气候变化对中国农业旱灾损失率的影响及其南北区域差异性

在全球变暖背景下,干旱灾害对中国农业生产的影响日益严重,然而由于旱灾损失的复杂性及其显著的区域差异,至今对中国农业旱灾损失规律及其影响机制的认识十分有限。文中利用1961年以来中国农业干旱灾害的灾情资料和常规气象资料,系统分析了近50年来中国农业干旱灾害不同受灾强度分布比率和综合损失率等指标的变化趋势及其在北方和南方的区域差异,研究了20世纪90年代的气温突变对农业旱灾损失率的影响特征,探讨了农业旱灾综合损失率对气温和降水等气候要素变化的依赖关系及其在气候空间的分布特征。结果发现,在气候变化背景下,近50年来中国农业旱灾综合损失率平均每10 a约增加0.5%,风险明显增大。而且,北方综合损失率每10 a约增加0.6%,高出南方1倍,风险增大的速度明显比南方快;北方农业旱灾几乎在很宽松的气温条件下就可以发生,而南方更多发生在气温较高的年份。并且,在气温突变后,变化趋势明显加剧,全中国综合损失率约增加了0.9%,风险明显增高;而且北方综合损失率的增值高达1.8%,是南方的4倍还多,气候突变对北方农业旱灾风险的影响明显比南方更凸出。综合损失率在北方对降水变化的响应要更敏感,而在南方对气温变化的响应更敏感。同时,关键影响期降水对综合损失率的影响比全年降水影响更显著;北方的关键影响期作用比南方更凸出。这些新的科学认识对中国农业旱灾防御具有重要意义。     

基于GRAPES四维变分的静止轨道微波观测系统模拟试验研究

地球静止轨道微波观测同时具有高频次、大视场和穿透云雨的全天候观测能力,因此中国在规划第二代静止轨道气象卫星“风云四号”系列时已经明确提出对静止轨道微波观测的需求。基于中国候选的50、118、183、380和425 GHz五频段静止轨道微波辐射计载荷方案,开展了地球静止轨道微波观测系统模拟试验,理解其观测时间分辨率、频段选取和观测误差对台风预报的影响。试验基于GRAPES全球四维变分同化系统,同化静止轨道微波模拟观测资料,以2018年台风“玛利亚”和“山竹”为例分析了静止轨道微波资料同化对台风预报的影响。试验结果表明,对于静止轨道微波资料同化应用,提高观测资料的时间分辨率、增加通道数量和降低噪声水平能够有效提升台风数值预报性能。      

西太平洋暖池对夏季华东海面日最大风速变化的影响

利用1979—2018年ERA Interim地面10 m风场、位势高度场、温度场和风场,Hadley中心HadISST再分析海温资料,采用SVD分析、合成分析等方法,研究了夏季（6—8月）西太平洋暖池关键海域海表面温度（Sea Surface Temperature,简称SST）对华东海域夏季10 m日最大风速变化的影响关系。SVD分析结果表明,夏季华东近海风速变化与菲律宾以东海域SST有明显负相关,第一模态左、右空间向量的时间系数相关达0.58,通过了置信度为95%的显著性检验。当西太平洋暖池SST正异常时,暖池海域SST增高,西北太平洋副热带高压（以下简称副高）加强,副高脊线北进（西北太平洋副高脊线纬度位置与暖池SST相关系数达到0.46,通过置信度为95%显著性检验）。此时华东近海正处于副高控制,近海下沉运动增强,大气温度垂直剖面有普遍增温现象,10 m风场有偏北风异常,海面风速减小约占40 a平均风速的约30%;当暖池SST负异常时,副高东撤南退,华东近海冷空气活动加强,温度垂直剖面存在显著降温现象,华东近海风速增加占40 a平均风速的20%以上。本研究进一步说明了暖池SST异常是一个有效的预报因子,可用于华东近海海面风速预测预报。     

AIRS资料质量控制对飓风路径模拟的影响试验

对WRFDA模式中AIRS亮温资料质量控制方案进行了检验,并以美国Earl飓风为例进行数值试验,研究了质量控制方案对飓风路径模拟的影响。试验结果表明:WRFDA模式中11条质量控制原则对红外高光谱AIRS亮温资料的同化效果影响很大,不论是加入逐条质量控制原则,还是缺席某条质量控制原则,飓风路径的模拟情况都比不上控制试验;而在所有质量控制原则都加入之后,在大部分模拟时段内同化试验中模拟的飓风路径偏差都要小于控制试验,而且同化试验中最大路径偏差也小于控制试验。不同的质量控制原则对观测资料的过滤能力也不一样,其中地表发射率Jacobian分量检测、临边检测、云检测和SST检测等4个质量控制原则剔除卫星资料数量相对较多。本文中AIRS亮温资料质量控制方案的对比试验,可以为中国发展红外高光谱卫星系统提供非常有益的借鉴和参考。     

冬季北大西洋涛动与中国北方极端低温相关性的年代际变化

本文基于中国地面气温日值网格数据集（V2.0）,采用滑动相关和相关分析等方法,揭示了冬季北大西洋涛动（NAO）对中国北方极端低温影响的事实,进一步证实了东北后冬（1、2月）冷日（夜）与同期NAO相关性的年代际变化。研究发现:在20世纪80年代中期前,东北后冬冷日（夜）频发,与NAO的相关性较好,而在80年代中期后东北后冬冷日（夜）少发,与NAO的相关性减弱。其中,1月在1969~1988阶段,东北冷日（夜）与NAO的相关性最好,相关区域显著,相关系数可达-0.68（-0.66）,而在1989~2009阶段二者相关性最弱,相关区域不显著。进一步分析发现,在不同年代际背景下,NAO引起的大气环流异常是导致东北1月冷日（夜）与1月NAO相关性年代际变化的重要原因。相关性较好的年代,NAO引起的环流异常有利于冷涡等天气系统维持在贝加尔湖到东北一带,使东北地区气温偏低,冷日（夜）频发;相关性较弱的年代,不利于冷空气南下,使东北地区气温偏高,冷日（夜）少发。     

市域脑卒中疾病与气象因素的关系及预测

为了帮助医疗机构合理调配医务力量、床位和医疗药物,同时也帮助脑卒中高危人群及时采取干预措施,降低发病风险。本文对某市[1]四家医院2013—2016年脑卒中的就诊病例进行数据分析,将日就诊人数分为6个等级。然后,调取相应时段当地的逐日气象资料,采用支持向量机(SVM)和随机森林(RF)方法分别建立了日就诊人数预测模型和日就诊人数与气象因素的关系模型。研究结果表明:(1)脑卒中的日就诊人数为不平衡数据,这种数据特征将导致传统的预测模型正确率较低;(2)通过不断调整SVM预测模型的初始权重,经历了4次优化之后,使得日就诊人数的预测正确率从52.46%上升到94.56%;(3)随机森林模型的结果显示,影响脑卒中发病率的三大气象因素分别是最高气温、最低气温和平均气温。基于机器学习模型的脑卒中疾病与气象因素的研究成果,提高了医疗气象统计模型的预报准确率,具有较高的应用和推广价值。     

分位数映射法在RegCM4中国气温模拟订正中的应用

将一种分位数映射法RQUANT,应用到一个区域气候模式（RegCM4）所模拟中国气温的误差订正中。从气候平均态、年际变率、极端气候及农业气候等多方面,评估了该方法对日平均气温、日最高气温和日最低气温模拟的订正效果。结果表明,该订正方法对模式模拟的日平均、日最高和最低气温气候平均态的订正效果都非常明显,中国大部分地区的订正结果与观测的偏差在±0.5℃之间。在降低极端气温指数和农业气候相关指数的模拟误差方面也有显著的效果,但对气温年际变率的订正效果有限。结合以往对降水订正的评估分析,该方法对模式模拟结果有较好的订正效果,可以应用于区域气候模式的气候变化模拟预估中,为气候变化及相关影响评估研究提供更适用和可靠的数据。     

基于HRCLDAS/CLM陆面数据同化系统的青藏高原地区土壤湿度模拟研究

利用最新的高时空分辨率（1 km、1 h）的中国气象局高分辨率陆面数据同化系统（HRCLDAS-V1.0）大气近地面强迫资料,驱动由NCAR发展的通用陆面模式（CLM）,对青藏高原地区2015年1月1日至9月30日的土壤湿度开展了模拟研究。结果表明模拟得到的高时空分辨率（1 km、1 h）土壤湿度能够体现出青藏高原地区从东南向西北逐渐变低的空间分布特征,较好地表现出各层土壤湿度的时间变化特征,6~9月土壤湿度波动较大,1~5月波动较平缓,上层土壤湿度变幅较大,深层变化较平缓。0~5 cm、0~10 cm和10~40 cm深度土壤湿度模拟结果与观测值的相关系数均在0.8以上,其中0~5 cm土层的相关系数达到0.92,各层土壤湿度观测值与模拟值的均方根误差变化则相反,3个土层土壤湿度模拟结果与观测值的偏差均小于0.04 mm3 mm-3,但模式对于研究时段土壤湿度变化的低值有高估现象,且模拟能力随着土层深度的加深而减弱。     

Strengthened Relationship between the Antarctic Oscillation and ENSO After the Mid-1990s during Austral Spring

This paper documents a decadal strengthened co-variability of the Antarctic Oscillation(AAO)and ENSO in austral spring after the mid-1990 s.During the period 1979–93,the ENSO(AAO)spatial signatures are restricted to the tropics–midlatitudes(Antarctic–midlatitudes)of the Southern Hemisphere(SH),with a weak connection between the two oscillations.Comparatively,after the mid-1990 s,the El Ni o-related atmospheric anomalies project on a negative AAO pattern with a barotropic structure in the mid–high latitudes of the SH.The expansion of El Ni o-related air temperature anomalies have a heightened impact on the meridional thermal structure of the SH,contributing to a weakened circumpolar westerly and strengthened subtropical jet.Meanwhile,the ENSO-related southern three-cell circulations expand poleward and then strongly couple the Antarctic and the tropics.Numerical simulation results suggest that the intensified connection between ENSO and SST in the South Pacific since the mid-1990 s is responsible for the strengthened AAO–ENSO relationship.     

FY-2E云导风的算法改进及其在GRAPES中的同化应用研究

2014年国家卫星气象中心全面改进了风云二号卫星云导风产品算法,为评估算法改进后FY-2E云导风资料对我国GRAPES数值模式同化和预报的影响,根据国家卫星气象中心提供的2013年8月算法改进前后的FY-2E红外通道云导风资料,对比分析了两者的观测分布及偏差特征,并利用GRAPES全球模式进行了一个月的连续试验。结果表明,改进算法后的FY-2E红外通道云导风观测数量明显增加,观测误差在600~200 hPa有所减小,风的平均偏差在高层减少,更满足正态分布;连续试验结果表明北半球和东亚地区风场在300~150 hPa分析中改进显著,风的平均偏差和均方根误差明显减少;预报结果显示500 hPa高度场预报距平相关系数略提高,均方根误差略减小;说明改进算法后的FY-2E红外通道云导风对GRAPES数值模式同化和预报均有一定改善。