摘要:

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摘要:作为能源需求和碳排放大国，中国利用太阳能光伏发电对于实现能源转型和碳中和目标具有重要意义。然而，碳中和背景下人为源排放减少可能通过改变气象要素影响中国太阳能光伏发电量。本文利用地球系统模式CESM2开展模拟试验，定量评估了碳中和背景下全球人为源二氧化碳和气溶胶排放减少对21世纪中期（2041—2060年）中国光伏发电潜力和极低光伏输出的影响。研究发现，相较于中等排放情景SSP2-4.5，碳中和背景下全球人为源排放减少主要通过改变到达地表的短波辐射通量使21世纪中期中国光伏发电潜力显著增加约4.2%，使极低光伏输出最长持续天数、极低光伏输出天数占比以及极低光伏输出事件发生次数分别显著减少约21.1%、35.3%和56.2%。其中，中国陆地地区人为源排放减少对中国平均光伏发电潜力增加（占总增加量的77%）和极低光伏输出减少（约占总减少量的60%~69%）的贡献占主导。

摘要:热带大西洋与热带太平洋间存在复杂的相互作用和反馈过程，理解这些相互作用及机制将为气候预测奠定基础。本文采用1940—2022年共83 a的观测和再分析资料，使用合成分析和相关分析等统计方法，分别研究了典型大西洋尼诺（Canonical Atlantic Niño，CA）和非典型大西洋尼诺（Non-canonical Atlantic Niño，NCA）对前冬厄尔尼诺-南方涛动（El Niño-Southern Oscillation，ENSO）的响应及对衰退中ENSO的反馈过程及物理机制。结果表明，观测中前冬拉尼娜（La Niña）和厄尔尼诺（El Niño）可通过不同物理过程分别引起CA和NCA，而NCA可加速前冬El Niño的衰退并向La Niña转换。这是因为，前冬La Niña在热带大西洋的松野-吉尔（Matsuno-Gill）响应为西风异常，可通过局地皮耶克尼斯（Bjerknes）反馈导致CA。而前冬El Niño可通过太平洋-北美遥相关在热带北大西洋形成反气旋异常和暖海温异常，其海表暖水在埃克曼辐合的作用下被输送至次表层，进而由气候态的南向平流增暖赤道大西洋并发展为NCA。此外，由前冬El Niño引起的热带印度洋暖海温异常和NCA可分别激发东传的大气上升开尔文（Kelvin）波至海洋性大陆附近，形成东风异常并导致水汽辐合和对流增强，最终可通过热带太平洋的Bjerknes正反馈过程促使前冬El Niño向La Niña演变。耦合模式可再现上述现象及机制，即有效验证了观测中CA和NCA对前冬ENSO的响应和反馈过程。

摘要:基于过去百年的观测海温数据和大气再分析资料（ERA-20C），探讨了北大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation，AMO）对热带大气季节内振荡（Madden-Julian Oscillation，MJO）周期特征的调控影响。研究发现，当AMO处于正位相时，MJO环流异常的周期偏短至约45 d;相反，当AMO处于负相位时，MJO环流异常的周期则延长至约60 d。MJO环流的周期指数与AMO指数之间呈现出显著的负相关关系（相关系数为-0.77）。进一步分析发现，MJO环流周期特征的年代际变化主要与MJO环流异常在西半球的传播速度变化密切相关。在AMO正（负）位相期间，MJO环流在西半球上传播速度加快（减慢），从而使得其全球传播的平均速度提升（降低），进而缩短（延长）了MJO环流的周期。最后研究还指出，MJO环流传播速度的年代际变化可能是由AMO引发的热带大西洋和中东太平洋海温纬向梯度的年代际变化所致。研究结果为深入理解MJO的年代际变化特征及机理提供了新的视角。

摘要:中国冬季地表温度（surface air temperature，SAT）月际变化的主模态（the leading empirical orthogoral function mode，EOF1）为全国一致变化型，整个冬季SAT一致变化和前冬（当年12月）与后冬（次年1—2月）反相变化各占主模态的50%。本文分析了EOF1的这两类SAT月际变化的演变特征及其异常空间分布的月际差异及相关的大气环流型的可能影响。结果发现，前冬与后冬反相变化型的中国冬季SAT月际变化与极地-欧亚大陆（Polar-Eurasia，POL）、东大西洋（East Atlantic，EA）和欧亚（Eurasian，EU）遥相关型有密切联系，前后冬一致型的中国冬季SAT月际变化则与北极涛动（Arctic Oscillation，AO）、POL、斯堪的纳维亚遥相关型（Scandinavia pattern，SCA）、西太平洋遥相关型（West Pacific pattern，WP）和EU相关联，不同类型的大气遥相关环流异常通过西伯利亚高压影响中国冬季SAT前后冬反位相型或者冬季一致型月际变化。研究结果表明，冬季不同遥相关型的月际异常，很可能是导致中国冬季SAT异常具有反位相或者一致月际变化特征的主要原因。

摘要:在全球变暖背景下，北半球夏季极端事件频发，人类健康和社会经济受到了严重影响。2022年中国长江流域发生了自中华人民共和国成立以来最严重的高温干旱事件;同时，西欧等大部分地区遭受了热浪侵袭。基于ERA5、NCEP/NCAR再分析资料和CPC降水资料，利用波源、波作用通量分析等方法，研究了2022年7月欧洲和中国长江流域极端高温事件的同时发生与青藏高原极端增暖可能存在的联系。结果表明：7月14—25日西欧发生了热浪，同时中国长江流域也发生了极端高温干旱事件;7月青藏高原异常增暖导致中纬度西风急流的南支加强且位置偏北;14—25日上游有来自墨西哥湾流以北的波活动通量异常东传，并叠加了中纬度西风急流的南支，它们有利于中高纬度环流槽脊维持并加强，进而促进了欧洲和中国东部两个极端高温事件的同时发生。

摘要:青藏高原东南部对流活动较强，雅鲁藏布江大峡谷区域（Yarlung Tsangpo Grand Canyon， YTGC）作为高原地区重要水汽通道，研究该地区对流系统演变特征对高原天气气候的影响有重要意义。本文利用CLDAS-v2.0降水资料统计了1998—2019年夏季该地区44次降水过程，发现其传播具有“连续型”和“中断型”两种特征。数值模拟较再分析资料分辨率高，能较好地再现两类降水过程。诊断分析对比结果表明：“连续型”和“中断型”降水在500 hPa的差异主要体现在辐合位置的不同，“连续型”降水在YTGC有一个辐合中心，而“中断型”降水的辐合中心位置在更高纬度，这与“连续型”降水的北风更强有关。从垂直经向环流特征来看，“连续型”相比“中断型”降水的更强偏北气流，一部分沿着高原南坡下沉到谷底，在低纬处辐合产生上升气流，将水汽输送到中层后在偏南风的引导下向高原上空输送，配合YTGC良好的上升运动条件可产生更多的降水。敏感性试验结果验证了北风是影响YTGC降水过程的重要因素。

摘要:利用地表观测资料和ERA5逐时数据，通过趋势分析和Mann-Kendall检验等统计方法，对1980—2020年长江中下游流域的极端降水动态进行精细分析，揭示了日极端降水量和小时极端降水量的显著时空变化及其差异性。结果表明：1）日极端降水量及其强度呈上升态势，同时暴雨频率和覆盖面积呈下降趋势，凸显了降水事件的集中化与潜在高风险特征，显著提升了风险评估的精准度;2）小时极端降水强度自西南向东北递增，这一规律与地形因素紧密联系;3）极端暴雨在季节性变化上具有独特模式，夏季降水造成的威胁最为严重，春季降水的频繁发生提高了洪涝灾害的潜在风险;4）极端小时降水量的峰值多出现在降水周期的后期。

摘要:利用1979—2008年逐月长江下游降水量的准2 a分量（tropospheric biennial oscillation， TBO）和全球50 hPa低频经、纬向风主成分的准2 a分量（quasi-biennial oscillation， QBO），构建了长江下游地区降水准2 a分量的年际预测的时变扩展复数自回归模型（extended complex autoregressive model， ECAR）。对于12 a（2009—2020年）的长江下游地区逐月降水TBO低频分量，进行独立的实时年际预报试验。结果表明，对于准2 a时间尺度的长江下游低频降水，这种复数预测模型的预测时效可达15 mon左右，能提前1 a以上预报，为夏季长江下游地区的洪涝过程提供十分重要的预测背景信息，预报能力优于经典自回归模型（autoregressive model，AR）。这种数据驱动的简化的时变ECAR预测方法基于长江下游降水和全球平流层环流主要模态准2 a分量在频率空间中的协同演化新规律，较好地描述了气候系统中低频变化的多样性，使预测的不确定性减弱，显著提高了预测的稳定性，并延长了对流层TBO的预测时效。

摘要:系统总结了近20年来利用降水测量卫星研究中国降水系统特征的主要进展。首先，概述了三种降水测量卫星的主要观测设备及其参数，并分析了它们在观测降水系统方面的优势和局限性。接着，回顾了当前用于实现降水系统参数化的主要方法，重点归纳了中国降水系统的活动规律和结构特征，包括其随季节、地区、天气系统以及降水系统自身的组织形态和生命阶段所表现的变化规律。最后，阐述了闪电、极端降水等强对流天气与降水系统三维结构及微物理过程之间的关联。在此基础上，梳理了当前与未来利用降水测量卫星研究降水系统所面临的机遇与挑战，并展望了该领域未来的潜在发展方向。

摘要:对小云粒子（粒径<50 μm）的相态进行检测是云物理飞机测量领域的一个难点，而利用云粒子的偏振信息对云粒子相态进行鉴别是目前云物理研究领域比较认可的一种方法。本文针对偏振云粒子谱仪（cloud aerosol spectrometer with depolarization，CAS-DPOL）所测云粒子偏振参量的应用需求展开研究，通过对现有方法的比较分析，整合出一套适合于该仪器的方法和阈值。基于所整合出的方法和阈值以及该仪器在2021年5月23日东北冷涡天气的一次航测结果，探讨了该仪器在人工影响天气和飞机自然结冰探测领域的应用，此次航测发现温度在-1~-8 ℃的云内过冷云滴数对总云粒子数占比的平均值可达到80.18%，云相以混合相为主，间有纯过冷水云相存在;此次航测以云粒子谱仪所测数浓度大于5 cm^-3作为过冷滴存在的下限判定指标是比较可信的;此外，飞机在此次航测中的自然结冰强度为微量结冰，没有探测到符合《运输类飞机适航标准》附录C曲线要求的结冰气象条件。

摘要:基于2023年11月3—9日在江苏省进行的5次播种催化实验以及江苏省气象站观测资料和飞机观测资料，统计分析了人工增雨作业对大气颗粒物（PM_2.5和PM₁₀）质量浓度的影响机制。结果表明：人工增雨作业可显著增加降水，且对大气污染物（PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、O₃、CO）的清除效果具有一定的持续性。在11月3日的作业中，PM_2.5、PM₁₀和O₃质量浓度的下降持续了4～7 h。人工增雨作业后，污染物质量浓度均有不同程度下降，其中PM_2.5、PM₁₀和O₃质量浓度随降水的增加呈现出明显的下降趋势，污染物质量浓度下降最多可达90％左右。人工增雨作业影响的城市中，均出现颗粒物质量浓度下降幅度大于其他污染物（SO₂、NO₂、O₃、CO）质量浓度下降幅度的现象。在人工增雨作业前后，影响站（作业影响区）PM_2.5和PM₁₀的变化比率和变化幅度均大于对比站（非作业影响区），且颗粒物质量浓度的变化比率和变化幅度随着时间的延长而增加。此外，PM_2.5的变化比率和变化幅度的增加量大于PM₁₀。

摘要:为进一步提高温度业务预报水平，本文采用美国国家环境预报中心环境模式中心（National Centers for Environmental Prediction-Environmental Modeling Center，NCEP-EMC）研发的基于递归贝叶斯模型过程（recursive Bayesian model process，RBMP）的多模式集合技术，开展了华东2 m温度预报试验。利用2016—2017年欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）、NCEP和加拿大气象中心（Canadian Meteorological Centre，CMC）3个具有代表性的全球集合预报系统产品，在对各模式进行偏差订正的基础上，开展了RBMP算法应用试验和评估，建立了华东地区应用方案，再利用2019年9月—2020年5月ECMWF、NCEP集合预报资料开展试运行，初步讨论了RBMP方法在冬春季节预报失败案例中的适用性。结果表明：RBMP方法能够提供更加可靠的概率预报分布并有效提高短期时效的预报技巧。其中，冬季改进最明显，集合平均的均方根误差比ECMWF订正预报和等权重多模式集合分别降低3.0％～10.5％和2.0％～5.0％，且对高温和低温事件均具有更优的分辨能力。此外，RBMP方法还能够提高大部分预报失败案例的预报准确率，为难报案例提供了有价值的不确定信息。总体而言，RBMP技术不仅保留了BMA（Bayesian model averaging）方法的优势，且能满足业务应用对资料存储和计算效率的需求，通过二阶矩调整可以有效校正集合离散度，为进一步提高短期温度预报技巧提供了一种思路。

摘要:利用卫星雷达高度计数据制作海面高度融合场是监测和分辨海洋中小尺度信号的有效手段，国产HY-2系列动力环境卫星的发射和组网在我国自主海洋观测能力提升和国际海洋观测系统构建方面具有重要意义。目前，针对HY-2系列卫星的研究主要集中在高度计定轨或单/双星与其他卫星组合的海洋观测及涡旋识别方面。针对3颗自主海洋卫星雷达高度计组网对海表观测质量的提升却缺乏深入研究，因此开展国产HY-2系列卫星对海面高度融合场质量的影响研究至关重要。本文以同期在轨观测的6颗国际卫星为基础，加入HY-2系列卫星对西北太平洋海域进行海面高度计数据融合，通过与地转流校正的漂流浮标流速数据和验潮站海面高度对比，进行误差、相关性以及回归拟合分析。研究发现：二维变分融合场与现场观测资料较为一致，加入HY-2系列卫星后对融合场的精确度有所提升，海面高度平均误差下降约0.1 cm，回归系数和相关性提升3%~5%，经纬方向流速的均方根误差平均减小0.31和0.17 cm·s^-1，流速矢量方向的误差也有所改善。当融合卫星数量达到5颗后，观测资料密度的进一步提升对融合场质量的改进不再显著。