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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2024年度最新进展
1
作者 陈海山 张耀存 +16 位作者 张文君 尹志聪 陈国森 华文剑 黄丹青 况雪源 刘芸芸 马红云 施宁 孙善磊 魏江峰 赵海坤 张杰 韩婷婷 李文铠 桑英涵 王润 《大气科学学报》 北大核心 2025年第2期177-206,共30页
围绕“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”2024年度主要进展,从极端事件变化的观测事实、环流特征与动力学机理,海洋关键过程与海气相互作用机理,海洋过程对极端天气气候的影响,陆面过... 围绕“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”2024年度主要进展,从极端事件变化的观测事实、环流特征与动力学机理,海洋关键过程与海气相互作用机理,海洋过程对极端天气气候的影响,陆面过程及其影响研究,极端事件模拟与预测等5个方面介绍了项目的最新研究成果。1)揭示了变暖趋势对中国近40年破纪录高温事件的影响,基于通用热气候指数分析了中国区域极端高温事件的时空变化特征,探讨了不同增暖期中国东部极端降水的演变规律,阐明了长江中下游极端热浪事件的热、动力学特征,并归因了人类活动对亚洲热点区域极端温度事件的影响。2)量化了前期冬季北太平洋涛动对后期ENSO发展的作用,指出热带太平洋年际-年代际变率在超长La Nina事件形成有重要贡献;揭示了La Nina纬向位置对印度洋偶极子的调制机理,发现ENSO对东海-黑潮区域海温的影响存在季节性反转;开展了黑潮延伸体区域SST异常和海洋热浪的季节可预报性研究,阐明了非线性过程对大气季节内振荡的作用,探讨了多因子影响北大西洋多年代际变化的物理机制。3)揭示了ENSO对晚冬“暖北极-冷欧亚”模态的非对称影响,发现了其与中国东部前、后冬降水模态及黑潮反气旋的联系,并阐释了对东海-黑潮区海温和东亚降水的季节性变化机理;指出Mega-ENSO与西北太平洋台风生成区域的向极移动存在密切联系,揭示了热带跨洋盆海气相互作用对台风生成位置和频次的影响过程;发现南极变暖驱动南大西洋变暖是2022年东亚高温热浪的重要成因,热带北大西洋变率显著调控我国东北森林野火。4)揭示了欧亚大陆土壤湿度次季节变化对我国北方群发性极端降水事件的影响机制,评估了积雪覆盖对温度次季节变化及预测的影响;开展了陆面因子与陆气耦合过程影响干旱的归因与预估研究;阐明了陆面过程与海陆协同影响中国夏季降水和超级梅雨、极端降水的物理机制;评估了华北夏季灌溉对降水日循环和区域水循环的影响及城市化对珠三角暖季中尺度对流系统和强降水的影响。5)系统评估了CMIP6模式对“暖北极-冷欧亚”模态前后冬次季节反转的模拟能力,构建了中国东南区域复合极端湿热事件的季节预测模型;利用年际增量方法构建了华北盛夏强降水频次的物理统计预测模型,基于深度学习方法改进长江中下游流域夏季极端降水动力模式的预测性能;同步开展了动力模式的发展及预测应用研究。最后,展望了面临的挑战和需要进一步加强研究的相关问题,以期为推动我国极端天气气候领域的研究提供一定参考。 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 机理 预测
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基于中国台风巨灾模型“风·眼”的台风定量损失评估
2
作者 陈思宁 赵艳霞 +4 位作者 宫婷 赵大军 张祎 孙擎 杨彩凤 《热带气象学报》 北大核心 2025年第4期468-475,共8页
针对我国台风巨灾保险发展缓慢、风险量化能力不足以及缺乏用于开展定量化评估巨灾损失的先进模型等突出问题,中再巨灾风险管理股份有限公司联合中国气象科学研究院等多家专业研究机构,成功研发了具有自主知识产权且面向保险行业的中国... 针对我国台风巨灾保险发展缓慢、风险量化能力不足以及缺乏用于开展定量化评估巨灾损失的先进模型等突出问题,中再巨灾风险管理股份有限公司联合中国气象科学研究院等多家专业研究机构,成功研发了具有自主知识产权且面向保险行业的中国台风巨灾模型——“风·眼”。以2023年发生的两个典型台风“苏拉”和“卡努”为例,基于“风·眼”系统,并结合不同台风预报路径情景,对两次台风造成的潜在经济损失开展了定量化的预评估工作。据测算,台风“苏拉”对广东省、福建省、广西壮族自治区、江西省局部地区造成的房屋、居民家庭财产、工矿企业以及公益设施类损失约为15~67亿元。台风“卡努”对辽宁省、吉林省和黑龙江省局部地区造成的同类综合损失约为0.5~5.0亿元。通过与实际灾害损失情况对比分析,结果显示该模型表现良好。该模型将为台风巨灾风险的精准识别、量化评估、精算定价、业务组合优化、风险累积控制和再保方案设计等核心环节提供关键技术支撑,助力提高我国保险行业对台风巨灾风险的综合管理能力与水平。 展开更多
关键词 巨灾模型 损失评估 巨灾保险 风险减量
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深度学习在ENSO预测中的应用研究
3
作者 方巍 付海燕 罗京佳 《大气科学学报》 北大核心 2025年第3期429-437,共9页
厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)是自然界气候变化中年际变化最显著的异常信号。ENSO会在全球范围内引发天气和气候异常,由此造成的自然灾害给人类生命和财产安全带来了巨大危害。随着人工智能的发展,ENSO预测方... 厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)是自然界气候变化中年际变化最显著的异常信号。ENSO会在全球范围内引发天气和气候异常,由此造成的自然灾害给人类生命和财产安全带来了巨大危害。随着人工智能的发展,ENSO预测方法已从传统方法拓展到了深度学习技术。因此,对ENSO预测进行了较为全面的论述:概述了ENSO相关知识;回顾了传统的预测方法;介绍了深度学习模型在ENSO预测中的应用,分析了它们的优势、局限性以及改进方向;基于当前方法面临的挑战,对未来ENSO预测的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 ENSO预测 人工智能 深度学习 气候变化 气象灾害
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青藏高原观测对2020年长江中下游地区梅雨降水过程预报的影响
4
作者 庄照荣 田伟红 +1 位作者 陈雨潇 陈静 《大气科学学报》 北大核心 2025年第2期217-228,共12页
青藏高原对我国气候、天气有重要的影响,青藏高原地区的观测分布相对于我国东部区域虽然密度稀疏,但对我国东部长江中下游地区预报有一定的影响。本文利用CMA-MESO快速更新循环系统对2020年7月上旬长江中下游地区的梅雨天气过程进行模拟... 青藏高原对我国气候、天气有重要的影响,青藏高原地区的观测分布相对于我国东部区域虽然密度稀疏,但对我国东部长江中下游地区预报有一定的影响。本文利用CMA-MESO快速更新循环系统对2020年7月上旬长江中下游地区的梅雨天气过程进行模拟,研究青藏高原地区观测资料的缺失对下游地区天气系统预报的影响。试验结果表明,青藏高原地区的观测资料缺失明显影响长江中下游地区24~72h的地面2m温度和10m风场预报质量,对前3d的降水预报也有显著负贡献。目标区观测资料影响估计也表明,青藏高原观测资料的影响主要在长江中下游地区,24~72h的预报信号方差在长江中下游地区最大。因此,改进长江中下游地区预报质量也需要考虑青藏高原的观测资料影响。另外,针对我国东部区域进行高分辨率模式模拟时,往往研究区域范围不包括青藏高原地区,但研究区域外的观测和预报信息时空传播对预报的影响也不可忽视。 展开更多
关键词 青藏高原观测 梅雨期降水 三维变分 CMA-MESO 快速更新分析预报
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影响秦皇岛和唐山地区夏季降水年际变化的大尺度环流和海温因子
5
作者 向亮 孙婉怡 +1 位作者 张潇潇 祝从文 《大气科学》 北大核心 2025年第2期432-446,共15页
本文基于1981~2022年中国站点逐日降水数据,大气再分析、月平均海温资料,以及太平洋年代际振荡(PDO)、厄尔尼诺(Ni?o3.4)指数,采用经验正交函数、相关和合成等统计方法,揭示了秦皇岛和唐山(简称秦唐地区)夏季降水年际变化特征,探讨了对... 本文基于1981~2022年中国站点逐日降水数据,大气再分析、月平均海温资料,以及太平洋年代际振荡(PDO)、厄尔尼诺(Ni?o3.4)指数,采用经验正交函数、相关和合成等统计方法,揭示了秦皇岛和唐山(简称秦唐地区)夏季降水年际变化特征,探讨了对其产生影响的大尺度环流和海温因子。结果表明,秦唐地区夏季降水年际变化的主模态表现为符号一致性特征,降水量呈由北向南递减分布。蒙古气旋(MC)和日本海高压(SJH)是影响该地区夏季降水的两个关键环流系统,环流强度与降水量变化存在显著的正相关。MC和SJH偏强有利于水汽输送和冷暖空气交汇,导致该地区夏季降水极端偏多;当SJH偏弱时,水汽输送减少,该地区夏季降水极端偏少。前期冬春季的Ni?o3.4指数处于负(正)位相时,夏季印度洋海温偏低(高),西北太平洋海温偏高(低),SJH偏强(弱),秦唐地区降水偏多(少)。当春季PDO为正(负)位相时,夏季西北太平洋呈“北正南负(北负南正)”型海温分布,MC偏强(弱),秦唐地区夏季降水偏多(少)。因此,前期冬春季ENSO和春季PDO的位相状态对秦唐地区夏季降水的精细化季节预测具有重要的指示意义。本文的分析结果同样适用于华北地区,为提高华北夏季降水空间精细化的季节预测提供了重要的科学依据。 展开更多
关键词 秦皇岛—唐山地区 夏季降水 年际变化 环流异常 海温影响
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极端暴雨过程对海河流域暴雨分布特征的影响 被引量：1
6
作者 程宸 房小怡 +5 位作者 张硕 于瀛 杨舒楠 李雁 刘家宏 梅超 《大气科学学报》 北大核心 2025年第2期289-299,共11页
为研究极端暴雨过程对海河流域暴雨空间分布特征的影响,利用流域内252个国家气象站1961—2023年日降雨量数据划分了暴雨过程,计算总暴雨日数(I_(day))、累积降雨量(I_(pre))、平均日降雨量(I_(24pre))和最长持续天数(I_(dur))4个暴雨特... 为研究极端暴雨过程对海河流域暴雨空间分布特征的影响,利用流域内252个国家气象站1961—2023年日降雨量数据划分了暴雨过程,计算总暴雨日数(I_(day))、累积降雨量(I_(pre))、平均日降雨量(I_(24pre))和最长持续天数(I_(dur))4个暴雨特征变量,分析了流域历史时间段和“23.7”“63.8”两次极端暴雨过程的空间分布特征,进而采用K均值聚类分析了两次极端暴雨过程对流域暴雨空间分布特征的影响,定量评估了影响贡献率。结果显示,海河流域在太行山前西南至东北一线的气象站历史时间段I_(day)相对少,但I_(pre)更多,暴雨过程极端性更强。“23.7”暴雨过程覆盖范围比“63.8”过程大,超过50%的气象站I_(day)≥3 d,I_(dur)最长为6 d,单站最大I_(pre)和I_(24pre)分别为1009.7 mm和452.7 mm·d^(-1)。若无两次极端暴雨过程,海河流域暴雨分布特征将更均质化,由“山区-山前平原-平原”分布变为“山区-山前及平原”分布。单次极端暴雨过程对流域暴雨特征变量的贡献率可超过10%。 展开更多
关键词 极端暴雨过程 海河流域 空间分布特征 聚类分析 贡献率
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不同高度X波段雷达径向风同化对台风预报影响
7
作者 石哲璇 冯佳宁 +4 位作者 吴翀 王超 王慧 刘涛 端义宏 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第11期27-41,共15页
利用中国气象科学研究院的TRANS系统,采用集合卡尔曼滤波方法同化S波段多普勒雷达和X波段相控阵雷达径向风数据,对台风苏拉(2023)进行数值试验,评估X波段雷达资料对预报的改进效果,探讨其不同高度数据的同化敏感性。结果表明,在同化S波... 利用中国气象科学研究院的TRANS系统,采用集合卡尔曼滤波方法同化S波段多普勒雷达和X波段相控阵雷达径向风数据,对台风苏拉(2023)进行数值试验,评估X波段雷达资料对预报的改进效果,探讨其不同高度数据的同化敏感性。结果表明,在同化S波段雷达资料的基础上,同化X波段雷达资料可使苏拉预报的路径和强度误差相较仅同化S波段雷达资料的试验额外减少13.7%和58.0%。高度4 km以上的X波段雷达资料通过动力和热力过程主要影响初始时刻苏拉600 hPa以上高度层的位势高度、水平风及暖心强度,但该影响随数值模式积分的进行逐渐减弱。高度4 km以下的X波段雷达资料通过动力过程主要影响700 hPa以下高度层的位势高度和水平风,并在预报启动3 h后影响苏拉整层水平风场和气压场。研究发现,仅同化4 km以下高度X波段雷达资料即可取得与同化该雷达全层资料相当的预报效果,验证其在S波段雷达低层补盲中的有效性,可为业务预报提供参考。 展开更多
关键词 台风 资料同化 X波段相控阵雷达 敏感性试验 集合卡尔曼滤波
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京津冀地区风廓线雷达组网的对流触发信号判别
8
作者 杨荣芳 郭建平 +5 位作者 孔凡超 孟德利 张震 郭晓冉 单昱峰 邓剑波 《气象》 北大核心 2025年第10期1249-1260,共12页
利用京津冀地区2023—2024年4—9月风廓线雷达资料,借助三角形中尺度组网反演了4 km以下关键动力参数廓线,分析了对流触发前动力场的演变特征。结果表明:对流触发前,动力场表现为低层辐合、高层辐散的垂直上升运动特征。区域平均降水量... 利用京津冀地区2023—2024年4—9月风廓线雷达资料,借助三角形中尺度组网反演了4 km以下关键动力参数廓线,分析了对流触发前动力场的演变特征。结果表明:对流触发前,动力场表现为低层辐合、高层辐散的垂直上升运动特征。区域平均降水量与对流层中低层辐合和上升运动整体上存在正滞后相关性。降水前30 min内,水平散度小于-5×10^(-5)s^(-1),1 km以下的辐合厚度加深,增强的正涡度和持续加强的辐合上升运动有利于对流发生。可将30 min内水平辐合强度持续大于50×10^(-5)s^(-1)作为对流触发信号判别指标。在统计的763次降水事件中,对流触发信号判别指标的有效识别降水事件准确率为72.3%,为定量分析京津冀地区对流早期预警提供重要参考。 展开更多
关键词 风廓线雷达 对流触发 辐合上升 京津冀地区
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“海葵”台风残涡极端暴雨的对流组织特征及成因
9
作者 陈涛 李嘉睿 +1 位作者 许先煌 谌芸 《大气科学学报》 北大核心 2025年第1期77-92,共16页
基于多源观测数据揭示了台风“海葵”残涡极端降水过程中的对流组织和发展特征,并从环流热动力特征和涡度收支分析了大湾区极端降水成因。粤港澳大湾区极端暴雨发生在“海葵”减弱残涡环流背景下,在累计降水量、短时雨强等方面具有显著... 基于多源观测数据揭示了台风“海葵”残涡极端降水过程中的对流组织和发展特征,并从环流热动力特征和涡度收支分析了大湾区极端降水成因。粤港澳大湾区极端暴雨发生在“海葵”减弱残涡环流背景下,在累计降水量、短时雨强等方面具有显著极端性特征。2023年9月7—8日台风残涡环流在珠江口北侧停滞回旋并重新增强,珠江口地区附近出现罕见的准静止“人”字形的组织化对流结构,对流单体在港岛南侧合并增强,并自南向北经过港深地区造成极端强降水。雨滴谱观测表明降水具有高粒子密度的海洋型对流降水特征,在降水增强时段雨滴直径显著增加,有效提升了暖云降水强度。雷达观测表明对流垂直结构具有低质心特征,云顶高度超过8 km,深厚暖云中的降水粒子的碰并增长特征明显,产生了高数密度、大直径的雨滴特征。在弱环境场引导气流下台风残涡移动缓慢,残涡低层环流的复苏增强与对流层中层潜热垂直梯度有直接关系;7日夜间开始粤东沿海边界层东风急流快速增强,在残涡旋转作用下与来自南海的西南暖湿季风气流汇合为涡旋东部的东南急流,边界层中尺度东南风急流脉动风速超过20 m·s^(-1),急流出口区的中尺度辐合和锋生作用导致了气流交汇点附近出现持续性的对流触发和增强。 展开更多
关键词 台风残余环流 极端暴雨 对流 低空急流
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