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加密探空与地面自动气象站资料同化对北京地区边界层数值模拟改善研究
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作者 吴义凯 王成刚 苗世光 《气象》 北大核心 2025年第1期30-42,共13页
利用2016年8月28日至9月2日在北京市宝联、朝阳、大兴站获得的逐3 h加密探空资料与逐1 h的地面自动气象站资料,基于WRF模式与WRFDA三维变分同化系统,分别进行仅同化加密探空资料(S-DA)、仅同化地面自动气象站资料(A-DA)以及同时同化以... 利用2016年8月28日至9月2日在北京市宝联、朝阳、大兴站获得的逐3 h加密探空资料与逐1 h的地面自动气象站资料,基于WRF模式与WRFDA三维变分同化系统,分别进行仅同化加密探空资料(S-DA)、仅同化地面自动气象站资料(A-DA)以及同时同化以上两种资料(M-DA)的同化试验,研究三组资料同化方案对北京地区边界层数值模拟的改善影响。结果表明:垂直方向上,加密探空资料对于改善模拟结果起核心作用,可使边界层范围内温度、相对湿度、风速的均方根误差分别减少65%、61%、22%。地面自动气象站资料对垂直方向的模拟结果亦有贡献,但改善力度小、影响范围低。M-DA试验与S-DA试验结果相仿。水平方向上,地面自动气象站资料的改善作用主要体现在影响范围广,加密探空资料改善力度较强,然而影响范围小。M-DA试验综合两种资料的优势,可使模拟结果更接近观测结果。同化时效性方面,同化试验对边界层内热力状态的改善影响时间较长,对湿度状态与动力结构的改善影响时间较短,其中M-DA试验对热力状态的改善影响最多可延长至预报6 h,对湿度与动力结构的改善影响最多可延长至预报3 h。综上,同时同化加密探空与地面自动气象站资料要比单独同化任一资料的效果更好,两种资料在同化后可以相互补充各自的不足,能较强地改善模式的初始场,从而在一定程度上提高边界层模拟结果的准确度。 展开更多
关键词 资料同化 大气边界层数值模拟 加密探空资料 地面自动气象站资料
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百米级气象数值模拟研究进展与展望 被引量:2
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作者 马小娇 陈敏 +2 位作者 黄向宇 苗世光 李玉焕 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1911-1930,共20页
21世纪开始,随着天气气候模式和超算机计算能力的发展,加之气象精细化预报服务需求日益增长,气象数值模拟迈入"百米级"发展阶段.本文系统回顾并归纳了近20年来百米级气象数值模式研发和模拟应用两方面的研究进展.重点关注百... 21世纪开始,随着天气气候模式和超算机计算能力的发展,加之气象精细化预报服务需求日益增长,气象数值模拟迈入"百米级"发展阶段.本文系统回顾并归纳了近20年来百米级气象数值模式研发和模拟应用两方面的研究进展.重点关注百米级大气模式资料同化和浅积云对流、云微物理、边界层和城市陆面等物理参数化方案的研发进展,以及模式对天气系统、边界层特征、降水、雾和城市化效应的模拟研究.基于百米级模式的研发和应用现状,指出该研究领域的五个重点发展方向,包括有限域高分辨率资料同化方法、云和边界层作用反馈、百米级城市陆面模式、人工智能方法对参数化方案的改进、模式分辨率与计算资源的平衡配置,以期为系统开展百米级气象数值模拟研究与应用提供参考. 展开更多
关键词 百米级 气象数值模拟 资料同化 物理方案 研究展望
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华北平原及沿山和沿海五个城市夏季短历时降水过程的日变化分析 被引量:3
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作者 丁乙 窦晶晶 +2 位作者 王迎春 苗世光 樊利强 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期490-509,共20页
利用华北平原294个国家级气象站1980—2022年夏季(6—8月)逐时降水资料,分析了华北平原夏季短历时降水过程的日变化时、空分布特征,结合地面气温和风的日变化,综合分析了4个沿山城市(北京、石家庄、济南、郑州)和1个沿海城市(天津)在城... 利用华北平原294个国家级气象站1980—2022年夏季(6—8月)逐时降水资料,分析了华北平原夏季短历时降水过程的日变化时、空分布特征,结合地面气温和风的日变化,综合分析了4个沿山城市(北京、石家庄、济南、郑州)和1个沿海城市(天津)在城市发展前期(1980—1989年)和后期(2013—2022年)短历时降水过程日变化特征及差异。结果表明:华北平原短历时降水过程整体呈现傍晚单峰的日变化特征;平原站点的达峰时间自东南向西北推后。5个主要城市在城市发展后期,短历时降水过程的日振幅都出现不同程度的减小;沿山城市短历时降水过程日峰值出现时间提前了1—2 h,而沿海城市天津无明显峰值时间,且高值时段提前;沿山城市50 mm以上短历时降水过程概率均有所升高,其中北京和石家庄40 mm以上的降水过程概率分别升高了2倍和5倍,而沿海城市天津40 mm以上的降水过程概率下降了43%。华北平原短历时降水过程的日变化与局地地形的热、动力作用和地面盛行风有关。城市局地增温效应导致沿山、沿海城市与周围地形热力差异更加明显,增强了沿山城市的山风和沿海城市的海风;同时,城市增温导致城市午后地面风辐合增强。近地面层上述热力差异变化导致的风场变化可能是沿山城市短历时降水过程日峰值提前、沿海城市短历时降水过程集中时段变为白天的重要原因。 展开更多
关键词 短历时降水过程 日变化 城市效应 地形 华北平原
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最大熵增模型在业务数值预报系统中的应用研究
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作者 张亦洲 张瑞 +4 位作者 赵平 苗世光 王迎春 全继萍 贾春晖 《气象学报》 北大核心 2025年第2期350-365,共16页
准确计算地表热通量对理解陆-气相互作用和提升天气预报、预测能力具有十分重要的科学意义和实用价值。目前数值天气预报模式中普遍采用的基于莫宁-奥布霍夫相似理论(Monin-Obukhov Similarity Theory,MOST)计算地表热通量的方法具有局... 准确计算地表热通量对理解陆-气相互作用和提升天气预报、预测能力具有十分重要的科学意义和实用价值。目前数值天气预报模式中普遍采用的基于莫宁-奥布霍夫相似理论(Monin-Obukhov Similarity Theory,MOST)计算地表热通量的方法具有局限性,而国际上近年来提出的用最大熵增(Maximum Entropy Production,MEP)模型计算地表热通量的方法具有优势并取得较好效果,越来越广泛地应用于陆-气交换过程研究。为了评估MEP模型在业务数值预报系统中的适用性,以及其与模式系统中现有常用地表热通量计算方法的差异,研究将MEP模型引入北京市气象局现有业务数值预报系统(CMA-BJ模式),用于计算地表感热、潜热和土壤热通量,替换模式中原有基于MOST的方法。针对2022年6—8月开展模拟试验,评估业务数值预报系统采用MEP模型后对陆面和大气要素及降水的预报效果。结果表明:在CMA-BJ模式中采用MEP模型,能够显著改善模式对地表能量平衡及陆面和边界层热、动力过程的模拟,提高模式对边界层内温度、湿度和风的模拟能力,最终提高降水尤其是强降水的预报准确度,华北地区和长江流域暴雨的TS(Threat Score)评分分别提高了20%和10%,预报降水的日变化特征也与实况更接近、相关系数更大。这些结果表明,将MEP模型应用于数值天气预报模式及相关业务系统是可行的。 展开更多
关键词 最大熵增模型 地表热通量 数值天气预报模式 降水
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不同模式背景场对复杂山地百米级温度和风场融合预报影响的对比 被引量:1
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作者 宋林烨 杨璐 +3 位作者 程丛兰 陈明轩 曹伟华 吴剑坤 《大气科学》 北大核心 2025年第3期681-698,共18页
基于高分辨率快速更新无缝隙融合集成预报RISE系统(Rapid-refresh Integrated Seamless Ensemble system),采用华北3 km分辨率快速循环更新的中尺度数值模式CMA-BJ、欧洲中心0.125°分辨率全球数值模式ECMWF、常规自动站和冬奥赛道... 基于高分辨率快速更新无缝隙融合集成预报RISE系统(Rapid-refresh Integrated Seamless Ensemble system),采用华北3 km分辨率快速循环更新的中尺度数值模式CMA-BJ、欧洲中心0.125°分辨率全球数值模式ECMWF、常规自动站和冬奥赛道加密自动站逐时观测资料,以北京冬奥会复杂山地为研究区域,对比分析了不同模式背景场对100 m网格分辨率的地面2 m温度和10 m风场融合分析场和1~24 h逐小时间隔预报准确性的影响。对比试验结果表明:(1)采用区域模式和全球模式的预报数据作为RISE系统背景场,均可有效形成复杂山地百米级精细化融合产品,但不同模式背景场对不同气象要素分析和预报性能的影响存在明显差异;(2)对于温度分析场,以CAM-BJ和ECMWF模式的预报数据为背景场的RISE温度分析场空间分布基本一致,分析平均绝对误差(MAE)均小于0.2℃;(3)对于风场分析场,采用高分辨率区域模式比粗分辨率全球模式更能提升RISE高精度风场融合产品精细化水平;(4)对于温度预报,以ECMWF模式的预报数据为背景场的RISE格点融合预报性能显著优于CMA-BJ模式的预报数据为背景场,冬奥高山站和所有站平均预报MAE分别减小10.5%和7.0%;(5)对于风场预报,以CAM-BJ和ECMWF模式的预报数据为背景场的RISE冬奥高山站临近1~6 h风速预报MAE分别为1.42 m s^(-1)和1.30 m s^(-1),7~24 h预报MAE则分别为1.52 m s^(-1)和1.54 m s^(-1),而RISE区域内所有站1~24 h平均MAE分别为1.38 m s^(-1)和1.24 m s^(-1)。研究成果有助于深入理解模式背景场在百米级融合预报中的作用,对提升复杂地形下天气预报准确性有重要的科学意义和业务应用价值。 展开更多
关键词 模式背景场 百米级融合预报 复杂山地 北京冬奥会
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北京冬奥会延庆复杂地形冬季和早春地面风场精细特征对比研究
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作者 徐景峰 宋林烨 +3 位作者 陈婧 杨璐 陈明轩 韩雷 《高原气象》 北大核心 2025年第2期378-392,共15页
风是历届冬奥会十分关注的气象条件之一,是影响北京冬奥会山地赛事的首要气象因素,复杂地形下局地风场的精细化时空分布规律可以为赛道施工、风场预报、防风措施提供重要的理论依据。本文利用2017年12月至2022年3月北京冬奥会延庆高山... 风是历届冬奥会十分关注的气象条件之一,是影响北京冬奥会山地赛事的首要气象因素,复杂地形下局地风场的精细化时空分布规律可以为赛道施工、风场预报、防风措施提供重要的理论依据。本文利用2017年12月至2022年3月北京冬奥会延庆高山区不同海拔常规地面自动气象站和冬奥赛道加密站逐小时观测资料,研究了冬季(12月至次年2月)和早春(3月,残奥会期间)复杂地形下局地风场的精细化时空分布特征,重点对比分析了风速风向频率分布、日变化规律及季节变化差异。首先采用K-Means聚类方法将所有自动站分为四组,组1到组4分别代表延庆低海拔远郊区、东北山麓过渡区、西南过渡区、高海拔山顶区,然后以组为单位进行精细化特征分析。结果表明:(1)大风发生频率与海拔紧密相关,海拔越高,则大风发生频率越高。组1和组2(海拔1000 m以下)小风(<3.3 m·s^(-1))发生频率超过80%,而大风(≥10.7 m·s^(-1))占比为0%;组3(海拔1000 m以上)小风发生频率下降至75%以下,并偶尔发生大风,但占比不足1%;组4(海拔1800 m以上)风速频率分布发生质变,大风出现频率增加至10%以上,其中冬季远高于早春。(2)风向分布特征存在显著的局地性差异。组4受大尺度冬季风环流主导,盛行偏西北风,极少出现其他风向;组1~3受大尺度环流、山谷风环流和局地下垫面综合作用,各个风向以不同频率发生。(3)日循环变化呈现高、低海拔截然相反的特征。组1~3风速夜间小、白天大,组4则表现为夜间大、白天小、午间小风“窗口期”规律;组1~3存在明显的风向日夜转换,转换时间为日出和日落后,组4风向不存在日变化。(4)从季节变化看,早春风场和冬季存在较明显的差异,且局地差异较大。相比冬季,早春组1~2白天风速增大,组3夜间风速降低,组4全天风速均大幅减小;早春风向相对更多变,组1东北风向显著增多,组2谷风转山风时间比冬季推迟3 h,组3~4西南风向所有增加。上述研究结果有助于深入认识复杂地形下近地面局地风场的精细化时空规律,可为冬奥会及小尺度山地气象监测和预报提供重要的背景参考。 展开更多
关键词 复杂地形 近地面风 精细化时空特征 聚类算法
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北京地区不同城市热岛指标和城市效应研究方法的对比分析 被引量:3
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作者 张昊 张宁 潘志华 《南京大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期189-200,共12页
城市热岛效应是城市气候的突出现象之一,由于观测手段差异和数据代表性的不同,对城市热岛存在多种定义,其中冠层城市热岛和地表城市热岛的应用最广泛,但是目前两者之间的比较工作开展相对较少.“城市效应”是指由于城市的出现对一个地... 城市热岛效应是城市气候的突出现象之一,由于观测手段差异和数据代表性的不同,对城市热岛存在多种定义,其中冠层城市热岛和地表城市热岛的应用最广泛,但是目前两者之间的比较工作开展相对较少.“城市效应”是指由于城市的出现对一个地区气候的影响,城市热岛本质上属于城市效应的表征之一.分离“城市效应”常用的方法有“城乡差异”和“城市化前后对比”两种,二者分别从观测资料的空间和时间差异着手计算,目前对两种方法结论的一致性分析尤为欠缺.以北京地区为研究对象,利用地面气象站和卫星遥感观测数据,对比分析了该地区气温和地表温度、冠层热岛和地表热岛的数值与变化情况,并进一步分析了分离“城市增温效应”两种方法的可比性,结果表明:(1)2009-2017年北京地区五种热岛指标均值比较为:由卫星遥感反演得到的日间地表热岛最大,其次为地面观测得到的最低气温冠层热岛和卫星遥感反演得到的夜间地表热岛,二者数值相近,地面观测得到的平均气温冠层热岛再次,而地面观测得到的最高气温冠层热岛远小于其他四类;(2)以通州站为例,1980-2017年用以分离“城市增温效应”的城市化前后差异和城乡对比两种方法的结果分别为0.65℃/(10a)和0.61℃/(10a),结论基本一致,虽然由于乡村站平均气温受到城市化影响,城乡对比法存在低估现象,但误差在可接受范围内,两种方法仍具有相互替代性. 展开更多
关键词 城市热岛效应 冠层城市热岛 地表城市热岛 城市效应
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城市复杂下垫面对局地气温和风定量影响的观测研究 被引量:5
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作者 徐一平 郑祚芳 +1 位作者 苗世光 李林 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2023年第4期385-397,共13页
为深入探讨城市局地气温和风的定量差异,采用智能微型气象站在门头沟城区开展了为期一年的观测试验,并采用局地气候分区,分析了局地环境对近地面气温和风场的影响。结果表明:(1)白天气温受太阳辐射、建筑物遮蔽、土地利用、人为热排放... 为深入探讨城市局地气温和风的定量差异,采用智能微型气象站在门头沟城区开展了为期一年的观测试验,并采用局地气候分区,分析了局地环境对近地面气温和风场的影响。结果表明:(1)白天气温受太阳辐射、建筑物遮蔽、土地利用、人为热排放的综合影响,夜间气温主要受城市冠层特性和人为热排放(交通、生活)的影响。中层密集型地块夏季日平均气温偏高0.68℃,高层密集型地块冬季日平均偏高0.66℃(与稀疏建筑地块相比,下同)。密集树木地块的降温效应夏季(0.3℃)强于冬季(0.07℃)。水体的降温效应主要体现在夏季白天,平均偏低0.29℃;而冬季水体以增温效应为主,日平均偏高0.38℃。(2)水体地块由于粗糙度较小,夏季、冬季风速日平均分别偏高0.5 m/s和0.37 m/s;密集树木由于风屏障作用,夏季、冬季风速日平均偏低0.13 m/s和0.23 m/s;由于建筑物的阻挡作用,夏季、冬季,中层密集型地块风速日平均偏低0.54 m/s和0.48 m/s。本文揭示了城市复杂下垫面对局地气温和风的定量影响,研究表明局地气候分区可较好地反映城市街区气温和风的局地差异,为宜居城市建设提供科学基础。 展开更多
关键词 北京门头沟城区 局地 气温 社会化观测
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“23·7”华北极端强降水过程的水汽来源定量贡献分析 被引量:3
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作者 薛一迪 齐铎 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期721-732,共12页
借助拉格朗日轨迹追踪模式FLEXPART(the Flexible Particle Model)和水汽源区定量贡献分析方法,研究了“23·7”华北极端强降水过程的主要水汽源地、输送路径和源区水汽的定量贡献及随时间的变化特征。研究确定的6个主要水汽源区中... 借助拉格朗日轨迹追踪模式FLEXPART(the Flexible Particle Model)和水汽源区定量贡献分析方法,研究了“23·7”华北极端强降水过程的主要水汽源地、输送路径和源区水汽的定量贡献及随时间的变化特征。研究确定的6个主要水汽源区中西太平洋区域(E)水汽总摄取量最大(目标区域降水量的1.93倍),阿拉伯海-孟加拉湾区域(D)和中国南部区域(C)分别以0.96倍和0.76倍目标区域降水量的水汽摄取位居其后,目标区域(T,0.30倍)、目标区域外侧东北亚大陆区域(B,0.28倍)和欧亚大陆区域(A,0.01倍)摄取的总水汽量依次减少。初始时段,受越赤道气流和副热带高压影响,D和E区是主要水汽摄取源(两者占比总和超90%)。中间阶段,D区气块移入E区并入热带气旋“杜苏芮”环流,水汽摄取量下降,而E区因“杜苏芮”水汽摄取量显著增加。过程开始前,随着“杜苏芮”登陆C区,C区水汽摄取达到峰值。最终各源区对目标区域降水的总贡献达95.34%,其中E区(43.10%)和C区(26.47%)是主要贡献区,D区(12.26%)和T区(11.85%)也有重要影响,B区(1.58%)和A区(0.08%)贡献较小。“杜苏芮”对气块运动和水汽摄取有显著影响,而热带气旋“卡努”对此次过程的直接影响相对较小。 展开更多
关键词 “23·7”极端强降水 水汽源区 定量贡献 FLEXPART模式
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计算流体力学方法在大气科学中的应用综述 被引量:1
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作者 陈燕 陈兵 +1 位作者 徐家平 张宁 《南京大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2024年第5期871-880,共10页
随着计算机技术的发展与普及,计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法被应用于大气科学的研究领域,特别是对边界层过程和小尺度问题的研究. CFD方法所具有的网格划分、对复杂下垫面的表征、对湍流过程的精细求解等特点,在... 随着计算机技术的发展与普及,计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法被应用于大气科学的研究领域,特别是对边界层过程和小尺度问题的研究. CFD方法所具有的网格划分、对复杂下垫面的表征、对湍流过程的精细求解等特点,在求解这类问题时具有独特的优势,因此在城市微气候与城市大气环境、复杂下垫面大气边界层和大气模式参数化方案发展等领域都有较为广泛的应用.本文对CFD在这些领域的应用进行了回顾总结.在大气科学中进一步应用CFD方法时,面临三个挑战:一是随着应用范围扩大,计算网格数量迅速增加,计算效率下降;二是缺少对大气科学中的土壤-大气之间的水热交换、城市污染中颗粒物的大气辐射效应、云微物理过程等的有效描述;三是没有较好地描述边界强迫.这些都是需要持续开展研究的问题. 展开更多
关键词 CFD方法 大气边界层 城市微气候 复杂地形 湍流
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CMA-BJ系统总云量预报性能检验评估
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作者 张帅 吴捷 +4 位作者 陈敏 仲跻芹 黄向宇 卢冰 杨扬 《气象》 CSCD 北大核心 2024年第9期1057-1070,共14页
云是天气气候中最重要、最活跃的因子之一,对大气系统的辐射能量平衡和水分循环起到重要调制作用。对总云量进行有技巧的预报也为更好把握天气现象、预测光伏发电等新能源出力提供客观依据。中国气象局北京快速更新循环数值预报系统(CMA... 云是天气气候中最重要、最活跃的因子之一,对大气系统的辐射能量平衡和水分循环起到重要调制作用。对总云量进行有技巧的预报也为更好把握天气现象、预测光伏发电等新能源出力提供客观依据。中国气象局北京快速更新循环数值预报系统(CMA-BJ)可提供我国逐小时高分辨率总云量预报产品,本文采用时间尺度分离的方法对其预报性能开展系统性评估,并对误差来源进行分析,从而为产品释用和模式改进提供参考。结果表明,CMA-BJ总体能够抓住总云量的空间分布以及日变化强度特征,在1~24 h时效预报和观测的总云量空间相关系数在各月均超过0.6,但在冬季(1月)对总云量和日变化强度存在较为明显的低估,全国平均云量负偏差达-0.133。随着预报时效的延长,模式对云量逐时变率的预报能力有所下降,预报第1至第4天的平均TCC分别为0.470、0.409、0.355、0.315,有技巧的预报可维持至48~72 h。诊断分析表明,模式中相对湿度偏小可能是造成总云量预报负偏差的主要来源之一,垂直速度预报偏差也是影响云量预报误差的重要原因。 展开更多
关键词 总云量 CMA-BJ 性能评估
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南京地区人体舒适度特征分析及其对田径运动成绩的影响
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作者 周娴 冯晓劲 +1 位作者 王成 张宁 《南京大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2024年第6期1045-1052,共8页
人体舒适度是评估城市宜居性的重要指标,它是人体器官和皮肤等感受器对环境感知后,通过神经系统作出的反应.人体舒适度受气温、湿度和风速等气象要素的直接影响.利用位于南京大学仙林校区的南京长三角大气过程与环境变化国家野外科学观... 人体舒适度是评估城市宜居性的重要指标,它是人体器官和皮肤等感受器对环境感知后,通过神经系统作出的反应.人体舒适度受气温、湿度和风速等气象要素的直接影响.利用位于南京大学仙林校区的南京长三角大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站(SORPES) 2015-2021年的气象观测资料对该地区的人体舒适度指数特征进行了分析,所选指数包括了热应力(Heat Index,HI)、湿热指数(Humidex)、湿球黑球温度(WBGT)和风冷指数(WCI).从年际变化看,各指数的量值基本相当,均在15~20.各指数的年变化趋势和月变化趋势与温度变化趋势有很高的一致性,这是因为在各个指数的定义和计算中,气温都是权重最大的气象因素,在此基础上再通过湿度、风速等要素进行修订.各个指数的概率密度分布均出现了弱的“三峰型”,这是秋季的“双峰型”和其他季节的“单峰型”叠加导致的.秋季各指数“双峰型”分布特征主要是由较大的昼夜温差导致的.总体来看,南京地区人体感觉以舒适为主,热环境风险远大于冷环境风险,以Humidex为指标统计的风险概率比以HI为指标的略高.利用南京大学高水平运动员200 m短跑的训练记录分析了人体舒适度对户外运动的影响,统计结果表明不同的运动员对热环境的敏感性反应存在极大的个体差异,30%的研究对象受热环境舒适度影响,其中10%的研究对象受热环境舒适度影响明显,女运动员的敏感度高于男运动员.研究结果表明在未来的体育训练中,环境人体舒适度对运动员的影响是不可忽视的,需要加强关注和研究. 展开更多
关键词 城市宜居性 人体舒适度 户外活动
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北京地区边界层低空急流的观测研究
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作者 何松蔚 王成刚 +1 位作者 严家德 李炬 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期822-833,共12页
利用2016—2017年北京常规探空资料与2016年8月28日—9月2日多点同步加密探空资料,探讨了北京地区边界层低空急流与气象要素的相互关系,以及城市下垫面对急流的影响,并简要分析了急流的形成机制。结果显示:(1)秋冬季急流表现为发生频率... 利用2016—2017年北京常规探空资料与2016年8月28日—9月2日多点同步加密探空资料,探讨了北京地区边界层低空急流与气象要素的相互关系,以及城市下垫面对急流的影响,并简要分析了急流的形成机制。结果显示:(1)秋冬季急流表现为发生频率高、急流轴高,强度强,急流风向以偏北风为主;春夏季急流发生频率较低,急流轴低,强度弱,急流风向以偏南风为主。(2)急流与大气边界层垂直结构有密切关系。急流发生时多伴有悬空逆温的出现。悬空逆温高度和急流上方最小风速高度、风向转变高度有较好一致性关系。(3)边界层低空急流的生消与位温的日变化过程基本一致,惯性振荡是北京地区夜间晴好天气条件下急流形成的主要机制。(4)边界层低空急流受下垫面热力差异影响在城、郊有不同的表现特征。城市急流具有显著的突发性和不连续性,维持时间短,发生频率低。郊区急流则发生频率高,维持时间长。典型急流过程中,城市与郊区相比,急流轴高150 m,急流风速小1.6 m·s^(-1)。 展开更多
关键词 边界层低空急流 季节特征 悬空逆温 日变化特征 城郊差异
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一种基于分数技巧评分定义的降水预报跳跃指数及其应用
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作者 薛一迪 黄向宇 +2 位作者 卢冰 陈敏 夏宇 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期522-538,共17页
基于CMA-BJ系统提供的2021年8月9日2套降水预报结果(业务数值预报模式和同化试验结果)和2022年6月4日、2023年9月17日的业务数值预报模式结果,结合定性分析,利用4种客观评价指标(不确定度、均方根误差、不一致指数和基于分数技巧评分(F... 基于CMA-BJ系统提供的2021年8月9日2套降水预报结果(业务数值预报模式和同化试验结果)和2022年6月4日、2023年9月17日的业务数值预报模式结果,结合定性分析,利用4种客观评价指标(不确定度、均方根误差、不一致指数和基于分数技巧评分(FSS)定义的预报跳跃指数)对该系统降水预报不一致特征进行了定量评估。3次降水过程的分析结果显示:预报跳跃指数不仅可以识别出2021年8月9日和2022年6月4日业务数值预报模式结果中降水量预报明显减小的3个预报时次,而且对于降水过程预报相对稳定的个例(2021年8月9日同化试验和2023年9月17日业务预报结果),随着预报时次逐渐临近最新预报,该指数整体呈现波动上升或者数值较大、波动较小的特征,表明15个连续降水预报特征逐渐与最新预报趋于一致或者大体相似,与定性分析结果相对吻合。其他3种指数对于降水预报不一致问题的表征存在不足,不确定度和均方根误差显著受到预报降水量的影响,同时不确定度不能反映预报不一致的时间特征,不一致指数随预报时次逐时滚动变化较大,确定的预报不一致时次较多,与定性分析结果存在明显偏差。 展开更多
关键词 CMA-BJ系统 降水预报 预报不一致 定量评估
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CMA-BJ 2.0版逐时快速更新追赶循环同化预报系统研发及应用Ⅰ:资料同化及系统构建 被引量:5
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作者 陈敏 仲跻芹 +5 位作者 卢冰 童文雪 冯琎 张舒婷 黄向宇 范水勇 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期911-925,共15页
介绍了CMA-BJ 2.0版区域逐时快速更新循环同化分析及短时预报业务系统在逐时更新循环和资料同化方面的关键技术特点。该系统采用分析增量更新作为初始化方案,有效抑制了初始噪声累积问题;通过充分考虑各类观测资料实际到报截断时长的差... 介绍了CMA-BJ 2.0版区域逐时快速更新循环同化分析及短时预报业务系统在逐时更新循环和资料同化方面的关键技术特点。该系统采用分析增量更新作为初始化方案,有效抑制了初始噪声累积问题;通过充分考虑各类观测资料实际到报截断时长的差异,发展了包括循环分析和更新预报两个部分耦合的逐时追赶循环运行框架,实现了对各类观测资料充分高效的利用,也较好地兼顾了短临预报服务对逐时更新循环预报产品的时效性要求;通过在分析循环的同化背景场部分应用动态混合方案,实现了全球模式大尺度场对区域模式中小尺度热动力场发展的动态约束,有效抑制了快速更新循环预报误差累积导致的大尺度预报场变形的问题;在资料同化方面,实现了中国全国雷达反射率因子拼图资料的同化应用,并通过仅在更新预报部分开展雷达反射率资料同化以规避连续循环同化造成的水汽正向过量累积、调整雷达同化时的背景场误差的方差和长度尺度两方面的策略优化有效提升了雷达同化的应用效果;此外,在CMA-BJ 2.0版系统中实现了中国全国风廓线雷达观测资料的实时同化应用。 展开更多
关键词 快速更新循环 初始化 雷达资料同化 风廓线同化 分析增量更新
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北京地区温度预报对心脑血管疾病的健康影响及经济效益评估 被引量:3
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作者 尚晶 孙兆彬 +5 位作者 苗世光 季崇萍 甘璐 刘璐 安兴琴 侯青 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期520-529,共10页
研究证实不适温度能增加人群因心脑血管疾病死亡,但温度预报在不适温度-死亡暴露反应关系中的调节作用及经济价值尚未见报道。本研究以北京观象台(No.54511)的监测数据和北京市逐日心脑血管疾病死亡数据为依据,对2006—2016年北京市气... 研究证实不适温度能增加人群因心脑血管疾病死亡,但温度预报在不适温度-死亡暴露反应关系中的调节作用及经济价值尚未见报道。本研究以北京观象台(No.54511)的监测数据和北京市逐日心脑血管疾病死亡数据为依据,对2006—2016年北京市气象台对公众发布温度预报数据进行准确性检验,利用分布滞后模型构建了准确预报、高估和低估时温度与北京市心脑血管疾病死亡的暴露反应关系,并以主观预估为基准评估了温度预报的健康效应,最后运用调整后的人力资本法估算了温度预报在减少心脑血管疾病健康风险方面的经济价值。结果发现:2006—2016年,北京市气象台发布的白天最高气温准确率明显提升,以偏差不超过2℃为划分依据的准确率由60%提升至84%;暴露反应关系的研究表明准确预报时不适温度所造成的最大单日相对风险有所降低;基于人们将依据前一日实际温度形成主观预估温度的假设发现,主观预估的准确率基本保持稳定;根据温度预报和主观预估的差异,识别出北京市温度预报所减少的心脑血管疾病单日最大超额死亡人数呈上升趋势,每年减少114—457人;经济学评估发现北京市温度预报对心脑血管疾病健康影响的经济收益由2006年的1.21亿元上升至2016年的11.31亿元,降低了人群心脑血管疾病风险,具有显著的经济价值。 展开更多
关键词 天气预报 暴露反应关系 气温 经济评估 分布滞后模型
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温度层结对建筑风环境定量影响的大涡模拟
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作者 李玉洁 徐一平 +1 位作者 苗世光 严超 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2023年第5期518-532,共15页
基于局地气候区分类,选取了北京门头沟地区4种局地气候区(高层开阔、高层密集、中层密集、稀疏建筑)作为研究对象,利用高分辨率大涡模拟方法,数值研究温度层结效应对不同局地气候区风和湍流特性的影响。2019年11月7日晴天小风个例模拟... 基于局地气候区分类,选取了北京门头沟地区4种局地气候区(高层开阔、高层密集、中层密集、稀疏建筑)作为研究对象,利用高分辨率大涡模拟方法,数值研究温度层结效应对不同局地气候区风和湍流特性的影响。2019年11月7日晴天小风个例模拟结果表明:1)温度层结对湍涡的形状和范围有显著影响。在近地面水平剖面上,稳定层结下涡旋数量较中性层结情况减少,但涡旋的纵向延伸范围可增大67%;不稳定层结下涡旋数量较中性层结增加,涡旋的纵向范围可缩小60%。在垂直剖面上,相较于中性层结,稳定层结下环流结构减弱且涡旋的纵向范围可缩小40%,不稳定层结下环流结构增强且涡旋的纵向范围可增大20%,该现象在高层密集型地块最为明显。2)4种局地气候区的风速的高值区主要位于平行于盛行风方向的建筑物两侧及屋顶附近,热力作用对总风速有增益作用,近地面风速较入流风速可增加1.27~2.18倍。3)4种局地气候区湍动能的高值区主要位于建筑物底部拐角处和屋顶,不稳定层结下近地面的湍动能是中性层结的1.2~1.5倍,而稳定层结下是中性层结的0.5~0.8倍,即不稳定层结条件下浮力引起的热力湍流增强混合效率,而稳定层结条件下湍流运动受到抑制。4)相较于其他局地气候区,高层密集区域的建筑物底部风速较大,在不稳定层结下易形成较强的狭管效应,其街区峡谷最大风速是中层密集的1.5倍。 展开更多
关键词 城市边界层 大气湍流 局地气候区 层结稳定性
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