高时空分辨率自动站温度观测资料自主质量控制研究

中国地面自动站观测系统的建设日趋完善,目前已建成六万多个自动气象观测站点。严格的质量控制是自动站资料有效应用的前提条件,然而如何分辨高分辨率自动站资料中的局地小尺度天气信息和错误资料导致的局地变化特征一直是自动站质量控制的难点。本研究在分析地面温度空间尺度特征和误差分布特征的基础上,建立了仅依赖观测资料的EOF(Empirical Orthogonal Function)地面温度观测质量控制方法。研究利用2022年1月和5月的地面自动站温度观测资料,进行了质量控制试验,并对比了质量控制前后自动站观测资料和CRA40(CMA's global atmospheric Re-Analysis)资料中的地面气温差异特征。结果表明:建立的观测资料自主质量控制方法可以有效地识别错误观测资料,很好地避免了背景场误差、陡峭地形和局部天气变化对质量控制的影响,质量控制后的自动站温度与CRA40资料的地面温度差异明显减小,空间相关性也有明显提高,证明质量控制能够有效剔除错误资料并提高自动站资料的空间连续性。

地面气象测温传感器设计及实验研究

地面气象测温传感器受太阳辐射的影响,测量时其辐射误差可达1 K量级。针对此问题,设计了一种新型地面测温传感器结构。使用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法将多个气象参数下的仪器辐射误差进行量化,采用粒子群优化支持向量机算法对其结果进行拟合,得到辐射误差修正方程。以076B强制通风仪器的测量值作为温度基准开展场外实验。结果表明,设计的地面气象测温传感器经修正方程修正后的测量结果与温度基准的均方根误差(root mean square error,RMSE)和平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为0.029 K和0.027 K,可将辐射误差保持在0.05 K以内。

冷湖赛什腾山天文台址气温变化特征分析

利用冷湖赛什腾山山顶天文台址区域自动气象站、冷湖国家基准气候站2021年12月至2023年12月气象观测资料,应用数理统计方法对比分析冷湖赛什腾山天文台址气温变化特征及对天文观测选址和观测活动的影响。分析结果表明,赛什腾山山上年平均气温-2.5℃,较冷湖镇偏低7.2℃,气温年较差和日较差较冷湖镇小;秋冬季节温度低,空气干燥,天气条件对天文观测较有利;对天文观测设备机械结构运行稳定性以及望远镜指向精度准确性评估有一定的参考价值,为天文台址建设和天文观测活动、设备维护等提供科学依据。

CLDAS地表温度产品在青藏高原多年冻土区的适用性评估与校正

青藏高原多年冻土区现有的地表温度数据主要包括点位观测的地表和浅表层地温数据,以及遥感反演、模式模拟和再分析等手段获取和制备的空间数据。中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)数据产品在全国大部分地区的表现较好,但受实测数据稀缺的限制以及对多年冻土特殊下垫面考量不足的影响,该数据在青藏高原多年冻土区的适用性有待进一步评估和修正。文中基于多年冻土区2008—2018年7个站点的逐日连续地表温度定点观测数据,对CLDAS地表温度数据进行评估,分析在不同时期以及不同下垫面类型下,CLDAS地表温度的适用性情况。结果表明:CLDAS在7个站点的地表温度与实测值存在较大偏差(bias=2.09℃,MAE=3.64℃,RMSE=4.67℃,R^(2)=0.83),主要表现为对地表温度的高估。其中,CLDAS在融化期的适用性相对较好,在冻融交替期、冻结期的适用性较差;在高寒荒漠、高寒荒漠草原地区的适用性较好,在高寒沼泽草甸地区的适用性较差。据此,在考虑归一化植被指数(NDVI)、归一化积雪指数(NDSI)、积雪深度、高程、坡度、坡向、土壤质地对地表温度的影响基础上,构建了多元逐步回归校正模型。校正模型考虑了研究区下垫面情况的差异,提高了CLDAS的模拟精度。结果显示,区分冻结期、融化期、交替期构建模型校正的结果优于不考虑冻融期构建的校正模型。区分冻融期分别构建多元逐步回归模型进行校正后,CLDAS地表温度的精度得到了明显提升(bias=-0.11℃,MAE=2.42℃,RMSE=3.23℃,R2=0.89)。

Decadal prediction skill for Eurasian surface air temperature in CMIP6 models

评估CMIP6年代际预测试验对季节平均SAT的预测技巧的结果表明:模式不能有效预测冬季和秋季SAT的年代际变率.IPSL-CM6A-LR和多模式集合平均对于春季SAT展现了预测技巧,其中对于变率的预测技巧好于振幅的结果.基于蒙古和我国华北地区的显著预测技巧,模式对于夏季SAT表现出最佳的预测水平.与外部强迫相比,模式对于SAT的预测技巧可能来自初始化.模式中的一个明显系统性误差值得注意,即模式中冬季SAT的变率可以持续到其他季节,而在观测中其他季节的SAT变化与冬季SAT相对独立.

自动观测气温质控方法研究

利用河南省121个国家级地面气象观测站的气温资料,分析了河南省极端最高气温(40.0~44.6℃)、极端最低气温(-23.6~-13.1℃)的空间分布和气温的变化规律,并归纳出气温数据质量控制的方法:(1)检查数据是否在合理范围之内;(2)检查数据是否符合变化规律;(3)检查数据与相关要素是否具有关联性;(4)检查数据是否符合时间一致性规律;(5)检查数据是否具有空间一致性;(6)若瞬时值60 min无变化,小时值24h无变化,则数值有误;(7)对数据进行临界值检查;(8)检查气温变化异常是否由天气事件引起。

移栽期和种植密度对恩施雪茄烟叶品质的影响

为探究移栽期和种植密度对雪茄烟烟叶产量和品质的影响,在恩施崔坝基地展开试验。设置3个移栽期处理(4月20日、4月30日、5月10日)和6个种植密度处理(100 cm×40 cm、100 cm×45 cm、100 cm×50 cm、110 cm×40 cm、110 cm×45 cm、110 cm×50 cm),比较不同移栽期的烟株生育期、农艺性状、产量及等级结构、外观质量和感官评吸质量,选择最佳移栽期进行移栽,探究不同种植密度对烟株农艺性状、产量及等级结构的影响。结果表明:随着移栽期的推迟,烟株生育期明显缩短,集中在旺长期,与气温呈明显负相关;随着移栽期的推迟,烟叶的产量和品质均下降。此外,不同种植密度对烟株的生长具有一定影响。随着种植密度的增大,烟株的株高、最大叶长和叶宽整体上先增后减,适当增加行距和减小株距有利于提高产量。综合认为,恩施崔坝基地雪茄烟茄衣品种‘楚雪26号’的最佳移栽期在4月20日—4月30日,110 cm×50 cm的种植密度使烟株的农艺性状表现最好,110 cm×40 cm的种植密度能获得更高的经济效益。

中国地表亮度温度年变基准场

欲从热红外辐射中找到构造活动与地震活动的信息 ,需要考虑 2个基本问题 ,即大气的影响和地表热红外辐射的稳定场。通过以下方面的工作尝试对上述问题进行了研究 :1 )提出了地表亮度温度及年变基准场的概念。 2 )利用NOAA卫星 2 0年的观测资料 ,文中在获得地表亮温 (LSBT)的基础上 ,借用分离窗方法和小波分析方法 ,提取了中国地表亮温的年变基准场 ,为进一步分析异常场打下了基础。计算表明 ,大气的影响一般在± 1 0K范围内。

FY-3A陆表温度反演及高温天气过程动态监测

采用FY-3A/VIRR数据,利用Becker局地分裂窗改进算法反演得到逐日陆表温度(LST),对2009年一次高温天气过程进行动态监测,并分析不同下垫面的热环境变化。结果显示:此过程中可见光红外扫描辐射计(VIRR)陆表温度产品在敦煌辐射校正场地两次验证的误差为-0.17 K和1.77 K,与同时间过境的MODIS产品均方根误差为2.64 K,直方图对比陆表温度的频数分布基本一致;对高温天气过程监测发现,此次出现以华北的石家庄、郑州、北京等地和西北地区东部的西安等地为中心的两个陆表温度高值区,部分地区达到了320.2 K以上;城市剖面资料证实城市热岛现象存在,并发现工矿用地的热岛效应不容忽视,主要是大面积的工矿用地周围植被破坏严重,地表增温更为显著。

使用全球定位系统遥感水汽分布原理和中国东部地区加权“平均温度”的回归分析

文中讨论了利用全球定位系统探测水汽的原理。为了反演出大气垂直积分水汽或可降水，需要计算加权“平均温度”Ｔｍ。Ｔｍ与对流层温度廓线和水汽垂直分布有关，但从北京气象台１９９２年探空资料分析表明，它与表面温度存在着很好的线性关系。文中应用中尺度气象模式。

利用LANDSAT/TM热红外通道反演地表温度的三种方法比较

利用北京2004年1月28日、4月1日、4月17日、5月19日和7月6日过境的5景LANDSAT/TM影像和实测探空数据,分别运用大气辐射传输模型、覃志豪(2001)单窗算法和Jimёnez-Mu?oz&Sobrino(2003)单窗算法反演北京城区地表温度。通过对反演结果进行对比分析,结果表明,覃志豪(2001)单窗算法与基于探空数据的辐射传输方程法结果具有较好的一致性。提出在没有实时探空数据情况,对只有一个热红外通道的LANDSAT/TM数据源采用覃志豪(2001)单窗算法反演地表温度,精度是可以接受的。

武汉上空大气密度温度的激光雷达探测

介绍了中国科学院武汉物理与数学研究所瑞利散射激光雷达的结构和性能，报道了该激光雷达观测所得到的我国武汉上空３０ ～７０ ｋｍ 范围内大气密度和３０ ～６０ ｋ ｍ 范围内温度廓线的反演结果。

石家庄城市与郊县站地面平均最低、最高气温差异

应用石家庄地区17个站1955—2006年逐日最低、最高气温资料,统计分析了16个郊县站与石家庄市区站最低、最高气温的差值。结果表明:各郊县站年平均最低、最高气温均比石家庄市站低,最低气温偏低0.17～2.07℃,16个站平均偏低1.02℃;最高气温偏低0.01～0.55℃,16个站平均偏低0.28℃。郊县站平均最低气温偏低程度在冬季更明显,1月平均达到1.69℃,夏季偏低程度比较弱,但最弱的7月也有0.49℃;最高气温的偏低程度也在冬季明显,但季节性差异没有最低气温大。不论最低气温,还是最高气温,各县(市)站与石家庄市区站之间的差异均存在明显的随时间增大现象,最低气温20世纪90年代初以来增大尤其明显。石家庄市区站地面最低、最高气温记录反映出明显的城市热岛效应影响。

气温极端值的选取与分析

首先对中国 2 0 0个测站 1 951～ 1 999年的逐日气温资料进行质量控制 ,剔除错误值 ;然后根据第 95个和第 5个百分位值来确定气温极端值及其阀值 ;最后 ,利用上述方法所确定的极端值分析了近 50年内我国气温极端值的气候学分布特征 。

ERA-Interim地表温度数据集在青藏高原冻土分布制图应用的适用性评估

地表温度综合反映了大气、植被和土壤等因素的能量交换状况,是冻土分布模型和一些寒区陆面过程模式的上边界条件,对多年冻土分布制图和活动层厚度估算有重要意义.为了评估ERAInterim地表温度产品在青藏高原地区的适用性,综合比较了青藏高原69个海拔2 000 m以上气象站1981-2013年地面实际观测值与ERA-Interim之间的差异及其分布状况.结果表明,两种资料的变化趋势一致,但是ERA-Interim地表温度在数值上与实际观测值差别显著,平均偏低7.4℃.原因之一可能是由ERA-Interim再分析资料格点的海拔高度与气象站实际海拔高度差异引起的.根据两种温度产品之间海拔的差异,对ERA-Interim地表温度重新进行模拟,经过模拟后的ERA-Interim地表温度与实际观测值的差值在大部分气象站变小,平均偏高0.4℃.因此,经过重新模拟的ERA-Interim地表温度基本能够反映青藏高原地表温度的真实情况.以模拟后的ERA-Interim地表温度作为地面冻结数模型的输入参数模拟了青藏高原冻土分布,结果表明青藏高原多年冻土区面积为1.14×106km2,季节冻土区面积为1.43×106km2.

藏北高原气温资料插补及其变化的初步分析

通过定义最优配对分段插补法,以NewD66/D66、D105、Amdo和BJ为主站,D66/五道梁气象站(WDL)、D110、MS3478和MS3608为辅站,对主站缺失的地面气温资料进行插补,以获得完整的气温序列,并以此为基础分析主站近期气温变化。主站和辅站气温一致性分析结果表明,一年中每两个配对站的气温变化均有很好的一致性;温差表现为冬半年大、夏半年小。插补效果分析表明,插补效果夏季比冬季好;插补效果D66站最好,D105站相对较差;插补误差近似服从正态分布,时间尺度越大插补结果的可用性越强;大幅降温、降水、较大风速以及较大风向转变是影响插补效果的主要因素。对主站完整气温序列分析表明,NewD66站的气温年较差最大(26℃),Amdo站最小(19℃);BJ站多年平均气温最高(-0.3℃),D105站最低(-5℃);BJ站处于季节冻土区,其余三站处于多年冻土区;近十几年主站年平均气温均呈波动上升趋势,BJ站和NewD66站升温明显,D105站和Amdo站升温缓慢。

北疆地区近41年来积温变化趋势特征研究

本文选取新疆北疆地区19个气象站台的1961-2001年的气象资料,经过处理分析了北疆地区积温的变化趋势。本文选取了≥10oC活动积温∑T10及≥10oC持续日数D10来表示新疆北疆地区积温变化,并进行了分析。结果表明:近41年北疆的积温变化是明显的,日平均气温≥10℃界限温度初日普遍提前,积温显著增多,生长季明显延长。通过小波分析得出积温的变化周期为8年。还得出了积温与持续期的一元线性回归方程。通过研究,分析出积温变化对北疆地区的农业生态环境的利弊关系。

黄土高原大孔径闪烁仪观测特征量T_＊的研究

基于黄土高原定西站2009年9月大孔径闪烁仪(LAS)的观测数据,结合涡动相关系统(EC)和梯度塔的同步观测资料,分析了LAS和EC在测量感热通量过程中的温度特征尺度T*及其差异与近地层气象要素风向、位温梯度和稳定度等的关系。结果表明,黄土高原下垫面LAS测量的T*LAS和EC测量的T*EC有很好的相关性,相关系数达到0.955,拟合的线性趋势系数是1.482。对9月进行风向统计,主风向为NNE和SE,NNE风向上T*LAS和T*EC的相关系数是0.960,拟合的线性趋势系数是1.349,SE风向上T*LAS和T*EC的相关系数是0.968,拟合的线性趋势系数是1.619,风向对T*有显著影响。位温梯度与T*呈很好的线性相关关系,T*LAS相较于T*EC与位温梯度有更好的相关性。当稳定度z/L<1.5时,T*LAS/T*EC随着z/L的增大而减小;当z/L>1.5时,T*LAS/T*EC随着z/L的增大而增大。T*LAS/T*EC的变化范围随着z/L的增大逐渐变小,当z/L增大到4后,T*LAS/T*EC开始保持较小的变化范围。

全球“变暗”和“变亮”时期中国地面温度变化研究

利用中国90个气象站年平均地面日最高、日最低温度和地面太阳辐射数据,分析了在全球变暖背景下全球"变暗"和"变亮"时期中国地面温度的变化特征及其与到达地面的太阳辐射(SSR)变化之间的联系。结果表明,在全球"变暗"时期,年平均地面日最高和日最低温度的差别较大,日最高温度先下降后缓慢上升,日最低温度先平缓变化后快速上升,日最低温度的上升速率始终大于日最高温度,且两者变化速率之差>0.3℃.(10a)-1。从空间分布上看,年平均日最高和日最低温度都表现出明显的南北差异,中高纬度地区(35o N以北)增温(或保温)的趋势更强,这与该地区SSR下降幅度相对较小一致。在全球"变亮"时期,年平均地面日最低温度继续上升,相对于"变暗"时期升温速率变化不大;而年平均日最高温度上升速度明显加快,此时年平均日最高和日最低温度的升温速率趋于一致。年平均日最高温度仍有明显的地域差异,中低纬度(35°N以南)地区的升温速率大于中高纬度,这与中低纬度SSR上升而中高纬度SSR下降有较好的对应关系;年平均日最低温度没有表现出这种南北差异,与SSR变化也没有很好的对应关系。尽管20世纪90年代后SSR开始上升,但目前SSR仍未恢复到"变暗"初期(60年代)的水平,而当前地面日最高和日最低温度已远高于"变暗"初期。

百叶箱与通风辐射罩的气温日最值差异

利用2009年8月—2010年7月的平行观测资料,对新型自动气象站中百叶箱和通风辐射罩气温观测系统气温日最值对比差的分布、粗差率、一致率以及平均值等进行统计,对日最值的出现时间进行对比,对日最值对比差与环境风速的关系进行分析,建立并验证了百叶箱气温日最值的订正方法。结果表明:百叶箱和通风辐射罩气温日最值对比差的分布均呈右偏态,且偏斜程度较大,不服从正态分布;日最高气温与最低气温的一致率分别为90.0%和81.5%,两者存在较大差异,但其粗差率基本一致,均略高于3.0%;与通风辐射罩气温观测系统相比,百叶箱的日最值数据总体偏高0.2℃左右,同时其出现时间也存在不同程度的滞后;气温日最值的差异会随着环境风速的增强而减小,特别是当风速大于4.5 m·s^(-1)时,其差异可缩小到0.1℃以内;以环境风速为主要参数的气温订正方法将最高气温的差异缩小到0.03℃,一致率提高到95.2%,将最低气温的差异缩小到0.01℃,一致率提高到94.1%。