高被引論文選編

編輯：張萌 侯美亭

編輯：侯美亭 張萌

“人工影響天氣”主題

來源數(shù)據(jù)庫：SCI-E和CAJD，檢索時段：2017—2019年

使用耦合氣溶膠的數(shù)值模式模擬強對流風暴——Simulation of a severe convective storm using a numerical model with explicitly incorporated aerosols.Atmospheric Research, 2017, Vol. 194.

盡管氣溶膠在云生命周期的各個階段都扮演著重要的角色，但它們在數(shù)值天氣預(yù)報模式中的表現(xiàn)往往相當粗糙。塞爾維亞共和國水文氣象局的Lompar等研究了氣溶膠在天氣研究和預(yù)報模式（WRF）的一個微物理參數(shù)化方案對云動力學(xué)和微物理的影響。研究選擇的試驗是2014年7月21日下午塞爾維亞西部和中部地區(qū)的一個具有超級單體的強中尺度對流系統(tǒng)。研究使用了兩種模式設(shè)置，即一個明確包含氣溶膠（WRF-AE），另一個隱含包含氣溶膠（WRF-AI），并與來自地面雨量計網(wǎng)絡(luò)的降水測量數(shù)據(jù)，以及與雷達和衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)進行比較。研究發(fā)現(xiàn)，WRF-AE模式準確地捕捉到了從北非、地中海到巴爾干地區(qū)的灰塵運輸過程。而在較小的尺度上，這兩種模擬都將塞爾維亞西部和中部上空的云層位置向東南方向移動，并低估了雷達反射率的最大值。與衛(wèi)星圖像類似，WRF-AE顯示中尺度對流系統(tǒng)是一個積雨云團。兩種模擬均高估了降水總量：WRFAE的過度預(yù)測在小雨區(qū)尤為明顯，而WRF-AI給出的異常值更大。與WRF-AI不同的是，WRF-AE能夠模擬時間演變和氣溶膠進入云層的情況，這在天氣預(yù)報和人工影響天氣方面可能具有重要意義。

從熱帶到中緯度的積云微物理的飛機觀測：對“新的”二次冰過程的暗示——Aircraft observations of cumulus microphysics ranging from the Tropics to Midlatitudes: Implications for a “new” secondary ice process.Journal of the Atmospheric Sciences,2017, Vol. 74, No. 9.

美國SPEC公司的Lawson等通過對3架飛機在4個地點采集的實測數(shù)據(jù)進行分析，確定了云基溫度、水滴大小分布與強對流云上升氣流中心過冷水滴和冰形成之間的關(guān)系。研究在加勒比海、墨西哥灣及沿岸、美國東南部、科羅拉多和懷俄明的高積云和饋電單元中收集了大量的數(shù)據(jù)。加勒比海、墨西哥灣及其海岸以及美國東南部上空的對流云都在上升氣流中心形成直徑為毫米的過冷水滴。高平原上空的云不會產(chǎn)生過冷的大雨滴，在上升氣流中心觀測到的＞70 μm的雨滴也很少。與過冷大液滴的產(chǎn)生相對應(yīng)，冰的產(chǎn)生和快速抬升是通過一個假設(shè)的二次冰過程，這是基于實驗室觀察到的大液滴凍結(jié)和微小冰粒子的釋放。高平原上的云沒有經(jīng)歷二次結(jié)冰過程，在上升氣流核心中，以小液滴形式存在的大量過冷液體的濃度要高得多。根據(jù)云底液滴大小分布和溫度，建立了計算過冷液態(tài)水輸送最大液位的經(jīng)驗關(guān)系式。這一結(jié)論對于模擬水汽和粒子進入對流層上層的輸送和積云的吸濕性播撒具有應(yīng)用價值。

淺層狀地形云以及冰晶播撒影響的雷達觀測和大渦模擬研究——A case study of cloud radar observations and large-eddy simulations of a shallow stratiform orographic cloud, and the impact of glaciogenic seeding.Journal of Applied Meteorology andClimatology, 2017, Vol. 56, No. 5.

降水的噪聲特性導(dǎo)致冰晶播撒對降水的影響尚不確定。美國懷俄明大學(xué)的Chu等使用機載多普勒廓線雷達的觀測和數(shù)值模擬，來檢查冰晶播撒對一個非常淺（＜1 km）的基本上被阻塞的云（不是自然地從高空或從下面播撒）的影響。這片云具有有限但持續(xù)的過冷液態(tài)水，云底（頂部）溫度為-12 ℃（-16 ℃），自然降雪非常少。一個100 m分辨率的天氣研究和預(yù)報模式（WRF）模擬捕獲了觀測到的上升穩(wěn)定性和風廓線，再現(xiàn)了地形影響、云和降水的基本特征。觀測和模擬都表明，即使在附近控制區(qū)消除了這兩個周期之間的自然趨勢，局部播撒也會增加目標區(qū)域的雷達（或計算出的）反射率。模式敏感性表明，播撒有效地使主要是液體的云冰封，并在播撒羽流中大量增加降雪。這是由于冰粒子數(shù)量的急劇增加，而不是由于它們的大小。冰粒子濃度的增加通過云中的氣相沉積促進雪的生長，云的溫度范圍有利于Bergeron過程。

（以上由侯美亭選編）

基于區(qū)域歷史回歸法的遼寧地區(qū)一次人工增雨作業(yè)效果檢驗——《氣象與環(huán)境學(xué)報》2017年第33卷第6期

翟晴飛等利用區(qū)域歷史回歸統(tǒng)計分析方法，選取1961—1990年遼寧省國家級地面氣象站的日降水量資料作為歷史樣本，以鐵嶺地區(qū)作為對比區(qū)對2016年8月31日阜新地區(qū)一次人工增雨作業(yè)過程進行效果檢驗。結(jié)果表明：結(jié)合探空、雷達、數(shù)值模式資料和作業(yè)參數(shù)分析可知，2016年8月31日阜新地區(qū)人工增雨作業(yè)過程符合人工增雨作業(yè)的合理性要求，絕對增雨量為20.06 mm，相對增雨率為119.43%，通過了0.01水平的顯著性檢驗。與國內(nèi)其他省份應(yīng)用相同方法進行人工增雨效果檢驗的個例對比發(fā)現(xiàn)，統(tǒng)計變量的選取對人工增雨作業(yè)的效果檢驗較重要。

基于STM32的新一代天氣雷達遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計——《計算機技術(shù)與發(fā)展》2017年第27卷第5期

姜小云等為了最大程度發(fā)揮新一代天氣雷達在天氣預(yù)報、氣象決策和服務(wù)、人工影響天氣等業(yè)務(wù)和科研方面的效益，設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)遠程控制和應(yīng)急解決新一代天氣雷達部分故障（軟件故障、停機故障、虛警故障等）的系統(tǒng)。通過設(shè)計網(wǎng)絡(luò)繼電器開關(guān)控制新一代天氣雷達伺服控制單元、新一代天氣雷達數(shù)據(jù)采集控制單元、新一代天氣雷達發(fā)射機主控板等設(shè)備電源以實現(xiàn)遠程復(fù)位，設(shè)計新一代天氣雷達信號波形監(jiān)控系統(tǒng)以實現(xiàn)對新一代天氣雷達設(shè)備遠程快速在線診斷。其在海南省新一代天氣雷達站的實際運行情況表明，該系統(tǒng)應(yīng)用效果良好，使得新一代天氣雷達的系統(tǒng)可用性大幅提高，故障診斷與排除時間大為縮短，在全國天氣雷達觀測業(yè)務(wù)年終考評中名列前茅。該系統(tǒng)的設(shè)計方法可供其他新一代天氣雷達站應(yīng)用和借鑒。

（以上由張萌選編）

編輯選編

編輯：侯美亭 張萌

利用MODIS觀測分析全球地表溫度日循環(huán)——A global analysis of land surface temperature diurnal cycle using MODIS observations.Journal of Applied Meteorology and Climatology,2019, Vol. 58.

陸地表面溫度 （LST） 的日間變化在氣候變化評估、陸氣相互作用、城市區(qū)域與熱相關(guān)的健康問題等廣泛應(yīng)用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。使用中分辨率成像光譜儀（MODIS）的15年（2003—2017年）LST數(shù)據(jù)集（版本6），美國紐約城市大學(xué)的Sharifnezhadazizi等使用樣條插值法估算了從 MODIS 測量值反演的半小時LST數(shù)據(jù)。利用北美選定臺站的每小時LST地面觀測值的初步評估顯示，估算值的偏差和誤差小于1 K。研究表明，目前的插值方法能夠相當好地捕獲不同土地覆被類型LST的日變化。LST 的日循環(huán)和最高溫度的發(fā)生時間是從全球尺度上空間和時間一致的插值日 LST數(shù)據(jù)計算的。本研究確定了最大LST時序和日振幅變化較高的區(qū)域。全球沙漠區(qū)域在研究期間，月均LST范圍的變異性普遍較小，而全球大部分陸地區(qū)域的日平均LST具有較高的變率。

用隨機森林方法對高海拔植被區(qū)的MODIS LST數(shù)據(jù)進行降尺度——Downscaling land surface temperature from MODIS dataset with random forest approach over alpine vegetated areas.Remote Sensing, 2019, Vol. 11.

雖然MODIS LST具有高的時間分辨率和較長的時間序列長度，但其較粗的空間分辨率限制了其在山區(qū)的效果?？紤]到這一限制，意大利Eurac研究中心的Bartkowiak等利用隨機森林算法對LST進行了空間降尺度，以將每日1 km空間分辨率的MODIS LST降尺度到250 m空間分辨率的亞像元尺度。研究使用數(shù)字高程模型（DEM）和歸一化植被指數(shù)（NDVI）作為解釋變量，來模擬它們與LST之間的非線性關(guān)系，并基于三種不同的像元組合：（1）針對所有像元（BM）；（2）僅使用植被覆蓋度大于90%的像元（EM1）；（3）僅使用植被覆蓋度大于75%的且具有相同地類的像元（EM2，代表同質(zhì)性植被覆蓋）。然后使用均方根誤差（RMSE）和平均絕對誤差（MAE）、并與Landsat LST進行對比，來評價該降尺度方法的性能。結(jié)果表明，EM1、EM2的誤差值小于BM。BM模型的平均RMSE為2.3 K，MAE為1.8 K。EM1和EM2的RMSE和MAE的結(jié)果稍好于BM。與EMs相比，相對于Landsat和原始MODIS LST，BM的RMSE和MAE分別減少了22%和18%。盡管存在一些局限（主要是由于云污染和粗分辨率像元的異質(zhì)性），但隨機森林降尺度顯示出了改進LST的巨大潛力。

利用1982—2016年的地表反照率來檢測森林和季節(jié)性降雪的變化——Monitoring changes in forestry and seasonal snow using surface albedo during 1982-2016 as an indicator.Biogeosciences, 2019, Vol. 16.

芬蘭氣象研究所的Manninen等使用地表反照率時間序列（CLARA-A2 SAL）研究了芬蘭1982—2016年融雪的開始和結(jié)束日期、融雪季長度和融雪開始前的反照率值的趨勢，并比較了JSBACH陸面模式模擬的融雪開始時間和MODIS數(shù)據(jù)反演的植被生長季開始時間。研究還將JSBACH預(yù)測的融雪結(jié)束時間與基于芬蘭氣象研究所（FMI）現(xiàn)場測量和歐盟EU FP7 CryoLand項目提供的積雪覆蓋比例（FSC）時間序列產(chǎn)品的融雪結(jié)束時間進行了比較。結(jié)果表明，用20%反照率閾值估計的融雪期與永久積雪層的融雪期基本吻合。永久雪層定義為積雪持續(xù)時間最長的時期，即地面被雪覆蓋一半或更多時。在融雪期，反照率達到動態(tài)范圍1%的閾值后的5～13 d內(nèi)，植被生長開始。山區(qū)植被變綠與積雪完全融化的時間差小于沿海地區(qū)。北部的兩個植被區(qū)（北卡累利阿—凱努和拉普蘭西南），有明顯的融雪開始時間提前（5～6 d/10 a）和融雪季長度增加（6～7 d/10 a）的趨勢。在芬蘭北部森林地區(qū)，在融雪開始之前，反照率有明顯的下降趨勢（絕對反照率每十年下降2%～3%）。反照率的下降與樹干材積的增加有關(guān)。

（以上由侯美亭選編）

“第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究”專輯——《科學(xué)通報》2019年第64卷第27期

自20世紀70年代第一次青藏高原綜合科學(xué)考察開展以來，青藏高原的自然與社會環(huán)境發(fā)生了重大變化。第二次青藏科考圍繞青藏高原地球系統(tǒng)變化及其影響這一關(guān)鍵科學(xué)問題進行開展。姚檀棟院士在發(fā)刊詞中介紹，在科學(xué)工程總體框架下，第二次青藏科考設(shè)有十大科考任務(wù)，包括西風-季風協(xié)同作用及其影響、“亞洲水塔”動態(tài)變化與影響、生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)安全、生態(tài)安全屏障功能與優(yōu)化體系、生物多樣性保護與可持續(xù)利用、人類活動與生存環(huán)境安全、高原生長與演化、資源能源現(xiàn)狀與遠景評估、地質(zhì)環(huán)境與災(zāi)害、區(qū)域綠色發(fā)展途徑。十大科考任務(wù)共涵蓋了不同科學(xué)領(lǐng)域的60多個科考專題。每個科考任務(wù)根據(jù)自己的目標和特點，領(lǐng)導(dǎo)所屬專題開展考察研究。整個科學(xué)考察研究將在包括“亞洲水塔”區(qū)、喜馬拉雅區(qū)、橫斷山高山峽谷區(qū)、祁連山-阿爾金區(qū)、天山-帕米爾區(qū)五大綜合考察研究區(qū)的19個關(guān)鍵區(qū)展開?！犊茖W(xué)通報》出版了專輯介紹相關(guān)進展，封面的冰面爬涉、冰芯鉆取和浮空艇觀測，展示了第二次青藏科考從傳統(tǒng)科考方式到現(xiàn)代技術(shù)運用的重大變化。

其中，程國棟等系統(tǒng)地梳理了青藏高原多年凍土基本特征的現(xiàn)狀，主要包括活動層厚度，多年凍土面積、溫度和厚度的空間分布，以及多年凍土區(qū)地下冰和土壤碳儲量等方面的研究進展。通過補充最近監(jiān)測資料，闡述了高原尺度活動層和多年凍土熱狀況的動態(tài)變化過程及趨勢，并分析了這種變化的水文效應(yīng)。隨后，概述了多年凍土與生態(tài)系統(tǒng)、多年凍土與碳循環(huán)相互作用關(guān)系方面的研究進展。青藏高原多年凍土在過去數(shù)十年來發(fā)生了不同程度的退化，對多年凍土區(qū)地表的水、土、氣、生間的相互作用關(guān)系產(chǎn)生了顯著影響，進而影響著區(qū)域水文、生態(tài)乃至全球氣候系統(tǒng)。該研究可為凍土與氣候變化相互作用關(guān)系的機理研究提供思路，為寒區(qū)環(huán)境保護、工程設(shè)計和施工提供參考經(jīng)驗。

徐祥德等指出，青藏高原是東亞海陸氣相互作用最敏感的地區(qū)之一。青藏高原大氣水分循環(huán)結(jié)構(gòu)特征不僅反映了西風氣流與“大三角扇形”影響域季風水汽流的相互作用特征，而且凸現(xiàn)出該區(qū)域為全球能量、水汽的交換關(guān)鍵區(qū)，構(gòu)成“亞洲水塔”形成的重要背景；隆升的高原地形和強大的表面輻射加熱形成了局地上升對流和高聳入對流層中部中空“熱源柱”。研究揭示出此“熱力驅(qū)動”下青藏高原高、低層互為反環(huán)流類似臺風的自激反饋機制，其提供了“亞洲水塔”水汽“匯流”與抽吸動力效應(yīng)?！皝喼匏睙嵩打?qū)動機制有助于“世界屋脊”大氣“熱島”、“濕島”的形成和維持，使暖濕氣流從低緯海洋向高原輸送、匯聚。針對“世界屋脊”高原對流頻繁、云降水異常特征，揭示出“世界屋脊”空氣低密度條件對高原對流云的觸發(fā)效應(yīng)。分析表明，低緯熱帶海洋成為“亞洲水塔”大氣水分循環(huán)的重要水汽源區(qū)，水汽源區(qū)可跨越赤道追蹤到南半球。提出了青藏高原“熱力驅(qū)動”下大氣水分循環(huán)結(jié)構(gòu)類似全球性大氣“水塔”的觀點，青藏高原特殊的跨半球大氣水分循環(huán)構(gòu)建出“亞洲水塔”和其周邊地區(qū)獨特的大氣-水文功能體系。給出了西風與季風協(xié)同作用背景下青藏高原為核心區(qū)的陸地-海洋-大氣相互作用的“亞洲水塔”大氣水分循環(huán)物理圖像。

樸世龍等圍繞青藏高原生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能對氣候變化的響應(yīng)與反饋這一主線，系統(tǒng)總結(jié)了氣候變化對物候、高山樹線、生物多樣性、植被生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的影響，闡述了青藏高原植被變化對區(qū)域氣候的反饋及對亞洲季風的遠程影響的研究進展。主要結(jié)論如下：氣候變暖導(dǎo)致植被返青期總體提前，高原樹線位置上升，高寒草原植物物種豐富度和多樣性下降；氣候變暖總體促進了高原植被生產(chǎn)力、增強了生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能，但受限于土壤極大的空間異質(zhì)性和對深層土壤碳動態(tài)理解的匱乏，目前對高原土壤碳庫及土壤碳匯功能大小的估算仍具有較大不確定性。同時，青藏高原植被變化對近地表氣溫產(chǎn)生“負反饋”作用；植被活動增強還對東亞季風產(chǎn)生遠程影響，導(dǎo)致我國東部夏季降水變化呈現(xiàn)“華南增加-長江黃河中間區(qū)域減少”的空間分異格局。未來的研究需要在完善觀測體系基礎(chǔ)上，加強對高寒生態(tài)系統(tǒng)對氣候變暖的適應(yīng)機理及生物地球物理反饋等過程的認知，為優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)管理和保障青藏高原的生態(tài)安全提供理論基礎(chǔ)。

姚檀棟等指出，近百年來，青藏高原及周邊地區(qū)冰川整體處于緩慢退縮狀態(tài)，但20世紀90年代以來，這種狀態(tài)發(fā)生了根本變化。以東帕米爾-喀喇昆侖-西昆侖地區(qū)冰川相對穩(wěn)定甚至部分冰川前進為特征的“喀喇昆侖異?！笔乔嗖馗咴爸苓叺貐^(qū)冰川狀態(tài)失常的一種表現(xiàn)形式；而青藏高原東南地區(qū)冰川加速退縮則是這一地區(qū)冰川失常的另一種表現(xiàn)形式。高海拔地區(qū)的異常升溫是青藏高原及周邊地區(qū)冰川狀態(tài)失常的重要驅(qū)動力。另外，這種冰川狀態(tài)失常還與氣候變暖背景下的西風和季風大氣環(huán)流過程有關(guān)。隨著全球變暖的加劇，冰川狀態(tài)失常直接導(dǎo)致冰崩、冰湖潰決等災(zāi)變風險的增加。應(yīng)對青藏高原及周邊地區(qū)冰川狀態(tài)失常的不利影響，需要進一步加強冰川變化監(jiān)測與研究，加大冰川災(zāi)害防范力度。

（以上由張萌選編）