论文

• 青藏高原东部不同季节积雪过程对地表能量和土壤水热影响的观测研究
• 李文静;罗斯琼;郝晓华;王景元;王宇轩
• 2021 Vol. 40 (3): 455-471.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00001
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• 选取青藏高原（下称高原）东部玛曲、 玛多和垭口3个野外站点的观测资料， 针对不连续积雪过程， 研究高原东部不同季节的积雪过程对地表能量和土壤水热的影响。结果表明： 受积雪高反照率的影响， 高原东部地区各季节降雪后净短波辐射减小， 净辐射较降雪前减小60%~140%； 积雪积累期内感热、 潜热及土壤热通量均减小， 感热通量和土壤热通量出现负值。春、 秋两季积雪过程中， 能量以感热、 潜热和土壤热通量三种形式分配； 冬季积雪过程中能量以感热和土壤热通量分配为主， 潜热通量较小， 日均值在10 W·m^-2左右； 而夏季积雪消融期潜热通量较大， 日均值可达80 W·m^-2左右。各季节积雪的反复积累和消融过程对大气及土壤均以降温作用为主。秋季降雪后， 气温和浅层土壤温度降低， 当土壤温度降到冰点以下时， 土壤提前进入冻结期； 而春季降雪后， 则可能使得正在发生融化的土壤又再次冻结。冬季晴天积雪过程中， 在积雪积累期， 积雪对土壤起增温作用， 0~20 cm土壤温度日均值升高1~2 ℃， 导致浅层冻结土壤融化， 土壤含水量略增加， 在消融期， 积雪对土壤仍起降温作用； 而冬季阴天积雪对土壤均为冷却作用。夏季积雪积累期较短， 降雪对土壤同样起明显的降温作用。

• 基于高分辨率OLR资料的青藏高原和南亚地区夏季对流日变化特征
• 康潆文;巩远发
• 2021 Vol. 40 (3): 472-485.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00105
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• 利用2004 -2017年静止气象卫星Kalpana-1的高分辨率（空间分辨率0.25°×0.25°， 时间分辨3 h一次， 每天8个时次）射出长波辐射（Outgoing Longwave Radiation， OLR）资料， 分析了青藏高原和南亚地区夏季对流的日变化特征， 并结合ERA-Interim分析资料和中国常规降水观测资料对2006年和2007年的对流活动异常、 垂直速度异常、 降水异常三者的联系进行研究。结果表明： （1）青藏高原和南亚地区夏季6 -9月有非常明显的对流活动， 其中在对流活动最强的盛夏7 -8月， 青藏高原中部和东南部、 印度半岛东北部、 孟加拉湾到中南半岛都有大范围的强对流区， 强度最强的对流区OLR平均最小值低于190 W·m^-2。（2）青藏高原和南亚地区对流活动日变化特征明显。其中青藏高原中南部、 青藏高原东南部、 印度半岛东北部和中南半岛南部地区都在09:00（世界时， 下同）左右开始出现OLR低于210 W·m^-2的强对流区， 在12:00左右对流活动强度达到最强， 对流活动均可持续到次日凌晨。孟加拉湾东海岸全天都有明显的对流活动， 在09:00和21:00的2个时次达到最强。对比青藏高原、 南亚和孟加拉湾地区， 青藏高原中南部地区的对流日变化最为显著， 陆地区域对流日变化是一个周期， 而孟加拉湾东岸地区的日变化有两个周期。（3）对比分析2006年和2007年7 -8月青藏高原地区和中国西南地区的OLR异常变化与垂直速度和降水异常可以发现， 高分辨率的OLR负（正）距平表示的异常强（弱）对流与异常上升（下沉）运动及异常多（少）的降水三者之间密切相关， 可以用来表征青藏高原地区对流活动的变化特征， 以弥补其观测资料的不足。

• 青藏高原雪灾频数对海温异常强迫的响应研究
• 刘彩红;余锦华;杨延华
• 2021 Vol. 40 (3): 486-494.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00046
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• 青藏高原雪灾是该地区破坏力最大的气象灾害， 其变化成因一直备受关注。利用青藏高原72个台站逐日积雪资料及Hadley中心海温月平均资料， 采用广义平衡反馈分析与主成分分析相结合的最优反馈模分析方法， 研究了青藏高原雪灾频数对关键区海温异常模态的响应关系， 探讨了海温异常对雪灾频数的贡献度及产生的可能机制。结果表明： 青藏高原雪灾频数对赤道中东太平洋海温异常的El Ni?o型模态和热带印度洋海温偶极子模态响应显著， 两个模态对雪灾频数的贡献为45.9%。雪灾频数对海温异常的响应主要通过与之相联系的大气环流异常实现， 热带太平洋第一模态（TP1）海温强迫时， 500 hPa高度场上亚欧大陆中高纬自西到东呈现“＋－＋”形势， 形成典型的两脊一槽型； 热带印度洋第二模态（TI2）强迫时， 主要引起中低层水汽异常， 阿拉伯海暖湿气流进入高原南部， 西北太平洋湿润气流进入高原北部， 为降雪提供了水汽条件， 在此高低层配置下易出现多雪灾年。

• 黑河中下游不同类型下垫面的能量收支差异及其成因研究
• 王宇轩;奥银焕;李照国;李文静
• 2021 Vol. 40 (3): 495-509.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00100
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• 选取2014 -2018年黑河流域中下游不同类型下垫面（荒漠、 玉米田、 湿地、 胡杨、 胡杨柽柳混合林）的站点观测数据， 定量比较了不同下垫面地表能量收支的变化； 探讨了不同气象要素以及灌溉作用对潜热输送的影响。结果表明： 潜热的年变化与向下短波辐射以及气温的年变化保持一致； 不同下垫面能量收支差异较大， 玉米田下垫面月均潜热峰值可达200 W·m^-2， 荒漠下垫面只有100 W·m^-2； 荒漠下垫面潜热季节变化幅度较小， 湿地、 混合林和胡杨林的季节变化更为明显， 变化幅度更大， 其中湿地最大； 玉米田下垫面潜热通量受灌溉的影响较大， 灌溉导致土壤湿度突然增大， 潜热通量也随之迅速增大； 地表热通量在能量收支中占比较小， 且随季节变化不大， 在各个下垫面均是如此。

• 冷涡背景下东北地区短时强降水统计特征
• 陈相甫;赵宇
• 2021 Vol. 40 (3): 510-524.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00092
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• 利用2011 -2020年6 -8月全国2400个地面自动站观测的逐小时降水资料和常规观测， 结合美国NCEP/NCAR 1°×1°的6 h间隔再分析资料， 基于站点统计了冷涡背景下东北地区短时强降水的时空分布特征。然后着眼降水落区， 基于冷涡位置、 形状、 发展阶段以及与热带系统的相互作用等将冷涡短时强降水分为西北气流型、 纬向型、 南涡型、 副高型和经向型， 并讨论了5类短时强降水的对流参数特征。结果表明： 6月， 冷涡短时强降水多由中涡造成， 7月和8月主要由北涡引起。短时强降水主要发生在午后， 17:00（北京时）达到峰值。冷涡短时强降水高频区位于辽宁， 次高频区位于吉林中部、 黑龙江中西部和东北部。不同类型的短时强降水， 其降水落区在冷涡不同发展阶段有所差异。冷涡短时强降水发生在条件不稳定的大气中， 西北气流型、 纬向型和经向型短时强降水的850 hPa与500 hPa温差一般大于25 ℃； 副高型和南涡型短时强降水的850 hPa与500 hPa温差一般小于24 ℃， 但地面露点和可降水量明显比其他3类大。5类短时强降水的对流有效位能一般不超过1500 J·kg^-1。大多数情况下， 副高型短时强降水发生在中等强度的垂直风切变环境中， 其他4类发生在弱的垂直风切变环境中。

• 西南涡引发的强对流天气特征
• 刘金卿;刘红武;徐靖宇
• 2021 Vol. 40 (3): 525-534.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00027
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• 为提高对西南涡强对流天气特征的深入理解， 更好地研究其临近预报与预警方法， 利用2014 -2017年西南低涡年鉴资料、 全国2400余个国家级气象台站逐小时观测数据、 国家地基闪电监测资料、 危险天气报、 欧洲中心ERA-Interim再分析资料， 统计分析了西南涡发生发展过程中引发的强对流天气特征和强降水天气形势， 并定量诊断了不同移动路径的西南涡强降水在动力学和热力学条件方面的异同点。结果表明： （1）约四分之一西南涡会引发强对流天气， 强对流落区主要位于西南涡东南象限， 类型以短时强降水为主， 强度集中分布在22~32 mm·h^-1。这是由于西南涡东南象限和西南气流耦合相互作用带来高温高湿平流， 容易引发对流不稳定并产生对流性降水。（2）西南涡强降水集中在春、夏季， 移出源地的西南涡（约五分之二）比准静止类（约五分之一）更容易引发强降水， 其中春季几乎只有移出源地的西南涡会触发强降水， 这与移出源地的西南涡暖湿气流和水汽输送更加旺盛有关。（3）准静止类西南涡比移动类西南涡雨强更强， 这可能是因为移动类垂直风切变更强， 不利于高效降水。

• 基于BCC-CSM2-MR模式的疏勒河流域未来气温降水变化趋势分析
• 李雅培;朱睿;刘涛;常亚斌;尹振良
• 2021 Vol. 40 (3): 535-546.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00078
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• 疏勒河是河西走廊三大内陆河之一， 该区生态环境和水资源易受气候变化影响， 对该区未来气温降水变化趋势进行分析研究， 有助于厘清疏勒河流域未来气候变化状况， 为气候变化风险评估提供参考。本文基于1961 -2014年气温降水数据及中等分辨率气候模式BCC-CSM2-MR输出数据（1961 -2100年）， 采用MBC（Multivariate Bias Correction）方法对模式输出数据进行偏差校正， 并利用趋势分析及空间插值分析等方法， 对疏勒河流域气温和降水变化趋势进行研究。结果表明： （1）历史时期（1961 -2014年）， 经MBC方法校正后的模式输出数据， 与实测数据的拟合程度较好， 能较好地再现研究区分布规律； （2）不同气候变化情景（SSP1-2.6、 SSP2-4.5、 SSP3-7.0、 SSP5-8.5）在未来时期（2015 -2100年）下， 模式数据的降水增加量的比较为SSP5-8.5>SSP3-7.0>SSP2-4.5>SSP1-2.6， 平均温度增加量的比较为SSP5-8.5>SSP3-7.0>SSP2-4.5>SSP1-2.6， 最高温的增加量比较为SSP5-8.5>SSP3-7.0>SSP2-4.5>SSP1-2.6， 最低温度增加量比较为SSP5-8.5>SSP1-2.6>SSP2-4.5>SSP3-7.0； （3）未来时期（2015 -2100年）的三个时段（2015 -2040年、 2041 -2070年、 2071 -2100年）的变化特征表明， 在2015 -2040年和2041 -2070年期间的降水减少的幅度较明显， 而温度有增有减， 变化幅度较大， 呈现震荡的趋势。而在2071 -2100年期间温度和降水有了明显的变化， 且呈现高速增长的趋势； （4）未来时期的降水变化率呈现中部高， 四周低的趋势； 而平均温度变化量的高值区为流域水系稀疏地区； 最高温度变化最明显的区域集中在疏勒河流域的上游区； 最低温度变化最明显的区域集中在研究区的南北两端。

• CMIP6模式对黄河上游降水的模拟及预估
• 赵梦霞;苏布达;姜彤;王安乾;陶辉
• 2021 Vol. 40 (3): 547-558.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00066
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• 基于地面气象站观测资料， 采用偏差订正后的国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）中情景齐全的5个气候模式， 评估气候模式对1995 -2014年黄河上游降水的模拟能力， 并预估了7 个SSP-RCP情景下黄河上游2021 -2040年（近期）、 2041 -2060年（中期）、 2081 -2100年（末期）的降水变化趋势。结果表明： （1）多模式集合平均能够较好地模拟黄河上游降水年内分布特征， 并且能够模拟出黄河上游降水南多北少的空间格局， 模式数据与观测值的空间相关系数达0.9以上， CMIP6多模式集合对黄河上游降水时空变化特征具有较强的模拟能力； （2）21世纪黄河上游年降水呈显著增加趋势， 伴有明显的年代际波动。相比基准期（1995 -2014年）， SSP1-1.9和SSP1-2.6情景下21世纪黄河上游年降水呈现先增加后减缓的特征， 近期到中期降水增幅加大， 中期到末期降水增幅减缓； SSP2-4.5、 SSP3-7.0和SSP5-8.5下， 年降水增幅从近期到末期持续增加； 而SSP4-3.4与SSP4-6.0下， 21世纪近期降水有所下降， 中期出现拐点， 随后持续增加。空间上， 降水增加幅度较大的区域主要集中在降水较少的黄河沿以上区域和兰州至头道拐之间的区域； （3）21世纪黄河上游各季降水总体表现为波动上升趋势， 增速因情景和季节而异。除SSP4-6.0情景， 总体上表现出高辐射强迫情景降水变化趋势大于低辐射强迫情景； 冬季增幅最大， 夏季增幅最小， 趋势均通过0.1显著性水平； 空间上， 春秋两季降水增幅高值中心在黄河沿以上区域和兰州至头道拐之间区域， 增幅低值中心在黄河沿至兰州之间； 冬季降水增幅高值中心位于兰州至头道拐之间的区域， 降水增幅相对较低的区域在黄河沿至兰州之间的区域； 夏季降水除SSP4-3.4和SSP4-6.0情景在21世纪近期黄河上游大部较基准期有所下降外， 其余情景下增幅高值区在黄河沿以上区域。

• 基于时域对象的网格降水预报的追踪诊断分析
• 张宏芳;潘留杰;卢珊;巨晓璇;史月琴
• 2021 Vol. 40 (3): 559-568.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00021
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• 检验和评估模式降水预报的时间和位置偏差对提高降水预报准确率有重要意义， 而传统点对点的检验方法对此无能为力。基于2018年和2019年6 -8月欧洲中期预报中心（ECMWF）降水预报资料， 利用面向对象时域诊断分析工具（MTD）， 追踪模式降水预报对象的生命周期、 初生、 消散等预报表现。研究表明： （1）个例分析显示， 时域诊断分析工具MTD能够很好的从三维降水场中提取降水对象， 进而刻画降水对象的生命周期及开始结束时间， 对客观描述降水对象的时间偏差具有独特的优势； （2）低阈值条件下模式预报能很好地描述降水对象的空间分布， 不足在于观测降水对象较模式预报明显偏多； 随着降水阈值增大， 预报与观测降水对象的空间频次呈现出显著差异， 表明模式对强降水的位置预报仍然需要改进； （3）采用最小卷积半径和降水阈值定义降水对象， 观测和预报场中80%的降水对象生命周期小于15 h， 且生命周期随着降水阈值和卷积半径的增大而减小； （4）三维对象追踪显示， 预报对象的持续时间较观测偏短， 移动速度较观测整体偏慢。

• 一次雹暴过程中对流系统演变特征的模拟分析
• 吴海英;曾明剑;蒋义芳;梅海霞;张冰
• 2021 Vol. 40 (3): 569-579.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00016
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• 利用区域高分辨率数值模式WRF对2015年4月28日冷涡背景下发生在苏皖地区的冰雹过程进行模拟， 并结合地面加密自动站、 多普勒天气雷达等观测资料讨论了此次过程中对流系统结构演变特征及影响其组织发展的可能机制。结果表明： 导致冰雹的对流系统在发展、 传播及组织过程中与中尺度重力波相联系， 重力波源于地面中尺度低压附近的初始对流的强烈发展， 在条件性不稳定和较强的垂直风切变环境中传播， 激发并组织形成一列波状结构的对流风暴， 这列风暴动力结构高度组织化， 上升-下沉气流相间排列， 每个风暴内伴有强盛的上升气流， 位于风暴后侧的下沉气流至地面后在风暴低层前后两侧各形成一支次级环流， 将这列风暴单体有序地组织成波状对流带， 对流风暴与重力波通过wave-CISK机制相互促进与发展， 导致苏皖北部出现冰雹带。随着大气层结不稳定进一步发展， 重力波的传播环境不再适宜， 对流风暴列发展不平衡， 波列前端的风暴单体加强， 后部的风暴减弱， 波列状结构特征逐渐改变。

• 二次长寿命超级单体风暴参数与Z_DR柱演变特征分析
• 刁秀广;杨传凤;张骞;吕庆利
• 2021 Vol. 40 (3): 580-589.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00034
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• 基于济南S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据， 结合探空和地面实况资料， 对两次长寿命超级单体的风暴参数及Z_DR柱演变特征进行了分析。结果表明， 两次过程具有强的热力不稳定， 中等强度以上垂直风切变和对流有效位能， 利于高组织性的风暴产生与维持。两次超级单体风暴历时超过4 h， ≥60 dBZ反射率因子维持时间都超过3 h， 最大反射率因子（DBZM）平均值65.8 dBZ， 同时都具有较大的基于单体的垂直累积液态含水量。两次强风暴移动方向基本一致， 但移动速度差别明显， 导致移速差异的主要因素是500 hPa引导气流的风速差异明显。差分反射率因子Z_DR柱表现为环境0 ℃层高度以上的Z_DR大值区， 位于风暴的强上升气流区内， 表明风暴强上升气流区内存在直径偏大的扁状雨滴或少许水平定向的湿冰粒子， Z_DR柱对应的相关系数偏低， 主要是混合相态粒子的存在所导致。 Z_DR柱出现之后风暴快速发展， Z_DR柱消失后风暴逐渐减弱， Z_DR柱的出现可作为冰雹预警的指标之一。Z_DR柱的出现表明风暴内部上升气流的强度增强、 高度增高， 预示着风暴会迅速发展。Z_DR柱的消失说明风暴内部强上升气流的强度减弱、 高度迅速降低， 预示着风暴质心将要降低， 风暴强度将要减弱。两次风暴Z_DR柱顶部高度有明显差别， 但与0 ℃层高度的差值没有明显差别。

• 对流层与下平流层大气重力波的气候及差异特征研究——以太原为例
• 程胡华;赵亮;武帅;李娟;蔡其发
• 2021 Vol. 40 (3): 590-602.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00042
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• 大气重力波对全球大气的动力、热力结构具有重要影响， 研究重力波参数气候特征是研制全球大气模式中重力波参数化的一个重要环节， 通过引入重力波的影响， 有利于提高大气模式的预报能力。本文利用2014 -2017年太原地区（112.55°E， 37.78°N）高垂直分辨率探空资料， 对其对流层（2~9 km）、下平流层（17~24 km）大气重力波参数的气候特征及其之间差异特征进行研究。结果表明： （1）在1 -12月， 相对于对流层， 下平流层的平均重力波水平波长、周期、固有相速、能量上传百分比均偏大， 垂直波长均偏小， 但群速在2月、5 -9月偏大， 其他月份偏小； （2）对流层与下平流层之间的重力波参数偏差、绝对差较大， 相关性弱； （3）对流层、下平流层的重力波参数及其之间的偏差， 在不同区间范围内的占有率分布特征存在明显差异； 通过研究太原地区上空对流层、下平流层大气重力波参数的气候及其之间差异特征， 进一步补充了中国区域的大气重力波参数气候特征， 有利于研制更适合中国区域数值预报模式的重力波参数化方案。

• 中国冬季两类极端低温事件特征及其大气环流成因分析
• 刘明歆;李艳;吕春艳
• 2021 Vol. 40 (3): 603-620.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00093
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• 近年来， 中国冬季极端低温事件逐渐增多， 其天气表征和成因存在很大差异。本文将极端低温事件分成大范围持续性低温事件（EPECE）和普通寒潮事件（CWE）两类， 对其特征和大气环流成因进行了分析。结果表明： CWE平均维持3~5天， 过程期间降温迅速并很快升温、 降水出现在过程前期； 而EPECE平均维持超过15天， 降温幅度更大、 降温范围更广、 降水主要在过程后期。进一步分析环流成因发现， 在EPECE中， 事件开始前11（-11）天时对流层波动出现异常信号并上传， 平流层极涡中心偏东， -9天时出现异常向东扩展的反气旋式Rossby波破碎（AWB）又将能量下传至对流层， 阻塞高压异常向东扩展至90°E， 阻塞强度最大超过24， 阻塞频率最大超出气候态50%， 西伯利亚高压的强度增强到1053 hPa。上述异常维持至过程发生后7（+7）天， 从而使得冷空气爆发时降温剧烈、 持续时间长。而CWE中前兆信号出现相对较晚， -3天时平流层极涡中心位于极点附近， 伴随第0天出现AWB， 乌拉尔山地区阻高异常局限在60°E附近， 阻塞强度最大超过20， 阻塞频率最大超出气候态45%， 西伯利亚高压强度达到1050 hPa。+3天后， 各环流系统的异常几乎消失， 因而降温虽然剧烈但维持时间较短。

• 土壤质地改变对CLDAS/Noah-MP土壤湿度模拟的影响研究
• 李磊;沈润平;黄安奇;高婷;师春香
• 2021 Vol. 40 (3): 621-631.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00082
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• 陆面模式可以模拟获得高时空分辨率连续的多层土壤湿度， 但其精度受到地表参数的影响， 土壤质地就是其中之一， 本文利用CLDAS-V2.0（中国气象局陆面数据同化系统）驱动Noah-MP模式， 开展了其对土壤湿度模拟的影响研究。结果表明， 利用中国第二次土壤调查数据制作的中国区土壤质地数据（SNSS）与模式自带土壤质地数据（FAO）模拟的2014年中国区域土壤湿度日均值存在显著差异， 0~10 cm深度23.2%的区域差异性大于10%， 74.9%的区域差异性大于1%； 10~40 cm深度20.8%的区域差异性大于10%， 69.8%的区域差异性大于1%。从时间序列来看， 两组实验模拟结果均能基本反映土壤湿度随时间变化的规律， SNSS在0~10 cm处模拟结果表现更好， 但在10~40 cm处出现低估现象。从空间分布分析， 使用SNSS土壤质地类型之后， CLDAS/Noah-MP土壤湿度模拟结果与观测值的偏差为负值的区域较多， 尤其是10~40 cm深度， 大多数区域模拟值均存在低估； 与FAO模拟结果比较， SNSS在东南和西南地区0~10 cm和10~40 cm深度的模拟效果有所改进； 东北地区0~10 cm深度SNSS的模拟效果好于FAO， 但10~40 cm深度的模拟精度两者相差较小。

• 干旱区荒漠-绿洲过渡带3种典型灌木气孔导度对环境变化的响应及其对蒸腾的调控
• 郭飞;吉喜斌;金博文;赵丽雯;赵文玥;焦丹丹
• 2021 Vol. 40 (3): 632-643.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2021.00011
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• 利用LI-6400XT便携式光合作用测定系统和Model 1505植物压力室对河西走廊中部荒漠-绿洲过渡带3种优势种C₄植物梭梭（Haloxylon ammodendron）、 沙拐枣（Calligonum mongolicum）和C₃植物泡泡刺（Nitraria sphaerocarpa）的水分交换过程和叶片水势（Ψ）变化进行了观测试验， 对比了荒漠植物生长季降水前后水分传输因子的变化； 模拟了气孔导度对主要环境因子和叶片水势的响应； 从饱和水汽压差（VPD）对气孔导度的制约作用研究了荒漠植物蒸腾的调控机制。结果表明： 影响3种灌木气孔导度的主要因子依次为VPD、 气温（T）和Ψ， 气孔导度随着VPD和T的升高而降低， 随着Ψ的降低逐渐减小； 不同荒漠植物气孔导度对环境因子和叶片水势的综合响应模拟研究表明， 模型能够很好地模拟气孔导度日内变化， C₃植物泡泡刺对这些因子变化的响应比C₄植物梭梭和沙拐枣更敏感； 通过类比于欧姆定律， 表明可用气孔导度和VPD的乘积来对蒸腾速率进行线性模拟， 相关性很强。

• 北京气候中心次季节-季节预测系统对西南地区夏季降水次季节预报技巧评估及误差订正
• 郭渠;黄安宁;付志鹏;唐红玉;李永华;何慧根
• 2021 Vol. 40 (3): 644-655.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00028
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• 利用北京气候中心（BCC）次季节-季节（Sub-seasonal to Seasonal， S2S）预测系统20年（1994 -2013年）回报试验数据， 在评估BCC S2S预测系统对中国西南地区夏季降水次季节预报性能基础上， 进而采用基于奇异值分解（Singular Value Decomposition， SVD）的误差订正方案对预测结果进行订正。结果表明： BCC S2S预测系统对西南地区夏季降水的次季节预报技巧随起报时间的提前不断下降， 在起报时间提前10天以内具有一定预报技巧， 而在起报时间提前10天以上基本无技巧， 同时存在明显的区域性和年际差异。采用SVD误差订正方案能够较好改善BCC S2S系统对西南地区夏季降水的次季节预测水平， 起报时间提前0~10、 11~20、 21~30天原始预测结果与观测间的异常相关系数分别为0.50， 0.31和0.25， 订正后分别提高至0.70， 0.75和0.70， 同时订正后的预测结果与观测间的空间相关系数在起报时间提前0~10天提高了0.3左右， 尤其对起报时间提前11~30天的预测结果改进更加明显， 空间相关系数提高了0.6左右。

• 北京边界层参数化敏感性模拟研究
• 梁甜;陈亮;何建军;张磊;龚山陵;车慧正
• 2021 Vol. 40 (3): 656-670.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.0095
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• 利用中尺度数值天气预报模式WRF（Weather Research and Forecasting Model）模拟晴天条件下北京边界层的气象场特征， 并通过敏感性试验研究四组边界层参数化方案（YSU、 ACM2、 MYJ和BL）对辐射、 地表能量、 近地面气象要素以及边界层结构的模拟差异。结果表明： 四种边界层参数化方案都可以准确模拟向下短波辐射， 对长波辐射的模拟能力相似。YSU方案模拟的感热通量最低， 四种参数化方案对地表净辐射通量的模拟差异主要受到短波辐射的影响。MYJ方案模拟的2 m温度效果最好， YSU方案对2 m比湿以及10 m风速的模拟效果最优， 综合而言， YSU方案对近地面气象要素的模拟效果较好。与探空数据对比， 得到四种边界层参数化方案模拟的高层温度廓线偏冷， 湿度偏高， 风速偏低。与气象铁塔观测数据对比， 白天四组试验都能够较为准确地反映温度垂直廓线， YSU方案在15 m以上模拟的相对湿度结果最接近观测值。YSU方案模拟的边界层高度最高， 非局地方案模拟的边界层高度相对局地方案更高， MYJ方案模拟的边界层高度误差较大。

• 邢台市城区黑碳气溶胶浓度与气象因子变化关系分析
• 郝巨飞;杨允凌;李二杰;吴智杰
• 2021 Vol. 40 (3): 671-679.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00049
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• 利用EA-12型黑碳仪对邢台市2019年1 -12月的黑碳（BC）浓度监测数据和同期气象观测数据， 分析了邢台市BC污染特征、 来源及与气象因子的变化关系。结果表明： 邢台市BC日平均浓度为0.85 μg·m^-3， 全年占比79.80%的浓度频数集中分布在0.30~1.20 μg·m^-3； 而1月份占比达到90.62%的浓度频数分布在1.05~5.05 μg·m^-3， 1月份的严重BC污染对全年环境空气质量恶化起到了重要贡献； 当风速>8 m·s^-1和<8 m·s^-1时， 分别存在偏北方向和偏西与偏南方向的输送影响； 湿沉降可以对BC起到了清除作用， 而降水量和降水时长对BC的湿清除具有同等的重要作用； 燃煤和机动车尾气排放的本地、 局地源对邢台市的BC污染影响明显， 当大气逆温底高<200 m时， 由于扩散能力减弱和堆积效应的共同影响， BC浓度将出现明显增加。

• 基于随机森林和卷积神经网络的FY-4A号卫星沙尘监测研究
• 姜红;何清;曾晓青;唐冶;赵克明;窦新英
• 2021 Vol. 40 (3): 680-689.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00060
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• 利用归一化差值沙尘指数NDDI（Normalized Difference Dust Index）、 随机森林RF（Random Forests）和卷积神经网络CNN（Convolutional Neural Networks）算法结合对地静止风云四号气象卫星（FY-4A）中多通道扫描成像辐射计AGRI（Advanced Geostationary Radiation Imager）数据对塔里木盆地沙尘进行监测研究。结果表明， AGRI数据计算得NDDI_AGRI沙尘指数在监测沙尘时， 需要针对不同时间的AGRI数据取不同的阈值； 并且对云和陆地的交错区域， 以及一些植被覆盖和荒漠交错区域存在错误识别。RF建立的沙尘监测模型， 测试样本精确度（Precision）、 召回率（Recall）、 F1-score的值都达100%， 训练样本的交叉验证精度平均值为99.5%； CNN模型中， 训练样本和测试样本的精确值（Accuracy）和损失函数值（Loss）都分别为99.9%和0.1%； 因此RF和CNN模型都具有较强的沙尘监测能力。在实际沙尘监测中CNN相比RF在识别沙尘与非沙尘交界处更加精确， RF和CNN在沙尘识别过程中都易将部分沙尘与云混合区域以及戈壁错误识别成沙尘。

综述

• 干旱、 半干旱区光伏发电设施的生态-水文效应研究评述
• 吴川东;苏泽兵;刘鹄;赵文智;余海龙
• 2021 Vol. 40 (3): 690-701.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00065
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• 干旱、 半干旱地区具有少雨、 入射辐射强的特点， 是发展大规模光伏产业的理想区域， 但光伏设施的建造运营会改变辐射、 降雨等环境要素的空间分配， 将对干旱、 半干旱区脆弱的生态系统产生影响。从局地微气候、 生态水文过程、 区域生态格局和节能减排等角度评述了光伏发电设施的潜在生态水文效应， 系统总结了近20年来国内外关于光伏产业发展对生态环境影响方面的研究成果。指出干旱、 半干旱区大型光伏设施改善了光伏阵列间局地微气候与土壤温湿度， 使得局地植被盖度和固碳潜力有所增加， 但也产生了一些负面影响， 如破坏了动物的栖息地、 捕食策略和食物可获得性等。认为未来需加强对大型光伏系统影响下的生态水文过程的观测， 识别生态水文变化机制， 建立不同时空尺度下的概念模型和物理模型， 探索“跨界融合”的商业模式， 提高干旱、 半干旱区光伏系统的环境效益和经济效益。

• 光伏电站对生态环境气候的影响综述
• 李培都;高晓清
• 2021 Vol. 40 (3): 702-710.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2020.00020
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• 太阳能对于缓解化石燃料短缺、 燃烧造成的环境问题以及全球气候变暖有着十分重要的作用。全球光伏产业发展迅速， 然而大规模布设光伏组件对生态环境及气候也造成了不同程度的影响。基于对全球、 国家区域、 城市地区和局部地区大规模发展光伏电站对生态环境及气候造成的影响进行总结归纳， 分析讨论建设光伏电站对于不同尺度区域环境的反馈作用。结果表明： 建设光伏电站对于不同尺度区域环境的反馈作用并没有统一结论， 主要机理是光伏组件的遮蔽作用和对于太阳辐射的吸收转换导致地表的太阳辐射减弱， 进而作用于周围环境， 引起生态环境气候的变化， 物理机制较为复杂。目前我国光伏电站对生态环境气候的影响研究还处于起步阶段， 其作用机理还需要进一步深入研究。