近年来国内外学者采用不同的方法评估气候变化对粮食生产的影响,其中机理模型评价方法是运用较多的方法之一.WOFOST(WOrld FOod STudies)模型由于其机理性强、源代码开放、参数调整较为简便等优势,已经在相关研究中得到广泛应用.该模型以不同作物生长发育的机理过程为依据,经过适用性验证后,可用于粮食作物气候生产潜力评估和气象灾害影响评价;结合历史气候资料与未来气候情景数据,可定量评价过去及未来气候变化对粮食生产的影响.通过介绍WOFOST模型的基本原理、运行机制、参数设定与参数本地化等相关方法,系统总结该模型在评估气候变化对粮食生产影响方面的研究进展,并指出现有研究存在的不足,以期为未来开展相关研究工作提供参考.
利用区域气象观测站、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析数据集(ECMWF Reanalysis v5,ERA5)、风廓线组网产品、S 波段新一代天气雷达(S-band Doppler weather radar in China New Generation Weather Radar Network,CINRAD/SA)和 X 波段相控阵天气雷达(X-band phased array weather radar,XPAR)等资料,对2021年8月10日发生在黄河三角洲的3个EF0—EF1级非中气旋龙卷过程进行了详细分析.结果表明:(1)此次龙卷天气发生在高空干冷西北气流、低层横槽前暖脊和地面倒槽涡旋背景下,强烈的对流不稳定、0～6.0 km深厚层垂直风切变、大的低层湿度和接近1 000 m的抬升凝结高度,是此次弱非中气旋龙卷生成的有利环境条件;不利的条件是0～1.0 km低层垂直风切变非常弱.(2)海风锋、阵风锋触发对流,横槽分裂南下使上升运动加强;龙卷风暴影响时,临近区域气象观测站要素表现出明显变化,但风场的辐散特征表明观测站附近的大风还与风暴下沉气流有关.(3)龙卷母风暴为多单体合并、后向传播型风暴,双龙卷的形成与单体合并发展有关;雷暴下沉气流形成的阵风锋(出流边界)与海风锋合并使气旋性小尺度涡旋加强,当该小尺度气旋遇到经单体合并后发展加强的上升运动时,旋转运动进一步增强,从而激发了第3个龙卷.(4)CINRAD/SA只观测到气旋性涡旋和风暴顶辐散;XPAR在双龙卷期间观测到强切变和龙卷碎片特征,相关系数低值区明显.
Anthropogenic aerosols increased dramatically in the past century, and are an important radiative forcing for regional climate change. Observations show that South Asia underwent a widespread drying trend during summertime in the second half of the twentieth century, which can be attributed mainly to human-influenced aerosol emissions. Recent studies revealed a range of causations of the weakened South Asian summer monsoon (SASM), often associated with the increase of anthropogenic aerosols. Due to their complex interactions with climate system, conflicting views exist regarding how the anthropogenic aerosols regulate the SASM response dynamically. Climate model results indicate that both the direct atmospheric response to radiative forcing and the coupled ocean-atmosphere interaction contribute to the aerosol-induced SASM response. Model biases and intermodel variability remain major challenges for reducing uncertainties in understanding SASM change. Besides, evaluating the effect of internal variability and isolating the forced SASM response to aerosol forcing call for future investigations.
2023年春季(3-5月)北半球大气环流特征为:极涡呈单极型,核心区呈轴对称分布,较常年平均明显偏强;中高纬呈4波型分布,北太平洋西风带比较平直,与2021年春季相似.季内我国近海冷空气活动较弱,海雾过程频繁:8级以上大风过程出现了 5次,其中冷空气大风过程为3次,入海温带气旋大风过程为1次,台风大风过程为1次;比较明显的海雾过程出现了 8次,其中3月为3次,4月为2次,5月为3次.我国近海浪高2.0 m以上的大浪过程有11次,其中4次大浪过程最大浪高超过3.0 m.海面温度呈逐渐上升趋势,东海至华南沿海一带海面温度梯度较高.全球共有7个热带气旋生成,其中2个在西北太平洋,强度达到或相当于我国超强台风级的有5个.
为探究高分六号卫星新增红边波段对夏玉米种植区识别的影响,选取山东省兰陵县为研究区,基于多时相高分六号宽幅相机遥感影像,构建4种波段组合方案,结合地面数据分析不同方案样本类型可分离性,采用支持向量机方法,提取研究区不同前茬作物夏玉米种植区域,分析光谱反射率变化及识别结果精度.结果表明:高分六号卫星两个红边波段都能不同程度提高不同物候期夏玉米与其他作物的区分度,较无红边波段参与相比,红边波段参与下不同作物间可分离度有一定提高;大蒜收获后、冬小麦收获后播种的夏玉米总体分类精度分别由80.1％、77.3％提高到90.3％、91.1％,分别提升10.2％和13.8％,Kappa系数分别由0.60、0.56提高至0.80、0.81.研究表明,新增红边波段可以有效提高夏玉米识别和提取精度,能够为红边波段的农业应用提供参考.
基于2007-2018年4个代表性大气本底站(临安、上甸子、龙凤山和瓦里关)的逐小时黑碳(black carbon,BC)观测数据和同期气象资料,开展中国东西部BC时空变化特征分析;利用黑碳仪模型和浓度权重轨迹(concentration weighted trajectory,CWT)分析法对比分析了各站点BC的来源类型和潜在源区.结果表明:(1)中国BC质量浓度分布呈现"东高西低"的特点,各站点BC多年平均质量浓度依次为临安站[(3 553±2 336)ng·m-3]、上甸子站[(2 045±1 918)ng·m-3]、龙凤山站[(1 966±2 104)ng·m-3]、瓦里关站[(455±380)ng·m-3].(2)东西部4个典型本底站点BC质量浓度季节变化和日变化特征不同.东部站点为冬季最高、春秋季次之、夏季最低,而西部站点表现为春季最高、夏季次之、冬季再次之、秋季最低;东部站点BC质量浓度日变化以"双峰型"分布为主,西部瓦里关站呈"昼高夜低"的高山站特征.研究期内,各站BC呈逐年显著下降的趋势,体现了中国大气污染治理的成效.(3)BC主要来自液态燃料的燃烧(简记为"BClquid");受冬季采暖影响,夏季BCliquid大于冬季.(4)受亚洲季风影响,不同季节近地面风场对东西部站点BC质量浓度的影响不同,BC潜在来源也不同.东部站冬季潜在源区多在周边大城市群,高值区范围较大;夏季多来自各站偏南方向.西部瓦里关站夏季潜在源区为四川北部城市群,冬季为中国兰州附近和印度北部.
利用环胶州湾(青兰高速起始段及胶州湾大桥)14个高速交通气象观测站逐5 min监测资料,统计分析了冬季环胶州湾高速路面低温(路面温度t＜0℃)出现频率、出现时间特征及其与气象要素的相关性.结果表明:冬季环胶州湾高速路面结冰风险普遍较高,空间分布上呈现"西南高东北低"的特点;逐时最低路面温度日变化趋势与逐时最低气温基本一致,全天各时次最低路面温度均高于最低气温;14:00气温、路面温度和18:00相对湿度与次日最低路面温度呈正相关,18:00风速与次日最低路面温度呈负相关.经过参数调优的支持向量机(support vector machine,SVM)模型预报路面温度t≤0 ℃准确率达到87.78％,高于多元线性回归模型,并在独立性检验中得到了验证,对实际预报服务具有指导意义.
西北太平洋是全球热带气旋生成频数最多的区域,相较于夏季热带气旋,对于秋季热带气旋的研究相对较少.随着2000年后登陆我国的秋季热带气旋中超强台风的比例逐渐增多,并对我国造成严重的灾害,秋季热带气旋的研究受到越来越多的关注.对西北太平洋秋季热带气旋的研究进展进行回顾和总结,主要包括秋季西北太平洋上热带气旋的活动特征、影响因子以及登陆我国热带气旋的特征与影响等3方面,并对研究秋季热带气旋的未来方向进行了展望.
针对新一代天气雷达数据存在风轮机杂波污染问题,统计分析了 5种雷达基数据特征量,风轮机杂波具有较高的反射率因子隆起度和水平通道信噪比隆起度以及较大的速度奇异率,其信号质量指数接近1,谱宽接近0或大于7.0m·s-1.以特征量统计结果为基础,使用模糊逻辑算法对雷达基数据中的风轮机杂波进行特征识别,结果显示,模糊逻楫算法能有效地把风轮机杂波从各种强度的气象降水回波和固定地物杂波中识别出来.针对被识别出来的风轮机杂波,使用区域平均插值方法对雷达基数据中的风轮机杂波进行剔除,杂波剔除结果显示,气象降水条件下获得了较好的风轮机杂波剔除效果.
利用山东省1991-2021年122个国家级气象观测站的逐日气温、降水量、相对湿度、风速等资料,分析山东省内气候利弊条件,并采用人体舒适度指数(IBC)计算分析全省人体舒适度的时空分布特征.结果表明:(1)半岛、鲁南东部地区适宜气温日数和适宜降水日数占比多于山东中西部地区;中西部地区适宜风速日数占比多于东部地区;半岛及鲁南东部地区很少出现高温天气,半岛东端易出现大风天气;沿海地区、鲁南地区的适宜湿度日数占比较其他地区偏多.(2)全省历年平均人体舒适度指数均属于偏凉等级,大部地区人体舒适日 数呈增多趋势.月均IBC多较为舒适,无寒冷等级(1级),也无偏热以上等级(7～10级),多数人舒适日数(4～6级)月际变化呈"M"形分布,5、6、9月舒适日最多,冬季、初春、秋末冷不舒适日数多,仅夏季出现较少的热不舒适日数.(3)山东各地均有6～7个月的舒适期,半岛、鲁南东部地区为最舒适,主要体现在青岛、烟台、威海地区气候最舒适期(5级)长达4个月,内陆城市仅有3个月.(4)全省各地人体舒适日数与同期平均气温、平均相对湿度、平均风速密切相关,夏季气温偏低、风速偏大、湿度适中时人体舒适度较好,其他季节大致反之.
为探索未来气候变化对黄淮海地区农业气候资源和夏玉米气候适宜度及灾害的影响,以黄淮海地区1981-2021年56个农业气象观测站夏玉米生育期观测资料、84个气象站逐日气象要素观测资料及中尺度区域气候模式(Regional Climate Model Version 3,RegCM3)输出的未来气候情景(Intergovernmental Panel on Climate Change Special Report on Emissions Scenarios A1B,IPCC SRES A1B)下黄淮海2022-2100年0.25°×0.25°共897个格点逐日气象资料为基础,分析未来黄淮海地区光温水等农业气候资源演变特征,建立黄淮海夏玉米生长发育气候适宜度模型及气候适宜度灾害指数模型,研究未来气候变化对黄淮海夏玉米气候适宜度的影响特征,预估夏玉米农业气象灾害发生风险及特点.结果表明:(1)2022-2100年黄淮海地区夏玉米生长季热量资源呈明显增加趋势,降水资源总体为微弱上升趋势且阶段性变化明显,光照资源变化趋势不明显.(2)2022-2100年夏玉米全生育期气候适宜度呈总体平稳略有下降波动趋势,并具有一定阶段特征和发育期差异.各生育期相比,播种出苗期气候适宜度相对最差,成熟期最好.(3)全生育期温度适宜度总体呈稳定波动下降趋势,说明未来气候明显变暖趋势对夏玉米生长总体不利;水分适宜度和光照适宜度总体稳定、变化趋势不明显,说明未来水分和光照资源对夏玉米的生长基本有利.(4)由各年代来看,2080年代、2090年代温度适宜度最差,2020年代最好;2030年代水分适宜度最差,2080年代最好;2080年代、2090年代光照适宜度明显偏差,2020年代、2030年代明显偏好.综合来看,2061-2100年期间夏玉米气候适宜度总体偏差,2020年代最好.(5)抽雄吐丝期遭受高温热害风险最大,三叶至七叶期发生旱涝风险最大,播种出苗期发生寡照(连阴雨)风险最大,而成熟期发生各种农业气象灾害风险均最小.(6)2080-2098年期间夏玉米拔节期、抽雄吐丝期、灌浆至乳熟期遭受高温热害的风险大;2031-2035年、2046-2056年播种出苗至拔节期发生阶段性严重旱涝灾害风险等级高.2030年代和2040年代及2026年、2080-2093年播种出苗期出现寡照(连阴雨)的风险较大.
基于山东省2021年3月—2022年2月1519个气象观测站2 m气温观测数据,对中国气象局高分辨率陆面数据同化系统(High Resolution China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,HRCLDAS)和欧洲中期天气预报中心第五代陆面再分析数据集(ERA5-Land)逐小时2m气温分析的日统计数据(平均气温、最高气温、最低气温)进行对比评估.结果显示:(1)HRCLDAS/ERA5-Land日统计平均气温、最高气温、最低气温的均方根误差分别为0.1/1.2℃、0.6/1.9℃、0.4/1.7℃,表明HRCLDAS具有更高的精度,且在不同地理区域、不同海拔高度的表现均优于ERA5-Land,大部地区的偏差(-0.5～0.5℃)远低于ERA5-Land(-2.0～2.0℃).(2)两套数据对高温及寒潮过程的监测能力对比评估表明,HRCLDAS能够捕捉到大部分的高温以及寒潮过程,其与观测的高温日数及寒潮日数空间分布较为相似,但对影响范围存在一定的低估;ERA5-Land则只能监测到部分高温及寒潮过程,并对高温日数与寒潮日数存在严重的低估.
为了研究石家庄地区输电线路雷击事故发生的气象条件,利用该地区1990—2018年输电线路雷击事故发生的详细资料和地面、探空气象资料,分析了输电线路雷击事故的时空变化,确定了容易发生输电线路雷击事故的天气系统配置和探空物理量阈值;通过输电线路雷击事故发生的气象条件,检验了2019—2020年输电线路雷击事故预报的准确性.结果表明:石家庄输电线路雷击事故主要发生在夏季傍晚前到前半夜,夏季发生概率明显高于春、秋季;输电线路雷击事故发生日数自西向东逐渐减少,集中发生在西部山区的井陉,其次是市区,井陉发生概率远高于其他地区;对流天气影响系统主要为高空槽型和冷涡型,探空物理量同时满足首要条件和附加条件时,引发输电线路雷击事故概率较高;输电线路雷击事故发生的气象条件在2019—2020年得到较好的预测检验,对防范雷击事故有一定指导意义.
2022年冬季(2022年12月—2023年2月)北半球大气环流特征为:北半球极涡呈偶极型分布,中高纬环流呈3波型,西风带槽脊较常年同期明显偏强.西北太平洋和南海共生成1个热带气旋,全球其他海域共生成热带气旋11个.我国近海出现15次8级以上大风过程,其中冷空气大风过程为10次,温带气旋大风过程为2次,冷空气与热带低值系统共同影响的大风天气过程为1次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程为2次.近海出现2.0 m以上大浪过程为17次.出现大范围的海雾过程为4次,主要在渤海、渤海海峡、黄海、北部湾、琼州海峡及雷州半岛沿岸海域.近海海域明显降温,北部海域的降温幅度大于南部海域,海面温度自北向南的温差由2022年12月的26℃增大至2023年2月的30℃.
基于美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)全球范围扩展重建海面温度资料第5版本(Extended Reconstructed Sea Surface Temperature version 5,ERSSTv5),以及美国国家环境预报中心和国家大气研究中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)/NCAR(National Center for Atmospheric Research)逐月全球再分析资料,采用相关、回归、合成及物理量诊断等方法,对2022年夏季中国大范围高温相关环流异常的可能成因进行了分析.结果表明:(1)2022年夏季南亚高压偏强并分别向东、西方向扩展,西太平洋副热带高压(以下简称"副高")异常偏强西伸.2022夏季为拉尼娜(La Ni?a)年,但热带大西洋垂直上升环流相对西太平洋更强,且热带印度洋到西太平洋热带垂直上升环流异常也偏强.(2)2022年热带大西洋、印度洋到西太平洋上空垂直环流异常和La Ni?a共同作用,使得夏季南亚高压和西太平洋副高极端异常.La Ni?a和印度洋到西太平洋垂直环流异常有利于南亚高压和西太平洋副高的偏强西伸;热带大西洋环流异常则既有利于南亚高压的加强及东扩,也有利于西太平洋副高偏强西伸.(3)印度洋到西太平洋垂直环流主要通过局地经向哈得来(Hadley)环流影响青藏高原到中国东部的环流异常,表现为青藏高原到中国东部中低层为显著的辐散异常;热带大西洋则通过引起纬向风异常(急流异常),激发遥相关波列并向下游传播,进而影响青藏高原到中国东部地区的环流异常.
海面温度半球间偶极子(sea surface temperature inter-hemispheric dipole,SSTID)是全球海面温度(sea surface temperature,SST)异常的重要模态之一,表现为南、北两半球间SST的反相变化.此文探究了7—11月SSTID对7—11月北半球平均热带气旋(tropical cyclone,TC)强度年代际变率的超前影响.观测分析表明,SSTID超前7—11月北半球平均TC强度年代际分量8～11 a,并在提前时间为9 a时达到最大正相关.通过海洋-大气耦合桥理论进一步分析表明,7—11月北半球TC活跃区海洋可以作为海洋桥,以SST的形式存储超前约9 a的SSTID信号.同时北半球TC活跃区大气作为大气桥将超前约9 a的SSTID信号传递到大气中,进而作用于7—11月北半球平均TC强度,该过程以TC潜在生成指数为表征.北半球TC活跃区的垂直风切变和600 hP a相对湿度的综合影响在其中起关键作用.由此建立了基于SSTID的7—11月北半球平均TC强度年代际变化预测模型,该模型表现出良好的后报性能.利用该模型对2021—2029年7—11月北半球平均TC强度预测表明,7—11月北半球平均TC强度将以持续增强为主并在2020年代末达到破纪录的强度.
利用高空间分辨率卫星影像准确监测浒苔绿潮对灾害早期发现、动态跟踪以及沿岸防御具有重要应用价值.目前面向高分辨率遥感影像已有多种浒苔提取方法,但不同遥感算法受到海水背景(浑浊和清澈海水)和外界观测环境(如云层、太阳耀斑、观测几何条件)等干扰,其监测效果可能受到不同程度影响.为此,以国产高分辨率GF-WFV和HJ-CCD影像为例,充分对比了归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、漂浮藻类高度虚拟基线指数(virtual baseline floating macroalgae height,VB-FAH)和绿度指数(tasseled cap greenness,TCG)在常见多种环境背景下提取浒苔的优势和不足.研究结果表明:在清澈海水、浑浊海水和弱太阳耀斑背景下,NDVI、VB-FAH和TCG三种算法均有较好的浒苔识别能力,其精度评价指标F1-score和总体分类精度(overall accuracy,OA)分别超过95.6％和95.2％.对于几何观测条件,VB-FAH和TCG算法对观测几何角度的变化不敏感并表现较高的稳定性,要优于NDVI方法.在云层覆盖和强太阳耀斑背景下,TCG算法的浒苔判识能力最好,并可有效排除云覆盖和强太阳耀斑的干扰,其精度评价指标F1-score和OA分别超过95.2％和95.0％.
通过使用天气研究与预报(Weather Research and Forecasting,WRF)模式对热带气旋(Tropical Cyclone,TC)个例"派比安"(1807)进行了一组数值试验,分析了东海黑潮暖舌对"派比安"强度的影响.研究结果表明,东海黑潮暖舌高海面温度(以下简称"海温")导致TC区域内海气界面热通量显著增加,并造成TC边界层不稳定特征发展,形成了有利于垂直对流发展的边界层环境.因此TC内特别是TC眼墙处对流更为活跃,TC强度显著提高,同时黑潮暖舌对TC的局部加热还会引起TC内部对流活动的非对称分布.根据数值试验的结果,黑潮暖舌为"派比安"整体动能增加做出约24.7％的贡献,中心气压变化对东海黑潮暖舌高海温特征的响应时间约为10 h.此外,在黑潮暖舌作用下,"派比安"7级风圈半径扩张16.3％,最大风速半径收缩10.7％.
以质量控制后的观测降水数据作为"真值",采用多种指标评估检验国家气象信息中心研制的5 km逐小时降水实时三源融合实况分析产品(简记为"FRT_05")和1 km逐小时降水实时多源融合实况分析产品(简记为"RT_01")在山东地区2021年汛期以及台风"烟花"过程的适用性.结果表明:(1)两种降水产品在山东的适用性较好,但RT_01产品的精细化实况监测能力优于FRT_05.(2)检验指标的月变化明显,在降水量次多的9月降水产品的适用性最优.(3)两种降水产品在鲁中山区西部、威海东部和青岛沿海一带地形复杂的区域以及大部分海岛上的适用性相对较差.(4)由降水量级的检验评估来看,随降水量增加,平均绝对误差、均方根误差增大;中雨量级相对偏差最小,两种降水产品均高估了中雨及以下量级的实际降水强度,低估了大雨及以上量级的实际降水强度.(5)无论是降水量级还是降水落区,RT_01产品对台风"烟花"降水过程的监测和再现能力优于FRT_05,但整体来看两种产品均低估了"烟花"过程的降水强度.
2018年6月13日,多条线状风暴和阵风锋造成山东多地出现致灾大风,基于常规、加密气象观测资料、卫星云图和多普勒天气雷达资料,对此次大风成因进行了分析.结果表明:(1)冷涡后部横槽转竖引导冷空气叠加在低层暖脊之上,850 hPa与500 hPa温差高达34.7℃,同时925～600 hP a的干层与地面至925 hP a的近饱和层相叠置,上下层大气之间温、湿差异显著,形成强热力不稳定,持续并增强的低层逆温层使不稳定能量得到积累,显著干层和低层强温度垂直递减率为夹卷和蒸发冷却过程提供了有利条件.(2)线状风暴各生命期强阵风是由内嵌其中的普通单体或超级单体下击暴流所引发.单体间下沉气流合并使地面大风的影响范围和强度有所增大.强阵风均伴随较强降雨和降雹,雨滴和冰雹的拖曳是产生下击暴流的重要原因,极大风速与5 min降水量具有正向相关性,青岛34.8 m·s-1的极端大风出现时5 min降水量达19 mm.(3)山东东南部的初生对流在地面辐合线、海风锋、对流云街上被接连触发,遇阵风锋后生命史延长,得以并入到主风暴,使风暴发展壮大,而风暴中的下沉气流又驱动多股阵风锋加速向南推进,增强地面风速,阵风锋与风暴主体之间存在相互促进机制.在对流潜势较高的条件下,需关注边界层辐合线对对流的触发作用.
