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认识大气环流和气候系统动力学100年进步
1
作者 李建平 陈文 +17 位作者 周天军 刘屹岷 黄刚 刘晓东 侯兆禄 丁瑞强 胡鹏 陈尚锋 谭本馗 付遵涛 封国林 罗德海 段晚锁 陈晓龙 姜继兰 唐颢苏 胡开明 屈侠 《气象学报》 北大核心 2025年第3期582-636,共55页
回顾了中国气象学界在过去100年,对大气环流和气候系统动力学领域的深刻理解和显著进步,综述了大气环流遥相关、季风环流、气候系统动力学、青藏高原动力学、古气候及非线性大气动力学等领域的研究成果。尽管力求详尽,但受限于主题范围... 回顾了中国气象学界在过去100年,对大气环流和气候系统动力学领域的深刻理解和显著进步,综述了大气环流遥相关、季风环流、气候系统动力学、青藏高原动力学、古气候及非线性大气动力学等领域的研究成果。尽管力求详尽,但受限于主题范围、篇幅和能力,可能仍有遗漏,敬请谅解。在大气环流遥相关方面,中国学者对大气环流的基本特征及其与气候变化的关系进行了深入研究,揭示了包括东亚-太平洋型、丝绸之路型等多种遥相关型的形成机制和影响。这些研究成果构成了北半球夏季环流异常的核心理论框架,不仅深化了对大气环流遥相关现象的理解,也为国际气候预测和研究提供了新的视角和工具,显著提升了对大气环流变化的预测能力。季风环流研究方面,中国学者系统揭示了东亚季风的形成机制及其与热带三大洋(太平洋、印度洋、大西洋)的相互作用。通过深入分析季风年际和年代际变率的海-气相互作用机理,显著提升了对季风系统变化规律的理解,中国主导的全球季风模式对比计划被纳入CMIP6框架,其成果为IPCC第六次评估报告提供了关键支撑。同时,对东亚季风指数的定义、历史变化检测归因以及未来预估进行了全面回顾。该指数为季风气候的预测和应对提供了理论基础和技术支持,促进了全球季风研究的深入发展。气候系统动力学领域的研究涵盖了全球变暖动力学、大气层结变化、快速气候调整以及气候变率调整等多个方面。中国学者通过数值模拟试验和理论分析,深入探讨了全球变暖背景下的降水变化机制、大气环流调整以及气候反馈作用等关键问题。中国研发的气候系统模式在CMIP6中表现突出,相关结论被IPCC AR6直接引用,标志着中国模式在国际评估中的话语权显著提升。特别是针对东亚季风、北太平洋副热带高压等关键气候系统的研究,为中国乃至全球的气候预测和应对提供了有力支持。青藏高原作为地球上一个独特的地形单元,其对大气环流和气候系统的影响受到了广泛关注。中国学者通过大量观测和数值模拟试验,揭示了青藏高原对大气环流的动力和热力强迫作用。研究表明,青藏高原不仅改变了周边地区的大气环流结构,还对亚洲季风、区域气候乃至全球气候产生了深远影响,相关理论被国际气象学界认为是解释亚洲气候变率的核心机制之一。在古气候研究方面,中国学者利用丰富的历史文献和自然档案,重建了历史时期和地质时期的气候变化序列,揭示了气候变化的周期性、突变性和区域性特征。这些研究成果不仅填补了中国古气候研究的空白,也为国际古气候研究提供了宝贵的资料和数据支持,推动了全球古气候研究的深入发展。在非线性大气动力学方面,中国学者在大气非线性波动方程、阻塞非线性动力学、可预报性等方面做出了重要贡献,提出了条件非线性最优扰动方法和非线性局部Lyapunov指数,成为世界气象组织推荐的可预报性分析工具。这些创新性的理论和方法不仅丰富了非线性大气动力学的理论体系,也为国际大气和海洋系统的可预报性研究提供了新思路和技术支持,推动了该领域的国际前沿研究。过去100年,中国气象学界在认识大气环流和气候系统动力学方面取得了丰硕成果,为理解气候变化、提高气候预测能力做出了重要贡献。展望未来,中国气象学者将继续在这一领域深耕细作,不断开拓创新,为全球气象事业的进步贡献更多中国智慧和力量。 展开更多
关键词 大气环流遥相关 非线性大气动力学 季风环流 青藏高原动力学 气候系统动力学 古气候 大气动力学 全球变暖 动力学 历史气候重建
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基于天擎的网格实况插补站点服务构建及应用 被引量：1
2
作者 何林 张雅斌 +3 位作者 肖卫青 霍庆 吉庆 冯洁琼 《应用气象学报》 北大核心 2025年第4期477-489,共13页
针对极端暴雨、台风等灾害性天气影响区域,因自动气象站冲毁、通信设施故障等原因造成观测数据采集或传输中断,无法及时汇交数据等问题,从气象大数据云平台(简称天擎)数据全流程角度,分析采用网格实况分析产品插补到对应缺失站点的数据... 针对极端暴雨、台风等灾害性天气影响区域,因自动气象站冲毁、通信设施故障等原因造成观测数据采集或传输中断,无法及时汇交数据等问题,从气象大数据云平台(简称天擎)数据全流程角度,分析采用网格实况分析产品插补到对应缺失站点的数据上下游关系,以此开展灾害天气预警与应急决策服务的可行性。通过调用高分辨率多源融合网格实况分析产品研发任意位置服务接口,提出国省协同插补服务、气象数据业务系统(Meteorological Da-ta Operational System,MDOS)订正插补服务、专题库插补服务的思路和方法,阐述其主要流程和关键实现技术。通过对比不同方法在数据一致性、服务时效性等方面优缺点,给出适宜国省联合应急或省内快速服务等不同应用场景下的最优插补方案。结合3个典型强降水致灾天气过程的效果检验,以及突发事件气象服务保障实际应用表明:多源融合网格实况插补站点服务流程方法可及时有效填补观测缺失值,在灾害性天气监测预警和应急保障服务中具有重要的数据支撑意义。 展开更多
关键词 网格实况分析 插补 天擎 服务接口 专题库
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人工智能在气象数据集研制中的应用综述 被引量：3
3
作者 李波 潘勐 孙越 《人民长江》 北大核心 2025年第1期88-96,共9页
长序列、高时空分辨率气象数据集对气象业务和科研具有重要意义,但是应用过程中存在数据质量低、空间分辨率不足等问题。随着人工智能的发展,机器学习以及深度学习算法在气象领域逐步开展应用。针对气象数据集研制中的技术难点问题,梳... 长序列、高时空分辨率气象数据集对气象业务和科研具有重要意义,但是应用过程中存在数据质量低、空间分辨率不足等问题。随着人工智能的发展,机器学习以及深度学习算法在气象领域逐步开展应用。针对气象数据集研制中的技术难点问题,梳理了人工智能技术的4个关键应用场景,即观测数据的质量控制、缺测数据的插补和重构、多源数据的融合以及低分辨网格数据的降尺度,对各类机器学习模型在上述场景应用中的优势和不足进行了综述,并采用文献计量方法对研究前沿及发展趋势进行了定量分析。研究表明:相比传统方法,人工智能算法在计算效率、结果准确性、应用灵活性等方面更具竞争力。建议从建立高质量训练数据集、加强多源数据和异构数据的应用以及探索基于气象数据物理机制的建模等多个方面,进一步推动人工智能在气象数据产品研制中的应用。 展开更多
关键词 气象数据集 人工智能 机器学习 深度学习 质量控制 降尺度
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2000-2022年新疆天山地区多源降水融合数据集 被引量：1
4
作者 卢新玉 伏晓慧 +3 位作者 王秀琴 刘艳 火红 王敏仲 《中国科学数据(中英文网络版)》 2025年第1期390-398,共9页
天山山区属于我国典型的高寒山区,被誉为“中亚水塔”,对于新疆乃至中亚地区均具有重要意义。随着遥感技术的进步,利用卫星反演来估算山区降水量已成为一种重要方法,然而,由于山区地形复杂且分布不均,导致了基于卫星反演的降水数据在精... 天山山区属于我国典型的高寒山区,被誉为“中亚水塔”,对于新疆乃至中亚地区均具有重要意义。随着遥感技术的进步,利用卫星反演来估算山区降水量已成为一种重要方法,然而,由于山区地形复杂且分布不均,导致了基于卫星反演的降水数据在精度方面存在不足。针对此问题,本研究开展天山山区多源降水融合数据集研制,以GSMaP卫星降水数据为初始场,结合同期区域内1065个台站的实况日降水数据,发展一种基于最优插值的星地降水产品融合方法,最终生成2000–2022年天山山区逐日融合降水产品集。本数据集在研制过程中对实况数据进行了严格质控,对逐日融合降水数据进行了质量评估,相关系数由0.44提高至0.53(通过0.01水平显著性检验),绝对平均误差由6.3mm d^(-1)下降至5.7mm d^(-1)。本产品集有望为复杂地形区域的水资源管理与高效利用提供坚实的数据支持与科学支撑。 展开更多
关键词 天山山区 多源降水 最优插值 数据集
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黄土高原夜间地表能量不平衡问题的初步研究
5
作者 赵建华 张强 +4 位作者 王胜 梁芸 张良 岳平 赵福年 《地球物理学报》 北大核心 2025年第2期385-398,共14页
一般认为白天的地表能量不平衡(surface energy imbalance,SEI)主要由涡动相关法造成,但夜间湍流受到抑制,其产生的原因尚不清楚.本文分析了夜间与白天地表能量的区别,认为夜间土壤热量存在的双向传递慢过程、向上长波辐射位相延后与湍... 一般认为白天的地表能量不平衡(surface energy imbalance,SEI)主要由涡动相关法造成,但夜间湍流受到抑制,其产生的原因尚不清楚.本文分析了夜间与白天地表能量的区别,认为夜间土壤热量存在的双向传递慢过程、向上长波辐射位相延后与湍流相干结构是其重要原因.为此,本文利用黄土高原典型代表站的观测数据,对夜间SEI展开研究.发现:(1)考虑慢过程后,夜间土壤温度、土壤热通量、土壤热储与地表土壤热通量均有一定程度的增大,其能量闭合率(Energy BalanceRatio,EBR)提高了0.02或3%,达到0.71,能量平衡残差(Residual,Res)绝对值降低了0.8 W·m^(-2)或4%,为17.0 W·m^(-2);(2)考虑向上长波辐射位相延后,夜间向上长波辐射和净辐射均有所降低,其EBR也为0.71,也提高了0.02或3%,|Res|为15.5W·m^(-2),降低了2.3W·m^(-2)或13%;(3)考虑相干结构的贡献后,感热与潜热分别增大了53%(绝对值)和35%,其EBR未有显著变化,但|Res|降低了1.1W·m^(-2)或6%;(4)既考虑慢过程,又考虑向上长波辐射位相延后和相干结构时,夜间EBR为0.73,提高了0.04或6%,|Res|为14.8 W·m^(-2),降低了3.0 W·m^(-2)或17%.显然,这三个过程均可改善夜间地表能量闭合水平,但综合效应改善更大;(5)增加Durand(2022)提出的湍流通量漏失部分,可使EBR提高0.03,达到0.76,|Res|降低1.4 W·m^(-2),达到13.4 W·m^(-2),但也未闭合,故涡动相关法可能不是夜间SEI产生的主要原因.分析发现,长波辐射计的观测误差较大,且无世界标准;检测结果显示,长波辐射存在系统误差,且EBR和Res与长波辐射均存在显著的正相关关系,因此我们认为长波辐射的系统误差可能是夜间SEI产生的主要原因,提高长波辐射计的观测精度应该是改善夜间地表能量闭合水平的重要途径. 展开更多
关键词 夜间地表能量不平衡 慢过程 长波辐射位相延后 湍流相干结构 长波辐射计精度
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气象大数据云平台数据处理系统设计与实现
6
作者 肖卫青 薛蕾 +7 位作者 何文春 李湘 刘振 霍庆 郭萍 王颖 韩书丽 王佳强 《应用气象学报》 北大核心 2025年第6期744-758,共15页
针对海量多源异构数据快速接入气象大数据云平台的问题,设计与研发了无缝衔接通信与存储的数据处理系统。系统设计多种可扩展处理流程无缝集成解码算法、数据接入、数据入库等业务逻辑;研发自动气象站、高空L波段探测、雨滴谱、北斗探... 针对海量多源异构数据快速接入气象大数据云平台的问题,设计与研发了无缝衔接通信与存储的数据处理系统。系统设计多种可扩展处理流程无缝集成解码算法、数据接入、数据入库等业务逻辑;研发自动气象站、高空L波段探测、雨滴谱、北斗探空、地基垂直观测产品、全球卫星云导风等200多种国内外数据的解码算法;应用流式处理将约7×104个区域气象站小时数据的服务时效由全国综合气象信息共享平台(China Integrated Meteorological Information Sharing System,CIMISS)的5 min提高到2 min;研发配置化驱动的通用处理框架,实现雷达卫星等近千种非结构化数据的配置化接入;采用同一数据多元并行处理技术,满足用户对数据的异构性访问需求。数据处理系统在2021年12月随气象大数据云平台一起在国省业务化运行,实现国内、国外地面、高空、海洋、雷达、卫星、数值模式等1300多种数据实时处理入库,日处理超过700万个文件,近10 TB数据,入库记录超过2亿条,发送超过1亿条数据信息,为气象预报预警、防灾减灾等业务和2022年北京冬奥会、2023年成都大运会及2023年杭州亚运会等重大活动提供了坚实的数据保障。 展开更多
关键词 气象大数据云平台 数据处理系统 解码算法 消息中间件 流式处理
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北京地区X波段双偏振天气雷达差分反射率因子系统偏差分析及订正
7
作者 文浩 王辉 +2 位作者 张扬 吴蕾 李瑞义 《高原气象》 北大核心 2025年第2期393-406,共14页
差分反射率因子(ZDR)是反映大气中云和降水粒子形状的重要偏振参量,但其极易受硬件设备和环境影响导致质量变差,分析ZDR系统偏差并开展订正,是双偏振雷达数据有效应用的关键。本文采用2023年7月北京8部X波段速调管双偏振天气雷达资料,... 差分反射率因子(ZDR)是反映大气中云和降水粒子形状的重要偏振参量,但其极易受硬件设备和环境影响导致质量变差,分析ZDR系统偏差并开展订正,是双偏振雷达数据有效应用的关键。本文采用2023年7月北京8部X波段速调管双偏振天气雷达资料,利用小雨法筛选出ZDR数据获得其逐仰角逐径向平均值,分析了ZDR的受影响因素和受影响程度;并利用相应时段的大量雨滴谱数据,通过T矩阵法计算的ZDR中值作为基准,开展全体扫ZDR的系统偏差订正。结果表明:(1)避雷针对于北京X波段雷达ZDR有较大的影响,影响范围在10°~25°,平均影响幅度在0.16~1.21 dB;(2)门头沟和怀柔雷达的ZDR数据,除受避雷针影响外,还分别受近距离铁塔、信号塔的影响,受影响方位角度小于避雷针;(3)差分反射率因子受部分波束遮挡会导致较大的系统偏差,房山X波段雷达ZDR数据显示部分波束遮挡可使其值增大1.19 dB;(4)本文提出的系统偏差订正方法能够明显改善所有仰角所有径向由避雷针、部分波束遮挡等因素导致的ZDR值不合理的情况。 展开更多
关键词 X波段 双偏振天气雷达 差分反射率因子 系统偏差
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北京全球信息系统中心全球数据缓存设计与应用
8
作者 顾文静 郭萍 +7 位作者 张来恩 薛蕾 韩鑫强 高峰 何文春 王怀乐 王鹏 王博 《应用气象学报》 北大核心 2025年第4期490-499,共10页
随着气象数据量呈指数级增长,世界气象组织信息系统(World Meteorological Organization Information Sys-tem,WIS)/全球电信系统(Global Telecommunication System,GTS)架构难以契合未来全球气象数据实时交互需求,2023年气象大会开启... 随着气象数据量呈指数级增长,世界气象组织信息系统(World Meteorological Organization Information Sys-tem,WIS)/全球电信系统(Global Telecommunication System,GTS)架构难以契合未来全球气象数据实时交互需求,2023年气象大会开启以世界气象组织信息系统2.0(World Meteorological Organization Information System 2.0,WIS2.0)取代WIS/GTS的进程,中国气象局向世界气象组织(World Meteorological Organization,WMO)承诺建设WIS2.0的四大全球服务系统,全球数据缓存(global cache)作为其中之一,负责实时收集汇聚全球数据,并提供数据共享服务,应用数据主动发现技术,构建高性能、低时延的消息收集传输模型;采用最优路径汇集和基于特征信息的识别清洗技术,实现数据最短时间内的汇聚;构建标准化的主题层次结构,发布全球数据和元数据到达的消息通知,为全球用户提供高吞吐、高并发的数据下载服务。全球数据缓存2024年10月通过WMO测试,2025年业务运行,截至2025年5月从全球82个世界气象组织信息系统2.0节点(简称WIS2节点)获取数据,缓存数据量约为2 TB·d^(-1),支撑全球WIS2节点日平均数据下载次数超过2×10^(6) d^(-1),为中国气象局“全球监测、全球预报、全球服务”提供地球系统多圈层数据的支撑保障。 展开更多
关键词 WMO信息系统 主动发现 全球缓存服务
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地基CO_(2)浓度反演的数据质量控制及快速反演算法
9
作者 李树 杨乐怡 +5 位作者 储小雪 叶松 施海亮 甘永莹 王新强 王方原 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第11期3226-3234,共9页
准确监测大气CO_(2)浓度对气候变化应对至关重要。地基遥感技术可提供高时空分辨率数据,但监测精度受多种因素影响。通过SCIATRAN辐射传输模型模拟不同观测条件下的辐射传输过程,分析先验廓线、光谱分辨率、太阳天顶角(SZA)、相对方位角... 准确监测大气CO_(2)浓度对气候变化应对至关重要。地基遥感技术可提供高时空分辨率数据,但监测精度受多种因素影响。通过SCIATRAN辐射传输模型模拟不同观测条件下的辐射传输过程,分析先验廓线、光谱分辨率、太阳天顶角(SZA)、相对方位角(RAA)、温度、气溶胶光学厚度、边界层湿度对CO_(2)浓度反演的影响,给出地基CO_(2)反演数据质量控制的标准:(1)在观测过程中,根据当日预测的CO_(2)浓度水平采用不同的角度偏移控制标准为高浓度日允许SZA≤1.5°、RAA≤28°;低浓度日将角度偏移限制在SZA≤1°和RAA≤27°范围;(2)在反演过程中,利用实时的温度和压强廓线数据,例如使用欧洲中期天气预测中心发布的ERA5再分析数据集,包括动态更新的温度与压强;(3)采用城市型气溶胶,剔除光学厚度大于0.3、湿度大于80%的数据。结合遗传算法(GA)与Levenb erg-Marquardt(L-M)算法优势提出了一种基于全局-局部协同优化的反演算法(GLSO),并使用GLSO反演方法对EM27/SUN观测数据进行反演,结果表明:相比于L-M方法,GLSO迭代次数减少40%,CO_(2)柱总量偏差从0.85%降至0.80%,XCO_(2)反演结果与TCCON数据的偏差为0.13%,优于L-M算法0.27%的偏差;与GOSAT官方的CO_(2)浓度产品偏差小于1%。 展开更多
关键词 地基遥感 SCIATRAN 敏感性分析 CO_(2)反演
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2025年1月2日宁夏银川4.8级、4.6级地震热红外异常特征分析
10
作者 李青梅 李新艳 +3 位作者 杨欢庆 朱鹏涛 马翀之 杨学锋 《地震工程学报》 北大核心 2025年第6期1425-1434,共10页
2025年1月2日宁夏银川城区发生两次地震,带来较大社会影响。为提升区域地震监测能力,基于FY-2E/FY-2G卫星亮温(TBB)和射出长波辐射(OLR)数据,结合小波变换与功率谱相对变化法,分析宁夏银川M_(S)4.8与M_(S)4.6地震及2009年以来鄂尔多斯西... 2025年1月2日宁夏银川城区发生两次地震,带来较大社会影响。为提升区域地震监测能力,基于FY-2E/FY-2G卫星亮温(TBB)和射出长波辐射(OLR)数据,结合小波变换与功率谱相对变化法,分析宁夏银川M_(S)4.8与M_(S)4.6地震及2009年以来鄂尔多斯西缘6次M_(S)≥4.0地震前的热红外异常特征。结果表明:异常演化呈现“显现→扩展→衰减→消散”共性模式;银川地震TBB异常始于2024年8月27日,OLR异常出现于2024年11月22日,二者均于发震前达到峰值;震前约2个月,TBB功率谱显著偏离背景,最大偏离幅度超背景值8倍;鄂尔多斯西缘6次地震亦符合此演化模式,震中多位于异常区边缘断层带,异常峰值后22~94天内发震,且功率谱幅值≥4倍持续时长20~61天。研究成果为区域M_(S)4.0~5.0地震热红外监测提供依据,验证了卫星热红外技术捕捉地震前兆的有效性。 展开更多
关键词 银川地震 静止卫星 热红外遥感 相对功率谱异常
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基于卫星遥感的大气污染物和温室气体排放反演
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作者 姜哲 林金泰 +11 位作者 何泰龙 江飞 金建炳 秦凯 沈路路 杨盼盼 臧增亮 张霖 张羽中 郑博 钟慧茹 朱雷 《气象学报》 北大核心 2025年第5期1339-1362,共24页
基于卫星遥感的大气污染物和温室气体排放反演研究,为全面认识这些关键大气成分来源、精准实施减排措施提供了不可或缺的信息和数据基础。中外相关研究在过去20年中有了长足的发展,中国学者做出了重要贡献,同时也对中国环境保护和碳中... 基于卫星遥感的大气污染物和温室气体排放反演研究,为全面认识这些关键大气成分来源、精准实施减排措施提供了不可或缺的信息和数据基础。中外相关研究在过去20年中有了长足的发展,中国学者做出了重要贡献,同时也对中国环境保护和碳中和事业提供了重要的科学支撑。在中国气象学会成立100周年及《气象学报》创刊100周年之际,系统梳理了中国学者近20年来在星基排放反演方面的研究进展。首先,对常用排放反演方法进行简要总结,包括资料同化、局地质量平衡、高斯模型、二维模型、机器学习等。在此基础上,展示中国学者在氮氧化物(NO_(x))、氨气(NH_(3))、甲醛(HCHO)、乙二醛(CHOCHO)、二氧化硫(SO_(2))和一氧化碳(CO)等大气污染物,以及二氧化碳(CO_(2))和甲烷(CH_(4))等温室气体排放(和碳汇)反演的研究成果。最后,探讨反演方法和反演物种的历史演化进程、当前所面临的主要挑战和未来可能的发展方向,以期进一步推动大气污染物和温室气体排放的准确定量。 展开更多
关键词 排放反演 大气污染物 温室气体 卫星遥感
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南京北郊地区气溶胶光学性质的四季观测研究
12
作者 王兴 许天峰 +1 位作者 马嫣 郑军 《南京信息工程大学学报》 北大核心 2025年第1期138-150,共13页
本研究于2017年12月—2018年11月进行了针对南京北郊地区气溶胶光学性质研究的外场观测.气溶胶吸收系数和散射系数季节变化由高到低皆为冬季、春季、秋季、夏季,日变化呈双峰型,吸收系数早高峰时间夏季早冬季晚,这是由于不同季节边界层... 本研究于2017年12月—2018年11月进行了针对南京北郊地区气溶胶光学性质研究的外场观测.气溶胶吸收系数和散射系数季节变化由高到低皆为冬季、春季、秋季、夏季,日变化呈双峰型,吸收系数早高峰时间夏季早冬季晚,这是由于不同季节边界层高度和人类生产活动时间发生变化导致的.夏秋两季的平均吸收埃指数(AAE)较高,表明棕碳对气溶胶吸收的贡献较为显著,而春冬两季以黑碳吸收为主.散射埃指数(SAE)春冬季高于夏秋季,气溶胶均以细模态为主,春冬季气溶胶粒径更小.受冬季西北风的影响,西北方向污染物的传输使气溶胶消光系数存在高值.而春夏季东风、东南风方向的本地污染源扩散是导致气溶胶消光系数升高的主要原因.与来自内陆的气团相比,海上的气团传输使气溶胶消光系数降低.当相对湿度小于90%时,气溶胶消光系数与能见度成反比,而当相对湿度大于90%时,能见度普遍小于10 km,与气溶胶消光系数关系不大.春冬季PM2.5中水溶性组分主要为二次源离子,且气溶胶消光系数与硝酸根离子的相关性高于硫酸根离子的相关性,影响气溶胶消光系数的污染物主要来自交通源.与此相反,夏秋季影响气溶胶消光系数的污染物主要来自煤炭燃烧等固定源. 展开更多
关键词 南京北郊 光学性质 气象参数 化学组分
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基于GPM观测的山谷风对伊犁河谷地形降水的影响研究
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作者 王智敏 冯婉悦 +3 位作者 杨璟 李圆圆 汪会 付亚鹏 《高原气象》 北大核心 2025年第3期720-732,共13页
研究山谷风对地形降水的影响是深入认识复杂地形条件下局地降水形成机制的关键。根据2014-2021年GPM/DPR数据,采用连通域法识别了伊犁河谷夏季地形降水系统,结合ERA5的10 m地表风资料将降水过程分为谷风型和山风型,对比分析了这两类“... 研究山谷风对地形降水的影响是深入认识复杂地形条件下局地降水形成机制的关键。根据2014-2021年GPM/DPR数据,采用连通域法识别了伊犁河谷夏季地形降水系统,结合ERA5的10 m地表风资料将降水过程分为谷风型和山风型,对比分析了这两类“喇叭口”地形降水的时空分布、垂直结构及宏微观特征差异。结果表明:谷风降水集中在河谷南部和东部山麓迎风坡,降水时段主要在午后-傍晚(12:00-20:00,北京时,下同),山风降水在河谷平原较多,降水多发于夜间-清晨(01:00-06:00),谷风平均风速(0.79 m·s^(-1))比山风(0.74 m·s^(-1))大6.8%,谷风和山风降水的近地表降水率(R)和雨顶高度(STH)平均值分别为1.32 mm·h^(-1)、1.15 mm·h^(-1)和5.90 km、5.72 km,统计发现STH与R呈正相关;在上坡风影响下谷风降水的R、STH和质量加权平均直径(D_(m))和粒子数浓度(dBNw)在地形抬升作用下出现增幅,在海拔2~3 km处达到极大值,迎风坡形成的上升气流促进了云滴凝结和碰并增长形成雨滴;谷风降水的平均dBN_(w)(33.5)比山风(34.5)偏小近3%,而前者平均D_(m)(1.63 mm)较后者(1.38 mm)大18.1%。由于山风比谷风降水在0℃层以下液相区域的雷达反射率因子偏小,当雨滴下降到近地面的干燥层时,大液滴破碎蒸发导致dBNw偏多而D_(m)较小。山谷风影响着地形降水的宏观结构和微物理过程,未来在判别地形云人工增雨潜力及数值模拟山区降水精细结构等研究中,将注重考虑山谷风的影响及其动力学机制。 展开更多
关键词 伊犁河谷 降水系统 山谷风 GPM/DPR
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2024年度气象联合基金项目评审简析
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作者 张宇 葛非 +5 位作者 刘哲 李薇 何勇 杨蕾 蔡虹明 周震强 《大气科学》 北大核心 2025年第2期603-608,共6页
2024年度气象联合基金以集成项目和重点支持项目形式予以资助。接收集成项目申请2项,受理2项,资助1项,直接经费1000万元;接收重点支持项目申请84项,受理84项,资助21项,平均直接经费260万元/项。申请和评审数据表明:2024年度中国气象局... 2024年度气象联合基金以集成项目和重点支持项目形式予以资助。接收集成项目申请2项,受理2项,资助1项,直接经费1000万元;接收重点支持项目申请84项,受理84项,资助21项,平均直接经费260万元/项。申请和评审数据表明:2024年度中国气象局内外单位合作申请占比进一步提高到89%,中国气象局外单位获重点支持项目资助数占比达57%;气象联合基金重点支持项目较地球科学部“天气及气候系统与可持续发展”领域重点项目具有更强的“目标导向”属性,前者98%的项目申请为目标导向的技术应用型基础研究;气象联合基金“大气探测技术与应用”领域的申请和资助项目数明显增加,资助率由2023年的13%增加到36%,资助项目数增加到5项;2024年度气象联合基金获资助项目负责人平均年龄为46岁,59%的项目负责人年龄小于45岁。 展开更多
关键词 多元投入 气象联合基金 大气科学 国家需求 青年科技人才
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全球变化背景下天然源痕量活性有机气体研究进展与展望
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作者 张艳利 冉浩汎 +4 位作者 曾建强 鲁钰婷 庞伟华 郭昊 王新明 《地学前缘》 北大核心 2025年第3期288-310,共23页
天然源痕量活性有机气体,也叫生物源挥发性有机化合物(BVOCs),是地球系统中重要的痕量活性有机气体,对全球碳循环、大气化学和气候调控具有重要作用。BVOCs在大气中通过与氧化剂(如羟基自由基OH、臭氧O_(3)和NO_(3)自由基)快速反应,驱... 天然源痕量活性有机气体,也叫生物源挥发性有机化合物(BVOCs),是地球系统中重要的痕量活性有机气体,对全球碳循环、大气化学和气候调控具有重要作用。BVOCs在大气中通过与氧化剂(如羟基自由基OH、臭氧O_(3)和NO_(3)自由基)快速反应,驱动二次有机气溶胶(SOA)的生成,调节大气辐射强迫,影响区域和全球气候。同时,BVOCs通过对流层与平流层臭氧的交互作用影响大气中羟基自由基(OH)的浓度,间接参与温室气体的生命周期调控。全球BVOCs排放量估计为每年1000 Tg碳以上,主要来自森林生态系统,其中异戊二烯和单萜占主导地位。近年来,BVOCs排放的观测技术取得了显著进展,从传统的离线采样与气相色谱-质谱(GC-MS)分析到高时间分辨率的在线技术(如质子转移反应质谱PTR-MS和飞行时间质谱PTR-ToF-MS),极大提高了BVOCs排放数据的时间分辨率与化学精度。此外,基于无人机、卫星遥感与地基通量塔的多尺度监测技术,也为区域BVOCs排放的时空动态研究提供了新工具。结合动态箱法、涡度相关法和建模模拟,研究人员逐步构建了更精确的BVOCs排放清单,为理解其与气候变化的复杂反馈机制奠定了基础。环境因子对BVOCs排放的影响研究日益深入。光照和温度是控制BVOCs排放的关键因子,光照强度变化直接影响光合作用及异戊二烯的排放,而温度升高则加速BVOCs的生物合成和挥发。二氧化碳(CO_(2))浓度的升高可能通过光合作用调节BVOCs的排放强度,同时降低气孔导度减少BVOCs的释放速率,但其长期效应可能因植物种类和适应机制的差异而有所变化。臭氧(O3)浓度升高对BVOCs的作用具有双重效应:一方面通过胁迫反应诱导BVOCs的防御性释放,另一方面可能损伤叶片并抑制排放。气溶胶浓度和BVOCs之间存在重要的正反馈机制,高BVOCs排放可促进SOA生成,而SOA形成反过来通过散射光效应影响光合作用与BVOCs排放。氮循环改变对BVOCs排放的影响较为复杂,高氮输入可能通过改变植物养分分配与代谢路径,增加某些BVOCs的排放或抑制其他种类BVOCs的合成。未来全球变化情景下,气候变暖、极端天气频发和CO_(2)浓度持续升高可能显著改变BVOCs的排放模式及其与大气化学和气候系统的耦合机制。综合利用观测和建模技术,加强对多因子交互作用及长时间尺度下BVOCs排放的定量研究,将为揭示BVOCs的多圈层耦合作用机制提供重要支撑,并为气候变化和大气化学研究提供新的科学视角。 展开更多
关键词 天然源痕量活性有机气体(ROG) 生物源挥发性有机化合物(BVOCs) 排放测量 光照 温度 二氧化碳浓度 氮循环 气溶胶 臭氧
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基于随机森林算法的干旱半干旱区植被物候驱动机制与时滞累积效应研究
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作者 李瑞平 王莹 +2 位作者 郑和祥 秦子元 侯洪飞 《农业机械学报》 北大核心 2025年第8期86-94,共9页
植被物候作为表征植被对气候变化响应的关键生态指标,其动态变化对干旱区生态系统稳定性具有重要影响。为深入揭示干旱半干旱区植被生长起始期(SOS)对多气候因子的响应机制及时滞累积效应,基于2001—2020年NDVI数据、多源气候数据和SOS... 植被物候作为表征植被对气候变化响应的关键生态指标,其动态变化对干旱区生态系统稳定性具有重要影响。为深入揭示干旱半干旱区植被生长起始期(SOS)对多气候因子的响应机制及时滞累积效应,基于2001—2020年NDVI数据、多源气候数据和SOS数据,构建了融合随机森林(RF)模型、SHAP解释算法、时滞累积分析的综合评价体系。结果表明:气温日较差(DTR)、日平均温度(T_(mean))、云量(CLD)和月总降水量(Pre)的季前长度分别集中在3~4个月(55.6%区域)、1~3个月(60.3%区域)、4~6个月(58.1%区域)和4~6个月(62.9%区域)。Pre是SOS最关键的驱动因子,CLD、DTR和T_(mean)则在特定情境下提供补充调节,并且不同类型气候因子的响应特征存在明显差异,其中T_(mean)与DTR等热量因子以滞后1~3个月、无累积效应为主;Pre、地表土壤含水率(SM)与标准化降水蒸散发指数(SPEI)等水分因子则表现出以当前月和短期累积为主的响应机制;CLD则主要体现为滞后2个月、累积1个月的调控效应。本研究揭示了干旱半干旱区植被物候对多气候因子驱动的响应规律及时滞累积效应,为构建区域尺度的气候-植被交互模型、农业生产布局优化及气候变化下植被动态预测提供了理论依据和方法支撑。 展开更多
关键词 毛乌素沙地 植被物候 气候变化 随机森林 SHAP分析 时滞累积效应
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青藏高原地-气相互作用过程关键特征参数的卫星遥感应用研究进展
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作者 仲雷 戚雨婷 马耀明 《气象学报》 北大核心 2025年第4期921-937,共17页
青藏高原是世界上平均海拔最高、面积最大的高原,被誉为“亚洲水塔”和“世界第三极”,其地-气相互作用过程对高原及周边地区的天气和气候具有重要影响。然而,由于青藏高原观测站点分布相对稀疏且不均匀,定量获取其地-气相互作用过程特... 青藏高原是世界上平均海拔最高、面积最大的高原,被誉为“亚洲水塔”和“世界第三极”,其地-气相互作用过程对高原及周边地区的天气和气候具有重要影响。然而,由于青藏高原观测站点分布相对稀疏且不均匀,定量获取其地-气相互作用过程特征参数面临极大挑战。卫星遥感能够大面积获取时、空连续的地-气相互作用过程关键变量,但受青藏高原复杂地形地貌和云层的影响,基于卫星遥感定量刻画陆地-大气能量和水分交换的时、空变化特征仍存在较大的不确定性。随着卫星遥感观测技术的突破,青藏高原地-气相互作用过程关键特征参数的卫星遥感应用研究取得了可喜进展。文中系统地总结了过去50 a青藏高原地-气相互作用过程关键特征参数的卫星遥感研究进展,分别从地-气相互作用过程特征参数的卫星遥感反演和地-气水热通量的卫星遥感估算等方面进行了归纳梳理。此外,文中还从物理模型优化、多源数据融合以及卫星遥感与数值模式的结合等方面对未来的研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 青藏高原 地-气相互作用过程 关键特征参数 卫星遥感应用
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太赫兹波段融化冰晶粒子的光学特性研究
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作者 张学海 刘文博 +5 位作者 李瑶 李益文 张欣慧 邹曙光 李卫东 赵颜创 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第6期312-323,共12页
冰晶粒子在融化过程中会形成复杂的混合态特征,进而影响其光学和辐射特性,对全球辐射效应和天气预报等研究具有重要影响。文中提出了一种非球形非均匀混合模型用于模拟冰晶粒子融化过程中的形态和混合态,并采用离散偶极子近似(Discrete ... 冰晶粒子在融化过程中会形成复杂的混合态特征,进而影响其光学和辐射特性,对全球辐射效应和天气预报等研究具有重要影响。文中提出了一种非球形非均匀混合模型用于模拟冰晶粒子融化过程中的形态和混合态,并采用离散偶极子近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)法系统研究了3~640 GHz范围内融化冰晶粒子的光学特性随频率、纵横比、冰水混合比(Ice-to-Water Mixing Ratio,IWMR)等参数的变化规律。研究结果表明:不同融化阶段冰晶粒子的光学特性(消光效率因子、散射效率因子、不对称因子、散射相矩阵)存在较大的差异。具体表现为,融化冰晶粒子粒径越大,其消光效率因子、散射效率因子和不对称因子随频率变化的振荡幅度越大,融化冰晶粒子散射相矩阵元素的振荡越大,随着频率的增大,融化冰晶粒子散射矩阵元素的振荡也越大。随着冰晶粒子的融化,整体上这些光学参数随IWMR的降低呈现出规律性的变化,这也意味着忽略冰晶粒子的融化过程可能会导致错估其光学特性。研究结果还表明,冰晶粒子形态对消光效率因子、散射效率因子和不对称因子的影响主要在融化前期。当融化程度较低(IWMR=0.8)且尺度参数大于2.3时,冰晶核纵横比对其所有的光学特性参数均有着明显影响。当融化程度较高(IWMR=0.4)时,冰晶核纵横比对其粒子消光效率、散射效率和不对称因子等非散射角光学参数的影响基本可以忽略,但是随着粒子粒径的增大,冰晶核纵横比对粒子散射矩阵元素仍具有显著影响。研究结果可以为进一步理解冰云微物理特性演变规律、提升冰水含量反演精度等研究提供参考。 展开更多
关键词 冰晶粒子 融化过程 光散射 离散偶极子近似法
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空间-光谱联合解卷的全色锐化网络
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作者 郑建炜 夏弘毅 徐宏辉 《光子学报》 北大核心 2025年第1期176-188,共13页
以深度解卷网络为核心的全色锐化方法虽兼具可解释理论框架和自学习能力,然而往往采用简单网络各自逼近空间、光谱退化矩阵,缺乏协作的先验学习策略。为此,提出空间-光谱联合解卷网络,在迭代优化的理论指导下分别通过多尺度级联策略和... 以深度解卷网络为核心的全色锐化方法虽兼具可解释理论框架和自学习能力,然而往往采用简单网络各自逼近空间、光谱退化矩阵,缺乏协作的先验学习策略。为此,提出空间-光谱联合解卷网络,在迭代优化的理论指导下分别通过多尺度级联策略和点卷积操作实现自适应空间、光谱响应矩阵估计,并构建以注意力为基础的空间-光谱先验算子。在先验算子求解中,提出由多头光谱注意力和多头空间注意力组成的联合注意机制,分别在局部窗口中沿光谱和空间维度计算自注意力值,以捕获长程频谱依赖性,并建模全局空间交互作用。进一步构建了联合网络架构用于空间和光谱注意力间的精确信息融合。此外,设计了一种尺度感知协作模块,以捕获图像的多尺度局部特征。三个遥感数据集的实验结果证明了所提方案在数值和可视化结果层面均优于其他对比方法,其中在GF-2数据集上实现了0.798 dB的峰值信噪比增益。 展开更多
关键词 遥感图像 全色锐化 深度学习 网络解卷 TRANSFORMER 多尺度卷积 特征交互
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考虑遥相关因子的月降水数据偏差校正方法
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作者 闫宝伟 常建波 +3 位作者 孙明博 古东霖 周学叡 杨东旭 《水科学进展》 北大核心 2025年第1期50-61,共12页
多源降水数据校正对于缺资料地区水文规律的分析及模拟至关重要,当前校正方法对气候要素考虑不足。为此,基于ERA5、ERA5-Land、MSWEP-V2和PERSIANN-CDR多源降水数据集与遥相关因子集,结合XGBoost-SHAP模型进行特征筛选与成因分析,构建基... 多源降水数据校正对于缺资料地区水文规律的分析及模拟至关重要,当前校正方法对气候要素考虑不足。为此,基于ERA5、ERA5-Land、MSWEP-V2和PERSIANN-CDR多源降水数据集与遥相关因子集,结合XGBoost-SHAP模型进行特征筛选与成因分析,构建基于BiLSTM的降水数据偏差校正模型,采用贝叶斯优化(BO)策略寻求模型的最优超参数组合,以进一步提高校正精度。选取汉江上游为研究对象,对多源降水数据进行偏差校正。结果表明:①大气环流类因子是汉江上游降水形成的主要影响因素,北半球副高脊线位置指数的影响最大;②与传统的统计类方法相比,BO-BiLSTM略逊色于表现最优的参数转换法,但可以更加灵活地考虑多个因子的影响;③考虑遥相关因子后,多源降水数据校正的测试期纳什效率系数平均提升了5.4%,均方误差平均降低了24.6%,Kling-Gupta效率系数平均提升了10.5%。研究成果可为数据匮乏地区月降水的高精度估算与延长提供切实可行的技术方案。 展开更多
关键词 月降水 偏差校正 遥相关因子 多源降水数据集 BiLSTM模型
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