南京信息工程大学60周年校庆特刊
2020, 43(1):1-9.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191110003
摘要:
一带一路"区域国家经济、政治发展极不平衡，随着全球气候变暖，区域内的自然环境、气候资源、水资源等都将面临着显著而复杂的变化，并且干旱、洪涝等多种气候灾害是"一带一路"区域可持续发展和重大基础设施建设面临的重大威胁之一。目前，"一带一路"倡议已经进入实质性建设阶段，沿线地区的气候变化及其灾害风险关乎"一带一路"倡议能否顺利实施及亚投行的投资安全。在此背景下，2016-2018年中国科学院地球科学学部实施了"‘一带一路’区域气候变化问题"咨询评议项目，项目针对该区域气候变化的事实、未来变化预估、气候变化的可能影响以及带来的潜在风险等问题进行了系统的调研，并开展了若干分析和研究。经过两年的努力，项目组完成了有关进展报告四份，包括一份总报告和三份分报告。本文扼要地概括和介绍了项目取得的主要成果。
一带一路"区域国家经济、政治发展极不平衡，随着全球气候变暖，区域内的自然环境、气候资源、水资源等都将面临着显著而复杂的变化，并且干旱、洪涝等多种气候灾害是"一带一路"区域可持续发展和重大基础设施建设面临的重大威胁之一。目前，"一带一路"倡议已经进入实质性建设阶段，沿线地区的气候变化及其灾害风险关乎"一带一路"倡议能否顺利实施及亚投行的投资安全。在此背景下，2016-2018年中国科学院地球科学学部实施了"‘一带一路’区域气候变化问题"咨询评议项目，项目针对该区域气候变化的事实、未来变化预估、气候变化的可能影响以及带来的潜在风险等问题进行了系统的调研，并开展了若干分析和研究。经过两年的努力，项目组完成了有关进展报告四份，包括一份总报告和三份分报告。本文扼要地概括和介绍了项目取得的主要成果。
2020, 43(1):10-19.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20200110015
摘要:
随着数值预报技术和综合探测体系的不断进步和完善，近十几年来中央气象台的台风业务预报取得了较显著的进展，特别是台风路径业务预报水平进展显著，基本达到了国际先进水平，但是在台风强度和风雨影响的预报及台风风险评估方面进展相对较慢。本文从我国台风灾害影响的严重性和中央气象台台风预报的重要性、中央气象台台风预报的发展历程、中央气象台台风预报员的作用、台风业务中重大科学问题的提出和解决途径、重大台风科研项目对中央气象台台风业务的促进和指导等几方面进行了回顾和分析，并提出了未来提高台风业务预报能力的有效途径。
随着数值预报技术和综合探测体系的不断进步和完善，近十几年来中央气象台的台风业务预报取得了较显著的进展，特别是台风路径业务预报水平进展显著，基本达到了国际先进水平，但是在台风强度和风雨影响的预报及台风风险评估方面进展相对较慢。本文从我国台风灾害影响的严重性和中央气象台台风预报的重要性、中央气象台台风预报的发展历程、中央气象台台风预报员的作用、台风业务中重大科学问题的提出和解决途径、重大台风科研项目对中央气象台台风业务的促进和指导等几方面进行了回顾和分析，并提出了未来提高台风业务预报能力的有效途径。
2020, 43(1):20-32.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191011007
摘要:
亚非夏季风系统包括非洲夏季风、南亚夏季风和东亚夏季风。它是全球季风系统中具有高度整体一致性变化的系统，其主要原因是亚非夏季风系统具有相同的主要驱动力：AMO（Atlantic Multidecadal Oscillation，大西洋多年代际振荡）和PDO（Pacific Decadal Oscillation，太平洋年代际振荡）海洋年代际变化模态。在此前提下，本文首先阐述了AMO对亚非夏季风的强迫作用与遥相关作用，特别强调了它在亚非夏季风及其降水年代际转型中的作用；其次讨论了PDO与冬春积雪的年代际变化对东亚夏季风雨带的协同作用；最后综合分析了AMO、PDO与IOBM（Indian Ocean Basin Mode，印度洋海盆一致模态）的协同作用，指出印度洋海洋模态在年代尺度上独立于AMO与PDO的相关组合，主要起着加强东亚夏季风活动的作用。
亚非夏季风系统包括非洲夏季风、南亚夏季风和东亚夏季风。它是全球季风系统中具有高度整体一致性变化的系统，其主要原因是亚非夏季风系统具有相同的主要驱动力：AMO（Atlantic Multidecadal Oscillation，大西洋多年代际振荡）和PDO（Pacific Decadal Oscillation，太平洋年代际振荡）海洋年代际变化模态。在此前提下，本文首先阐述了AMO对亚非夏季风的强迫作用与遥相关作用，特别强调了它在亚非夏季风及其降水年代际转型中的作用；其次讨论了PDO与冬春积雪的年代际变化对东亚夏季风雨带的协同作用；最后综合分析了AMO、PDO与IOBM（Indian Ocean Basin Mode，印度洋海盆一致模态）的协同作用，指出印度洋海洋模态在年代尺度上独立于AMO与PDO的相关组合，主要起着加强东亚夏季风活动的作用。
2020, 43(1):33-38.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20200103006
摘要:
陆面过程研究是充分理解天气/气候/地球系统过程不可或缺的重要主题。本文全面梳理了当前用于数值天气/气候/地球系统模式的陆面过程模式研制的问题，建议了当前陆面过程模式研制中需加强和改进完善的关键内容。特别强调在新一代模式研发中建立包含人类活动的高分辨率全球陆面过程模式；特别强调与其他学科相结合，形成不同行业的预报预测系统或研究方法和工具。建议建设中国的集模式发展、数据分析、模拟方法、高性能计算、数据可视化和应用示范为一体的陆面模拟综合集成平台，为天气/气候/地球系统模式提供陆面过程模式，为开展精细化的全球和区域陆面水文-气象-生态的预报预测提供科技支撑。
陆面过程研究是充分理解天气/气候/地球系统过程不可或缺的重要主题。本文全面梳理了当前用于数值天气/气候/地球系统模式的陆面过程模式研制的问题，建议了当前陆面过程模式研制中需加强和改进完善的关键内容。特别强调在新一代模式研发中建立包含人类活动的高分辨率全球陆面过程模式；特别强调与其他学科相结合，形成不同行业的预报预测系统或研究方法和工具。建议建设中国的集模式发展、数据分析、模拟方法、高性能计算、数据可视化和应用示范为一体的陆面模拟综合集成平台，为天气/气候/地球系统模式提供陆面过程模式，为开展精细化的全球和区域陆面水文-气象-生态的预报预测提供科技支撑。
2020, 43(1):39-58.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20200126009
摘要:
南京信息工程大学缘气象而生、因气象而兴，是一所具有显著行业特色的高校。大气科学是南京信息工程大学的学科根基和学科之魂。回顾大气科学60年的发展历程，历经几代人的砥砺奋进，坚持改革创新、特色发展，铸就了大气科学的辉煌成就。20世纪60年代，大气学科为服务国家气象事业急需而创立，改革开放之后，对接中国气象事业发展需要，构建完整的学科体系，并为中国和世界气象事业发展做出了重大贡献，有着"中国气象人才培养摇篮"之美誉。21世纪以来，学科建设进一步加快，2017年大气科学入选国家"双一流"建设学科，开启了世界一流学科建设的新征程。自此，南信大站在历史发展新方位，擘画大气科学发展新蓝图，打造大气学科新高地，推动大气学科建设进入高质量发展新阶段。
南京信息工程大学缘气象而生、因气象而兴，是一所具有显著行业特色的高校。大气科学是南京信息工程大学的学科根基和学科之魂。回顾大气科学60年的发展历程，历经几代人的砥砺奋进，坚持改革创新、特色发展，铸就了大气科学的辉煌成就。20世纪60年代，大气学科为服务国家气象事业急需而创立，改革开放之后，对接中国气象事业发展需要，构建完整的学科体系，并为中国和世界气象事业发展做出了重大贡献，有着"中国气象人才培养摇篮"之美誉。21世纪以来，学科建设进一步加快，2017年大气科学入选国家"双一流"建设学科，开启了世界一流学科建设的新征程。自此，南信大站在历史发展新方位，擘画大气科学发展新蓝图，打造大气学科新高地，推动大气学科建设进入高质量发展新阶段。
2020, 43(1):59-75.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191112007
摘要:
陆地蒸散（ET）涵括地表和潮湿叶片的蒸发和植物的蒸散发，是陆地水循环的重要组成部分。Penman-Monteith方程是估算陆地蒸散的重要方法，方程中的叶片或冠层气孔导度是提高估算精度的关键因子。根据碳水循环的耦合原理，植物光合作用模型可用于估算叶片或冠层气孔导度。植物光合作用模型可分为三类：1）使用总冠层导度的大叶模型（BL），2）区别阴、阳叶冠层导度的双大叶模型（TBL），3）区别阴、阳叶叶片导度的双叶模型（TL）。与这三类光合作用模型相对应，衍生出基于不同导度计算方法的三种蒸散估算模型。三种蒸散模型之间的主要区别在于是否进行从叶片尺度到冠层尺度的气孔导度集成。这三种模型中，双叶模型使用叶片尺度的气孔导度，集成度最低。反之，大叶模型使用冠层尺度的气孔导度，集成度最高。由于在Penman-Monteith中，蒸腾和气孔导度之间的关系是非线性的，气孔导度的集合会导致负偏差。因此，与通量测量相比，大叶蒸散模型的估算偏差最大，而双叶蒸散模型的估算偏差最小。
陆地蒸散（ET）涵括地表和潮湿叶片的蒸发和植物的蒸散发，是陆地水循环的重要组成部分。Penman-Monteith方程是估算陆地蒸散的重要方法，方程中的叶片或冠层气孔导度是提高估算精度的关键因子。根据碳水循环的耦合原理，植物光合作用模型可用于估算叶片或冠层气孔导度。植物光合作用模型可分为三类：1）使用总冠层导度的大叶模型（BL），2）区别阴、阳叶冠层导度的双大叶模型（TBL），3）区别阴、阳叶叶片导度的双叶模型（TL）。与这三类光合作用模型相对应，衍生出基于不同导度计算方法的三种蒸散估算模型。三种蒸散模型之间的主要区别在于是否进行从叶片尺度到冠层尺度的气孔导度集成。这三种模型中，双叶模型使用叶片尺度的气孔导度，集成度最低。反之，大叶模型使用冠层尺度的气孔导度，集成度最高。由于在Penman-Monteith中，蒸腾和气孔导度之间的关系是非线性的，气孔导度的集合会导致负偏差。因此，与通量测量相比，大叶蒸散模型的估算偏差最大，而双叶蒸散模型的估算偏差最小。
2020, 43(1):76-92.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20200115005
摘要:
空气污染、天气和气候与大众生活息息相关，全球变化与可持续发展更是全人类面临的共同挑战。空气污染与气候变化对发展中国家带来的挑战更为显著。中国作为人口最多、发展飞速的国家，面临这两方面的挑战尤为严峻。因此，深入了解空气污染与气候变化的成因和发展机制，摸清两者相互关系对提高人们的生活质量和科学发展方针政策的制定具有指导意义。随着全球变化研究的深入，气溶胶与温室气体作为影响地球气候的两个最重要的人类排放物，在气候变化科学中起着至关重要的作用，气溶胶研究也成为地球科学发展最快的一个分支学科。中国天气、气候的变化特征，如高温增多、寒潮变少、风速减小、大气变稳、小雨减少、大雨增多、雷暴增强、季风减弱等，与空气污染都存在不同程度的联系。本文主要综述气溶胶对我国天气、气候的影响以及与气象因素相关的空气污染问题，侧重于气溶胶与极端天气事件之间包括影响程度和影响机理在内的错综复杂的关系。研究方法涉及星、地、空综合观测资料分析和模式模拟等。观测资料包括长时间历史观测资料、短时段强化观测实验资料、全球卫星资料等。
空气污染、天气和气候与大众生活息息相关，全球变化与可持续发展更是全人类面临的共同挑战。空气污染与气候变化对发展中国家带来的挑战更为显著。中国作为人口最多、发展飞速的国家，面临这两方面的挑战尤为严峻。因此，深入了解空气污染与气候变化的成因和发展机制，摸清两者相互关系对提高人们的生活质量和科学发展方针政策的制定具有指导意义。随着全球变化研究的深入，气溶胶与温室气体作为影响地球气候的两个最重要的人类排放物，在气候变化科学中起着至关重要的作用，气溶胶研究也成为地球科学发展最快的一个分支学科。中国天气、气候的变化特征，如高温增多、寒潮变少、风速减小、大气变稳、小雨减少、大雨增多、雷暴增强、季风减弱等，与空气污染都存在不同程度的联系。本文主要综述气溶胶对我国天气、气候的影响以及与气象因素相关的空气污染问题，侧重于气溶胶与极端天气事件之间包括影响程度和影响机理在内的错综复杂的关系。研究方法涉及星、地、空综合观测资料分析和模式模拟等。观测资料包括长时间历史观测资料、短时段强化观测实验资料、全球卫星资料等。
2020, 43(1):93-103.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191025001
摘要:
主要回顾了欧亚大陆冷季积雪与亚洲夏季风的关系，特别是积雪对季风演变和强度的影响。从Blanford（1884）着眼喜马拉雅山测站积雪开始，到20世纪70年代卫星测量的大范围雪盖资料的问世，直至近几十年来全球气候模式模拟与资料分析的结合，回顾了人们在不同时期对积雪-季风关系的不同认识以及对积雪影响季风的物理过程的不同理解。一方面，积雪通过反照率效应影响温度、温度梯度和大气环流包括季风环流；另一方面，积雪通过融化效应影响大气，特别是增强大气异常信号的持续性。在这些过程中，陆面积雪与大气运动的相互作用是一个正反馈的过程。另外，特别关注不同地区和季节的欧亚大陆积雪对不同亚洲区域季风的不同影响，以及积雪在季风演变过程中对不同阶段季风特征的作用。虽然积雪与季风的关系非常复杂，加深对这些复杂关系的认识，对理解季风系统的整体变化以及改进季风预报都尤为重要。
主要回顾了欧亚大陆冷季积雪与亚洲夏季风的关系，特别是积雪对季风演变和强度的影响。从Blanford（1884）着眼喜马拉雅山测站积雪开始，到20世纪70年代卫星测量的大范围雪盖资料的问世，直至近几十年来全球气候模式模拟与资料分析的结合，回顾了人们在不同时期对积雪-季风关系的不同认识以及对积雪影响季风的物理过程的不同理解。一方面，积雪通过反照率效应影响温度、温度梯度和大气环流包括季风环流；另一方面，积雪通过融化效应影响大气，特别是增强大气异常信号的持续性。在这些过程中，陆面积雪与大气运动的相互作用是一个正反馈的过程。另外，特别关注不同地区和季节的欧亚大陆积雪对不同亚洲区域季风的不同影响，以及积雪在季风演变过程中对不同阶段季风特征的作用。虽然积雪与季风的关系非常复杂，加深对这些复杂关系的认识，对理解季风系统的整体变化以及改进季风预报都尤为重要。
2020, 43(1):104-115.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191001010
摘要:
运用1979-2015年的逐日NCEP-DOE再分析资料，探讨了夏季鄂霍次克海阻塞高压（简称"鄂海阻高"）与中高纬大气季节内振荡（简称"ISO"）之间的可能联系。研究发现，ISO扰动与夏季鄂海阻高在关键区（130°~160°E，60°~75°N）有最好的耦合关系，且关键区位势高度表现出显著的10~30 d的振荡周期。超前滞后合成分析表明，与鄂海阻高相联系的ISO扰动具有明显的向西传播的特征。波活动通量分析结果显示，波能量在中高纬140°W附近累积，因此西传的ISO扰动可能源自中高纬140°W附近。对位势倾向方程的诊断结果显示，动力作用对关键区位势高度的时间变化起主要作用。进一步运用尺度分析表明，在夏季鄂海阻高发生和维持的过程中，ISO经向风引导的平均涡度平流对位势高度的时间变化起主导作用。
运用1979-2015年的逐日NCEP-DOE再分析资料，探讨了夏季鄂霍次克海阻塞高压（简称"鄂海阻高"）与中高纬大气季节内振荡（简称"ISO"）之间的可能联系。研究发现，ISO扰动与夏季鄂海阻高在关键区（130°~160°E，60°~75°N）有最好的耦合关系，且关键区位势高度表现出显著的10~30 d的振荡周期。超前滞后合成分析表明，与鄂海阻高相联系的ISO扰动具有明显的向西传播的特征。波活动通量分析结果显示，波能量在中高纬140°W附近累积，因此西传的ISO扰动可能源自中高纬140°W附近。对位势倾向方程的诊断结果显示，动力作用对关键区位势高度的时间变化起主要作用。进一步运用尺度分析表明，在夏季鄂海阻高发生和维持的过程中，ISO经向风引导的平均涡度平流对位势高度的时间变化起主导作用。
2020, 43(1):116-127.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191019002
摘要:
与观测气象、电离层和气候的GPS卫星计划COSMIC-1相比，COSMIC-2有更大功率的GPS接收天线，高2倍的采样率（100 Hz），小3倍的轨道倾角（24°）。因此，COSMIC-2和未来小卫星将为热带地区提供前所未有的大量无线电掩星观测资料。因为热带对流层低层水汽含量高，折射率有局地大梯度，违背大气球对称性假定，造成影响多路径现象，所以热带地区的掩星资料同化具有较大挑战性。本文首先利用之前研究中提出的影响参数多路径质量控制方法，去除热带对流层低层弯角模拟中出现影响参数多路径现象的资料，然后使用有限射线长度二维（2D）路径追踪观测算子和一维（1D）Abel变换观测算子，进行GPS弯角资料同化。结果表明，如果射线路径限制在离近地面点±300~400 km的水平距离以内，有限射线长度2D路径追踪观测算子得到的弯角模拟与2D射线追踪观测算子得到的弯角廓线之差不仅无偏，而且其标准差远比1D Abel的弯角模拟精度高。此外，无论采用1D Abel变换还是有限射线长度2D路径追踪观测算子来模拟弯角，影响参数多路径质量控制方案都能进一步改进GPS掩星弯角资料同化和预报精度。
与观测气象、电离层和气候的GPS卫星计划COSMIC-1相比，COSMIC-2有更大功率的GPS接收天线，高2倍的采样率（100 Hz），小3倍的轨道倾角（24°）。因此，COSMIC-2和未来小卫星将为热带地区提供前所未有的大量无线电掩星观测资料。因为热带对流层低层水汽含量高，折射率有局地大梯度，违背大气球对称性假定，造成影响多路径现象，所以热带地区的掩星资料同化具有较大挑战性。本文首先利用之前研究中提出的影响参数多路径质量控制方法，去除热带对流层低层弯角模拟中出现影响参数多路径现象的资料，然后使用有限射线长度二维（2D）路径追踪观测算子和一维（1D）Abel变换观测算子，进行GPS弯角资料同化。结果表明，如果射线路径限制在离近地面点±300~400 km的水平距离以内，有限射线长度2D路径追踪观测算子得到的弯角模拟与2D射线追踪观测算子得到的弯角廓线之差不仅无偏，而且其标准差远比1D Abel的弯角模拟精度高。此外，无论采用1D Abel变换还是有限射线长度2D路径追踪观测算子来模拟弯角，影响参数多路径质量控制方案都能进一步改进GPS掩星弯角资料同化和预报精度。
2020, 43(1):128-143.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191110007
摘要:
南京信息工程大学气候预测系统1.0版（NUIST CFS1.0）是基于日本海洋科学技术开发机构（JAMSTEC）的SINTEX-F模式发展而来，可以实现对全球气候异常的季节-年际预测。对过去近40 a的集合历史回报预测试验结果的评估发现，该预测系统对热带太平洋和印度洋海温异常具有良好的预测技巧，并且该系统能提前1.5~2 a对ENSO（Nino3.4指数）做出有技巧的预测（即相关系数达0.5），同时也可以提前1~2个季节对印度洋偶极子（IOD）做出有较高技巧的预测，展现了对主要热带气候信号的良好预测技巧。但是与国内外所有动力模式预测系统类似，该系统对东亚地区的气候异常预测还存在较大的不足。考虑到ENSO对东亚地区气候异常的强烈影响，本文尝试去除与ENSO预测相关的系统偏差来初步订正东亚地区夏季温度异常和降水距平百分率的预测结果。对比订正前后的结果表明，这一简单的订正方法有助于提高我国气候异常的预测准确率。同时选取2019年夏季气温异常和降水距平百分率的实时预测结果作为个例进行分析，发现订正能够提供一定的技巧改善，但与观测结果相比仍存在较大偏差，需要在今后的工作中不断改进完善。此外，本文也初步评估了NUIST CFS1.0对我国冬春季的气候预测技巧，并提供了经简单订正后的2019/2020年冬季和2020年春季的实时预测结果。
南京信息工程大学气候预测系统1.0版（NUIST CFS1.0）是基于日本海洋科学技术开发机构（JAMSTEC）的SINTEX-F模式发展而来，可以实现对全球气候异常的季节-年际预测。对过去近40 a的集合历史回报预测试验结果的评估发现，该预测系统对热带太平洋和印度洋海温异常具有良好的预测技巧，并且该系统能提前1.5~2 a对ENSO（Nino3.4指数）做出有技巧的预测（即相关系数达0.5），同时也可以提前1~2个季节对印度洋偶极子（IOD）做出有较高技巧的预测，展现了对主要热带气候信号的良好预测技巧。但是与国内外所有动力模式预测系统类似，该系统对东亚地区的气候异常预测还存在较大的不足。考虑到ENSO对东亚地区气候异常的强烈影响，本文尝试去除与ENSO预测相关的系统偏差来初步订正东亚地区夏季温度异常和降水距平百分率的预测结果。对比订正前后的结果表明，这一简单的订正方法有助于提高我国气候异常的预测准确率。同时选取2019年夏季气温异常和降水距平百分率的实时预测结果作为个例进行分析，发现订正能够提供一定的技巧改善，但与观测结果相比仍存在较大偏差，需要在今后的工作中不断改进完善。此外，本文也初步评估了NUIST CFS1.0对我国冬春季的气候预测技巧，并提供了经简单订正后的2019/2020年冬季和2020年春季的实时预测结果。
2020, 43(1):144-158.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191120007
摘要:
激光雷达作为一种新兴的主动遥感探测工具，被广泛应用于大气遥感、环境监测等领域。星载激光雷达由于其较广的探测范围、较高的时空分辨率、可获得连续的廓线数据等优势，已经成为全球及区域气溶胶和云特性观测研究的强有力工具。本文总结了自2006年CALIPSO卫星发射以来，中国科学家在利用其开展沙尘气溶胶及污染研究方面的工作，重点阐述了沙尘气溶胶的时空分布、远距离传输、分类识别、光学特性、沙尘释放、辐射与气候效应，以及灰霾和烟尘特性等方面的最新研究成果。对以上研究成果的梳理，有助于深入理解中国在利用星载激光雷达开展沙尘与污染研究的水平，也为未来开拓中国自主研发星载激光雷达的遥感应用领域奠定了基础。
激光雷达作为一种新兴的主动遥感探测工具，被广泛应用于大气遥感、环境监测等领域。星载激光雷达由于其较广的探测范围、较高的时空分辨率、可获得连续的廓线数据等优势，已经成为全球及区域气溶胶和云特性观测研究的强有力工具。本文总结了自2006年CALIPSO卫星发射以来，中国科学家在利用其开展沙尘气溶胶及污染研究方面的工作，重点阐述了沙尘气溶胶的时空分布、远距离传输、分类识别、光学特性、沙尘释放、辐射与气候效应，以及灰霾和烟尘特性等方面的最新研究成果。对以上研究成果的梳理，有助于深入理解中国在利用星载激光雷达开展沙尘与污染研究的水平，也为未来开拓中国自主研发星载激光雷达的遥感应用领域奠定了基础。
2020, 43(1):159-168.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191210001
摘要:
针对未来1~10 a气候状态的近期气候预测（年代际预测）是当前国际气候领域的研究热点。本文综述了中国科学院大气物理研究所发展的基于耦合气候系统模式的年代际气候预测系统IAP-DecPreS相关的研究进展。IAP-DecPreS系统的核心部分是耦合模式海洋分量初始化方案，"集合最优插值-分析增量更新"（EnOI-IAU）方案，该方案将集合最优插值（EnOI）和增量分析更新（IAU）结合起来，能够同化原始的海洋次表层温度廓线观测资料，对耦合模式进行初始化。系统的年代际回报试验表明，IAP-DecPreS对太平洋年代际振荡和大西洋多年代际变率的预测技巧与耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）技巧较高的模式相当。IAP-DecPreS系统被广泛应用于气候预测相关研究，包括火山气溶胶对年代际预测技巧的影响，全场同化和异常场同化两种不同的初始化方法对ENSO、印度洋偶极子模态和印度洋洋盆模态等的预测技巧的影响。最后，结合国际发展态势，对未来IAP-DecPreS的发展进行了讨论。
针对未来1~10 a气候状态的近期气候预测（年代际预测）是当前国际气候领域的研究热点。本文综述了中国科学院大气物理研究所发展的基于耦合气候系统模式的年代际气候预测系统IAP-DecPreS相关的研究进展。IAP-DecPreS系统的核心部分是耦合模式海洋分量初始化方案，"集合最优插值-分析增量更新"（EnOI-IAU）方案，该方案将集合最优插值（EnOI）和增量分析更新（IAU）结合起来，能够同化原始的海洋次表层温度廓线观测资料，对耦合模式进行初始化。系统的年代际回报试验表明，IAP-DecPreS对太平洋年代际振荡和大西洋多年代际变率的预测技巧与耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）技巧较高的模式相当。IAP-DecPreS系统被广泛应用于气候预测相关研究，包括火山气溶胶对年代际预测技巧的影响，全场同化和异常场同化两种不同的初始化方法对ENSO、印度洋偶极子模态和印度洋洋盆模态等的预测技巧的影响。最后，结合国际发展态势，对未来IAP-DecPreS的发展进行了讨论。
2020, 43(1):169-180.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191018012
摘要:
回顾了湿空气热动力学的研究进展，对未饱和湿大气、饱和湿大气及非均匀饱和湿大气的动热力方程、能量方程、连续方程等进行了梳理，指出饱和湿空气动量方程与非均匀饱和湿空气动量方程的最大区别在于对凝结过程的处理不同。饱和湿大气中，由于大气均是饱和的，由饱和造成的水凝物可处处出现，不能区分真正发生水汽凝结的区域。而非均匀饱和湿空气中，凝结发生与相对湿度的幂次方有关（即与凝结概率函数的分布有关），在相对湿度较小的区域不会出现水汽凝结，凝结区与非凝结区可自动区别，其描述的凝结过程与实际大气更接近。同时，总结了湿大气水汽凝结饱和非均匀分布的动热力物理量在高影响天气分析中的应用，最后讨论了未来推进湿空气动力学研究需重点考虑的一个内容。
回顾了湿空气热动力学的研究进展，对未饱和湿大气、饱和湿大气及非均匀饱和湿大气的动热力方程、能量方程、连续方程等进行了梳理，指出饱和湿空气动量方程与非均匀饱和湿空气动量方程的最大区别在于对凝结过程的处理不同。饱和湿大气中，由于大气均是饱和的，由饱和造成的水凝物可处处出现，不能区分真正发生水汽凝结的区域。而非均匀饱和湿空气中，凝结发生与相对湿度的幂次方有关（即与凝结概率函数的分布有关），在相对湿度较小的区域不会出现水汽凝结，凝结区与非凝结区可自动区别，其描述的凝结过程与实际大气更接近。同时，总结了湿大气水汽凝结饱和非均匀分布的动热力物理量在高影响天气分析中的应用，最后讨论了未来推进湿空气动力学研究需重点考虑的一个内容。
2020, 43(1):181-192.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191229006
摘要:
本文总结了中国国家自然科学基金委重点项目"青藏高原调控区域能量过程及其影响机理"的研究进展。着重阐明了春夏季伊朗高原和青藏高原（TIP）地表热通量特征及变化原因、TIP上空独特的水汽、云宏观和微观垂直结构，以及降水和云辐射效应；在夏季两个高原地区的感热加热存在相互影响和反馈，形成观测到的加热与大气垂直环流之间的准平衡耦合系统，由此提出了TIP系统（TIPS）的概念；项目还从天文和水文的角度佐证了TIPS对亚洲夏季风的影响，揭示TIPS导致上对流层暖、下平流层冷的南亚高压的形成机理及TIPS影响北半球环流和印度洋海气相互作用的物理过程；揭示TIPS系统对南亚高压年际变化的影响，提出高原位涡强迫激发中国东部激烈天气过程的一种新机制。此外还揭示了CMIP5模式对高原表面温度模拟存在冷偏差的原因和其中的物理过程，这是大气环流与冰雪反照率的动力耦合的结果。
本文总结了中国国家自然科学基金委重点项目"青藏高原调控区域能量过程及其影响机理"的研究进展。着重阐明了春夏季伊朗高原和青藏高原（TIP）地表热通量特征及变化原因、TIP上空独特的水汽、云宏观和微观垂直结构，以及降水和云辐射效应；在夏季两个高原地区的感热加热存在相互影响和反馈，形成观测到的加热与大气垂直环流之间的准平衡耦合系统，由此提出了TIP系统（TIPS）的概念；项目还从天文和水文的角度佐证了TIPS对亚洲夏季风的影响，揭示TIPS导致上对流层暖、下平流层冷的南亚高压的形成机理及TIPS影响北半球环流和印度洋海气相互作用的物理过程；揭示TIPS系统对南亚高压年际变化的影响，提出高原位涡强迫激发中国东部激烈天气过程的一种新机制。此外还揭示了CMIP5模式对高原表面温度模拟存在冷偏差的原因和其中的物理过程，这是大气环流与冰雪反照率的动力耦合的结果。
2020, 43(1):193-200.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191101013
摘要:
为了提供有价值且可靠的概率（或者不确定性）预报，最新的全球集合预报系统已在美国国家环境预报中心日常业务运行，以满足社会需求。通过对各个关键要素的概率预报统计检验，可为广大用户提供这些概率预报的信心指数。但是预报（或集合预报）能力不仅取决于我们使用的预测要素，而且与时间和空间分辨率，极端事件或者高影响天气，以及预报时效有关。以大尺度天气系统预报为例，通常选择北半球500 hPa位势高度距平相关指数或概率指数表征模式的预报能力。如参照北半球500 hPa位势高度的距平相关指数（60% AC）或概率预报技巧指数（25% CRPSS），美国全球集合预报系统能够提供大约10 d的技巧预报。从全球集合预报系统输出的各预报要素，满足不同时空尺度需求的角度进行讨论，其可预报性（或预报极限）能够为模式研发人员、一线预报员和用户提供参考。尤其是对大气可预报性的深入研究，对于从科学与技术角度全面提升数值预报系统水平非常重要。当能够确定可预报性（或是预报误差）的真实来源时，科学家（包括模式研发人员）就能够有针对性地修改与完善。将传统的可预报性研究与改进的能够更客观地表述预报不确定性的集合预报相结合，所得可预报性将提供另一种有价值的参考。可预报性研究总体表明，全球集合预报系统对行星波、大尺度和天气尺度的系统（或者过程）可能分别具备约15、12、10 d的预报能力。对于热带天气过程的预报，如果进一步改善模式偏差和物理参数化过程，其MJO（Madden-Julian Oscillation）预报技巧可以延长至32.5 d。
为了提供有价值且可靠的概率（或者不确定性）预报，最新的全球集合预报系统已在美国国家环境预报中心日常业务运行，以满足社会需求。通过对各个关键要素的概率预报统计检验，可为广大用户提供这些概率预报的信心指数。但是预报（或集合预报）能力不仅取决于我们使用的预测要素，而且与时间和空间分辨率，极端事件或者高影响天气，以及预报时效有关。以大尺度天气系统预报为例，通常选择北半球500 hPa位势高度距平相关指数或概率指数表征模式的预报能力。如参照北半球500 hPa位势高度的距平相关指数（60% AC）或概率预报技巧指数（25% CRPSS），美国全球集合预报系统能够提供大约10 d的技巧预报。从全球集合预报系统输出的各预报要素，满足不同时空尺度需求的角度进行讨论，其可预报性（或预报极限）能够为模式研发人员、一线预报员和用户提供参考。尤其是对大气可预报性的深入研究，对于从科学与技术角度全面提升数值预报系统水平非常重要。当能够确定可预报性（或是预报误差）的真实来源时，科学家（包括模式研发人员）就能够有针对性地修改与完善。将传统的可预报性研究与改进的能够更客观地表述预报不确定性的集合预报相结合，所得可预报性将提供另一种有价值的参考。可预报性研究总体表明，全球集合预报系统对行星波、大尺度和天气尺度的系统（或者过程）可能分别具备约15、12、10 d的预报能力。对于热带天气过程的预报，如果进一步改善模式偏差和物理参数化过程，其MJO（Madden-Julian Oscillation）预报技巧可以延长至32.5 d。
2020, 43(1):201-211.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20190407001
摘要:
利用1979-2015年ERA-Interim再分析土壤湿度、云量资料，NCEP/NCAR再分析环流资料和CPC土壤湿度资料，分析了东亚中纬度夏季陆面热力异常的时空分布特征及其与前期春季土壤湿度异常的联系，探讨了前期春季土壤湿度影响东亚中纬度夏季陆面增暖的可能途径。结果表明，东亚中纬度夏季土壤表层温度呈全区一致增暖趋势，其中贝加尔湖及以南地区温度变化最剧烈、增暖最迅速，且1990年代中期前后存在一个明显由冷向暖的年代际转变。进一步分析发现，春、夏季西西伯利亚到贝加尔湖北部地区的土壤湿度与夏季贝加尔湖及以南地区的土壤表层温度在年代际和年际尺度上均存在紧密联系：西西伯利亚到贝加尔湖北部地区土壤湿度异常偏高，通常对应贝加尔湖及南部地区夏季土壤表层温度偏高。西西伯利亚到贝加尔湖北部地区春、夏土壤湿度异常可以引起夏季大气环流异常，从而对东亚夏季中纬度陆面热力异常产生影响：春、夏土壤湿度偏高时，贝加尔湖及其南部地区上空位势高度为正异常，对应为反气旋性异常环流，云量减少，有利于东亚中纬度陆面增暖；反之，则对应为气旋性异常环流，不利于陆面增暖。
利用1979-2015年ERA-Interim再分析土壤湿度、云量资料，NCEP/NCAR再分析环流资料和CPC土壤湿度资料，分析了东亚中纬度夏季陆面热力异常的时空分布特征及其与前期春季土壤湿度异常的联系，探讨了前期春季土壤湿度影响东亚中纬度夏季陆面增暖的可能途径。结果表明，东亚中纬度夏季土壤表层温度呈全区一致增暖趋势，其中贝加尔湖及以南地区温度变化最剧烈、增暖最迅速，且1990年代中期前后存在一个明显由冷向暖的年代际转变。进一步分析发现，春、夏季西西伯利亚到贝加尔湖北部地区的土壤湿度与夏季贝加尔湖及以南地区的土壤表层温度在年代际和年际尺度上均存在紧密联系：西西伯利亚到贝加尔湖北部地区土壤湿度异常偏高，通常对应贝加尔湖及南部地区夏季土壤表层温度偏高。西西伯利亚到贝加尔湖北部地区春、夏土壤湿度异常可以引起夏季大气环流异常，从而对东亚夏季中纬度陆面热力异常产生影响：春、夏土壤湿度偏高时，贝加尔湖及其南部地区上空位势高度为正异常，对应为反气旋性异常环流，云量减少，有利于东亚中纬度陆面增暖；反之，则对应为气旋性异常环流，不利于陆面增暖。
2020, 43(1):212-224.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191028002
摘要:
随着数值天气预报技术和季节动力预报系统的发展，短期天气预报及长期气候预测的能力持续提高，然而介于两者之间的次季节至季节（S2S，两周至三个月）预测技巧偏低，成为当今气象学界和业务服务的难题。南京信息工程大学国家特聘专家李天明教授团队于2012年研发了基于时空投影技术的统计预报模型（STPM），成功地对中国大陆降水和气温距平，以及区域极端降水、夏季高温、冬季低温和西太平洋台风群发事件等高影响天气进行提前10~30 d的预报，并在国家气候中心及多个省份开展了业务应用。STPM也成功应用于台湾春雨预报、南海季风爆发和ENSO预测等季节至年际变化的预测。本文对S2S预测的理论基础、STPM的发展和应用进行了完整的介绍，并讨论了S2S预测业务中所面临的挑战和未来展望。
随着数值天气预报技术和季节动力预报系统的发展，短期天气预报及长期气候预测的能力持续提高，然而介于两者之间的次季节至季节（S2S，两周至三个月）预测技巧偏低，成为当今气象学界和业务服务的难题。南京信息工程大学国家特聘专家李天明教授团队于2012年研发了基于时空投影技术的统计预报模型（STPM），成功地对中国大陆降水和气温距平，以及区域极端降水、夏季高温、冬季低温和西太平洋台风群发事件等高影响天气进行提前10~30 d的预报，并在国家气候中心及多个省份开展了业务应用。STPM也成功应用于台湾春雨预报、南海季风爆发和ENSO预测等季节至年际变化的预测。本文对S2S预测的理论基础、STPM的发展和应用进行了完整的介绍，并讨论了S2S预测业务中所面临的挑战和未来展望。
2020, 43(1):225-237.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191105005
摘要:
干旱是一种周期性的气候异常，主要受气候自然变率驱动，具有发展缓慢、持续时间长、影响范围广等特征。然而，气候变化使得干旱不仅有增加趋势，其特征也在发生变化。例如，发展迅速的干旱，也称骤旱，近年来频繁发生。此外，人类活动通过改变陆地水循环，直接或间接地影响干旱过程。在全球变化背景下，干旱机制研究由海-陆-气相互作用影响气象干旱的气候动力学研究扩展到包含干旱传递过程机理认识、考虑区域尺度人类活动影响，面向农业、水利、生态等行业的农业干旱和水文干旱研究，为认识干旱可预报性、发展预测方法带来了新的挑战。本文将针对多尺度干旱过程及预测，讨论相关的研究进展及未来发展方向。
干旱是一种周期性的气候异常，主要受气候自然变率驱动，具有发展缓慢、持续时间长、影响范围广等特征。然而，气候变化使得干旱不仅有增加趋势，其特征也在发生变化。例如，发展迅速的干旱，也称骤旱，近年来频繁发生。此外，人类活动通过改变陆地水循环，直接或间接地影响干旱过程。在全球变化背景下，干旱机制研究由海-陆-气相互作用影响气象干旱的气候动力学研究扩展到包含干旱传递过程机理认识、考虑区域尺度人类活动影响，面向农业、水利、生态等行业的农业干旱和水文干旱研究，为认识干旱可预报性、发展预测方法带来了新的挑战。本文将针对多尺度干旱过程及预测，讨论相关的研究进展及未来发展方向。
2020, 43(1):238-254.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191025006
摘要:
从外部强迫和大气内部变率两个方面回顾次季节-季节尺度西北太平洋热带气旋活动的主要影响因子及相关机制研究进展，分析统计、动力及混合动力-统计混合3类预测技术的发展历史和现状，对该领域尚未解决的主要科学问题及预测技术发展趋势进行了探讨。
从外部强迫和大气内部变率两个方面回顾次季节-季节尺度西北太平洋热带气旋活动的主要影响因子及相关机制研究进展，分析统计、动力及混合动力-统计混合3类预测技术的发展历史和现状，对该领域尚未解决的主要科学问题及预测技术发展趋势进行了探讨。
2020, 43(1):255-264.
DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191125009
摘要:
利用耦合模式比较计划第5阶段（CMIP5）提供的18个全球气候模式的模拟结果，预估了3种典型浓度路径（RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5）下"一带一路"地区平均气候和极端气候的未来变化趋势。结果表明：在温室气体持续排放情景下，"一带一路"地区年平均气温在未来将会持续上升，升温幅度随温室气体浓度的增加而加大。在高温室气体排放情景（RCP8.5）下，到21世纪末期，平均气温将普遍升高5℃以上，其中北亚地区升幅最大，南亚和东南亚地区升幅最小。对于降水的变化，预估该区域大部分地区的年降水量将增加，其中西亚和北亚增加最为明显，而且在21世纪中期，RCP2.6情景下的增幅要比RCP4.5和RCP8.5情景下的偏大，而在21世纪后期，RCP8.5情景下降水的增幅比RCP2.6和RCP4.5情景下的偏大。未来极端温度也将呈升高的趋势，增温幅度高纬度地区大于低纬度地区、高排放情景大于低排放情景。而且在高纬度区域，极端低温的增暖幅度要大于极端高温的增幅。连续干旱日数在北亚和东亚总体呈现减少趋势，而在其他地区则呈增加趋势。极端强降水在"一带一路"区域总体上将增强，增强最明显的地区位于南亚、东南亚和东亚。
利用耦合模式比较计划第5阶段（CMIP5）提供的18个全球气候模式的模拟结果，预估了3种典型浓度路径（RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5）下"一带一路"地区平均气候和极端气候的未来变化趋势。结果表明：在温室气体持续排放情景下，"一带一路"地区年平均气温在未来将会持续上升，升温幅度随温室气体浓度的增加而加大。在高温室气体排放情景（RCP8.5）下，到21世纪末期，平均气温将普遍升高5℃以上，其中北亚地区升幅最大，南亚和东南亚地区升幅最小。对于降水的变化，预估该区域大部分地区的年降水量将增加，其中西亚和北亚增加最为明显，而且在21世纪中期，RCP2.6情景下的增幅要比RCP4.5和RCP8.5情景下的偏大，而在21世纪后期，RCP8.5情景下降水的增幅比RCP2.6和RCP4.5情景下的偏大。未来极端温度也将呈升高的趋势，增温幅度高纬度地区大于低纬度地区、高排放情景大于低排放情景。而且在高纬度区域，极端低温的增暖幅度要大于极端高温的增幅。连续干旱日数在北亚和东亚总体呈现减少趋势，而在其他地区则呈增加趋势。极端强降水在"一带一路"区域总体上将增强，增强最明显的地区位于南亚、东南亚和东亚。
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