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摘要:大气探测学科是大气科学学科重要的核心学科分支之一。我校大气探测学科从1973年创建至今，经47年的风雨征程，几代人的努力与执着，历经重组和调整，始终围绕学校发展目标，将专业建设与国家需求紧密接合，不断探索和加强人才培养、师资建设和提升科研水平，建立了特色鲜明的学科体系，为学校和中国气象事业的发展做出了重要贡献。本文概略介绍了大气探测学科内涵和我校大气探测学科概况，从初始建立、改革发展、发展提升等三个阶段描述学科沿革拓展、师资队伍壮大、实习实验设备、课程教材建设、基础理论技术研究、气象系统开发、学科建设成果及未来发展规划等。

摘要:着重对南京信息工程大学建校60年来在云雾理化特性及微结构、冰雹形成微物理机制、电线积冰机理、人工影响天气理论与实践、大气气溶胶的理化特性及其对云降水的影响、大气边界层物理以及雷电过程等大气物理学领域的几个主要方面所开展的科学研究工作做简要回顾。

摘要:常规降水检验受空间及时间微小差异所带来的“双重惩罚”影响严重，邻域空间检验FSS（Fraction Skill Score）方法在确定性预报中已体现出弥补这一不足的明显优势。随着集合预报分辨率的不断提高，集合降水预报同样存在与确定性预报相似的问题。本研究将FSS方法拓展至集合预报领域，构建适用于集合预报的降水空间检验指标EFSS（Ensemble Fraction Skill Score），利用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）集合预报模式2018年夏季降水预报产品及国家气象信息中心提供的格点化降水融合产品进行分析，发现EFSS评分不受集合成员数影响，可获取一致性的评估结论。通过与适用于集合预报的常规技巧评分EETS（Ensemble Equitable Threat Score）对比分析发现，常规技巧评分受限于评分过低而无法有效反映强降水过程间差异性特征，EFSS方法则可有效提升强降水预报检验辨识度。

摘要:基于ERA-Interim逐日4时次再分析资料和753站逐日降水资料，对1980—2013年江淮流域夏季降水特征进行分析，探究江淮流域夏季低频降水的前期预报信号，结果表明：1）江淮流域夏季降水受10～30 d低频振荡影响显著，10～30 d低频分量在江淮流域夏季降水中占较大比重。2）200 hPa上，低频降水过程发生前9～6 d有低频反气旋（低频气旋）自青藏高原东北部向中国东部移动。500 hPa上超前低频降水过程9 d至低频降水过程发生时有西太副高自东向西（自西向东）移动至中国东部沿海地区，热带地区负（正）低频OLR中心不断向北移动，最北端到达江淮流域并达到最强，进而促进（抑制）江淮流域低频降水的发生。3）青藏高原预报信号能够有效补充西太副高及热带OLR信号的不足，将青藏高原信号、西太副高信号及热带OLR信号作为综合预报因子对江淮流域降水进行预报，对仅依赖低纬度地区信号进行降水过程预报的准确率有较好改进作用。

摘要:基于质量控制的S波段双偏振雷达格点化观测数据，利用模糊逻辑算法，结合降雨粒子散射和空间取向等特征建立了降水粒子类型识别算法，用于分析降水过程中降水粒子的空间分布情况及粒子类型的演变过程。该算法可以将降水粒子分为液态、冰态、混合态等不同种类，有助于发现影响降水多寡的云微物理关键结构。首先根据不同降水粒子的雷达回波特性得到隶属函数，其次根据不同雷达观测变量在判别粒子类型时的贡献不同，确定每个观测值对应的隶属函数值的权重，对各个函数值进行加权平均后，得到不同粒子类型对应的逻辑值。最后进行集成和退模糊化处理，选出每个格点中逻辑值的最大值，认为该值所代表的粒子类型即为该格点所代表的粒子类型。在确定观测值对应的隶属函数值的权重时，水平反射率因子和环境温度作为计算粒子类型的直接影响因子，不再进行加权平均计算，提出了基于S波段双偏振雷达参量和环境温度的降水粒子类型识别算法。通过华南前汛期一次降水过程，利用雷达观测降水资料，验证了该算法的合理性。验证结果表明，反演所得的“雨”类型的分布特征与实际观测降水的分布特征基本一致，证明该算法可以反映降水区域的粒子类型，识别结果基本合理。进一步研究发现在降水发生之前，空中存在大量“毛毛雨”类型的粒子，在降水发生时毛毛雨和雨粒子的变化呈负相关性，表明此次降水主要由毛毛雨碰并产生雨粒子并降落地面产生。

摘要:应用SVD方法对1981—2018年青藏高原春季土壤湿度和高原地区夏季降水进行诊断。结果表明：土壤湿度前两个模态累积协方差百分比达到了61.15%，左右场展开序列的时间相关系数均为0.78，反映两场关系的主要特征。土壤湿度场表现出南北相的一致性，而降水场的一致性较差。第一模态说明青藏高原北部春季土壤湿度较大时，对应高原北部地区和东南部地区夏季降水偏少。第二模态说明高原大部分地区春季土壤湿度较大时，高原北部、中部地区夏季降水偏多，南部夏季降水偏少。从合成500 hPa环流场和可降水量场看，在高原春季土壤湿度偏大的年份，环流形势表现为“-+-”形式，正距平中心位于高原南部和印度北部地区，且有槽存在时，会导致地面降水量增多。

摘要:利用观测资料和区域气候模式RegCM4.6，研究了高纬和低纬天气尺度扰动对2020年梅雨期降水的可能影响。观测分析表明：2020年6月、7月长江中下游降水在周期上表现为10 d以下的天气尺度扰动，在降水过程中存在多次中高纬度天气尺度扰动的南传与低纬扰动的北传。在此基础上，设计改变不同纬度天气尺度扰动（<10 d）输入的侧边界敏感性试验。数值模拟结果表明：从平均环流来看，当中高纬西北侧边界的天气尺度扰动减弱时，大气平均环流动能向天气尺度扰动动能转换的位置发生北移，影响副高北侧纬向西风带北移，使得梅雨期降水中心从长江中下游地区北移到淮河流域；从时间演变来看，当去除中高纬西北侧边界的天气尺度扰动时，850 hPa上E矢量散度南传减弱，低纬纬向风异常能够向北传播。纬向风异常产生的涡度变化有利于副热带高压北抬，使得雨带可以较早北抬到34°N以北，标志江淮地区出梅。低纬南侧边界的天气尺度扰动减弱时，梅雨期降水略有增强，但对雨带的进退影响较小。因此，观测和数值模拟结果表明，2020年夏季梅雨期降水强度和雨带的维持主要与中高纬度天气尺度扰动异常密切相关，中国北部尤其中国西北部到巴尔喀什湖地区天气尺度扰动偏强且南传是此次梅雨强度偏强和雨带维持的重要原因。

摘要:针对WRF模式中行星边界层参数化过程中的不确定性，发展了一种针对行星边界层参数化过程的随机物理扰动方案（SPPBLPT），该方案针对行星边界层计算的温度、风场、水汽倾向项进行扰动。使用该方案、多行星边界层参数化方案、多参数扰动方案及针对WRF模式总倾向的随机物理过程扰动（SPPT）方案对2014年7月进行对比实验，发现使用较大格点方差的SPPBLPT方案能有效降低地面温度与风场的误差，也能降低降水的预报误差，而其他方案对预报改善不明显。针对地面温度和风场的BS评分显示，SPPBLPT方案通过降低可靠性评分（提高可靠性），显著改善了集合预报对温度与风场的可能性预报，同时该方案能显著提高降水的GSS评分，在所有实验中，较大格点方差的SPPBLPT方案表现最好。针对行星边界层参数化过程的随机物理扰动方案（SPPBLPT）能显著提升集合预报系统性能，但是该方案的扰动参数的设置还需要进一步研究。

摘要:基于1979—2013年ERA-Interim逐日6 h的850 hPa位势高度场资料，利用气旋最外围闭合等值线自动识别方法提取了春季影响江淮地区的二维气旋集，研究了次天气尺度气旋活动年际异常与江淮地区降水异常的联系。结果表明：次天气尺度气旋活动对江淮大部分地区春季降水作用明显，贡献率达25%以上，次天气气旋活动出现对应显著的区域对流层低层气旋式涡旋和辐合运动，为局地降水增强提供了有利的动力条件。次天气尺度气旋强度的年际变化与春季江淮地区东南部降水异常及强降水频次存在显著正相关关系。当江淮地区次天气尺度气旋增强时，青藏高原至中国长江中下游地区出现异常的倒槽型环流，有利于江淮地区形成气旋式环流异常；同时，随着南方地区西南暖湿气流增强，对流层下部大气斜压性增强，促进了江淮地区次天气尺度气旋活动增强。春季青藏高原地区气柱异常加热，引起对流层低层位势高度降低，促进了南方地区西南风加强，导致江淮地区次天气尺度气旋活动增强。

摘要:利用2015—2019年中国东部20个省份222个城市的地面O₃观测数据和全球再分析风场数据，研究了中国东部地区O₃的时空分布特征，以及在亚洲夏季风背景下污染上风方O₃光化学输送对下风方O₃质量浓度季节变化的影响。结果表明：中国东部地区O₃质量浓度夏季高、冬季低，O₃质量浓度按照东南、华东、东北、华北的顺序依次升高，位于中高纬度的华北、东北地区明显高于位于中低纬度的华东、华南地区。不同城市、不同季节O₃质量浓度日变化形态具有较好的一致性，都表现为夜晚低、清晨逐渐升高、下午至黄昏达到最大的单周期变化形态，具有典型的光化学控制特征。春季，亚洲夏季风开始影响中国东部地区，华东、华北、东北地区为大范围的O₃高值区；夏季，亚洲夏季风将O₃及其前体物由纬度较低的华南、华东地区向纬度较高的华北、东北地区不断输送和累积，并在夏季强紫外辐射作用下发生光化学反应，导致夏季华北、东北地区的O₃污染。

摘要:利用1955—2018年芜湖市国家气象观测站资料，1980—2018年国家气候中心气候系统指数资料，对芜湖市近64 a的霾日气候序列进行重建，在此基础上使用线性趋势和Mann-Kendall方法，系统分析了芜湖市霾日的气候特征。以芜湖市为例，借助多元逐步回归方法，尝试研究了一种以气候系统指数为自变量，霾日为因变量，建立霾日预测方程并对月尺度霾日进行定量预测的方法。结果表明：1）重建的霾日时间序列能够更客观的反映芜湖市霾日实际的长期变化特征。近64 a霾的气候特征：年日数显著增加，并在1980年左右出现突变；季日数在冬、秋季较多，夏季最少，四季均呈显著增多趋势，增速秋季最快，夏季最慢；月日数在1、12、11月较多，7、8月较少。中度以上霾的气候特征：年日数显著增加，表现出渐变特征；季日数冬季最多，夏季最少，除夏季外均显著增多趋势，增速冬季最快，秋、春季次之；月日数在1、12、11月较多，5、6月较少，8月则从未出现过。2）各月霾日、中度以上霾日与多项月气候系统指数表现出显著的相关性，使用这些指数，计算出各月霾日、中度以上霾日的预测方程，最后对方程效果进行检验。

摘要:利用2009年4、5月美国浅薄低云观测项目（RACORO）的层积云飞机观测资料，使用两种方法对气溶胶间接效应进行了估算：根据云滴数浓度定义的值（AIE_n）和根据有效半径定义的值（AIE_s）。AIE_n几乎都比AIE_s大，尤其在中等含水量条件下。理论推导表明，AIE_n与AIE_s的偏差应与气溶胶对云滴谱离散度的影响有关，即离散度效应。当AIE_n加上离散度效应后，数值与AIE_s十分接近，证实了理论预期。离散度效应对气溶胶间接效应的贡献主要为抵消作用，这种抵消作用在中等含水量时最大，当含水量为0.24 g/m³时达到37%左右。该研究成果增强了对气溶胶-云相互作用的理论认识，将有助于增强对模式和观测中气溶胶间接效应的准确评估。

摘要:将霾日数年际增量作为预测对象、前期外强迫因子作为自变量，分别运用多元线性回归方法和广义相加模型建立长三角地区冬季霾日数预测模型。综合考察“去一法”交叉验证和循环独立样本实验的结果，选出适用于各个模型较优的建模方法，并对比长三角地区冬季霾日数预测模型（MODEL1）和长三角地区冬季霾日数分月预测模型（MODEL2）。MODEL1、MODEL2的均方根误差（解释方差）分别为2.69（80.01%）、2.76（79.04%），两类模型均能成功捕捉霾日数的年际-年代际趋势和极值。MODEL2预测的霾日数距平同号率（97.3%）优于MODEL1（86.49%），具有良好的距平符号捕捉能力。MODEL1采用11月之前的外强迫因子，可提前一个季度预测冬季霾日数；MODEL2采用更新的外强迫因子，可不断预测每月霾污染状况。通过两类模型组合使用，可更准确预测长三角地区冬季霾日数，为霾污染治理提供可靠的科技支撑。

摘要:利用层次聚类方法对1979—2016年中国东北夏季259次极端高温事件爆发当天的500 hPa高度场进行聚类分型，并讨论了不同类型极端高温事件的环流演变特征及其与北大西洋海表温度异常的联系。结果表明，东北夏季极端高温事件可分为3类，即西风型、阻塞型和波列型；这3类高温事件在1979—2016年分别发生了113、89和57次。西风型高温事件的主要环流特征为极涡偏强，浅脊在准平直西风引导下于西风带内东移，当反气旋异常控制中国东北地区上空时，形成高温天气；阻塞型极端高温事件的主要环流特征为乌拉尔山阻塞高压偏强，中国东北地区位于高压脊前，西北气流下沉加热，导致中国东北地区高温；波列型极端高温事件的主要环流特征为欧亚大陆上空为“+-+”波列型环流异常，中国东北地区受反气旋环流异常控制，从而形成极端高温，且因上游波能量的维持，该类极端高温事件的持续时间、影响范围和强度均大于前两类。通过对这3类极端高温事件发生前10～20 d海表温度异常的合成分析发现，西风型和阻塞型极端高温事件发生前，北大西洋无显著的海表温度异常，而波列型极端高温事件发生前，北大西洋热带海域海表温度有显著的正异常，该海域海表温度异常与波列型极端高温事件强度呈显著的正相关关系。回归分析结果表明，北大西洋海温正异常有利于夏季欧亚大陆上空纬向波列型环流异常的维持，并为波列型高温事件的发生提供了有利条件。

摘要:集合变换卡尔曼滤波（ensemble transform Kalman filter，ETKF）是一种有效的集合预报初始扰动构造方案。但是，有限的集合样本、相同的集合成员设置以及预报模式误差等可能会使两个距离较远的状态变量产生虚假相关，从而影响ETKF集合扰动的质量。为了有效解决远距离虚假相关问题，将局地化思想引入ETKF方案。本文针对GRAPES区域集合预报系统（GRAPES REPS），对ETKF初值扰动局地化方案的效果进行了试验分析，为进一步改善和优化局地化方案（LETKF方案）提供依据。通过一周的连续试验，从暴雨个例、集合预报多种评分检验等方面分析了LETKF初始扰动方案所产生的集合预报质量。结果表明，区域集合预报中集合变换卡尔曼滤波初始扰动的局地化方案能够更加合理地捕捉到快速增长的分析误差的物理结构，更准确地再现数值模式预报误差的线性与非线性传播和演变特征。该局地化方案可以较好地改进预报质量，提高降水预报的准确率，尤其是针对小雨、中雨、暴雨量级的预报。相对于现有区域集合预报的业务系统GRAPES REPS，基于局地化ETKF初始扰动方案的区域集合预报具有较明显的优势。总体来看，LETKF初始扰动方案可更好地改善区域集合预报的质量。