Effect of the Initial Vortex Structure on Intensity Change During Eyewall Replacement Cycle of Tropical Cyclones: A Numerical Study

This study investigates the effect of the initial tropical cyclone (TC) vortex structure on the intensity change during the eyewall replacement cycle (ERC) of TCs based on two idealized simulations using the Weather Research and Forecasting (WRF) model. Results show that an initially smaller TC with weaker outer winds experienced a much more drastic intensity change during the ERC than an initially larger TC with stronger outer winds. It is found that an initially larger TC vortex with stronger outer winds favored the development of more active spiral rainbands outside the outer eyewall, which slowed down the contraction and intensification of the outer eyewall and thus prolonged the duration of the concentric eyewall and slow intensity evolution. In contrast, the initially smaller TC with weaker outer winds corresponded to higher inertial stability in the inner core and weaker inertial stability but stronger filamentation outside the outer eyewall. These led to stronger boundary layer inflow, stronger updraft and convection in the outer eyewall, and suppressed convective activity outside the outer eyewall. These resulted in the rapid weakening during the formation of the outer eyewall, followed by a rapid re-intensification of the TC during the ERC. Our study demonstrates that accurate in- itialization of the TC structure in numerical models is crucial for predicting changes in TC intensity during the ERC. Additionally, monitoring the activity of spiral rainbands outside the outer eyewall can help to improve short-term intensity forecasts for TCs experiencing ERCs.     

Characterization and Application of S-Band Polarimetric Radar and X-Band Phased Array Radar for a Tornadic Storm Event on June 16,2022

The X-band phased array radar offers faster scanning speed and higher spatial resolution compared to the S-band radar, making it capable of enhancing tornado monitoring and early warning capabilities. This study analyzed the char- acteristics and nowcasting signals of a tornado case that occurred on June 16, 2022 in the Guangzhou region. Our findings indicate that the violent contraction of rotation radius and the dramatic increase in rotation speed were important signal characteristics associated with tornado formation. The X-band phased array radar, with its high temporal and spatial resolution, provided an opportunity to capture early warning signals from polarimetric characteristics. The X-band phased array radar demonstrated noteworthy ability to identify apparent tornado vortex signature (TVS) features in a 10-minute lead time, surpassing the capabilities of the CINRAD/SA radar. Additionally, due to its higher scanning frequency, the X- band phased-array radar was capable of consistently identifying TVS with shorter intervals, enabling a more precise tracking of the tornado’s path. The application of professional radars, in this case, provides valuable insights for the monitoring of evolutions of severe local storms and even tornadoes and the issuance of early warning signals.     

可解释性长短期记忆模型用于预测湖泊总磷浓度变化

对湖泊总磷的变化预测和来源识别对水资源调度和流域生态治理有着重要的意义,然而复杂的生化反应和水动力条件导致的非平稳性给湖泊总磷浓度的准确预测带来极大的困难。为克服这一挑战,本文引入了基于加权回归的季节趋势分解(seasonal and trend decomposition using Loess,STL)技术和夏普利加法(SHapley additive exPlanations,SHAP)结合长短期记忆网络(long short-term memory neural network,LSTM)和门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)构建了一个可解释的预测框架,以增强对湖泊总磷浓度演变的预测并提高其可解释性。研究表明:(1)在骆马湖总磷浓度的预测中,该框架拥有较好的预报精度(R²=0.878),优于LSTM和卷积长短期记忆模型(convolutional neural networks and long short term memory network,CNN-LSTM)。当预测时间步长增加到8 h时,该框架有效提高了总磷浓度的预测精度,平均相对误差和均方根误差分别降低了47.1%和33.3%。从预测趋势来看,骆马湖在汛期的总磷平均浓度为0.158 mg/L,相较于非汛期的平均浓度,增加了202.1%。(2)运河来水是骆马湖总磷浓度最重要的影响因素,贡献权重为60.0%,并且不同断面(三湾、三场)的污染源受水动力、气象等因素的影响存在显著的时空差异。本文凸显了神经网络模型在预警水体污染方面的可实施性,并且为提高传统神经网络的学习能力和可解释性的开发与验证提供了重要方向。     

太湖表层沉积物多环芳烃的空间分布、来源及其风险

随着太湖流域社会与经济的发展,多环芳烃(PAHs)在各种环境介质中逐渐累积,污染日益严重,可能对太湖生态环境及周边人体健康构成威胁。为探究太湖沉积物PAHs的来源及生态风险,于2021年12月在太湖采集30个表层沉积物样品,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)检测样品中16种PAHs含量;利用受体模型和苯并[a]芘(BaP)毒性当量法进行来源解析及生态风险评估,并将各来源贡献与毒性当量浓度相结合,量化源风险。结果表明,太湖表层沉积物中16种PAHs总含量介于124~592 ng/g之间,平均值为294 ng/g,中值为279 ng/g;高环多环芳烃(HMW PAHs)为主要组分,占∑PAHs的67%。高含量区域位于竺山湾、梅梁湾、贡湖湾和西太湖,与国内外其他湖泊沉积物相比,太湖沉积物PAHs含量处于较低水平。源解析的结果表明,太湖表层沉积物中PAHs交通排放源贡献率为29.1%、煤炭燃烧源贡献率为26.7%、生物质燃烧源贡献率为28.7%、石油源贡献率为15.6%。生态风险评价结果表明,交通排放源、生物质燃烧源、煤炭燃烧源和石油源的BaP毒性当量含量(TEQ_BaP)均值分别为19.34、17.81、16.33和9.1 ng/g,均小于70 ng/g,几乎处于无风险水平。西太湖、贡湖湾和梅梁湾的部分区域ΣTEQ_BaP大于70 ng/g属于潜在风险区,具有一定潜在毒性。在后续的污染治理中应重点关注太湖西北部地区污染物的排放。本研究可为沉积物中PAHs污染的研究提供数据支撑,为地方政府精准、高效地管控PAHs污染提供理论依据。     

葛洲坝至胭脂坝长江干流段江豚活动规律

长江江豚是我国一级保护野生动物,也是长江生态系统的指示性物种,其种群数量恢复情况及活动规律一直备受关注。本文选择长江宜昌段江豚活动频繁的葛洲坝下游至胭脂坝江段为研究区域,于2021年6月-2022年5月采用定点目测、水上流动监测与无人机监测相结合的方法分区监测长江江豚的游泳行为,分析长江江豚的活动规律,构建了长江江豚出水头次的零膨胀泊松回归模型,识别影响长江江豚出水头次的关键因素,建立长江江豚出水头次与各因素间的相关关系。结果表明:(1)葛洲坝至胭脂坝长江干流段监测到最大江豚出水头次为19头次,长江江豚集群规模以2~3头最为常见,占比达58.1%;长江江豚主要表现出4种行为特征,各行为占比从大到小依次为:玩耍＞休息＞摄食＞抚幼。(2)长江江豚在葛洲坝下游近坝区(A区,葛洲坝至至喜长江大桥)出水头次最多,且在秋冬季节累计出水头次多于春夏季节,冬季累计出水头次最高,达252头次。(3)长江江豚出水头次与电站下泄流量呈显著负相关;浊度增大,长江江豚出水的概率减小。本文研究结果对长江江豚生态保护策略及长江十年禁渔效果评估具有重要参考价值。     

Correspondence Between Astronomical Periods and Sedimentary Cycles

The term of geological cycle was used firstly inHutton's" The Earth Theory" in 1788 (Williams,1980). The geological cycles including tectonic cycles and sedimentary cycles have been describedwidely since than. Some researchers have perceivedthat the geolo…     

有机碳同位素示踪古环境变化研究

对有机碳同位素示踪环境变化的原理、研究对象、取得的进展和存在的问题等进行了详细研究，认识到C～H键比C-O键有利于富集^12C，从而导致生物或有机碳δ^13C为极低的负值，使有机碳与无机碳之间存在显著的碳同位素差异。光合作用类型的不同使植物分为C3，C4和CAM3种类群，并导致不同类群的植物具有不同的碳同位素组成，C3植物δ^13C=-20‰～-32‰，平均-28‰，而C4植物δ^13C=-9‰～-17‰，平均-14‰。气候环境的差异影响了光合作用的类型和强度，使不同环境的植物类群特征不同，不仅造成植物组合的碳同位素组成不同，而且导致不同食性的动物牙齿等化石的碳同位素组成的差异，甚至相应的无机碳同位素的变化，因此生物链及其衍生物的碳同位素研究也就成为反演某一地区或某一时期气候环境的有效手段。被作为研究对象的地质记录可分为有机和无机两类，有机类主要包括树轮等植物化石、牙齿等动物化石、煤等陆相沉积有机质、海相沉积有机质、土壤(前者的衍生物)，这些研究对象分别适合于目的不同的环境研究，并获得了较好的效果。进而发现有机碳同位素在研究重大生物灭绝事件、C4植物起源、地球早期生命起源、地外生命存在与否、矿产资源形成时的有机质作用等问题上将有重要作为。     

热带西太平洋热状况年代际和年际变化特征分析

采用谐波分析和EOF分析方法,对比研究了暖池区域表层热状况(海表温度距平SST'表征)和浅层热状况(热含量距平HS'和次表层海温距平ST'表征)在1月和7月的年代际、年际尺度时空特征.分析结果表明:⑴不同季节的年代际、年际尺度SST'和HS'都存在两个显著模态,HS'1月的年代际、年际尺度结构最简单,而SST'7月的年代际和1月年际结构最复杂;⑵ 1970年代末和1980年代初发生的年代际跃变HS'晚于SST', 且SST'(HS')呈增温(减少)趋势;⑶ HS'的年际异常与ENSO关系密切,而SST'与ENSO关系不显著.     

近30年夏季亚欧大陆中高纬度阻塞高压的统计特征

文中利用1970～2001年NCEP再分析500 hPa逐日高度场资料,根据阻塞高压的天气学定义,采用客观统计方法检索出近32 a亚欧中高纬度392个阻塞高压个例,对其进行了气候学分析.结果表明,亚欧中高纬地区夏季阻塞高压活动频繁,10 d以下的过程占绝对多数,地理分布主要集中在45～70°N之间,纬向上可划分5个高发区,其中乌拉尔山和贝加尔湖东部阻高活动频次最高,同时,每个区域中又存在着相应的阻高活跃区.亚欧中高纬地区夏季阻高活动具有明显的季节内变化特征.6月份,阻塞活动多发生在乌拉尔山地区和鄂霍次克海地区,以双阻为主要形势;7月份,欧洲区和贝加尔湖地区的阻塞活动有所增多,尤其贝加尔湖东部地区增多明显,而乌拉尔山地区的阻塞形势明显减少,鄂霍次克海地区的阻塞活动位置向北移动,多发生在60°N以北,双阻形势逐渐减弱,贝加尔湖地区的中阻形势有所增强.8月份,阻塞形势主要存在于贝加尔湖东西两区,中阻形势占据主导地位.亚欧中高纬地区夏季阻塞高压活动年际变化特征也很突出,且这种年际振荡有明显的地理差异.另外,研究表明亚洲北部的阻高活动多以稳定型为主,移动型阻高个例仅占6.6%.移动型阻高以起源于乌拉尔山地区最多,移距最长,生命期最长.偶极子类阻高多集中在贝加尔湖东部与乌拉尔山地区,约占该地区总阻高频次的62.0%和49.7%,平均生命期分别达到7 d/次和9 d/次以上.     

一种台风海面非对称风场的构造方法

针对台风数值预报中由于采用对称模型而导致预报误差的现实，通过引入非对称分布的台风最大风速、最大风速半径等因子，在得到台风报告中7级风和10级风的半径的基础上，利用最佳权系数方案来得到非对称的台风外围风速分布因子，从而对Chan and Williams 1987年提出的切向风廓线方案进行改造，进而得到了台风海面非对称风场的计算式。检验表明，该方法能够描述台风海面风场的非对称分布，具有较好的应用前景。