通過降低同化數(shù)據(jù)的精度提高天氣預(yù)報(bào)技巧——Improving weather forecast skill through reduced-precision data assimilation.Monthly Weather Review, 2018, Vol. 146, No. 1.

英國牛津大學(xué)的Hatfield等介紹了一種通過折衷同化數(shù)據(jù)精度和集合個數(shù)以提高天氣預(yù)報(bào)技巧的新方法（下圖）。因?yàn)閿?shù)據(jù)噪聲和不完善的模式，數(shù)據(jù)同化本質(zhì)上是不確定的。因此，由降低精度而引起的更大的舍入誤差可能在系統(tǒng)的容差范圍內(nèi)。低精度算法成本更低，故通過降低集合數(shù)據(jù)同化的精度，可以將計(jì)算資源重新分配給更大的集合個數(shù)。由于較大個數(shù)的集合提供了對潛在分布（即總體分布）的較好估計(jì)，對協(xié)方差膨脹和局地化的依賴較小，所以降低精度實(shí)際上可能可以改善天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。本研究在集成數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)上測試了這個假設(shè)，該系統(tǒng)由Lorenz’96大氣模式和集合平方根濾波器組成。系統(tǒng)以雙精度、單精度和半精度（使用仿真工具）運(yùn)行，并且通過平均誤差統(tǒng)計(jì)和等級直方圖來測量每種精度的性能。研究檢驗(yàn)了這些結(jié)果對觀測誤差和觀測窗口長度的敏感性。然后，通過將從降低精度所節(jié)省的計(jì)算資源重新分配到集合個數(shù)的大小，發(fā)現(xiàn)同化誤差有所減少而沒有額外的成本，從而提高了預(yù)報(bào)技巧。

圖 同化數(shù)據(jù)精度和集合個數(shù)之間的折中

大氣季節(jié)內(nèi)振蕩（MJO）引起的北極CO2季節(jié)內(nèi)變率——An intraseasonal variability in CO2over the Arctic induced by the Madden-Julian Oscillation.Geophysical Research Letters, 2018, in press.

以往的研究揭示了MJO通過對流對熱帶中對流層CO2產(chǎn)生的影響。美國華盛頓大學(xué)的Li使用NASA大氣紅外探測器AIRS的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)一步研究了MJO對北極CO2濃度的影響。分析表明，MJO周期內(nèi)60°N以北的CO2的峰-峰波幅可達(dá)到1.2±0.2 ppm。與MJO有關(guān)的北極CO2異常的空間格局與475 K時的等熵位渦異常空間格局非常相似。

不規(guī)則和稀疏觀測下陸地衛(wèi)星（Landsat）時間序列的重建：以加拿大阿爾伯塔東北部為例——Reconstruction of time series in the presence of irregular and sparse observations: Development and assessment in north-eastern Alberta, Canada.Remote Sensing of Environment, 2018, Vol. 204.

由于采集限制、云層、陰影、大氣和傳感器偽影的影響，對陸地衛(wèi)星（Landsat）時間序列的分析受到稀疏和不規(guī)則采樣的限制。而且由于觀測稀疏，許多適用于粗糙空間分辨率時間序列的遙感應(yīng)用方法不適合于陸地衛(wèi)星。為此，加拿大環(huán)境與氣候變化部景觀科學(xué)和技術(shù)分部的Pouliot等開發(fā)了一種基于歸責(zé)（imputation）的方法來約束Zhu等（2012，2015）、Zhu和Woodcock（2014）提出的諧波建模方法，重建了具有固定時間間隔的Landsat時間序列，并在加拿大中部的北方森林地區(qū)、基于不同的稀疏條件對該方法進(jìn)行了評估。根據(jù)氣候或AVHRR數(shù)據(jù)，對一個特定像素的被插補(bǔ)的Landsat估計(jì)值進(jìn)行了預(yù)測。這些估計(jì)值相對于可利用的陸地衛(wèi)星觀測值來說權(quán)重較小，這實(shí)際上限制了最終的諧波模型，從而將其限制在更合理的范圍內(nèi)。此外，研究以分段的方式實(shí)施模型，處理與氣候變化、干旱或植被再生長等因素有關(guān)的非線性時間漂移。結(jié)果表明，在觀測稀疏的情況下，將估算值納入模型，改進(jìn)了預(yù)測模型的預(yù)測效果。對于±20天內(nèi)少于3個觀測的區(qū)域，該方法表現(xiàn)更好，并且通過對觀測結(jié)果進(jìn)行誤差評估，以及與MODIS時間序列進(jìn)行對比，給出了預(yù)測圖像示例。

亞馬孫常綠林生物過程主導(dǎo)著遙感觀測到的植被季節(jié)性——Biological processes dominate seasonality of remotely sensed canopy greenness in an Amazon evergreen forest.New Phytologist, 2018, in press.

衛(wèi)星對亞馬孫森林的觀測顯示出季節(jié)性和年際變異，但潛在的生物過程仍存在爭論。美國亞利桑那大學(xué)的Wu等結(jié)合輻射傳輸模型（RTMs）以及對亞馬孫森林葉片和冠層特征的野外觀測，評價了三種物候因素（葉面積指數(shù)、冠層表面無葉冠比例、葉齡）的季節(jié)變化對衛(wèi)星觀測到的冠層反射率季節(jié)性的相對貢獻(xiàn)。研究使用由這三個因素共同驅(qū)動的冠層RTMs（PROSAIL和FLiES），模擬了衛(wèi)星觀測到的季節(jié)格局，發(fā)現(xiàn)RTMs能解釋70%的植被指數(shù)（MAIAC EVI）變異（MAIAC EVI已經(jīng)去除了由云/氣溶膠和太陽-傳感器幾何學(xué)因素引起的植被指數(shù)變化）。單因素模擬試驗(yàn)表明，葉面積指數(shù)、無葉冠比例和葉齡分別能獨(dú)立解釋1%、33%和66%的FLiES模擬的EVI季節(jié)性。這些因素對模擬的近紅外（NIR）反射率也存在顯著影響，可以解釋為什么模型和觀測的EVI（對NIR特別敏感）能很好地捕捉到冠層季節(jié)動態(tài)。本研究對冠層尺度生物物理學(xué)的分析，排除了將衛(wèi)星本身作為衛(wèi)星觀測到的季節(jié)格局的重要原因，這意味著聚集物候?qū)W（aggregated phenology）能解釋更大尺度的遙感觀測格局。

（以上由侯美亭選編）

風(fēng)的垂直切變對滯彈性大氣中靜力適應(yīng)過程的影響——《地球物理學(xué)報(bào)》2018年第61卷第1期

郭海龍等基于描寫滯彈性大氣靜力適應(yīng)過程的線性方程組，從波動頻散關(guān)系、氣團(tuán)運(yùn)動規(guī)律和能量轉(zhuǎn)換的角度出發(fā)，研究了水平基流及其垂直切變對該模式大氣靜力適應(yīng)過程的影響。構(gòu)造四種水平基流垂直分布模型進(jìn)行比較，分別為常數(shù)型、線性切變型、反氣旋切變型和氣旋切變型，得到結(jié)論：1）具有重力波性質(zhì)的波動是滯彈性大氣靜力適應(yīng)過程中擾動能量傳播的方式，當(dāng)垂直折射指數(shù)大于零時，基本氣流及其垂直切變的存在，不僅改變了波動頻率的大小，而且改變波動傳播的方向；2）在靜力適應(yīng)過程中氣塊的運(yùn)動軌跡呈橢圓形，水平基流及其垂直切變影響橢圓的扁率，同時也影響擾動物理量之間的偏振關(guān)系；3）水平基流的垂直切變是擾動能量和水平基流能量發(fā)生轉(zhuǎn)換的媒介，當(dāng)存在垂直向上的動量輸送時，正的垂直風(fēng)切變對應(yīng)擾動能量的衰減，水平基流能量的增加，負(fù)的垂直風(fēng)切變對應(yīng)擾動能量的增加，水平基流能量的衰減；4）不同的風(fēng)的垂直切變模型，對靜力適應(yīng)過程的影響不同；對于水平基流呈反氣旋切變型和氣旋切變型，擾動發(fā)展的波動垂直結(jié)構(gòu)為，急流軸上方波動等相位線自下而上向西傾斜，急流軸下方波動等相位線自下而上向東傾斜，反之亦然。

東亞夏季風(fēng)的氣候北界指標(biāo)及其年際變化研究——《中國科學(xué)（地球科學(xué)）》2018年第48卷第1期

陳婕等研究發(fā)現(xiàn)，長時間尺度東亞夏季風(fēng)北界的時空變化及其物理機(jī)制的研究對理解過去、預(yù)測未來氣候變化有重要意義，但目前主要基于氣象定義的各東亞夏季風(fēng)北界指標(biāo)與地理環(huán)境缺少對應(yīng)，也很難應(yīng)用于古氣候研究。作者通過參照全球季風(fēng)的概念定義，使用CMAP和GPCP等月分辨率降水資料，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)夏季（5—9月）2 mm/d的等降水線（即300 mm降水量）變化范圍與中國現(xiàn)代土地覆被類型、氣候轉(zhuǎn)換帶以及潛在自然植被類型的空間分布存在很好的對應(yīng)關(guān)系，也與風(fēng)場突變位置一致，具有明確的氣候－生態(tài)－地理界線意義，可作為東亞夏季風(fēng)的北界指標(biāo)（稱為氣候北界指標(biāo)）。該指標(biāo)刻畫的中國氣候態(tài)（1981—2010年）東亞夏季風(fēng)北界整體呈東北—西南走向，在中國北方地區(qū)從西到東大致沿中國祁連山東段－賀蘭山南麓－大青山－大興安嶺西側(cè)一線。東亞夏季風(fēng)氣候北界在1980—2015年的年際空間波動范圍覆蓋了甘肅中部、寧夏北部、內(nèi)蒙古中東部以及東北地區(qū)，北可深入到中蒙邊界，南可退縮到山東—河南中部一線，圍繞氣候態(tài)北界在200～700 km范圍內(nèi)波動，空間波動幅度從西到東逐漸增大，但不同區(qū)域隨時間的南北波動趨勢大體一致。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法在東亞地區(qū)夏季極端降水研究中的應(yīng)用——《氣象學(xué)報(bào)》2017年第75卷第6期

何蘇紅等利用1971—2007年東亞地區(qū)夏季（6—8月）逐日格點(diǎn)降水資料，借助事件同步法建立格點(diǎn)之間的非線性相關(guān)，構(gòu)建了極端降水復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的角度研究了東亞地區(qū)極端降水的區(qū)域性特征，并利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度和關(guān)聯(lián)方向信息，從極端降水時、空記憶性的角度構(gòu)建了預(yù)測模型。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征量表明：北部陸地地區(qū)的夏季極端降水空間同步性好，而沿海地區(qū)的夏季極端降水空間同步性差。不同地區(qū)的格點(diǎn)與周圍格點(diǎn)的關(guān)聯(lián)空間范圍不一樣，沿海地區(qū)格點(diǎn)之間遠(yuǎn)距離連接少，關(guān)聯(lián)空間范圍小，北部陸地地區(qū)格點(diǎn)之間遠(yuǎn)距離連接多，關(guān)聯(lián)空間范圍較大。極端降水預(yù)測模擬結(jié)果顯示沿海地區(qū)的預(yù)測準(zhǔn)確率一般高于北部陸地地區(qū)，其原因是該地區(qū)極端降水強(qiáng)度大、降水密集度高且空間格點(diǎn)的平均連接距離小、直接關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。研究表明，從時、空記憶的角度構(gòu)建的預(yù)測模型對東亞地區(qū)的極端降水具有一定的預(yù)測能力，在極端降水研究中存在一定的潛在應(yīng)用價值。

1956—2012年浙閩登陸熱帶氣旋降水精細(xì)化觀測統(tǒng)計(jì)分析——《大氣科學(xué)》2018年第42卷第1期

王堅(jiān)紅等選取我國東南沿海熱帶氣旋登陸數(shù)目多、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的浙江和福建兩省，利用國家級地面氣象站逐小時降水觀測資料，結(jié)合熱帶氣旋降水客觀分離方法，對1956—2012年（共57年）浙、閩兩省沿海登陸熱帶氣旋降水開展客觀分離，統(tǒng)計(jì)分析熱帶氣旋登陸期間降水精細(xì)化時空分布特征。研究表明：熱帶氣旋平均路徑在登陸前6 h至登陸后24 h呈西北行，累積降水具有明顯非對稱分布特征，與主要水汽輻合區(qū)相吻合，登陸后24～48 h的降水分布與鄱陽湖水體以及局地地形有密切聯(lián)系；伴隨登陸進(jìn)程，降水分布呈現(xiàn)顯著變化，登陸前，浙、閩兩省降水較強(qiáng)；登陸后，降水范圍向內(nèi)陸擴(kuò)展到浙、閩兩省以外地區(qū)；登陸點(diǎn)聚類分析指出，所有類別的較強(qiáng)降水時段均位于登陸前12 h至登陸后6 h，但不同類別的降水分布和演變特征具有顯著差異，這種差異與局地地形和熱帶氣旋環(huán)流所處位置關(guān)系密切；小時強(qiáng)降水統(tǒng)計(jì)分析顯示，伴隨著登陸進(jìn)程強(qiáng)降水頻次分布逐漸變化和向內(nèi)陸地區(qū)推進(jìn)，高頻次強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在登陸前、后6 h的浙、閩兩省沿海地區(qū)，且以兩省交界附近地區(qū)最為集中，與該地區(qū)明顯的高大地形分布有著密切的關(guān)系。兩省各臺站由登陸熱帶氣旋帶來的小時降水極值差異較大，從10～143 mm均有分布，大部分極值在30～60 mm。其中，極值大于50 mm的站點(diǎn)主要分布在沿海地區(qū)，在浙、閩交界處較為集中，與小時強(qiáng)降水的頻次分布一致。

（以上由張萌選編）