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Characteristics and Simulation Analysis of Ground Potential Waveform under Artificially Triggered Lightning
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作者 GUO Zai-hua CHEN Shao-dong +2 位作者 WU Xiang-hui YAN Xu LYU Wei-tao 《Journal of Tropical Meteorology》 2026年第1期96-106,共11页
In this study, the ground potential rise(GPR) phenomenon caused by a lightning current injected into a field-shaped artificial grounding grid, as well as the potential difference between two different nodes at the edg... In this study, the ground potential rise(GPR) phenomenon caused by a lightning current injected into a field-shaped artificial grounding grid, as well as the potential difference between two different nodes at the edge of the grounding grid, was observed and analyzed under artificially triggered lightning conditions. Based on circuit theory and measured current data, a π-equivalent circuit was established to simulate the transient response of the grounding grid.Nineteen return strokes from three artificially triggered lightning events were analyzed. The peak currents of the 19 return strokes range from -6.7 to -25.1 kA, and the mean value was -14.3 kA. The GPR decreased rapidly and formed a subpeak after reaching the initial peak, with the mean value of the initial peak being -148.65 kV and the mean value of the subpeak being -92.87 kV. The GPR induced by the triggered lightning currents exhibited a subpeak phenomenon. Simulation results indicate that the subpeak phenomenon is related to localized corrosion of the vertical grounding electrode. The potential difference at the grounding grid edge exhibited a multi-pulse waveform with alternating polarity, dominated by positive pulses. The peak values of both the positive and negative polarity pulses gradually decreased, with the first positive pulse displaying a significantly higher intensity than that of subsequent pulses. 展开更多
关键词 artificially triggered lightning grounding grid return stroke ground potential rise potential difference
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基于GPM观测的山谷风对伊犁河谷地形降水的影响研究 被引量:1
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作者 王智敏 冯婉悦 +3 位作者 杨璟 李圆圆 汪会 付亚鹏 《高原气象》 北大核心 2025年第3期720-732,共13页
研究山谷风对地形降水的影响是深入认识复杂地形条件下局地降水形成机制的关键。根据2014-2021年GPM/DPR数据,采用连通域法识别了伊犁河谷夏季地形降水系统,结合ERA5的10 m地表风资料将降水过程分为谷风型和山风型,对比分析了这两类“... 研究山谷风对地形降水的影响是深入认识复杂地形条件下局地降水形成机制的关键。根据2014-2021年GPM/DPR数据,采用连通域法识别了伊犁河谷夏季地形降水系统,结合ERA5的10 m地表风资料将降水过程分为谷风型和山风型,对比分析了这两类“喇叭口”地形降水的时空分布、垂直结构及宏微观特征差异。结果表明:谷风降水集中在河谷南部和东部山麓迎风坡,降水时段主要在午后-傍晚(12:00-20:00,北京时,下同),山风降水在河谷平原较多,降水多发于夜间-清晨(01:00-06:00),谷风平均风速(0.79 m·s^(-1))比山风(0.74 m·s^(-1))大6.8%,谷风和山风降水的近地表降水率(R)和雨顶高度(STH)平均值分别为1.32 mm·h^(-1)、1.15 mm·h^(-1)和5.90 km、5.72 km,统计发现STH与R呈正相关;在上坡风影响下谷风降水的R、STH和质量加权平均直径(D_(m))和粒子数浓度(dBNw)在地形抬升作用下出现增幅,在海拔2~3 km处达到极大值,迎风坡形成的上升气流促进了云滴凝结和碰并增长形成雨滴;谷风降水的平均dBN_(w)(33.5)比山风(34.5)偏小近3%,而前者平均D_(m)(1.63 mm)较后者(1.38 mm)大18.1%。由于山风比谷风降水在0℃层以下液相区域的雷达反射率因子偏小,当雨滴下降到近地面的干燥层时,大液滴破碎蒸发导致dBNw偏多而D_(m)较小。山谷风影响着地形降水的宏观结构和微物理过程,未来在判别地形云人工增雨潜力及数值模拟山区降水精细结构等研究中,将注重考虑山谷风的影响及其动力学机制。 展开更多
关键词 伊犁河谷 降水系统 山谷风 GPM/DPR
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数值模式在一次丹江口流域特定目标人工增雨作业中的应用
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作者 陶玥 刘卫国 +2 位作者 赵舒文 孙佳星 岳志国 《气候与环境研究》 北大核心 2025年第6期607-620,共14页
针对2018年3月4日丹江口流域的一次低涡切变型降水过程,利用耦合了三维冷云催化模块的云降水显式预报系统(CPEFS-SEED),开展了包含人工增雨多环节的数值研究,其中包括作业条件分析、作业预案预报、预案效果预估和实际作业效果数值评估,... 针对2018年3月4日丹江口流域的一次低涡切变型降水过程,利用耦合了三维冷云催化模块的云降水显式预报系统(CPEFS-SEED),开展了包含人工增雨多环节的数值研究,其中包括作业条件分析、作业预案预报、预案效果预估和实际作业效果数值评估,并实施了以流域需水区为特定目标区的飞机增雨作业,开展了飞机作业的仿真模拟,得到作业效果的数值评估结果。分析表明,降水云系是具有不均匀结构的层状云,暖切附近的云垂直发展旺盛,过冷水含量较大,具有“催化—供给”云结构,冷云降水过程占主导地位,陕西南部的丹江口流域具有较好的人工增雨条件。基于CPEFS-SEED的作业预案效果预估显示,碘化银催化剂扩散直接影响丹江口水库上游的陕西东南部流域需水区;对于两种催化剂量作业预案,目标区内均以增雨为主,区域平均增雨率分别为1.51%和2.05%,最大局地增雨率达到14.64%和13.77%。当催化剂量加倍时,目标区的增雨效果更好。由于空域限制,实际飞行作业区域偏离预报作业预案区,但作业区仍以增雨为主,区域平均增雨率达1.17%,最大局地增雨率达14.16%,但大部分增雨区在目标区外。保持催化剂量等参数不变,如果将作业区向上游平移100 km,目标区基本达到了连片播撒。目标区内以增雨为主,区域平均增雨率达3.67%,最大局地增雨率分别达17.16%,平移后目标区需水流域的增雨效果更好。这表明,对于特定目标区人工增雨而言,依据催化高度上风向、风速、云系移向、移速等要素科学确定催化区的位置,或者说科学确定催化区离目标区的上游距离是至关重要的。 展开更多
关键词 特定目标区人工增雨 作业条件 作业预案 数值模拟
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福建山地地区的云垂直结构和时间变化特征研究
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作者 郑佳锋 彭霆威 +2 位作者 刘艺华 张浩然 曾正茂 《大气科学》 北大核心 2025年第5期1243-1257,共15页
云的观测和研究对数值模式发展、气候变化评估和人工影响天气等都至关重要,为进一步认识我国东南沿海山地地区的云结构特征和时间变化,本文利用福建北部建瓯地区2019~2022年的Ka波段毫米波云雷达观测资料,研究了该地区云发生率、垂直结... 云的观测和研究对数值模式发展、气候变化评估和人工影响天气等都至关重要,为进一步认识我国东南沿海山地地区的云结构特征和时间变化,本文利用福建北部建瓯地区2019~2022年的Ka波段毫米波云雷达观测资料,研究了该地区云发生率、垂直结构和参数的季节变化及日变化特征,并从水汽和热动力条件对观测的特征和差异进行了成因探讨。结果表明:(1)整体上,春季的云发生率最高,夏冬季依次随后,秋季最低;春夏季以低云和高云为主,秋冬季则以低云和中云为主。(2)春夏季的高云回波整体比低云更强,夏季云冰相层和液相层的回波都最强,春秋季依次随后,冬季最弱;夏季的云底高度和云顶高度都最高、云层最厚、云层间隙也最大,春秋季的依次随后,而冬季的云层则最低、最薄、间隙最小。(3)不同季节云垂直结构和参数的日变化特征显著,但也存在差异。相比春季,夏季对流启动更早、生命期更长、更为强烈,使得各个云参数在午后增大幅度和持续时间也更长。秋冬季逐时的云发生率、强度和其他云参数都低于春夏季,但秋季云的日变化趋势和夏季相似,冬季云的日变化趋势与春季相似。(4)该地区平均比湿、水平风场和对流有效位能的季节和日变化与云雷达观测的云相关变化特征都有很好的正相关,这些对应关系可为改进数值模式参数化方案和指导人工影响天气提供参考。 展开更多
关键词 云垂直结构 时间变化和特征 毫米波云雷达 福建山地地区
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基于多层感知机模型的长三角水稻种植区净生态系统碳通量模拟 被引量:6
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作者 席闻阳 何建军 +2 位作者 王智麟 郭立峰 李亚荣 《高原气象》 北大核心 2025年第1期191-200,共10页
中国长江三角洲地区(以下简称长三角地区)是典型的水稻种植区,其碳源汇对区域气候和环境具有重要影响。本文系统地分析了长三角地区净生态系统碳交换量(net ecosystem exchange,NEE)与各个气象因子之间的关系,发现NEE与太阳短波辐射的... 中国长江三角洲地区(以下简称长三角地区)是典型的水稻种植区,其碳源汇对区域气候和环境具有重要影响。本文系统地分析了长三角地区净生态系统碳交换量(net ecosystem exchange,NEE)与各个气象因子之间的关系,发现NEE与太阳短波辐射的相关性最强,其次与湿度相关参量(饱和水汽压差、相对湿度)等呈现较强的相关性。同时,NEE与太阳辐射、气温、湿度因子、风速和摩擦速度的相关性呈现明显的昼夜变化。基于上述分析,本文利用NEE和气象观测数据构建了长三角水稻下垫面多层感知机(Multilayer perceptron,MLP)NEE模拟模型,评估了模型的模拟效果及其时空稳定性。构建的MLP模型能较好地拟合NEE,训练集模拟的NEE与观测值的相关系数达到0.88,均方根误差为5.34μmol·m^(-2)·s^(-1);MLP模型在模拟长三角水稻季NEE时表现良好,在东台和寿县站点的模拟NEE结果与观测值的相关系数均高于0.78,模型具有较好的时空稳定性;MLP模型模拟白天平均NEE的效果好于夜间平均NEE的效果。研究结果揭示了影响水稻碳循环的主要气象因子,为认识长三角水稻种植区碳循环时空分布特征提供支撑,对准确评估全球和区域碳通量具有重要意义。 展开更多
关键词 机器学习 MLP模型 NEE 长江三角洲地区 水稻种植区
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中国陆地闪电时空分布与大气环境要素关系的分析 被引量:2
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作者 赵阳 阎金磊 +2 位作者 脱宇峰 孔祥贞 毕李霞 《大气科学》 北大核心 2025年第2期313-324,共12页
利用2013~2017年全球闪电定位系统(WWLLN)的闪电资料,并结合欧洲中期天气预报中心的第五代再分析资料(ERA-5)对中国大陆不同区域的闪电进行研究,从时空分布和数量关系上分析了闪电和对流有效位能(CAPE)、降水(P)、对流抑制能(CIN)、相... 利用2013~2017年全球闪电定位系统(WWLLN)的闪电资料,并结合欧洲中期天气预报中心的第五代再分析资料(ERA-5)对中国大陆不同区域的闪电进行研究,从时空分布和数量关系上分析了闪电和对流有效位能(CAPE)、降水(P)、对流抑制能(CIN)、相对湿度(RH)之间的关系。结果发现:闪电和CAPE、P、CAPE×P在时间、空间上都有着很好的相关性;适当小的CIN和足够大的CAPE最有利于产生闪电;越高的CAPE会带来越多的闪电;越小的抑制能量越容易发生对流并进一步产生闪电,但是CIN不能太小,过小的CIN会导致闪电变少;低CIN值不是闪电发生的充分条件,相对湿度也需要很高;闪电活动集中在RH处于60%~90%的环境下,若RH继续增大,闪电活动会减小;即使在高CIN环境下,只要有一定的水汽和CAPE条件,也会有大量闪电。 展开更多
关键词 闪电 对流有效位能 降水 对流抑制能 相对湿度
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基于机器学习方法预测南海热流 被引量:1
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作者 秦雪 许鹤华 +2 位作者 李泯 邵佳 姚永坚 《地球物理学报》 北大核心 2025年第8期3189-3206,共18页
南海热流数据是研究南海形成与演化的重要基础数据.由于受到海洋调查条件等多种因素的限制,南海热流站位表现出空间站位不均衡的特点.鉴于热流数据的重要性,为弥补部分区域的热流,我们尝试使用支持向量机、梯度提升回归树、极端梯度提... 南海热流数据是研究南海形成与演化的重要基础数据.由于受到海洋调查条件等多种因素的限制,南海热流站位表现出空间站位不均衡的特点.鉴于热流数据的重要性,为弥补部分区域的热流,我们尝试使用支持向量机、梯度提升回归树、极端梯度提升树和随机森林四种机器学习算法对南海区域的热流进行预测.我们共收集到958个热流数据,并在数据预处理阶段排除了14个异常值.然后,将944个热流实测值与十种地质和地球物理特征组合为数据集,并将其随机分为训练集(占比80%)和测试集(占比20%).为了量化预测性能,我们使用了三个度量标准来评估此次机器学习算法的性能.根据模型的评估指标,我们发现:随机森林算法和梯度提升回归树算法表现较为出色,其实际测量值与预测值的决定系数R2分别为64%和60%,其相对误差(以归一化均方根误差表示)分别为0.092和0.097;我们将四种机器学习算法结合使用时,发现混合模型要比部分单一模型预测的准确度高;最终,我们基于上述模型,成功绘制出了新的南海热流图,相较于传统的克里金插值,机器学习预测结果呈现出更详细的特征,并且可以为热流观测缺失的区域提供参考信息. 展开更多
关键词 南海 热流 支持向量机 随机森林 机器学习
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云南南部冰雹形成的天气背景与云微物理特征 被引量:1
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作者 郑皎 郭欣 +2 位作者 付丹红 施元浩 郭学良 《气象学报》 北大核心 2025年第1期96-114,共19页
基于常规、双偏振天气雷达和激光降水粒子谱仪等观测数据,研究了云南南部红河州2022—2023年16次冰雹过程形成的天气背景、大气层结和云微物理特征。结果表明,云南南部冬、春季与夏季冰雹形成的天气背景不同,冬、春季冰雹的形成主要与... 基于常规、双偏振天气雷达和激光降水粒子谱仪等观测数据,研究了云南南部红河州2022—2023年16次冰雹过程形成的天气背景、大气层结和云微物理特征。结果表明,云南南部冬、春季与夏季冰雹形成的天气背景不同,冬、春季冰雹的形成主要与青藏高原盛行的南支西风槽波动和南亚副热带高压环流有关,而夏季冰雹主要与青藏高原高空反气旋性环流和南亚季风环流有关,这些环流背景有利于冰雹发生区域的大气不稳定层结增强和水汽增加。降雹主要发生在午后,可能与午后强烈的太阳辐射加热造成层结不稳定增强有关。另外,复杂地形影响下的地表非均匀加热也有利于局地对流系统的触发。各季的冰雹云均为暖底云,云底温度10—20℃,暖层厚度1.8-3 km,云顶海拔高度最大为15 km,最大回波强度为65 dBz。地面冰雹直径以10 mm以下为主,最大可达30 mm。在雷达回波强度大于50 dBz的冰雹形成区,不同季的雷达偏振参数存在明显特点,冬、春季差分反射率(Z_(DR))和比差分相移(K_(DP))比较相似,Z_(DR)一般在-2—0.2 dB,K_(DP)在-0.8—0.5°/km,但相关系数(CC)冬季为0.95—0.98,而春季减小为0.93,说明冰雹形成区由较小尺寸的锥状、球状冰雹、过冷雨滴等混合粒子组成。随着天气变暖,冰水粒子组成趋于复杂,导致CC减小。夏季Z_(DR)和K_(DP)显著增大,分别为-2—5 dB和-0.4—2.4°/km。但CC进一步减小为0.85,说明夏季冰雹形成区冰水粒子组成更为复杂,由尺寸比较大、水平取向更明显的锥状、盘状冰雹粒子和过冷雨滴组成。Z_(DR)和K_(DP)高值与大雨滴和冰雹融化过程有关。另外,最大垂直积分液态水含量(VIL_(max))与云顶高度和地面降雹尺寸也存在较好关系。本研究结果表明,青藏高原大气环流和过冷雨滴冻结过程在云南南部冰雹形成中具有重要作用。 展开更多
关键词 冰雹事件 天气背景 微物理特征 云南南部
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春季塔克拉玛干沙漠沙尘气溶胶对青藏高原南北支急流协同变化的影响
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作者 郭彤 黄乾 +1 位作者 许潇锋 姚素香 《地球物理学报》 北大核心 2025年第8期3025-3036,共12页
亚洲高空西风急流在青藏高原分为南北两支,并呈现强烈的协同变化特征.春季,位于南北支急流间的塔克拉玛干沙漠沙尘活动频繁,而沙尘气溶胶往往通过改变局地热力状况对天气气候产生重要影响,因此,探究沙尘气溶胶影响春季青藏高原南北两支... 亚洲高空西风急流在青藏高原分为南北两支,并呈现强烈的协同变化特征.春季,位于南北支急流间的塔克拉玛干沙漠沙尘活动频繁,而沙尘气溶胶往往通过改变局地热力状况对天气气候产生重要影响,因此,探究沙尘气溶胶影响春季青藏高原南北两支急流协同变化的物理过程具有重要意义.本文利用欧洲中期天气预报中心再分析数据集ERA5和美国国家航空航天局大气再分析数据集MERRA-2,聚焦春季塔克拉玛干沙尘气溶胶的热力效应,分析青藏高原南北两支急流的协同响应过程.结果表明,当塔克拉玛干沙漠沙尘偏强时,往往导致北支急流显著偏北,南支急流强度偏弱,呈现两支急流在位置上的远离和强度上的北强南弱.沙尘气溶胶主要通过“直接”和“间接”热力作用对急流协同变化产生影响.在沙尘偏强年份,其“直接”热力作用表现在:塔克拉玛干沙漠沙尘的辐射效应使对流层的中低层升温,加大(减弱)北侧(南侧)温度经向梯度,使得两支急流在位置上出现远离、强度上出现北强南弱的协同变化;“间接”热力作用则表现为:随着急流位置和强度的改变,使得沙尘关键区及其北部出现异常高压,绝热下沉过程导致其在中高层也呈显著增温,且关键区西部的南风异常输送暖平流,结合非绝热加热,使得沙尘关键区的升温范围在纬向和经向均得以放大,大范围低层到高层一致的升温,进一步促进了两支急流互相远离、北强南弱的协同变化. 展开更多
关键词 沙尘气溶胶 气溶胶光学厚度 青藏高原 高空急流 热力效应
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湖陆环流对博斯腾湖蒸发影响的数值模拟研究
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作者 张晔 钟琦 +4 位作者 张文煜 郭振海 陈昊明 曹勇 魏晓敏 《大气科学》 北大核心 2025年第6期1825-1843,共19页
新疆地区地处亚欧大陆腹地,气候条件干燥,水资源时空分布不均,可用水资源匮乏。湖泊是新疆水资源主要贮存方式之一,其通过多界面、多要素大气边界层物理过程调控区域水热物质交换与循环,对缓解干旱区沙漠化发挥不可或缺的作用。本文以... 新疆地区地处亚欧大陆腹地,气候条件干燥,水资源时空分布不均,可用水资源匮乏。湖泊是新疆水资源主要贮存方式之一,其通过多界面、多要素大气边界层物理过程调控区域水热物质交换与循环,对缓解干旱区沙漠化发挥不可或缺的作用。本文以博斯腾湖为研究对象,利用WRF-CLM模拟2020年夏季6~8月共计92 d的局地环流形势,分析近地面风场、水汽分布并结合去湖试验,获得局地环流对湖面蒸发的影响机制,具体表现为:盛行湖风时,湖面蒸发的水汽会在上岸气流的携带下向陆地输送,同时在湖风锋的上升气流影响下向高空扩散,在山谷风等背景风的综合作用下,湖风环流会携水汽下沉并聚集于湖岸形成离散分布的水汽聚集区,这些区域的比湿保持在较高水平。博斯腾湖的水汽聚集区分布于湖区西侧,这些区域具有边界层高度较周边其他陆面边界层低,下垫面多为植被覆盖等特点。 展开更多
关键词 湖泊蒸发 局地环流 数值模拟 湖陆风 博斯腾湖
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基于机器学习和多源数据的大气颗粒物质量浓度估算方法 被引量:2
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作者 杨蕙荣 何南腾 +4 位作者 卜令兵 莫祖斯 樊增昌 周晓梦 肃欣 《大气与环境光学学报》 2025年第2期176-187,共12页
高浓度的大气颗粒物会引起大气能见度降低,并对人身健康产生负面影响,因此,对颗粒物浓度的时空变化特征进行连续监测与预测估算对环境污染评估与治理具有十分重要的意义。本工作利用2021年12月至2022年2月济宁市任城区的气象数据、国家... 高浓度的大气颗粒物会引起大气能见度降低,并对人身健康产生负面影响,因此,对颗粒物浓度的时空变化特征进行连续监测与预测估算对环境污染评估与治理具有十分重要的意义。本工作利用2021年12月至2022年2月济宁市任城区的气象数据、国家环境空气质量监测点电化厂站空气质量数据以及激光雷达探测信号反演得到的近地面气溶胶消光系数(EC),基于机器学习算法建立了颗粒物浓度估算模型。该模型首先以前24 h的空气质量指数(AQI)滑动平均值100为临界值,将样本分为清洁与污染两种背景条件。随后采用随机森林(RF)算法对输入因子进行重要性排序,并按照这种RF模型重要性排序,将因子分别逐个放入随机森林(RF)、基于思维进化算法优化反向传播神经网络(MEA-BPNN)、广义回归神经网络(GRNN)和小波神经网络(WNN)模型中,通过对比均方根误差(E_(RMS))建立不同大气背景下颗粒物浓度反演的最优模型与最优输入因子个数。最后,将颗粒物估算模型应用于实际大气观测数据,基于最优模型与输入因子,对不同大气背景下的颗粒物浓度水平分布进行估算。 展开更多
关键词 激光雷达 气溶胶消光系数 颗粒物质量浓度 机器学习
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基于飞机观测资料的丹江口流域春季过冷云水预报检验个例研究
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作者 赵舒文 花少烽 +5 位作者 陶玥 左懂飞 李遥 史月琴 陈英英 刘建雄 《气候与环境研究》 北大核心 2025年第6期673-686,共14页
借助2024年5月10日丹江口流域春季飞机观测个例,结合风云卫星(FY-4B)数据,对CMA-CPEFS v2.0模式模拟过冷云水开展检验研究。在模式模拟的云类型与观测较吻合的前提下,对比飞机观测与模式预报的过冷云水粒子谱分布、有效粒子直径及液水... 借助2024年5月10日丹江口流域春季飞机观测个例,结合风云卫星(FY-4B)数据,对CMA-CPEFS v2.0模式模拟过冷云水开展检验研究。在模式模拟的云类型与观测较吻合的前提下,对比飞机观测与模式预报的过冷云水粒子谱分布、有效粒子直径及液水含量等云微物理特征。结果表明,虽然模式较准确重现了过冷水出现的时间、地点与高度以及液水含量和等效粒子直径随高度的变化趋势,但预报的过冷云水含量总体偏低,过冷云滴有效粒子直径小于观测值,在5.9 km和6.3 km高度层低估过冷云滴数浓度,尤其14μm粒径左右的过冷云水含量。同时,6.9 km高度层的云滴谱模拟与实际观测较为接近。通过分析云内水凝物垂直分布及过冷云水的源汇项发现,冷云内以冰相粒子为主,霰粒子居多,5~8 km云内存在一定过冷云水、少量雪粒子和云冰,凝结为过冷云滴主要源项,凇附为主要汇项。研究指出了模式在过冷云水微物理参数化中的关键偏差,为后续改进微物理参数化方案过程及支撑人工增雨作业提供了参考。 展开更多
关键词 飞机观测 过冷云水 微物理特征 CMA-CPEFS v2.0 模式 预报检验 个例研究
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北京城市草地土壤CO_(2)排放和CH_(4)吸收通量的变化特征及其影响因素
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作者 张天力 战杨 +2 位作者 谢军飞 韩琳 姚志生 《大气科学》 北大核心 2025年第6期1844-1856,共13页
随着城市人口密度的不断增长和城市化进程的加快,城市生态系统已成为影响全球气候变化的热点区域。但是,城市草地作为城市生态系统的重要组成部分,其对土壤—大气CO_(2)和CH_(4)交换过程的影响尚不明确。为此,本文依托北京城市绿地生态... 随着城市人口密度的不断增长和城市化进程的加快,城市生态系统已成为影响全球气候变化的热点区域。但是,城市草地作为城市生态系统的重要组成部分,其对土壤—大气CO_(2)和CH_(4)交换过程的影响尚不明确。为此,本文依托北京城市绿地生态系统定位观测研究站,采用静态暗箱—气相色谱方法对三种典型城市草地类型[即以C_(4)草种(光合作用中CO_(2)被固定为三碳和四碳化合物)为主的暖季草地和以C_(3)草种(光合作用中CO_(2)被固定为三碳化合物)为主的冷季草地与林下地被]的土壤CO_(2)排放和CH_(4)吸收通量及其辅助环境因子进行了一个完整周年的田间原位观测研究。结果表明,三种城市草地类型的土壤CO_(2)排放和CH_(4)吸收通量在整个观测期内具有相似的季节变化动态。城市草地土壤CO_(2)排放的季节变化主要受土壤温度和土壤水分含量变化的影响,二者的协同作用可以解释土壤CO_(2)排放变化的77%~87%;而城市草地土壤CH_(4)吸收通量的变化主要受土壤水分含量的影响,且两者之间呈显著负相关关系。在全年尺度上,三种城市草地类型的土壤CO_(2)年排放量在12.1~15.2 t C ha^(-1)a^(-1)之间,其土壤CH_(4)年吸收量范围为3.71~4.27 kg C ha^(-1)a^(-1)。尽管城市草地非生长季的低温通常会抑制微生物活性而降低土壤呼吸和CH_(4)吸收强度,但结果显示非生长季土壤CO_(2)排放和CH_(4)吸收量分别占全年总量的10%~18%和39%~51%,突出了开展完整周年观测研究的重要性。对比三种城市草地类型,以C_(4)草种为主的暖季草地相较于冷季草地和林下地被(二者均以C_(3)草种为主)具有明显较高的土壤CO_(2)年排放量,同时显著降低了土壤CH_(4)年吸收量,这与各草地植被特性以及土壤性质的差异有关。综上,该研究结果表明种植C_(3)草种有利于城市草地土壤—大气CO_(2)和CH_(4)交换过程的减排增汇,这将有助于合理规划和利用城市草地,以缓解快速城市化对气候变化所带来的影响。 展开更多
关键词 城市草地 土壤呼吸 甲烷吸收 C_(3) 和C_(4) 植物 城市化
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基于观测与模拟的北京光解速率长期变化特征研究
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作者 李春燕 赵舒曼 +2 位作者 武淑敏 刘昆 胡波 《高原气象》 北大核心 2025年第6期1645-1655,共11页
为探究北京地区大气光化学基础参数的演变规律及气溶胶的影响机制,本研究基于2018年9月至2019年8月期间北京地区近地面观测的二氧化氮光解速率J(NO_(2))和紫外辐射数据,结合辐射传输模型TUV模拟与气溶胶光学参数分析,分析了J(NO_(2))的... 为探究北京地区大气光化学基础参数的演变规律及气溶胶的影响机制,本研究基于2018年9月至2019年8月期间北京地区近地面观测的二氧化氮光解速率J(NO_(2))和紫外辐射数据,结合辐射传输模型TUV模拟与气溶胶光学参数分析,分析了J(NO_(2))的时空变化特征,并探讨了气溶胶对J(NO_(2))的影响。此外,本研究还重构了2013-2023年的长期光解速率数据集,进一步揭示了长期变化趋势与气溶胶特征的相关性。研究结果表明,J(NO_(2))日变化呈现典型的单峰型分布,峰值通常出现在正午时段[12:00(地方时,下同)-13:00],受太阳天顶角变化的直接影响。夏季J(NO_(2))的极值为冬季的1.9倍,分别为5.65×10^(-3)s^(-1)和2.95×10^(-3)s^(-1),表明夏季由于太阳辐射强度更高,光解速率显著增加。季节变化特征表现为夏季(3.77×10^(-3)s^(-1))>春季(3.51×10^(-3)s^(-1))>秋季(2.97×10^(-3)s^(-1))>冬季(2.25×10^(-3)s^(-1)),主要受到太阳辐射强度季节性变化及夏季多雨天气影响的双重作用。此外,利用紫外辐射晴空指数(K_(UV))与太阳天顶角余弦值构建的J(NO_(2))估算模型,计算值与观测值之间的线性拟合相关系数达0.99,且平均相对误差为8.8%,均方根误差为0.00036。结果验证了该模型在复杂大气条件下的较高适用性,提供了有效的预测手段。通过该模型重构的长期数据集表明,北京地区J(NO_(2))2013-2023年总体呈显著上升趋势,年均增幅达2.73%。2023年均值为4.20×10^(-3)s^(-1),比2013年(3.20×10^(-3)s^(-1))增长了31.3%。这一上升趋势与同期PM_(2.5)浓度和气溶胶光学厚度的持续下降密切相关,PM_(2.5)浓度年均降幅为5.51%,AOD年均降幅为5.74%。这些变化表明,随着大气清洁化措施的推进,颗粒物的减少降低了对紫外辐射的衰减作用,间接促进了光解速率的提升。研究发现,在污染条件下,J(NO_(2))显著降低。当PM_(2.5)浓度高于75μg·m^(-3)时,J(NO_(2))极值比无污染条件下降了22.8%。这一发现表明,PM_(2.5)的浓度变化是影响光解速率的一个重要因素。通过对气溶胶光学特性的分析发现,J(NO_(2))与AOD及波长指数(AE)呈负相关,而与单次散射反照率(SSA)呈正相关。敏感性试验表明,当AOD从0.5增加到2.5时,J(NO_(2))日极值降低了45.6%。尤其是在AOD为2.5时,正午时段的衰减率达49.8%。相反,当SSA从0.2增至1.0时,气溶胶的散射能力增强,使得J(NO_(2))日极值增加了43%。当AE从0.5增加至2.0时,J(NO_(2))极值仅降低3.0%,相较AOD和SSA,AE的变化对J(NO_(2))的影响较小。气溶胶对光化学过程的影响排序为:AOD>SSA>PM_(2.5)>AE,其中AOD对J(NO_(2))变化的影响最为显著,揭示了气溶胶的消光作用对光化学过程的抑制作用占据主导地位。此外,本研究还通过对TUV模型的验证,确认了其在模拟J(NO_(2))时空变化中的可靠性,模拟值与观测值的相关性达0.93。该验证结果为量化气溶胶-辐射-光化学耦合机制提供了重要的方法支撑。 展开更多
关键词 NO_(2)光解速率 长期趋势 TUV 气溶胶
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气溶胶对区域闪电活动的影响差异:基于闪电日变化特征分型
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作者 汪海潮 谭涌波 +1 位作者 师正 郑天雪 《大气科学》 北大核心 2025年第5期1284-1294,共11页
本研究基于2010~2018年夏季地闪定位和气溶胶光学厚度(AOD)数据,分析了四川盆地(区域1)和广东地区(区域2)的闪电活动与气溶胶的关系。结果表明,区域1和区域2中AOD与地闪频次之间的关系都随AOD的增加而变化,AOD的阈值分别约为0.5和0.3。... 本研究基于2010~2018年夏季地闪定位和气溶胶光学厚度(AOD)数据,分析了四川盆地(区域1)和广东地区(区域2)的闪电活动与气溶胶的关系。结果表明,区域1和区域2中AOD与地闪频次之间的关系都随AOD的增加而变化,AOD的阈值分别约为0.5和0.3。当AOD低于阈值时,两个区域的地闪频次均随AOD的增加而增加。当AOD高于阈值时,两个区域中地闪频次与AOD的关系均变得离散,但在区域1中,地闪频次整体上仍随AOD的增加而增加,而在区域2中,随着AOD的增加,地闪频次先变化不明显,之后呈现下降的趋势。区域1中闪电活动与气溶胶的关系主要由夜间发生的闪电与气溶胶的关系所决定,而区域2中二者的关系则主要由下午发生的闪电与气溶胶的关系所决定。由于气溶胶的辐射抑制作用在白天更强而在夜间更弱,这可能导致了高气溶胶条件下区域1与区域2中闪电活动与气溶胶的不同关系。此外,区域1和区域2中地闪频次的日分布在各个气溶胶含量条件下分别呈现双峰和单峰的形式,在较高的气溶胶含量条件下,区域1傍晚的峰值和区域2下午的峰值出现时间更迟。 展开更多
关键词 闪电活动 气溶胶 辐射效应 日变化
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基于层次聚类算法的云雷达水凝物相态识别及应用研究
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作者 贾烁 杨洁帆 +3 位作者 雷恒池 刘建雄 李德俊 李雅迪 《气候与环境研究》 北大核心 2025年第6期769-784,共16页
针对模糊逻辑方法识别水凝物相态主观性强、不确定性大的问题,提出了凝聚型层次聚类和模糊逻辑相结合的云雷达水凝物相态识别新方法。该方法基于Ka波段云雷达观测的多种参量(基本反射率Z_(H)、径向速度V_(R)、速度谱宽S_(w)、退偏比LDR... 针对模糊逻辑方法识别水凝物相态主观性强、不确定性大的问题,提出了凝聚型层次聚类和模糊逻辑相结合的云雷达水凝物相态识别新方法。该方法基于Ka波段云雷达观测的多种参量(基本反射率Z_(H)、径向速度V_(R)、速度谱宽S_(w)、退偏比LDR)结合再分析的温度资料构成多维数据集,首先利用凝聚型层次聚类算法得到各类相态对应的物理量特征,在此基础上采用模糊逻辑方法识别云系水凝物相态的垂直分布,结合机载微物理探测的云粒子图像进一步验证识别结果的可靠性。将该方法应用于华中地区春季混合云和东北地区秋季层状云系,结果显示识别的云系负温区冰晶、雪、混合相的垂直分布与云系垂直发展、回波宏微观特征演变较一致,其所在的高度层与机载探测结果具有较高的一致性,优于模糊逻辑和K均值聚类—模糊逻辑方法识别的水凝物分布,更符合云系发展降水形成的物理规律。 展开更多
关键词 云雷达 层次聚类 相态识别 机载微物理探测
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丹江口水库汇水区气溶胶和云微物理特征垂直分布的飞机观测研究 被引量:1
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作者 何川 李军霞 +3 位作者 张骁拓 高扬 黄胜 张小军 《气候与环境研究》 北大核心 2025年第6期697-709,共13页
基于2024年5月10日和20日在丹江口水库汇水区开展的针对气溶胶和积层混合云的两次飞机观测,利用机载探测资料,分析了水库汇水区气溶胶和云微物理量的垂直分布特征。结果表明,气溶胶数浓度总体随高度的增加呈下降趋势,与白天相比,夜晚近... 基于2024年5月10日和20日在丹江口水库汇水区开展的针对气溶胶和积层混合云的两次飞机观测,利用机载探测资料,分析了水库汇水区气溶胶和云微物理量的垂直分布特征。结果表明,气溶胶数浓度总体随高度的增加呈下降趋势,与白天相比,夜晚近地层气溶胶浓度更高,最高达4000 cm^(-3)。中低层气溶胶中值体积直径约为0.2~0.3μm,有效直径约为0.6~0.8μm。气溶胶粒子主要集中在小粒径段,粒子谱为多峰分布,第一峰值直径为0.14μm。云内气溶胶浓度基本都略低于云外,而更强的吸湿增长作用导致气溶胶粒径更大。气团后向轨迹分析结果表明,近地层气溶胶粒子主要来自局地排放,高层粒子主要来自远距离传输,5月10日观测点周围人为排放产生的污染性细颗粒物是造成近地层气溶胶浓度高于5月20日的主要原因。两次观测的积层混合云内的云滴有效直径整体均在25μm以内,云滴数浓度最大值分别为118 cm^(-3)和205 cm^(-3),5月10日和20日云内液水富集层分别在6100 m和5500 m左右,液水含量最大值分别为0.44 g m^(-3)和0.78 g m^(-3)。由于气溶胶粒子竞争水汽的作用,云底附近的较高气溶胶浓度使得云滴浓度出现高值,同时云滴直径减小。小云滴阶段粒子谱为单峰分布,不同高度的峰值粒径略有差异,主要集中在11~25μm,雨滴和冰晶阶段粒子谱转变为多峰分布。 展开更多
关键词 丹江口水库 气溶胶 云微物理 飞机观测
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复杂地形区域一次雹暴过程的观测及模拟研究
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作者 任薪儒 周筠珺 +3 位作者 罗喜平 曾勇 杨哲 邹书平 《成都信息工程大学学报》 2025年第1期85-93,共9页
为提高中国西南复杂地形区域雹暴预报水平,对该区域内一次典型雹暴过程中的地形作用、微物理过程及成雹机制进行系统分析,并采用全弹性三维对流云模式进行数值模拟。结果表明:(1)雹暴过程为冷空气侵入型,地形对低层暖湿气流的阻拦导致... 为提高中国西南复杂地形区域雹暴预报水平,对该区域内一次典型雹暴过程中的地形作用、微物理过程及成雹机制进行系统分析,并采用全弹性三维对流云模式进行数值模拟。结果表明:(1)雹暴过程为冷空气侵入型,地形对低层暖湿气流的阻拦导致水汽的积累,同时高原槽引导的冷空气触发雹暴。(2)近地面层或500~300 hPa高度层的>8×10^(-5)/s的涡度中心、750 hPa高度存在散度<-8×10^(-5)/s的辐合中心且在500 hPa或以上层次转为辐散、近地面层水汽通量散度<-12×10^(-8)g/(s·cm^(2)·hPa)、假相当位温梯度>4 K/km、0~6 km垂直风切变>15 m/s这几个阈值可以为西南复杂地形区域的雹暴过程提供预警。(3)32.03 m/s的强垂直风切变和旋转速度达19.85 m/s、厚度超3 km的强中气旋是降雹单体的主要维持机制。(4)雹胚主要由雪晶撞冻过冷雨滴产生,低密度霰在沉降过程中凇附云水和过冷雨滴增长成雹是主要的成雹机制。对贵州地区雹暴过程的预报具有一定指导作用。 展开更多
关键词 雹暴 大气物理 云模式 微物理 地形作用
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气溶胶对云和降水的微物理效应
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作者 赵传峰 李杰峰 杨以坤 《大气科学》 北大核心 2025年第4期949-963,共15页
气溶胶主要通过调节辐射能量收支,并通过气溶胶—云相互作用改变云滴性质,显著影响云和降水的发生与发展,本文主要就气溶胶对云的微物理效应开展了综述研究。作为云凝结核或冰核,气溶胶可以有效地改变云的辐射与微物理特性。在辐射收支... 气溶胶主要通过调节辐射能量收支,并通过气溶胶—云相互作用改变云滴性质,显著影响云和降水的发生与发展,本文主要就气溶胶对云的微物理效应开展了综述研究。作为云凝结核或冰核,气溶胶可以有效地改变云的辐射与微物理特性。在辐射收支方面,气溶胶的增多会使得云滴粒径减小,云对短波辐射的反照率增大,形成云反照率效应;同时,它也会使得薄云的长波辐射系数增强,将更多的地面长波辐射阻挡在云层之下,形成云长波辐射效应。但吸收性气溶胶可能会促进云滴蒸发,从而减小云的反照率。在降水方面,当水汽不充分或风切变较强时,云滴数目的增多伴随云滴有效半径减小,从而抑制了降水,延长了云的生命时长;但是当云发展较为深厚时,更多更小的云滴可以被输送到0℃层以上,通过冻结释放潜热,从而促进了对流降水的产生。因此,气溶胶的云微物理效应可以抑制弱降水的形成,促进强降水的发生,进而导致极端天气事件发生频率的增加。然而,有许多研究观测得到了与以上理论不一致的现象。为了解释这些现象,本文通过总结前人的观测与理论研究成果,系统地提出了气溶胶—云相互作用背后的四种物理机理:单滴的水汽凝结与蒸发效应、群滴的水汽竞争效应、碰并效应和夹卷效应。这些机制的相互竞争导致了研究中观测到不同结果。最后,本文指出了气溶胶—云—降水相互作用研究中的挑战及未来研究方向,其主要包括提高数据观测能力,构建多因素影响下的气溶胶—云相互作用系统框架,优化参数化方案,以及推动人工智能在相关研究中的应用。 展开更多
关键词 气溶胶 云微物理效应 云降水 凝结增长 碰并增长
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长三角城市群气象因子对环境空气质量的影响及变化趋势分析
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作者 蒋妍 朱君 乐旭 《气候与环境研究》 北大核心 2025年第2期187-198,共12页
利用中国环境监测总站大气环境监测数据以及美国国家气候数据中心的气象要素数据,通过逐步回归和相关性分析法,分析了2015~2022年长三角城市群空气质量的时空变化特征,建立了环境空气质量与各气象因子的关联,揭示了气象因子对环境空气... 利用中国环境监测总站大气环境监测数据以及美国国家气候数据中心的气象要素数据,通过逐步回归和相关性分析法,分析了2015~2022年长三角城市群空气质量的时空变化特征,建立了环境空气质量与各气象因子的关联,揭示了气象因子对环境空气质量影响的年变化趋势。结果表明:(1)2015~2022年长三角城市群空气质量向好发展,江苏、上海、安徽和浙江地区全年空气质量优良率分别以2.99%、2.56%、2.29%、1.96%的速率增长;长三角城市群空气质量指数(Air Quality Index,AQI)月变化趋势相似,冬季高(AQI均值为90.1)夏季低(AQI均值为39.7)。(2)夏季对长三角城市群空气质量影响最大的气象因子是气压(有污染时气压与AQI的相关性均值为0.119,无污染时相关性均值为0.09),且气压与AQI的相关性在有污染和无污染时分别以每年6.71%和0.58%的速率增长。(3)冬季对长三角城市群空气质量影响最大的气象因子是风速(无污染时相关性均值为−0.137;有污染时相关性均值在2019年之前和2019年之后分别为−0.120和0.249);且存在污染和无污染时,风速与AQI的相关性分别以每年3.72%和0.39%的速率上升。这些结果表明在夏季和冬季,气压和风速对长三角城市群空气质量的影响持续增加。 展开更多
关键词 长三角城市群 空气质量指数 气象因子 逐步回归 相关性分析
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