基于“A-STEM”理念的大气化学课程教学案例探索

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作者 洪茜茜 毛毛 梅剑 《农业灾害研究》 2025年第3期226-228,共3页

“A-STEM”教育理念强调在以人文精神为引领的基础上实现科学、技术、工程和数学的融合教育,旨在培养学生的跨学科思维和创新能力。为此提出了一种基于“A-STEM”理念的大气化学课程探究型教学模式,建立了知识学习与人文素养、科学思维... “A-STEM”教育理念强调在以人文精神为引领的基础上实现科学、技术、工程和数学的融合教育,旨在培养学生的跨学科思维和创新能力。为此提出了一种基于“A-STEM”理念的大气化学课程探究型教学模式,建立了知识学习与人文素养、科学思维和实践能力培养相结合的融合式教学过程。以臭氧化学教学为例,课程设计包括创设人文情境、提出导向问题、设计解决方案和实践活动,并融入数值计算等教学环节,强调人文情境的创设与跨学科知识的整合。通过提升教学的综合性,跨学科融合,旨在培养适应新时代的应用型人才,对大气化学教育的发展作出积极贡献。 展开更多

关键词 大气化学课程 “A-STEM”理念 教学设计

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莫高窟文物保存环境的大气颗粒物背景浓度及化学组成

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作者 张正模 段京 +4 位作者 张二科 朱玉庆 宋莹盼 苑嘉承 胡塔峰 《文物保护与考古科学》 北大核心 2024年第2期85-92,共8页

大气颗粒物是潜在威胁遗址与文物的一种大气污染物,颗粒物沉降或吸附后覆盖文物表面细节,降低其审美价值,并带来进一步的物理或化学侵蚀。通过分析莫高窟开放洞窟(16窟、257窟)、非开放洞窟(320洞窟)和窟外大气中各粒径颗粒物(总悬浮颗... 大气颗粒物是潜在威胁遗址与文物的一种大气污染物,颗粒物沉降或吸附后覆盖文物表面细节,降低其审美价值,并带来进一步的物理或化学侵蚀。通过分析莫高窟开放洞窟(16窟、257窟)、非开放洞窟(320洞窟)和窟外大气中各粒径颗粒物(总悬浮颗粒物TSP、粗颗粒物PM_(10)和细颗粒物PM_(2.5))背景和典型沙尘天气质量浓度及其碳组分和水溶性无机离子组分含量,获得文物保存环境中大气颗粒物的质量浓度及化学组成。各观测季节内,非沙尘天气窟内TSP质量浓度介于48.4~60.0μg/m^(3),PM_(10)质量浓度介于13.3~61.3μg/m~3,PM_(2.5)质量浓度介于9.9~59.2μg/m^(3)。洞窟是否向公众开放对窟内颗粒物浓度水平和组成的影响不显著,开放和非开放洞窟颗粒物质量浓度的I/O比值多小于1,显示窟内颗粒物主要源于室外。窟内颗粒物化学组成中,地壳源矿物尘多占据主导地位,在沙尘频发的春季占比介于53.0%至80.7%之间,冬季占比介于17.1%~44.0%。其他化学组分中,细颗粒PM_(2.5)中碳组分和总水溶性无机离子含量占比明显高于TSP和PM_(10)。冬季窟内PM_(2.5)质量浓度低于春季,但碳组分和无机离子浓度值和含量占比均高于春季(除去春季16洞窟),冬季碳组分和无机离子含量占比高达60%,其中酸性组分含量占比和可达30%。对莫高窟大气颗粒物的控制不能忽视细颗粒浓度及其化学组成的潜在危害。 展开更多

关键词 莫高窟 大气颗粒物 质量浓度 化学组分 文物保护

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第十四届全运会大气污染物减排措施对西安市气溶胶中水溶性离子和含碳组分的影响 被引量：1

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作者 沈利娟 王红磊 +4 位作者 赵天良 施双双 武自豪 可玥 刘焕武 《地球科学与环境学报》 CAS 北大核心 2024年第1期38-53,共16页

人为源密集的城市是空气污染影响的主要区域,厘清城市地区排放源的变化与大气污染物浓度之间的影响作用机制,有助于协调我国大气污染防控与城市社会经济发展之间的关系。为研究第十四届全运会期间大气污染物减排措施对西安市大气污染物(... 人为源密集的城市是空气污染影响的主要区域,厘清城市地区排放源的变化与大气污染物浓度之间的影响作用机制,有助于协调我国大气污染防控与城市社会经济发展之间的关系。为研究第十四届全运会期间大气污染物减排措施对西安市大气污染物(PM_(2.5)、PM_(10)、SO_(2)、NO_(2)、O_(3)和CO)的影响,于2021年8月6日至10月1日使用在线监测仪器观测了环境六要素、气象要素和PM_(2.5)中的气溶胶化学组分(有机碳、元素碳和水溶性离子)。结果表明:大气污染物减排措施对主要污染物O_(3)和PM_(2.5)浓度日变化的影响不同,主要由温度对光化学过程的影响和扩散条件差异导致。O_(3)在减排措施实施期间晴天峰值浓度更高、持续时间更长、浓度变化更迅速。PM_(2.5)在减排措施实施前晴天白天的峰值浓度较高,并在减排措施实施期间晴天夜间的峰值浓度较高。大气污染物减排措施对PM_(2.5)中化学组分的影响不同,尤其是对有机碳的组成影响较大。与减排措施实施前晴天相比,减排措施实施期间晴天NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)、NH_(4)^(+)、Cl^(-)、Ca^(2+)、Na^(+)和NO_(2)^(-)浓度降低了17.9%~71.8%,K^(+)、Mg^(2+)和元素碳浓度增加了1.9%~13.6%,有机碳浓度仅降低了1.0%,但是一次有机碳浓度增加了13.6%,二次有机碳浓度降低了4.7%。NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-)值在减排措施实施期间晴天(0.53)远低于减排措施实施前晴天(1.66),表明减排措施实施期间交通源的贡献显著降低。降雨对NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+)的清除较弱,反而会增加其浓度,但对K^(+)、Mg^(2+)、Ca^(2+)和Na+的清除作用较强。NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)和NH_(4)^(+)在减排措施实施前后均是水溶性离子最重要的组成,在水溶性离子中的占比为90.8%(减排措施实施前的晴天)~95.8%(减排措施实施期间的雨天)。二次有机碳是有机碳的主要组成,占比为75.5%(减排措施实施期间的雨天)~79.9%(减排措施实施前的晴天)。不同阶段的水溶性离子和含碳气溶胶浓度日变化特征不同。NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)和NH_(4)^(+)浓度晴天的日变化为单峰型分布,雨天为多峰型分布。 展开更多

关键词 水溶性离子 有机碳 元素碳 日变化 PM_(2.5) 臭氧 第十四届全运会 西安

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深度学习技术在洪水预报中的应用进展及思考

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作者 祁海霞 彭涛 +6 位作者 智协飞 季焱 殷志远 沈铁元 王俊超 向怡衡 胡泊 《气象》 北大核心 2025年第4期446-459,共14页

洪水预报是降低洪灾损失、提升防灾减灾能力非工程措施的有效途径,实现精准洪水预报是水文领域的关键技术挑战之一。目前,基于物理机制的洪水预报模型在模拟精度和效率上仍有不足,而采用深度学习技术构建的预报模型则得到了迅猛发展。... 洪水预报是降低洪灾损失、提升防灾减灾能力非工程措施的有效途径,实现精准洪水预报是水文领域的关键技术挑战之一。目前,基于物理机制的洪水预报模型在模拟精度和效率上仍有不足,而采用深度学习技术构建的预报模型则得到了迅猛发展。文章全面回顾和总结了洪水预报领域所应用的深度学习模型的原理和特点,及其在洪水定量和概率预报中的应用进展和存在问题。聚焦介绍和探讨了深度学习模型与洪水物理模型在物理过程参数化、可解释性研究、洪水预报模型误差校正等方面的契合点和应用前景。分析认为,深度学习未来将走向与物理模型的深度耦合,成为洪水时间序列预报的重要发展范式,并将是实现未来水利智慧化的重要研究内容。最后针对深度学习在洪水预报中的难点给出几点思考,对当前面临的挑战提出几点相应的解决方案,以便更好地在洪水预报领域探索应用深度学习技术。 展开更多

关键词 深度学习 洪水预报 定量预报 概率预报 耦合物理模型

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ImageNet数据能否帮助改进基于深度学习的云图分类准确率?

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作者 季焱 叶灵熙 +6 位作者 黄智勇 彭婷 高智伟 孔德璇 吉璐莹 朱寿鹏 智协飞 《大气科学学报》 北大核心 2025年第3期389-403,共15页

精准的云属分类,对于区域天气形势预测和全球能量收支平衡具有重要意义。然而,准确客观地识别地基云图目前仍然存在挑战,尤其是当前可获得的标准云图数据不足,因此以数据驱动的深度学习云图分类模型性能有待进一步提高。本文探索了如何... 精准的云属分类,对于区域天气形势预测和全球能量收支平衡具有重要意义。然而,准确客观地识别地基云图目前仍然存在挑战,尤其是当前可获得的标准云图数据不足,因此以数据驱动的深度学习云图分类模型性能有待进一步提高。本文探索了如何利用非气象云图数据,如ImageNet数据集,帮助改进地基云图分类技巧。以世界气象组织定义的10类标准云属和1类尾迹云为分类对象,构建了基于卷积结构的ResNet50、MobileNet-V2和基于自注意力结构的ViT云图分类模型。结果表明,仅使用原始云图训练时,参数量较小的传统卷积结构网络要优于参数量庞大的ViT模型。然而,通过使用ImageNet数据集进行预训练后,ViT模型的云图分类技巧有了显著提升,预训练策略将平均F 1评分由0.78提高至0.96,超过了当前的主流分类模型。这表明,利用深度学习模型来实现云图分类是可靠且有效的途径,而预训练策略对于类似于ViT的大型网络而言更为重要。此外进一步将训练稳定的模型部署至移动端口(http://43.142.162.19:5174/),实现了通过上传拍摄云图进行实时分类,并提供相关的云类科普信息,推动气象云知识在社会公众中的普及程度。 展开更多

关键词 迁移学习 云图分类 ViT模型 预训练模型 非常规气象数据

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基于深度学习的京津冀地区短时降水预报订正

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作者 王玉虹 孔德璇 +4 位作者 朱寿鹏 张南 季焱 张珊 徐焕 《应用气象学报》 北大核心 2025年第3期257-267,共11页

基于2022-2024年汛期综合分析与短时临近预报系统(Integrated Nowcasting through Comprehensive Analysis System,INCA)降水预报以及京津冀降水观测数据,采用U-Net深度学习模型,结合TS评分和均方误差的加权函数作为损失函数,对3~12 h... 基于2022-2024年汛期综合分析与短时临近预报系统(Integrated Nowcasting through Comprehensive Analysis System,INCA)降水预报以及京津冀降水观测数据,采用U-Net深度学习模型,结合TS评分和均方误差的加权函数作为损失函数,对3~12 h短时降水预报进行订正,开展包含降水季节特征、日变化特征、区域特征以及影响短时强降水的热力条件、动力条件在内的多种因子影响对比试验。结果表明:考虑多种因子影响的深度学习模型比单一因子深度学习模型对原始预报改进更明显,可提高所有量级降水的TS评分;3~12 h预报中,各量级降水的TS评分最大提升幅度分别为0.07、0.06、0.06、0.03;预报技巧改进明显的空间范围随降水强度(R)增大而减小,对于R≥0.1 mm·h^(-1)和R≥5 mm·h^(-1)量级降水,京津冀大部分地区TS评分得到提升,对于R≥10 mm·h^(-1)和R≥20 mm·h^(-1)量级降水,京津冀东部地区TS评分得到提升. 展开更多

关键词 深度学习 U-Net模型 损失函数 影响因子 预报订正

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2015—2021年南京市大气污染特征及污染个例研究 被引量：13

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作者 刁一伟 王红磊 +3 位作者 沈利娟 杨孟 施双双 卢文 《环境科学研究》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期260-272,共13页

探究细颗粒物(PM_(2.5))和臭氧(O_(3))污染的时间变化特征,阐明PM_(2.5)和O_(3)复合污染过程中不同阶段环境空气污染物及气溶胶粒径分布的详细演变过程,对南京及长三角地区的大气污染防治具有重要指导意义.本文使用2015—2021年南京市... 探究细颗粒物(PM_(2.5))和臭氧(O_(3))污染的时间变化特征,阐明PM_(2.5)和O_(3)复合污染过程中不同阶段环境空气污染物及气溶胶粒径分布的详细演变过程,对南京及长三角地区的大气污染防治具有重要指导意义.本文使用2015—2021年南京市环境空气污染物小时浓度数据,分析了该地区多年大气污染演变过程,并选取2015年10月12—17日时间段作为复合污染典型个例,对其生消过程和内在机理进行了详细分析.结果表明:(1)2015—2021年南京市各种大气污染物的变化特征具有明显差异.PM_(2.5)、PM_(10)和SO_(2)浓度的年下降率分别为8.9%、6.2%和15.4%,O_(3)浓度变化较小.CO浓度在2016年达峰后以每年7.6%的速率下降.NO_(2)浓度在2015—2019年呈增加趋势.(2)2015—2021年污染特征发生较大变化,由PM_(2.5)为主导变为由O_(3)为主导的大气复合污染.PM_(2.5)污染频次和强度均显著降低,O_(3)污染频次和强度均未发生显著变化.(3)污染过程中不同阶段的气溶胶数浓度谱均呈双峰型,但峰值粒径和浓度有较大差异.PM_(2.5)污染阶段,颗粒物峰值粒径位于30 nm和100 nm处,且峰值粒径数浓度最低.数浓度谱中爱根核模态的峰值粒径在NO_(2)污染阶段向小粒径段偏移,位于22~26 nm之间,而在PM_(2.5)和O_(3)复合污染阶段,其峰值粒径则向大粒径段偏移,位于30 nm处;积聚模态的峰值粒径没有变化,但峰值数浓度和峰宽均增大,尤其是>100 nm粒径的数浓度明显高于污染前.O_(3)污染阶段,数浓度谱峰值粒径没有变化,但峰值浓度显著增加,尤其是爱根核模态的峰值浓度是污染前的3~5倍.在污染过程的不同阶段内,环境空气污染物和各模态气溶胶数浓度呈现不同的日变化特征.研究显示,长三角地区城市O_(3)污染和PM_(2.5)污染存在密切的内在联系,复合污染防控和治理需要重点关注本地污染物变化特征和排放源影响,尤其是影响O_(3)生成的前驱污染物质. 展开更多

关键词 PM_(2.5) O_(3) 复合污染 数浓度 粒径分布

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大气冰核对雷暴云电过程影响的数值模拟 被引量：3

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作者 师正 管啸林 +3 位作者 林晓彤 谭涌波 郭秀峰 汪海潮 《大气科学》 CSCD 北大核心 2023年第1期20-33,共14页

利用已有的二维雷暴云起、放电模式模拟了一次雷暴天气,并通过敏感性试验研究了冰核浓度变化对雷暴云动力、微物理及电过程的影响。结果表明:随着大气冰核浓度的增加,雷暴云发展提前,上升气流速度和下沉气流速度均呈现降低的趋势。大气... 利用已有的二维雷暴云起、放电模式模拟了一次雷暴天气,并通过敏感性试验研究了冰核浓度变化对雷暴云动力、微物理及电过程的影响。结果表明:随着大气冰核浓度的增加,雷暴云发展提前,上升气流速度和下沉气流速度均呈现降低的趋势。大气冰核浓度提升有利于异质核化过程增强,冰晶在高温区大量生成,而同质核化过程被抑制,因此冰晶整体含量降低,引起低温区中霰粒含量降低和高温区中霰粒尺度降低。在非感应起电过程中,正极性非感应起电率逐渐减小,负极性非感应起电率逐渐增大。由于液态水含量随大气冰核浓度的增加逐渐降低,高温度冰晶携带电荷的极性由负转变为正的时间有所提前。在感应起电过程中,由于霰粒尺度减小及云滴的快速消耗,感应起电率极值逐渐降低。冰晶优先在高温区生成而带负电,不同大气冰核浓度下的雷暴云空间电荷结构在雷暴云发展初期均呈现负的偶极性电荷结构。在雷暴云旺盛期,随着冰核浓度增加,空间电荷结构由三极性转变为复杂四极性。在雷暴云消散阶段不同个例均呈现偶极性电荷结构,且随着冰核浓度的增加电荷密度值逐渐减小。 展开更多

关键词 大气冰核 起电率 电荷结构 数值模拟

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长三角地区2004-2022年NO_(2)柱浓度演变特征及其主要影响因素分析 被引量：1

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作者 沈利娟 刁一伟 +3 位作者 贾浩博 王红磊 施双双 赵天良 《环境科学研究》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期950-962,共13页

为研究长三角地区NO_(2)柱浓度长期的时间演变特征及其影响因素,利用OMI卫星观测的NO_(2)柱浓度数据、GPM降雨数据、MERRA-2再分析数据和社会经济数据,结合地面NO_(2)浓度数据,分析了卫星数据与地面观测数据的一致性以及NO_(2)柱浓度的... 为研究长三角地区NO_(2)柱浓度长期的时间演变特征及其影响因素,利用OMI卫星观测的NO_(2)柱浓度数据、GPM降雨数据、MERRA-2再分析数据和社会经济数据,结合地面NO_(2)浓度数据,分析了卫星数据与地面观测数据的一致性以及NO_(2)柱浓度的年际、月际和季节性变化特征及其主要影响因素.结果表明:①OMI卫星观测的NO_(2)柱浓度与地面观测的NO_(2)浓度一致性较好,能够较好地反映地面NO_(2)浓度分布及其时间变化特征.②长三角地区2004-2022年NO_(2)柱浓度高值主要集中在南京、常州、无锡、苏州、上海和杭州等核心城市地区;NO_(2)柱浓度年际变化呈波动变化趋势,可分为2个阶段,2004-2011年为增加阶段,年均变化率为0.68%,2011-2022年为降低阶段,年均变化率为-4.51%.2011年NO_(2)柱浓度达最大值〔(12.63×10^(15)±9.16×10^(15))molec/cm^(2)〕,2022年达到最小值,仅为(7.16×10^(15)±4.80×10^(15))molec/cm^(2).③受气象条件和排放源的影响,导致NO_(2)柱浓度存在明显的月际和季节性变化,呈冬季>春季≈秋季>夏季的特征,其中12月〔(20.20×10^(15)±8.89×10^(15))molec/cm^(2)〕最高,7月〔(4.81×10^(15)±1.72×10^(15))molec/cm^(2)〕最低.④长三角地区NO_(2)柱浓度的长期演变特征受社会经济因素的影响.第二产业中的燃煤源和第三产业中交通运输对NO_(2)柱浓度的影响较大,机动车排放是长三角地区核心城市群对流层NO_(2)的重要来源.研究显示,2004-2022年随着一系列大气污染防治措施的执行,长三角地区在经济快速发展的同时NO_(2)柱浓度持续降低,充分证明了经济发展与环境保护可以实现良性互动. 展开更多

关键词 长三角地区 NO_(2)柱浓度 时间演变 影响因素 社会经济因素

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南京北郊低对流层挥发性有机物垂直分布特征及对臭氧生成的潜在影响 被引量：1

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作者 施双双 朱彬 +2 位作者 沈利娟 杨思琪 王红磊 《地球科学与环境学报》 CAS 北大核心 2024年第4期513-527,共15页

在各地臭氧(O_(3))污染呈现多发态势的背景下,垂直方向上挥发性有机物(VOCs)对O_(3)生成的潜在贡献尚不明晰。利用南京北郊2020年10月17日至11月15日低对流层(高度为0~1000 m)强化探空数据,探讨了VOCs垂直分布特征及其对O_(3)生成的潜... 在各地臭氧(O_(3))污染呈现多发态势的背景下,垂直方向上挥发性有机物(VOCs)对O_(3)生成的潜在贡献尚不明晰。利用南京北郊2020年10月17日至11月15日低对流层(高度为0~1000 m)强化探空数据,探讨了VOCs垂直分布特征及其对O_(3)生成的潜在影响。结果表明:①VOCs总含量(体积分数,下同)随着高度的升高而降低((73.4±26.1)×10^(-9)~(50.4±20.3)×10^(-9)),各高度上烷烃占比最大(64.3%~71.6%),烯烃占比随着高度的升高而逐渐减小(3.4%~9.9%),芳香烃、卤代烃和乙炔占比无显著变化;交通排放和低边界层致使早、晚VOCs廓线垂直梯度大,低层VOCs积累且烷烃占比增大,而午后VOCs各组分垂直分布较均匀。②受大气层结影响,白天混合层内以烷烃和烯烃的光化学反应为主,OH自由基损失率(L_(OH))分别为3.3和2.7 s^(-1),占比分别为42.8%和35.1%;稳定边界层和残余层内均以烷烃和芳香烃的光化学反应为主。③午后混合层内VOCs的OH自由基损失率、臭氧生成潜势(OFP)与O_(3)含量成正相关关系,代表局地VOCs和O_(3)关系特征;早晨稳定边界层和残余层内无显著相关性;光化学反应活性较大的VOCs组分对O_(3)生成的潜在贡献主要集中在低层,以乙烯和丙烯为主;低对流层上部对O_(3)光化学生成的潜在贡献主要以低活性的烷烃为主,二甲苯/乙苯比值(X/E)分析表明,高层气团老化程度较高,可反映区域大气特征。限制化工厂排放、提升机动车排放标准和燃油质量是改善南京地区O_(3)污染的关键。 展开更多

关键词 挥发性有机物 垂直分布 臭氧 对流层 光化学反应活性 南京

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IOD Modoki事件对华南后汛期降水异常的影响及可能机理 被引量：1

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作者 陈业雁 金大超 +2 位作者 史瀛龙 张茜 柳春 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期425-437,共13页

利用1979—2019年CN05.1中国区域高分辨率降水格点数据、英国Hadley中心观测海温数据、ERA5逐月大气再分析资料及大气环流模式,研究了华南后汛期期间(7—9月)IOD Modoki事件与华南后汛期降水异常的关系及可能机理。观测资料结果表明,华... 利用1979—2019年CN05.1中国区域高分辨率降水格点数据、英国Hadley中心观测海温数据、ERA5逐月大气再分析资料及大气环流模式,研究了华南后汛期期间(7—9月)IOD Modoki事件与华南后汛期降水异常的关系及可能机理。观测资料结果表明,华南后汛期降水异常与热带印度洋中部(东和西部)海温异常呈显著正(负)相关关系,表现为印度洋IOD Modoki或印度洋三极子事件的空间分布型。滤除ENSO信号影响后,华南后汛期降水异常仍和IOD Modoki存在较为密切的联系。IOD Modoki正异常对华南后汛期降水异常的影响有以下途径,一方面,异常水汽从热带印度洋东部向西输送至热带中印度洋后,在北半球受科氏力作用向东输送至华南地区,为华南地区提供了充足的水汽条件,并且对华南地区降水正异常的主要水汽辐合贡献为平均水汽的水平扰动散度项和扰动引起的平均水汽垂直平流项。另一方面,热带东南印度洋海温负异常,通过Mastuno-Gill响应引起对流层低层自热带东南印度洋至热带中印度洋有东南风异常,增强了70°E附近的越赤道气流,在北半球向东输送至西北太平洋,这引起了华南地区对流层低层气旋式环流异常。另外,热带东印度洋对流层低(高)层异常辐散(辐合),华南地区低(高)层异常辐合(辐散)增强了东亚地区的局地Hadley环流,有利于华南地区降水的产生。再者,IOD Modoki引起南亚季风区受异常下沉运动控制,并通过季风-荒漠机制引起副热带北大西洋东部、北非荒漠区及地中海西部周围正涡度异常,激发了沿急流向下游传播的准静止Rossby波,增强了日本海高压异常和华南及邻近地区对流层低层气旋式环流异常。上述原因均有利于华南地区降水的产生,反之亦然。上述结果在数值模式中亦得到了验证。 展开更多

关键词 IOD Modoki 华南后汛期 降水异常 环流异常

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MOSAiC现场观测期间海冰厚度季节变化模拟误差分析

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作者 陆洋 赵海波 +4 位作者 赵嘉炜 王晓春 何宜军 雷瑞波 喻小勇 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期26-39,共14页

北极气候研究多学科漂流观测计划(Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate, MOSAiC)于2019年10月至2020年9月开展,期间获得了变量完整的大气、海洋、海冰厚度及积雪厚度观测,为海冰模式的发展提供了... 北极气候研究多学科漂流观测计划(Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate, MOSAiC)于2019年10月至2020年9月开展,期间获得了变量完整的大气、海洋、海冰厚度及积雪厚度观测,为海冰模式的发展提供了新的契机。本研究利用两个完整观测时段(2019年11月1日至2020年5月7日、2020年6月26日至7月27日)的大气和海洋强迫场,驱动一维海冰柱模式ICEPACK,模拟了MOSAiC期间海冰厚度的季节演变,同海冰厚度观测进行了对比,并诊断分析了海冰厚度模拟误差的原因。结果表明,在冬春季节,模式可以再现海冰厚度增长过程,但由于模式在春季高估了积雪向海冰的转化及对海冰物质平衡的贡献,模拟的春季海冰厚度偏厚。在夏季期间,2种热力学方案及3种融池方案的组合都表明模式高估了海冰表层的消融过程,导致模拟结束阶段的海冰厚度偏薄。我们的研究表明,使用变量完整的MOSAiC大气和海洋强迫场可以诊断目前海冰模式中的问题,为海冰模式的改进奠定基础。 展开更多

关键词 MOSAiC观测计划 热力学方案 融池方案 ICEPACK海冰模式 海冰厚度 积雪深度 北冰洋

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建筑物顶端几何特征对上行先导起始影响的3D模拟 被引量：1

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作者 郭秀峰 高玥 +3 位作者 章玲 赵念 汪兆霞 黄可洋 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第15期6154-6163,共10页

建筑物几何特征对上行先导始发具有重要影响,基于三维变网格雷击物理模型,在不同几何特征建筑物和不同雷电流峰值情况下,探讨了下行负地闪过程中,建筑物顶部上行正先导始发影响因素。除了发现建筑物高度对先导的始发具有促进作用外,还... 建筑物几何特征对上行先导始发具有重要影响,基于三维变网格雷击物理模型,在不同几何特征建筑物和不同雷电流峰值情况下,探讨了下行负地闪过程中,建筑物顶部上行正先导始发影响因素。除了发现建筑物高度对先导的始发具有促进作用外,还得到以下结论:①雷电流峰值I_(P)相同时,建筑物的高度越高,其几何形状对上行稳定先导起始的影响(η)就越小。建筑物高度相同时,雷电流峰值越大,η越小;②圆柱塔形尖端的上行稳定先导最容易起始,且最接近针形,η最小,为12.2%。长方体形上的稳定先导起始最晚,η最大,可达53.4%;③对于高度较矮和雷电流峰值较小的情况下,尖端几何形状(塔形或斜坡)对先导起始的影响较明显。 展开更多

关键词 高建筑物 上行先导 几何形状 雷电流峰值

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基于我国CMIP6模式的北极海冰厚度比较及评价

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作者 王梓琦 王晓春 +2 位作者 金梅兵 喻小勇 赵立清 《极地研究》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期183-198,共16页

本文选取了第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中的8个中国地球气候系统模式,将这些模式的北极海冰厚度与华盛顿大学的PIOMAS海冰厚度同化产品进行对比,评估了所选模式1980-2014年北极海冰厚度多年平均空间分布和长期趋势,并通过泰勒评... 本文选取了第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中的8个中国地球气候系统模式,将这些模式的北极海冰厚度与华盛顿大学的PIOMAS海冰厚度同化产品进行对比,评估了所选模式1980-2014年北极海冰厚度多年平均空间分布和长期趋势,并通过泰勒评分法对各模式的模拟能力进行了量化。结果表明,无论3月还是9月,所有模式均与PIOMAS存在差异,偏差位置主要集中在格陵兰岛北部、巴伦支海、白令海峡附近。模式均低估北极3月和9月海冰中心区域厚度,此外还普遍高估3月海冰边缘区厚度。其中空间分布与PIOMAS最为相近的模式为FIO-ESM-2-0,其次为FGOALS-f3-L模式。海冰厚度的长期趋势表明,海冰厚度整体呈下降趋势,并且9月的下降程度明显大于3月,与PIOMAS长期趋势空间分布最为相似的模式为NESM3。在此基础上,本文进一步对比了82°N以北3种大气再分析资料、1种卫星观测产品与8个CMIP6模式的辐射分量,再分析资料及模式间辐射分量有很大的差别,其中有两个模式的辐射存在明显的异常, FGOALS-f3-L模式3月上行短波辐射和CIESM模式9月上行短波辐射严重偏小,这可能是由于模式模拟存在误差。 展开更多

关键词 CMIP6 气候模式 海冰厚度 长期趋势 短波辐射 长波辐射 北极地区

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建筑物斜坡角度对稳定上行先导起始影响

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作者 郭秀峰 赵念 +4 位作者 高玥 章玲 汪兆霞 赵宇彬 张贺 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期692-703,共12页

建筑物斜坡角度(顶角)对上行先导的始发具有重要影响。该文基于已建立的三维变网格先导模型,模拟斜坡型高建筑物雷击过程,讨论斜坡角度在不同建筑物高度和雷电流峰值下,对稳定上行先导始发的影响程度和规律。研究表明:当雷电流峰值相同... 建筑物斜坡角度(顶角)对上行先导的始发具有重要影响。该文基于已建立的三维变网格先导模型,模拟斜坡型高建筑物雷击过程,讨论斜坡角度在不同建筑物高度和雷电流峰值下,对稳定上行先导始发的影响程度和规律。研究表明:当雷电流峰值相同时,建筑物高度越小宽度越宽,斜坡角度对稳定上行先导起始的影响越大,先导始发越困难。当建筑物高度相同时,雷电流峰值越小,斜坡角度对稳定上行先导起始的影响越大。斜坡角度对稳定上行先导起始的影响会随着建筑物高度和雷电流峰值的增加而减小。通过将斜坡角度对稳定上行先导起始的影响作为因变量,斜坡角度、建筑物高度以及雷电流峰值作为自变量进行多元线性回归分析,得到对上行先导的影响程度:雷电流峰值最大,斜坡角度次之,建筑物高度最小。在常见的建筑物高度(100 m以下)和雷电流峰值(小于40 kA)下,斜坡角度对稳定上行先导起始的影响不可忽略(大于23.32%),但在建筑物高度较高(500 m以上)且雷电流峰值较大(大于100 kA)情况下,斜坡角度对稳定上行先导起始的影响相对较小(小于15.88%)。 展开更多

关键词 斜坡型建筑物 斜坡角度 上行先导 数值模拟

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三维电晕放电模型的开发与应用

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作者 郭秀峰 章玲 +2 位作者 高玥 汪兆霞 赵念 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第10期3997-4004,共8页

电晕放电是研究地闪过程和雷电预警的关键,而以往的模型多为二维模型或一维模型,且多以单个建筑物电晕放电为研究对象,因此建筑物(群)电晕放电的研究受到越来越多的关注,三维电晕放电模型的开发具有重要的意义。开发了考虑风场与忽略风... 电晕放电是研究地闪过程和雷电预警的关键,而以往的模型多为二维模型或一维模型,且多以单个建筑物电晕放电为研究对象,因此建筑物(群)电晕放电的研究受到越来越多的关注,三维电晕放电模型的开发具有重要的意义。开发了考虑风场与忽略风场两种不同情况下的三维电晕放电模型,并通过应用于单针系统、双针系统以及九针系统,研究风场对单针系统电晕放电的影响以及多个尖端之间电晕放电的相互影响,以证明本文模型的可靠性与准确性。不同于均匀网格的划分,所开发的三维模型所采用变网格划分的方法不仅可以实现对大模拟域中细小尖端的精细化模拟,还能扩大模拟域范围;与一维和二维模型相比,本文模型能更全面地获取三维空间中电晕电荷的时空演变特征,且适用于研究多个尖端之间电晕放电的特征,如九针系统,这也是以往模型所无法实现的。 展开更多

关键词 电晕放电 三维电晕放电模型 变网格划分 精细化模拟

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高空冷涡及副高后部西南急流共同影响长白县降水分析

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作者 杨琦 岳宁 +1 位作者 张静 尹峙晗 《农业灾害研究》 2024年第9期142-144,159,共4页

利用常规气象观测资料,对2023年8月21—22日长白县出现的大到暴雨过程成因进行诊断。结果显示:此次暴雨过程是由高空冷涡、副高外围的西南暖湿气流和低空切变线三者共同作用产生的;200 hPa高空长白县上空处在急流分流区,强烈的辐散作用... 利用常规气象观测资料,对2023年8月21—22日长白县出现的大到暴雨过程成因进行诊断。结果显示:此次暴雨过程是由高空冷涡、副高外围的西南暖湿气流和低空切变线三者共同作用产生的;200 hPa高空长白县上空处在急流分流区,强烈的辐散作用促进中低层水汽抬升,长白县大部分地区位于急流出口区左侧的强气旋式切变区,气旋式切变强度增加加快大气释放凝结潜热,为长白县此次大雨至暴雨天气过程的发生发展提供了较好的动力条件;低层气流辐合上升,高层气流辐散下沉,高湿区与高能区出现,湿空气与高能量气团相互叠加,低层水汽通量辐合,有利于强降水的发生,两层水汽通量辐合区重叠位置与暴雨区相对应。 展开更多

关键词 高空冷涡 西南急流 水汽输送 水汽辐合

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空间分辨率对上行先导起始过程数值模拟的影响 被引量：2

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作者 裴晓芳 丁洁 +4 位作者 郭秀峰 纪梓煜 陈佳祥 张超凡 范阳 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第10期3876-3884,共9页

建筑物上能否触发上行先导是判断其能否被闪电击中的一个重要标准。利用三维变网格有限差分法,建立了三维电场计算模型和上行先导始发模型,讨论了网格大小(即空间分辨率粗细)对电场计算的影响。进而研究了在上行先导始发过程数值模拟中... 建筑物上能否触发上行先导是判断其能否被闪电击中的一个重要标准。利用三维变网格有限差分法,建立了三维电场计算模型和上行先导始发模型,讨论了网格大小(即空间分辨率粗细)对电场计算的影响。进而研究了在上行先导始发过程数值模拟中,常用的4种先导始发判据在不同空间分辨率下的适用性。结果表明:使用介质击穿模型和临界半径准则判定先导始发时,即仅以尖端表面电场大小为判据,此类会因空间分辨率过粗或过细,而分别导致模拟的先导始发时刻过晚或过早;而临界长度法和临界电场法,均是以一定区域内的电场或电位大小两个因子作为评判标准,此类判据只要空间分辨率小于判定范围尺寸则不会对结果带来较大影响。 展开更多

关键词 数值模拟 上行先导 网格空间分辨率 变网格有限差分法

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2011年夏季西南极端干旱事件及其成因 被引量：9

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作者 蓝天 霍利微 +4 位作者 王冀 邓汗青 王易 柳春 张茜 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2021年第6期927-937,共11页

利用近30 a中国地面气象台站1767站的逐月降水资料、同期NOAA的扩展重建(Extended Reconstructed SST V3b)海表温度资料和NCEP/NCAR大气再分析资料,分析了2011年夏季(6—8月)东北太平洋海温异常对西南地区极端干旱事件的影响机理。结果... 利用近30 a中国地面气象台站1767站的逐月降水资料、同期NOAA的扩展重建(Extended Reconstructed SST V3b)海表温度资料和NCEP/NCAR大气再分析资料,分析了2011年夏季(6—8月)东北太平洋海温异常对西南地区极端干旱事件的影响机理。结果表明:2011年夏季西南地区降水呈现极端偏少的特征,区域平均降水距平为-270 mm,小于负两倍标准差,降水负异常极小值区域主要位于滇黔桂三地交界处。2011年夏季西南地区降水极端负异常与东北太平洋海表温度异常偶极型(NorthEast Pacific SSTA Dipole,NEPD)分布存在联系。将热带东北太平洋[90°~120°W,5°~20°N]海温负/正异常、中纬度北太平洋[150°~170°W,37°~45°N]海温正/负异常定义为NEPD负/正位相。NEPD负位相事件引起了热带中东太平洋对流层低层东风异常,并通过中纬度纬向东传波列引起远东地区位势高度正异常,减弱了西太平洋副热带高压,不利于西南暖湿气流向中国西南地区输送;同时,西南地区对流层低层辐散、高层辐合,受异常下沉气流控制。上述条件共同作用造成了2011年西南地区夏季降水极端负异常。 展开更多

关键词 西南地区 夏季降水 东北太平洋 海温异常 偶极型

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南京市PM_(2.5)中痕量元素的健康风险评价 被引量：2

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作者 杨孟 王慧 +1 位作者 吴丹 李凤英 《环境科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期171-179,共9页

痕量金属元素由于其较高的毒性及难降解性,对人类健康造成了极大的威胁,因此评价大气环境中痕量元素对人群的健康风险具有重要意义。文章为探究南京大气PM_(2.5)中痕量元素的健康风险及其空间分布,基于南京市20个采样点PM_(2.5)中的痕... 痕量金属元素由于其较高的毒性及难降解性,对人类健康造成了极大的威胁,因此评价大气环境中痕量元素对人群的健康风险具有重要意义。文章为探究南京大气PM_(2.5)中痕量元素的健康风险及其空间分布,基于南京市20个采样点PM_(2.5)中的痕量元素测定数据,利用美国环保局推荐的健康风险评价模型对样品中10种痕量元素的健康风险进行评价并分析其空间分布特征。结果表明:南京市大气PM_(2.5)中痕量元素存在较高的非致癌风险,非致癌风险系数远超出阈值1,且儿童的非致癌风险远超成年人;所有元素的致癌风险总和为8.76×10^(-5),表明存在致癌风险,但在可接受范围内;Cr、As、Ni、Cd的致癌风险系数均超过10^(-6),表明存在一定的致癌风险,特别不应忽视Cr和As的致癌风险。就健康风险空间分布而言,非城区居民比城区居民面临着更高的风险,这可能与工业源多分布在郊区有关。 展开更多

关键词 PM_(2.5) 痕量元素 健康风险 空间分布 多采样点

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