摘要:

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摘要:2009年起，研究组开展了电线积冰野外观测试验及道路结冰规律的观测研究，将电线积冰观测研究从传统的积冰气象条件和积冰厚度观测提升到了积冰气象条件、积冰厚度加积冰天气云降水微物理综合观测研究的新高度，揭示了积冰发生的微物理机制，研究积冰增长率及其影响因子，建立的积冰增长模型较好地模拟了积冰增长过程。对沥青、水泥、土壤三种下垫面温度进行了观测研究，观测高速公路和桥梁不同路基深度的温度变化，并对桥面比路面更易结冰的现象从能量平衡方面做了理论解释。本文以作者团队取得的成果为主线，不求大而全，学习梳理相关的代表性研究成果，主要包括积冰发生频次的时空分布、积冰天气微物理特征、积冰增长率及其影响因子、积冰气象条件、积冰增长模型构建、道路结冰及积冰数值预报等几个方面，并对电线积冰未来的研究提出了建议。

摘要:根据全球紧急灾害数据库（EM-DAT），利用Mann-Kendall趋势检验以及Pettitt、Buishand和SNHT突变检验等方法，分析了1990—2019年全球及中国气象水文灾害的趋势及突变特征。结果表明：1）近30 a全球洪水灾害和极端气温灾害的发生频次呈显著的增加趋势；全球洪水灾害年死亡人数呈显著的减少趋势，而风暴灾害的年经济损失存在显著的上升趋势。2）全球极端气温灾害和洪水灾害年发生频次均在1999年发生了突变；2000年以来极端气温灾害和洪水灾害平均发生频次约是前10 a（1990—1999年）的2倍。3）近30 a中国洪水灾害发生频次在1999年前后出现由少到多的转折，但年死亡人数却在1999年前后出现反向转折；相比于全球，近30 a中国风暴灾害及洪水灾害年死亡人数的下降趋势更显著；与全球类似，中国风暴灾害的年经济损失呈长期增加趋势，且增加趋势更显著，并于2012年发生了突变。

摘要:利用重建的华南区域黑碳气溶胶（Black Carbon，BC）浓度资料，分析其与南海夏季风在年际尺度上的关系。结果表明，华南区域BC浓度与南海夏季风的关系在2000年前后有明显的突变，由显著负相关变为显著正相关，即由高BC浓度弱季风变为高BC浓度强季风。通过合成对比分析，发现1988—1999年（第一时间段）的华南BC主要气候效应是间接辐射强迫作用：华南BC使云粒子半径减小，抑制华南区域春季降水，增加了云的生命期，从而使到达地面的短波辐射减少，表面和低层大气降温。负温度异常激发了异常反气旋，在南海区域即有东风异常。到夏季，东风异常减弱了季风强度，同时抑制了南海地区的降水。2000—2010年（第二时间段）的华南BC主要气候效应是直接辐射强迫作用：春季高BC浓度通过直接气候效应，增暖大气，加强降水，但是雨日减少，从而使到达地面的短波辐射增多，表面和低层大气增温。正温度异常激发了异常气旋，在南海区域即有西风异常一直维持到夏季，增大了季风强度，同时增强了南海地区的降水。

摘要:利用局地增长模培育法对两次典型飑线过程进行了对流尺度集合预报试验，通过与传统增长模培育法对比，检验了局地增长模培育法的实际预报效果。通过概率匹配平均处理后，将降水预报结果与实况资料进行对比分析，并用分数技巧评分来代替传统公平技巧评分实现对降水结果的合理检验，得出结论：1）在飑线降水预报上，局地增长模培育法优于增长模培育法。2）分数技巧评分比公平技巧评分更好地反映对流尺度集合预报能力，特别是在大暴雨量级降水评估上。3）降水评分结果显示，集合平均对于小雨、中雨和大雨级别降水的预报技巧高于概率匹配平均，概率匹配平均对于暴雨和大暴雨级别降水更有优势。

摘要:以探空数据为参考，将2014年1月1日—12月31日的COSMIC掩星气压作为GPS掩星试验样本，将中国区域划分为4个气候区，从双权重平均值、双权重标准差及相关系数角度对GPS掩星气压进行评估，并根据其统计结果进行质量控制。结果显示：双权重平均值和双权重标准差相较传统方法统计出的平均值和标准差更不易受异常数据的影响，评估结果更加准确。4个气候区之间气压的双权重平均值差异较小；双权重标准差在亚热带季风气候区的数值较小（小于6 hPa）、在温带季风气候区较大（最大可达15 hPa）。以探空数据为参考，气压偏差的统计表明，亚热带季风气候区从低层到高层都为正偏差（0.8 hPa左右），其他三个气候区在6 km以下多为负偏差、6 km以上为正偏差（0.5 hPa左右）。根据相关系数的统计，将相关系数确定为0.80，并根据各气候区不同的统计结果划分阈值区间；质量控制结果显示，错误点大多分布在GPS掩星气压与探空气压相差较大的区域，两步质量控制的错误数据百分比大部分在5％以内；对比质量控制前后GPS掩星气压与探空气压之间的相关系数表明，质量控制后两者的相关性得到明显改善。

摘要:以中国48 708个地面气象自动站逐小时气温数据为基础，采用平均偏差（Bias）、相关系数、均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）等评估指标，对比分析2017年10月、2018年1月、4月、7月CLDAS-V2.0气温（分辨率为0.062 5°），探讨中国8个分区春、夏、秋、冬4个季节CLDAS与站点气温的相关性及偏差分布特征。结果表明：1）CLDAS气温较好地反映了中国气温的年际变化，非独立性检验、独立性检验与站点气温的平均相关系数分别为0.995、0.991，东北地区相关性最高，西南地区相关性最低。2）CLDAS与站点气温的Bias为-0.011 ℃，非独立性检验的RMSE、MAE分别为1.275、1.645 ℃，独立性检验的RMSE、MAE分别为0.867、1.089 ℃，总体上CLDAS气温误差小，可信度较高。3）春、秋季的偏差小于夏、冬季；东北、华北、江淮、华南地区的偏差小于西北、西南地区；84.6％站的冷偏差或暖偏差在1 ℃内，冷暖偏差空间分布均匀。4）CLDAS的最高气温存在冷偏差，最低气温存在暖偏差，夏季最高气温的最大误差为-0.59 ℃。5）CLDAS平均偏差的日变化为-0.23～0.07 ℃，白天呈冷偏差，夜间呈暖偏差，夏季平均偏差的日变化较显著，偏差的日较差为0.26 ℃；全国8个分区夏季平均偏差日变化最大为1.06 ℃，秋、冬、春季变幅相似，西南地区平均偏差日变化最大而江淮地区最小。

摘要:针对2019年7月6日发生在江苏徐州、宿迁、淮安、南京以及常州一线的一次大范围冰雹天气过程，利用再分析资料分析天气背景、不稳定机制和抬升条件。通过徐州和南京S波段双偏振雷达偏振参量及宿迁和淮安的双多普勒天气雷达风场反演技术对冰雹云的热动力结构和微物理特征开展了详细的分析。结果表明：此次大范围冰雹天气发生在高空冷涡南落、横槽南摆，低层暖湿气流北抬，上下层强烈不稳定的环流背景下，地面低压缓慢东移南压，提供了辐合抬升条件。此次降雹天气过程中，雷达回波图上显示有典型的冰雹云特征——三体散射长钉、回波穹隆结构、强度超过50 dBZ，中层径向辐合，风暴顶辐散等特征。双偏振雷达各偏振参量也表现出冰雹云的特点，出现冰雹的地区展现水平反射率因子Z_H大、差分反射率因子Z_DR小、相关系数CC小的特征，Z_DR值为-1.0～0.5 dB，CC值小于0.85；超级单体在近地层还出现表征入流区的CC谷、Z_DR柱、差分相移率K_DP柱等特征。Z_DR柱、K_DP柱和CC谷等双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。双雷达风场反演表明此次过程降雹集中时段，冰雹云的穹隆空间结构，降雹时刻存在的明显下沉气流。

摘要:为了研究大尺度背景场对ENSO和印度夏季风降水关系的调制作用，更好地预报气候变暖背景下印度夏季风降水的年际变化，本文利用重建的10套ENSO指数和印度降水资料，研究了ENSO和印度夏季风降水在过去500 a（1470—1999年）中的关系，其存在的原因以及如何理解这一现象，主要侧重于ENSO对印度夏季风的影响。结果表明：1）在过去500 a中，ENSO与印度夏季风降水的关系并非是一成不变的，大体上呈现负相关关系；在小冰期负相关较弱，在现代暖期负相关加强，19世纪80年代后负相关开始减弱。2）在过去500 a中，印度夏季风降水异常与ENSO的关系是确定存在的，并非是随机产生的。3）在小冰期和现代暖期，印度夏季降水异常与Niño指数的振幅及周期的关系有很大的不同，现代暖期明显较大，即相对于小冰期，现代暖期ENSO的振幅增强、周期偏大，导致印度夏季风与ENSO呈现较强的负相关关系；但两者的平均状态相差不大。

摘要:利用1961—2018年中国西南地区312站降水观测资料、NCEP/NCAR再分析资料及海表温度资料，采用夏季SPI（Standardized Precipitation Index）指数作为干旱指数，研究了西南地区夏季干旱变化特征及其与环流异常的联系。结果表明：西南地区夏季总体呈现变干趋势，尤其在云南、四川东南部干旱化趋势显著。当西南地区夏季显著干旱时，该地区对流层低层辐散、上层辐合，且向该地区的水汽输送偏少。造成西南地区干旱维持的原因可归结为大气波动活动异常和海温异常强迫。前者通过西风带扰动向下游的能量频散，为西南地区低层辐散、上层辐合的环流异常的形成和维持提供了必要的扰动能量积聚；后者通过热带西北太平洋异常热源对大气的强迫，使得该地区对流层低层（上层）形成异常辐合（辐散），在西南地区和热带西北太平洋形成了斜向垂直环流，使西南地区受下沉气流控制，从而形成了利于降水显著偏少和干旱发生并维持的条件。

摘要:采用1980—2000年的ERA-Interim再分析资料，计算北半球冬季各月（12月、1月、2月）行星波的Eliassen-Palm（EP）通量及其散度，并按冬季不同月份分析平流层整层温度和纬向风场的十年际变化特征与行星波活动变化的关系。结果表明，温度的十年际变化在高纬度中下平流层12月呈明显增温趋势，1月转为较弱的冷却趋势，2月为明显的冷却趋势。纬向风在中高纬平流层12月呈明显的减速变化，1月减速区与加速区相间分布但强度均较弱，而2月为明显的加速趋势。12月行星波沿低纬度波导向热带对流层顶的传播减弱，沿极地波导向平流层整层的传播明显加强；1月沿两支波导的传播趋势未变但均较弱；而2月行星波沿低纬度波导的传播转为加强趋势，沿极地波导的传播转为减弱趋势。相应地，EP通量散度场的十年际变化形势沿两支波导在12月与2月相反，1月为过渡阶段。因此，北极平流层温度、纬向风、EP通量及其散度场的十年际变化在冬季内呈现一个从北半球环状模（Northern Hemisphere Annular Mode，NAM）的负极趋势向正极趋势逐月演变的过程。

摘要:利用观测的亚洲中高纬区逐日最高、最低气温和CMIP6计划中28个全球气候模式资料，系统评估了CMIP6模式对亚洲中高纬区日最高温（TXx）和日最低温（TNn）的模拟性能，并对其未来演变趋势进行了科学预估。主要结论如下：1）CMIP6大部分模式能合理地模拟亚洲中高纬区TXx和TNn自南向北、自西到东逐渐降低的空间分布特征，但所有模式均在青藏高原北部地区附近存在较大的冷偏差。模式对气候平均态的模拟一致性较好，对TNn的模拟优于TXx；但是对于趋势变化模拟，对TXx的模拟与观测更为接近，而且多模式集合的模拟效果更优。2）预估结果指出，日最高气温和最低气温在21世纪均表现出显著增温趋势，其中TNn增加趋势更加明显。在SSP5-8.5排放情景下，到了21世纪末期，TXx约增加7.0 ℃，TNn约增加9.6 ℃。此外，预估结果不确定性随时间推移、排放增多而增加，其中对于TXx的预估结果可信度更高。

摘要:利用1979—2017年欧洲中期天气预报中心提供的ERA-Interim再分析数据与中国气象局-上海台风研究所（China Meteorological Administration-Shanghai Typhoon Research Institute，CMA-STI）、美国联合台风警报中心（Joint Typhoon Warning Center，JTWC）整编的西北太平洋热带气旋（Tropical Cyclone，TC）资料集，分析东亚高层（200 hPa）纬向风季节内振荡（Intraseasonal Oscillation，ISO）与7—8月登陆中国大陆TC频数年际变化的联系。结果表明：7—8月中国大陆登陆TC频数与西风急流出口区南侧（北侧）纬向风为显著负（正）相关，南侧显著相关区与北侧的差定义的东亚西风急流指数（East Asian Westerly Jet Index，EAWJI）可定量描述急流经向移动，EAWJI负异常时急流北移、登陆TC偏多，反之急流南移、登陆TC偏少。急流北移，TC活动区域对流层高层呈偏东风异常，产生异常东风切变，有利于TC登陆过程的维持，使登陆中国大陆TC频数增多。东亚高层纬向风ISO与年际变化的标准差场、EOF模态的高度相似性说明两者由同一空间主导模态所控制，表明若其ISO偏北偏南振荡发生频率为非正态分布，剩余偏差将改变其季节平均。TC登陆多年，东亚西风急流指数ISO呈更高频率偏北移动，引起急流出口区南侧ISO尺度扰动涡度通量辐合，使季节平均西风减小，急流位置北移，说明高层纬向风ISO可通过间接调制影响TC登陆的大尺度环流进而与登陆TC频数的年际变化相联系。

摘要:将WRF3.9模式的16种云微物理方案分为单参、双参两组，分别对2016年6月30日—7月4日江淮流域的一次强降水过程进行模拟。首先利用逐小时观测降水对各组模拟降水进行评估，在此基础上利用FY-2G和CALIPSO云产品数据分别评估不同方案对降水过程中总云量、云垂直结构云水含量等宏微观特征的模拟性能。结果表明：选用不同的云微物理参数化方案均能较好地模拟出该次过程的雨带位置和中心降水强度，但不同方案对云宏微观特征的模拟结果有显著差异。分析两组试验对总云量的模拟结果发现，单参方案组除Kessler暖云方案对冰云过程描述不足导致模拟的总云量显著偏高外，其他单参方案和所有双参方案均能模拟出强降水过程中总云量的时空演变特征。从云覆盖率和云水含量的垂直分布特征来看，单参方案组对600 hPa以下中低层暖云的模拟稳定性整体略优于双参方案组；而对200～500 hPa的冰相云模拟结果相反，双参方案组比单参试验组模拟的固水含量更加集中。将各层云覆盖率与CALIPSO云产品的对比也发现，对于低层暖云降水过程，选择如WSM3单参云微物理方案比双参方案得到的模拟云量更加接近实况，而对于以深对流为主要运动特征的冷云降水过程，选择如WDM5或WDM6这样双参云微物理方案模拟得出的高云量值更加稳定，误差也更小。

摘要:利用南京地面站点2016—2017年黑碳气溶胶（Black Carbon，BC）和臭氧（O₃）逐小时观测资料，对比分析了不同季节BC与近地面O₃的关系。结果表明，高BC（高于平均值）影响下的O₃质量浓度值明显比低BC（低于平均值）影响下的O₃质量浓度值低，这种抑制作用在秋冬季明显高于春夏季，且BC与O₃的负相关性在秋冬季显著高于春夏季，而PM_2.5与O₃的负相关性不显著。利用WRF-Chem模式，对2017年12月个例开展BC反馈效应对O₃影响的数值模拟，结果再次证实BC对O₃存在负反馈影响。其影响机制是：BC可通过抑制边界层发展，使近地面NO_x积聚，从而减少臭氧的化学生成（VOCs控制区）；BC可通过抑制边界层垂直湍流交换，减少边界层上部高O₃向下的湍流输送，从而减少近地面O₃；BC可通过减小近地面风速，减少O₃的平流输入，从而减少地面O₃。不同个例的主要控制因子不同。

摘要:以西班牙萨拉曼卡地区为研究区域，联合Sentinel-1后向散射系数和入射角信息、Sentinel-2光学数据提取的植被指数以及地面实测数据，构建了BP神经网络土壤湿度反演模型，并将该模型应用于试验区土壤湿度反演。结果表明：1）基于Sentinel-1卫星VV和VH极化雷达后向散射系数、雷达入射角和Sentinel-2植被指数数据构建的BP神经网络土壤湿度反演模型，能够实现对该地区土壤湿度高精度反演；2）在光学与微波数据联合反演植被覆盖区土壤湿度中，Sentinel-2的NDVI、NDWI1和NDWI2指数都可以用于削弱植被对土壤湿度反演的影响，但基于SWRI1波段的NDWI1能够获得更高精度的土壤湿度反演结果（RMSE为0.049 cm³/cm³，ubRMSE为0.048 cm³/cm³，Bias为0.008 cm³/cm³，r为0.681）；3）相比于Sentinel-1 VH极化模式，Sentinel-1 VV极化模式在土壤湿度中表现出更大优势，说明Sentinel-1 VV极化模式更适用于土壤湿度反演。