出了SPAD的单因子和多因子估算模型,各模型均达到了较好的估算效果,在单因子模型中EVI的二项式函数模拟效果最好,而多因子线性回归估测模型的模拟效果优于所有的单因子模型;(4)通过2021年对这些模型的应用检验发现:这些模型中基于虫量、卷叶率、OSAVI、EVI和DVI的单因子估算模型的SPAD估算值与实测值拟合度很高,其Rv 2均超过了0.8,达到了比较理想的估算效果,这为稻纵卷叶螟危害下的水稻SPAD值估测提供了一种精度较高且可行的估算方法。 展开更多
关键词 稻纵卷叶螟 冠层高光谱特征 生理生态参数 植被指数 估算模型
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快速更新循环同化系统的背景场误差协方差日变化特征研究及初步应用 被引量:1
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作者 陈耀登 方奎明 +2 位作者 陈敏 杨登宇 顾天威 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期259-270,共12页
目前多数快速更新循环同化系统在各分析时刻常使用固定的背景场误差协方差。为在快速更新循环同化系统中采用日变化的背景场误差协方差,基于RMAPS-ST系统分析了其夏季和冬季日变化背景场误差协方差特征,并进行了同化及预报对比试验。结... 目前多数快速更新循环同化系统在各分析时刻常使用固定的背景场误差协方差。为在快速更新循环同化系统中采用日变化的背景场误差协方差,基于RMAPS-ST系统分析了其夏季和冬季日变化背景场误差协方差特征,并进行了同化及预报对比试验。结果表明,该系统夏、冬两季的背景场误差协方差均呈现出明显的日变化特征,且夜间各变量(U、V、T、RH)的误差标准差与特征值均大于日间,反映模式系统夜间的预报误差大于日间;而夏季各变量误差标准差和特征值大于冬季,也说明系统在夏季的模式预报误差比冬季大;连续3 d的循环同化试验初步表明,采用日变化背景场误差协方差可以提高同化及预报效果。 展开更多
关键词 资料同化 快速更新循环 背景场误差协方差 日变化
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全球增暖1.5/2℃下中国区域极端降水的风险变化及其影响因子 被引量:4
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作者 朱连华 祝颖锜 +4 位作者 姚壹壹 石晨 徐凡然 赵暐昊 江志红 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2023年第1期97-109,共13页
利用24个CMIP6全球气候模式的逐日降水模拟资料,基于广义极值分布(GEV)模型,研究了全球增暖1.5/2℃下我国20、50和100 a重现期极端降水的未来风险变化。可以发现,相对于历史时期(1995—2014年),全球升温1.5和2℃下极端降水发生概率风险... 利用24个CMIP6全球气候模式的逐日降水模拟资料,基于广义极值分布(GEV)模型,研究了全球增暖1.5/2℃下我国20、50和100 a重现期极端降水的未来风险变化。可以发现,相对于历史时期(1995—2014年),全球升温1.5和2℃下极端降水发生概率风险空间分布相近,总体上呈现增加趋势,但额外增暖0.5℃将导致更高的风险。如50 a重现期极端降水,在增暖1.5/2℃下其重现期将分别变为17/14 a,极端降水将变得更加频繁。不同区域对气候变暖的响应存在区域差异,其中中国西部长江黄河中上游和青藏高原地区、中国东部长江黄河中下游及其以南地区,极端降水发生概率比达到3以上,局部更是达到5以上,为我国极端降水气候变化响应高敏感区域。进一步,基于概率分布函数从理论角度探讨了位置和尺度参数对发生概率风险的影响与贡献度量,并用于探讨极端降水气候平均态和变率变化对极端降水发生风险的影响,结果显示:位置和尺度参数的增量变化、风险变化率存在着显著的东西部差异,从而导致极端降水发生风险的影响因素存在差异。如中国西部尽管极端降水气候平均态和变率变化幅度不大,但因风险变化率较高,从而导致该区域的发生风险大幅增加;与之相反,中国东部风险变化率较小,但气候平均态和年际变率增幅较大,同样导致该区域风险增加依然较高;此外,相对于位置参数,全国大部分区域主要是尺度参数的变化导致极端降水未来风险增大。 展开更多
关键词 CMIP6 极端降水 全球变暖 广义极值分布 概率比
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