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基于无人机的江苏沿海辐射雾边界层气象要素和污染物浓度特征研究 被引量：1
1
作者 邬昊鹏 牛生杰 +8 位作者 刘端阳 吕晶晶 祖繁 周悦 王元 葛攀延 邵乃夫 汪玲玲 鲁海宁 《大气科学》 北大核心 2025年第2期522-536,共15页
为深入研究辐射雾边界层气象要素和污染物浓度的垂直分布特征,2020年冬季在江苏省东海县利用无人机(UAVs)开展了边界层和污染物综合观测实验。研究发现:雾天逆温层厚度要比晴天厚几十米至数百米不等,强度要大0.5~1℃(100 m)^(-1)。雾天... 为深入研究辐射雾边界层气象要素和污染物浓度的垂直分布特征,2020年冬季在江苏省东海县利用无人机(UAVs)开展了边界层和污染物综合观测实验。研究发现:雾天逆温层厚度要比晴天厚几十米至数百米不等,强度要大0.5~1℃(100 m)^(-1)。雾天低空有风切变,风向在垂直方向上变化较小,而晴天低层风速变化较小,风向在低空随高度呈顺时针旋转。相较于双层逆温结构,有着深厚单层逆温结构的辐射雾的强度更强。在同一次辐射雾过程中,雾的强度不会随着风向的变化而变化,较低的风速更有利于强浓雾的形成。从污染物浓度垂直分布来看,逆温层内相同高度处的TVOC(总挥发有机化合物)在晴天要比雾天高,在辐射雾形成前和生成阶段,SO_(2)浓度随高度递减速率远高于晴天同期。晴天和雾天O_(3)和NO_(2)的垂直变化呈现明显的负相关,O_(3)在雾天近地面的梯度变化明显要大于晴天。PM_(1.0)、PM_(2.5)和PM_(10)在雾天要比晴天高出一倍以上,CO在辐射雾过程中相对稳定,垂直变化较小。TVOC、NO_(2)、PM_(1.0)、PM_(2.5)和PM_(10)会受到辐射雾过程中强逆温的影响而在逆温层内累积。它们的累计变化率在雾后与雾前相比均有了明显下降,颗粒物污染物的累积变化率比气体下降更显著,且大粒径颗粒物累积变化率的下降幅度要超过小粒径颗粒物。夜间地面排放的NO等还原物质较难向上输送,对高层的O_(3)消耗量远小于低层,使得夜间高层O_(3)远大于低层,导致PM_(2.5)和O_(3)的垂直分布差异较大,白天太阳辐射增强,不稳定边界层的发展伴随着高空O_(3)向下的混合导致O_(3)增加以及PM_(2.5)排放增多使得二者的垂直变化较为一致。 展开更多
关键词 辐射雾 边界层 气象要素 大气污染物 无人机 高分辨率垂直观测
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南京双偏振雷达2020—2022暖季观测极端降雨的对流云宏微观特征
2
作者 王赢 罗亚丽 +2 位作者 刘希 吴翀 任福民 《热带气象学报》 北大核心 2025年第3期427-439,共13页
全球变暖背景下极端降水发生频次升高,但不同地区不同程度极端降水的对流云宏微观特征的认识仍然不清晰。利用2020—2022年5—9月南京地区S波段双偏振雷达观测数据,定义“极端降水对流体”(Extreme Precipitation Feature,EPF),根据雨... 全球变暖背景下极端降水发生频次升高,但不同地区不同程度极端降水的对流云宏微观特征的认识仍然不清晰。利用2020—2022年5—9月南京地区S波段双偏振雷达观测数据,定义“极端降水对流体”(Extreme Precipitation Feature,EPF),根据雨强极端程度分为三组EPF(ER1、ER2、ER3),进一步分为强对流、中等强度对流和弱对流EPF,分析其对流云宏微观特征。结果表明,随着极端雨强强度增强,EPF的40 dBZ区域水平尺寸增大,20 dBZ区域尺寸变化较小;强对流EPF占比明显上升(11.4%~25.4%),弱对流EPF占比显著下降(36.6%~23.8%);强对流和中等强度对流EPF的液水和冰水含量均显著增加,混合相和液相微物理过程都更加活跃。三种雨强阈值下,强对流EPF的液相微物理过程均以尺度分选、蒸发为主(43.9%~50.8%),弱对流EPF的液相微物理过程以碰并为主(76.9%~75.3%),雨滴谱分布介于海洋性与大陆性之间、但偏向海洋性对流,数浓度与雨滴粒径频次峰值类属海洋性对流,数浓度平均值高于大陆性对流、雨滴直径平均值大于海洋性对流。随雨强极端程度的升高,液相微物理过程中雨滴碰并的占比仅略有减少、破碎的占比略有上升,雨滴平均粒子大小和数浓度变化不明显。 展开更多
关键词 极端降水 对流强度 南京地区 双偏振雷达 微物理特征
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高时空分辨率自动站温度观测资料自主质量控制研究 被引量：1
3
作者 商漪懿 张冰 +1 位作者 秦正坤 李昕 《高原气象》 CSCD 北大核心 2024年第4期967-981,共15页
中国地面自动站观测系统的建设日趋完善,目前已建成六万多个自动气象观测站点。严格的质量控制是自动站资料有效应用的前提条件,然而如何分辨高分辨率自动站资料中的局地小尺度天气信息和错误资料导致的局地变化特征一直是自动站质量控... 中国地面自动站观测系统的建设日趋完善,目前已建成六万多个自动气象观测站点。严格的质量控制是自动站资料有效应用的前提条件,然而如何分辨高分辨率自动站资料中的局地小尺度天气信息和错误资料导致的局地变化特征一直是自动站质量控制的难点。本研究在分析地面温度空间尺度特征和误差分布特征的基础上,建立了仅依赖观测资料的EOF(Empirical Orthogonal Function)地面温度观测质量控制方法。研究利用2022年1月和5月的地面自动站温度观测资料,进行了质量控制试验,并对比了质量控制前后自动站观测资料和CRA40(CMA's global atmospheric Re-Analysis)资料中的地面气温差异特征。结果表明:建立的观测资料自主质量控制方法可以有效地识别错误观测资料,很好地避免了背景场误差、陡峭地形和局部天气变化对质量控制的影响,质量控制后的自动站温度与CRA40资料的地面温度差异明显减小,空间相关性也有明显提高,证明质量控制能够有效剔除错误资料并提高自动站资料的空间连续性。 展开更多
关键词 地面观测自动站 地面温度 经验正交函数分解 质量控制
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基于CNN-Attention-BP的降水发生预测研究 被引量：8
4
作者 吴香华 华亚婕 +2 位作者 官元红 王巍巍 刘端阳 《南京信息工程大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2022年第2期148-155,共8页
在综合分析降水统计预测模型特点的基础上,提出一种基于Attention机制、卷积神经网络(CNN)和BP神经网络的CNN-Attention-BP组合模型,并对1961—2020年不同气候类型的长春站、白城站、延吉站夏季降水进行实证分析.首先,运用卷积神经网络... 在综合分析降水统计预测模型特点的基础上,提出一种基于Attention机制、卷积神经网络(CNN)和BP神经网络的CNN-Attention-BP组合模型,并对1961—2020年不同气候类型的长春站、白城站、延吉站夏季降水进行实证分析.首先,运用卷积神经网络对6—8月20—次日20时降水量、平均气压、平均风速、平均气温和平均相对湿度进行特征学习,利用Attention机制来确定气象影响因素对降水预测的权重;然后,使用BP神经网络进行降水发生预测,选用准确率、交叉熵损失函数和F1-score来综合评价CNN-Attention-BP组合模型的性能.最后,将单一的支持向量机、多层感知机和卷积神经网络模型与组合模型进行比较分析.结果表明,CNN-Attention-BP组合模型具有自主学习和关注更重要信息的特征,能够有效提高吉林省夏季降水发生模型的预测能力,在样本越均衡、降水频率越接近于0.5的站点,预测精度越高,准确率最高可达88.4%.CNN-Attention-BP组合模型的准确率相较于其他单一模型最高可以提高近17个百分点. 展开更多
关键词 降水预测 卷积神经网络 Attention机制 BP神经网络 交叉熵损失函数
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济南市大气污染天气分型与冷空气对污染物的影响机制研究 被引量：6
5
作者 江琪 桂海林 +4 位作者 花丛 张碧辉 徐冉 何佳宝 吕梦瑶 《气象》 CSCD 北大核心 2022年第10期1281-1291,共11页
对济南市大气污染与气象要素以及高低空天气系统配置的相关关系进行研究,形成大气污染的天气学概念模型,并探讨不同强度冷空气过程对济南市大气污染物的生消作用。主要结论为:2016—2018年,济南市75%以上的PM_(2.5)污染日出现在地面均... 对济南市大气污染与气象要素以及高低空天气系统配置的相关关系进行研究,形成大气污染的天气学概念模型,并探讨不同强度冷空气过程对济南市大气污染物的生消作用。主要结论为:2016—2018年,济南市75%以上的PM_(2.5)污染日出现在地面均压场中。在天气类型出现概率均等的前提下,污染天气出现概率最高的地面天气类型为倒槽型(>55%),其次为均压场型(26.8%)。500 hPa为脊区控制型、平直西风带型、反气旋型、槽后型和槽前型时,均有>25%的概率出现PM_(2.5)污染。济南市PM_(2.5)污染概率最大(>50%)的高低空配置为地面倒槽配合高空槽后型,其次为倒槽配合平直西风带型以及均压场配合槽后型。平均情况下,PM_(2.5)污染时混合层高度低于1000 m,达到重度污染时小于800 m。污染时段相对湿度均值分布在65%±20%,温度均值为6℃±1℃。不同强度冷空气对污染物影响复杂,较强冷空气(ΔT_(24 h)>4.3℃,Δp_(24 h)>4.74 hPa)持续一定的时长(>3.5 m·s^(-1)的北风持续超过9.6 h),可将污染物彻底清除。强度稍弱的冷空气可能使污染改善,而较弱的冷空气(北风风速较小,但有一定的降温和升压体现)可能在传输作用下使得污染物浓度不降反增。 展开更多
关键词 天气分型 高低空配置 大气污染 冷空气
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基于深度学习的月平均2 m气温订正方法
6
作者 方巍 王冰轮 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期906-917,共12页
作为减少短期气候预测误差的技术,数据订正成为了重要的研究方向。而深度学习作为一种新兴方法已经应用到数据订正技术中,其中常用的模型是U-Net,但它存在不可避免的缺陷。第一,U-Net基于卷积神经网络,但是受限于卷积神经网络的小感受野... 作为减少短期气候预测误差的技术,数据订正成为了重要的研究方向。而深度学习作为一种新兴方法已经应用到数据订正技术中,其中常用的模型是U-Net,但它存在不可避免的缺陷。第一,U-Net基于卷积神经网络,但是受限于卷积神经网络的小感受野,这导致U-Net不能从全局的角度学习空间特征;第二,U-Net的下采样操作容易丢失图像细节信息。这两点都影响了该模型的订正性能。因此采取以下两个措施进行改进,一是将原模型与能够学习图片全局特征的Vision Transformer有机结合起来,使其能够从全局的角度学习空间特征;二是引入UNet 3+模型中的全尺度连接操作,弥补原下采样中丢失的图像细节信息。改进之后的模型称为UNet-Former 3+,在CMIP6中月平均2 m气温的春季和冬季数据集上进行订正实验,ERA5为实验标签。模型会与分位数映射、岭回归、U-Net、CU-Net、Dense-CUnet和RA-UNet这六种订正方法进行对比。实验结果表明,此模型在两个季节的平均绝对误差都下降49%,均方根误差都下降57%,两者都低于上述六种方法。总之,UNet-Former 3+在春季和冬季的订正效果优于上述六种方法。 展开更多
关键词 短期气候预测 数据订正 Vision Transformer 全尺度连接 UNet-Former 3+
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广东“18.8”季风槽极端降水事件对流尺度集合预报分析
7
作者 陈训来 朱科锋 +4 位作者 王德立 陈元昭 王蕊 杨楠 张华龙 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期11-22,共12页
受季风槽影响,2018年8月30—31日华南地区出现一次极端暴雨过程,单日站点累计降水量达1056.7 mm,刷新了广东有历史纪录以来新的极值。对于此次极端降水事件,常用的业务模式包括欧洲中期天气预报中心全球模式(ECMWF)、日本气象厅谱模式(J... 受季风槽影响,2018年8月30—31日华南地区出现一次极端暴雨过程,单日站点累计降水量达1056.7 mm,刷新了广东有历史纪录以来新的极值。对于此次极端降水事件,常用的业务模式包括欧洲中期天气预报中心全球模式(ECMWF)、日本气象厅谱模式(JMA)和中国气象局广东快速更新同化数值预报系统(CMA-GD),都低估了降水强度。利用深圳市气象局业务对流尺度集合预报系统分析了此次特大暴雨过程,结果表明:对流尺度集合预报系统对本次特大暴雨过程具有比较好的预报能力,概率匹配平均最大雨量达348.7 mm·(24 h)^(-1),集合平均的强降水中心和观测基本一致,观测极值附近区域发生大暴雨(≥150 mm)概率最大值达到80%。选取了较“好”和较“差”集合成员预报进行对比分析,发现较“好”成员预报的强降水中心位置和观测基本一致,而较“差”成员预报的降水中心位置则偏向福建地区。较“好”成员预报出莲花山南侧地面中尺度辐合线较长时间的维持和缓慢移动,导致强降水雨团在莲花山脉附近不断地触发和维持,同时地形的阻挡作用使得对流系统在地形附近区域持续维持,造成了罕见的特大暴雨;而较“差”成员辐合区位于莲花山以北,对流形成后向东、向北移动,最终导致强降水预报位置偏向福建地区。 展开更多
关键词 季风槽 极端降水 集合预报 地面辐合线
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苏州“7.26”强飑线增强机制分析
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作者 曹舒娅 王啸华 +2 位作者 何琰 庄潇然 王宇丹 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期725-735,共11页
针对2022年7月26日发生在江苏南部的一次由强飑线引起的大范围极端雷暴大风天气,利用双偏振雷达、再分析数据、探空、地面自动站、风廓线、微波辐射计等资料分析产生飑线的天气形势背景和飑线在移过太湖附近突然增强的原因。(1)低空急... 针对2022年7月26日发生在江苏南部的一次由强飑线引起的大范围极端雷暴大风天气,利用双偏振雷达、再分析数据、探空、地面自动站、风廓线、微波辐射计等资料分析产生飑线的天气形势背景和飑线在移过太湖附近突然增强的原因。(1)低空急流向下传播形成超低空急流,增强的中层干冷空气卷入,随下沉气流到达地面形成出流,加强了地面辐合,使飑线形成组织化。(2)飑线东移过程中的强降水导致其冷池不断增强,在飑线内部形成次级环流,加强了后侧入流,使飑线进一步发展。(3)由于湖面摩擦系数大大减小,强飑线经过光滑的太湖湖面移动速度大幅增加;冷湖效应、湖陆温差等机制使得飑线在经过太湖湖面时对流强度维持和增强;同时飑线过境湖面时水汽得到补充,多种作用叠加造成了地面12级强风。 展开更多
关键词 飑线 后侧入流 冷池 太湖
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4—9月东北大陆型冷涡消亡方式及其统计特征 被引量：2
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作者 范子琪 朱科锋 薛明 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期727-740,共14页
利用ERA-Interim再分析数据,主观识别了2009—2018年4—9月东北冷涡,并根据冷涡所在位置将其客观聚类为5类,其中3类大陆型冷涡主要影响中国东北地区,称为西北类、东北类和东南类冷涡。东北冷涡的消亡方式主要有2种,一是系统高层受非绝... 利用ERA-Interim再分析数据,主观识别了2009—2018年4—9月东北冷涡,并根据冷涡所在位置将其客观聚类为5类,其中3类大陆型冷涡主要影响中国东北地区,称为西北类、东北类和东南类冷涡。东北冷涡的消亡方式主要有2种,一是系统高层受非绝热加热侵蚀,二是被平流层高位涡源再吸收。对比分析非绝热消亡和再吸收消亡方式3类大陆型冷涡统计特征的差异及原因。结果表明:(1)西北类和东南类冷涡以非绝热消亡为主而东北类冷涡以再吸收消亡为主;(2)再吸收消亡冷涡强度一般强于非绝热消亡冷涡,这主要是由于前者的北侧平流层高位涡源持续向冷涡系统补充高值位涡,而后者强度不断被降水潜热释放削弱;(3)非绝热消亡冷涡持续时间比再吸收消亡冷涡长,且前者消亡阶段时间占生命期的比例更大;(4)降水和高空槽与冷涡的位置关系是影响冷涡消亡的主要因素。在冷涡气旋环流内部接近冷涡中心的较强降水能直接侵蚀高层冷涡内核区,导致其非绝热消亡;冷涡位于高空槽前或槽底有利于冷涡向北平流以被高位涡源再吸收而消亡。 展开更多
关键词 东北冷涡 统计特征 再吸收消亡 非绝热消亡 位涡
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