基于ITPCAS再分析资料中国近地面风速时空变化特征

准确分析中国近地面风速时空变化规律对区域气候变化、蒸散发的估算、雾霾预报等研究具有重要意义。本文利用1979-2015年ITPCAS再分析资料的近地面风速(10 m)与中国110个气象站点的风速资料,分析该数据集在中国区域的适用性,并对2011-2012年风速数据进行修正,分析该区域近地面风速的时空变化特征。结果表明:①ITPCAS再分析数据集风速资料基本满足应用要求,但部分数据需修正。修正后的风速数据模拟精度得到较大提高,具有较好的应用前景,特别是在西北高寒、干旱地区;②1979-2015年中国62.12%的区域风速为下降趋势,全国平均风速每10 a变化速率为-0. 073 m·s^-1,其中东南诸河流域每10 a变化速率最大(-0.202 m·s^-1);③除珠江流域外,其他各流域风速均呈下降趋势。中国各月平均风速呈单峰形,最大值出现在4月,最小值出现在12月;④年平均风速变化主要表现在3-6月下降速率最大,风速变化趋势在各个流域、各月份保持不变。

CRA40再分析资料在“21·7”极端强降水研究中适用性评估

本文基于实际观测数据对比分析ERA5、CRA40、CFSR和NCEP/NCAR四套再分析资料在“21·7”极端暴雨研究中的表现,同时采用ERA5作为资料对比的基准,对CRA40在极端暴雨研究中的适用性进行评估。结果表明:(1)四套资料对台风“烟花”、副高等关键环流系统的强度估计均偏低,CRA40与ERA5所分析的高度场流型总体一致,且环流更接近实况。ERA5对200 hPa高空急流的强度估计最高,CRA40与ERA5的差异最小。对流层低层风速的再现能力CRA40与ERA5相当。对于台风“烟花”的加强转折,四套资料均无法再现。(2)925 hPa温度场上,相较其他资料,在青藏高原地区ERA5温度较低,CRA40温度最高,对于弱冷空气侵入河南北部的过程以CRA40与ERA5的结果最为接近。CRA40对水汽通量及其散度的描述与ERA5在分布形势以及数值上较为接近。(3)CRA40与ERA5资料均能刻画出“21·7”暴雨期间郑州站上空良好的动力条件,强度上CRA40基本略弱于ERA5,两套资料所表现出的经向/纬向环流和位涡总体特征一致。

ERA5大气再分析资料约束的GNSS精密单点定位性能分析

全球卫星导航系统(GNSS)的快速发展有效地促进了精密单点定位(PPP)技术的研究和发展。针对GNSS PPP收敛时间较长的问题,利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的最新一代ERA5大气再分析资料,并将其应用于GNSS PPP解算。以中国区域7个IGS测站观测数据为例,分别进行ERA5约束GNSS PPP方案和标准GNSS PPP方案解算,结果表明,ERA5约束GNSS PPP方案在E方向和N方向上收敛时间提升并不明显,但在U方向上平均收敛时间减少了36.0%。定位精度上,ERA5约束GNSS PPP方案E、N、U方向精度平均分别提高了10.0%、4.3%和21.8%,并且在相同的时间段内解算的精度更高。这对于有效利用ERA5大气再分析资料及提升GNSS PPP定位性能具有一定的应用价值。

基于观测和再分析资料的气温、海表温度在江苏海域的比较分析

文章利用海洋台站观测资料,对3类再分析资料的气温、海表温度数据在江苏海域进行比较分析。结果表明:总体而言,气温、海表温度的再分析数据与观测数据均具有很高的一致性,且海表温度再分析数据与观测数据的一致性高于气温再分析数据;在3种再分析资料中,ERA5的可靠性优于JRA-55和NCEP;在离岸较远的外磕脚测点,再分析数据与观测数据的一致性高于另2个测点;在台风影响期间,吕四测点、外磕脚测点的再分析数据与观测数据更为接近,在更近岸的连云港测点,再分析数据与观测数据的差异更大;在冷空气造成的气温下降期间,再分析数据与观测数据的差异较小,但在气温缓步回升期间,吕四测点、外磕脚测点的再分析数据明显高于观测数据;在冷空气影响过程中,再分析数据反映的海表温度下降幅度明显低于观测数据。本研究可为再分析资料在江苏海域的适用性和可信度提供评估依据。

基于浮标站和ERA5再分析资料的浙江沿海台风浪特征分析

为了分析台风影响下浙江沿海风和浪的演变特点,利用浙江省海洋浮标站监测数据和欧洲中期天气预报中心第五代全球气候大气再分析数据(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Reanalysis v5,ERA5),选取2010年以来严重影响浙江的7次台风个例,对台风作用下浙江沿海海面风和浪的演变特点进行分析。结果表明:在台风影响过程中,海浪波型多数呈现混合浪-风浪-混合浪的演变规律;涌浪波型的出现与台风强度及其与浮标站的距离和方位有关,也与海洋潮汐现象紧密相关。台风影响期间,浙江沿海浪高的变化受风速和风向共同作用影响。在风向不变的情况下,持续风速增大对浪高的增大有明显作用;风向的变化也会对浪高变化产生影响,向岸风和离岸风的转变会造成浪高出现剧烈变化。ERA5再分析资料有效波高在台风浪较大时会呈现偏小的趋势,分析订正后的ERA5有效波高发现,台风浪有效波高大值区与台风中心位置相关。研究结果可为严重影响浙江沿海的台风浪预报服务提供参考。

美国NCEP/NCAR全球再分析资料及其初步分析

对美国国家环境预测中心（ＮＣＥＰ）及国家大气研究中心（ＮＣＡＲ）的４０年全球再分析资料在中国应用的可信度进行了初步分析，其中包括温、压、风、湿、降雨量、地面辐射、地面感热、地面蒸发潜热及青藏高原地面热源等。除降水量再分析资料与气候资料的比较属同一时段外，其余均属非同一时段比较。两者基本特征和分布形势一致，再分析资料比较合理。

美国NCEP/NCAR近50年全球再分析资料在我国气候变化研究中可信度的初步分析

对美国全球再分析资料在中国气候变化研究当中的可信度 ,进行了初步的分析与检验 ,结果表明 :NCEP资料在对气候变化长期趋势变化的研究中 ,不确定性较大 ,通过对温度和气压的比较分析 ,可看出 ,NCEP资料在我国东部和低纬的可信度比我国西部和高纬的高 ;温度的可靠性比气压好 ;1 979年以后的NCEP资料的可信度高于前期。

多种再分析地表温度资料在中国区域的适用性分析

利用1979-2010年中国805个站点的逐日地表温度观测资料与ERA-Interim、ERA-Interim/Land、JRA-55、NCEP/NCAR和NCEP/DOE五种再分析地表温度资料,对五种再分析地表温度资料在中国区域的适用性进行了比较与分析.结果表明:从空间分布特征来看,JRA-55资料与观测资料最为接近;五种再分析地表温度资料在东部地区的适用性好于西部地区,且均不能很好地模拟出青藏高原地区和西北西部地区的地表温度分布.从地表温度的长期变化来看,五种再分析地表温度资料虽然可以描述地表温度变化趋势,但均存在低估现象,且低估现象随着地表温度的增加变得更加严重.在地表温度人工观测和自动观测交接的时间段,可以使用再分析资料作为地表温度均一化的参考序列.

青藏高原东部三种再分析资料与地面气温观测资料的对比分析

为了检验再分析资料在青藏高原(下称高原)的适用性,以地面观测资料为标准,综合比较了1989-2009年间NCEP/DOE(简称NCEP)、ERA-interim(ERA)和JRA-25(JRA)三种再分析资料在高原东部地区的月平均地面气温的分布和变化规律。从平均季节变化来看,夏季再分析资料与观测资料的一致性总体好于冬季,其中NCEP资料整体偏低于观测资料,JRA则相反。从线性趋势来看,ERA和JRA资料与观测资料较一致,均表现出高原东部区域整体增暖趋势,而NCEP资料则表现出略微的下降趋势。从年际尺度变化来看,ERA和JRA资料所反映的年际变化和变率特征要好于NCEP资料,并且JRA资料的结果要优于ERA资料。最后,比较了三种再分析资料的质量指数,发现ERA资料质量最好,NCEP资料最差,而且NCEP和JRA资料在近20年质量有变差趋势,ERA资料有变好趋势;ENSO、东亚季风和高原季风对再分析资料地面气温场的质量均有一定的影响。

对三套再分析资料中国大陆地区夏季降水量的评估分析

以中国台站降水为参照,评估分析了三套再分析资料(NCEP/DOE,ERA和JRA)对中国夏季降水场的再现能力。结果显示,三套资料均能基本再现夏季降水量分布的主要特征,亦能较好刻画大部分地区降水的年际和季节内变化特征,但同时也存在诸多问题:NCEP资料在青藏高原东坡存在一个虚假降水中心,且对中西部和西南地区夏季降水的季节内演变特征再现能力较差;ERA资料降水量系统性偏小,且不能合理描述中西部地区降水的年际变化;JRA资料高估了华南沿海地区的降水量。三套资料均存在高估弱降水、低估强降水的问题。对日降水量≥0.1 mm的降水事件进行TS、BS评分,三套资料的TS评分在0.6左右,BS评分在1.5左右;随着参与评分的降水等级的提升,两项评分都迅速下降,三套资料对暴雨的预报评分都非常低。通过分析可了解当前较先进的数值预报模式在基本真实的环流场强迫下对我国夏季降水的预报能力,认识模式中物理参数化过程导致的模拟偏差,为模式发展和评估提供参照。

模式再分析与实际探空资料的对比分析

利用2007年11月—2008年11月美国国家环境预报中心(NCEP)和国家大气中心(NCAR)的全球再分析资料与阜阳和安庆探空站的高空资料,对NCEP资料进行垂直的拉格朗日插值和水平的双线性插值后,对比分析了模式再分析与探空资料的一致性。结果表明:探空资料和NCEP资料中温度、相对湿度、u风和v风4种气象要素的绝对差值随地点、高度和季节变化较小,0.5～8 km基本稳定在一定的范围内:温度相差0.5～1.0℃,相对湿度相差5%～15%,u风和v风分别相差1～3 m/s和1～4 m/s。但值得注意的是近地面(0.5 km以下)二者差异相对较大。对比结果验证了利用模式探空资料来分析无实际探空资料地区上空气象参量变化特征的可行性。

NCEP再分析资料在强对流环境分析中的应用

为考察NCEP再分析资料在我国强对流天气产生环境分析中的适用性,选取2002—2009年多普勒天气雷达识别的60例超级单体风暴个例,对比分析常规探空资料和NCEP再分析资料提取的温、湿、风垂直廓线,结果表明:NCEP再分析资料计算的对流有效位能因对抬升气团湿度敏感而与观测间差异较大,宜用K指数、温度直减率分析大气层结稳定度;因对流层中高层风与探空差异不大,其中500～700 hPa的风与探空近乎一致,因此NCEP再分析资料计算的深层、中层风垂直切变参量可靠性较高;NCEP再分析资料水汽参数与探空资料差异大,特别是在大气边界层,需用观测资料订正;边界层物理量,特别是风向与探空差异显著,因此不宜用NCEP再分析资料讨论雷暴触发问题;平均而言,NCEP再分析资料湿度廓线低层偏干而中层偏湿,925 hPa以上风速偏小,降低了强对流发生概率。

三套再分析资料的中国夏季降水日变化特征

利用台站观测降水,评估分析了三套再分析(NCEP,ERA40和JRA25)降水资料对中国夏季降水日变化的再现能力。结果表明,三套再分析资料呈现的中国夏季降水日变化特征较观测存在明显偏差。对比台站观测的白天(08—20,北京时)和夜间(20 08时)降水比例,再分析降水在大部分区域都表现为白天较夜间偏多,NCEP和ERA40在观测降水量最小的上午(08—14时)偏多更为明显,且NCEP模拟的白天和夜间的降水比例在西南地区与台站观测几乎相反。相比之下,三套再分析资料中,JRA25的降水量和降水频次的日变化与观测最为接近;NCEP的降水强度日变化最接近观测;ERA40可部分再现西南的夜雨特征。

中国区域夏季再分析资料高空变量可信度的检验

利用全球探空资料(IGRA)对1989—2008年美国国家环境预报中心(NCEP)和大气研究中心(NCAR)再分析资料、NCEP和美国能源部(DOE)再分析资料、NCEP气候预测系统再分析资料(CFSR)、日本气象厅25年再分析资料(JRA-25)、欧洲数值预报中心再分析资料(ERA-Interim)和美国国家航空航天局(NASA)现代回顾性再分析资料(MERRA)的高空变量在中国地区对流层中高层的可信度进行了初步的检验.分析结果表明:再分析资料对中高层位势高度和温度的夏季平均气候态具有较好的再现能力,其EOF的时空变化特征与观测吻合也较好;再分析资料的绝对湿度值较观测结果要偏大,其中MERRA与观测最为接近.再分析资料不能很好地反映经向风的夏季平均气候态及年际变化特征,EOF的时空模态和观测偏离也较大.总体而言,NCEP/NCAR、NCEP/DOE及NCEP/CFSR对这些变量的再现能力较JRA-25、ERA-Interim和MERRA弱.

黄土高原地区两种再分析资料的模拟效果分析

为了研究两种再分析资料(NCEP和ERA Interim)对中尺度模式WRF模拟结果的影响,利用地面观测资料和探空资料,通过NCEP/WRF和ERA/WRF两组模拟试验,探讨了这两种再分析资料在黄土高原地区对WRF模式模拟结果的影响。结果表明,两组试验都能准确地模拟出2 m气温、相对湿度和地表温度的日变化,且ERA/WRF的模拟效果较好;由于黄土高原地形复杂,两组试验对10 m风速的模拟都不好;两组试验对地表辐射和地表通量的模拟结果相当,都能大致模拟出辐射各分量和地表通量的日变化,模拟偏差主要出现在正午时段;两组试验对大气边界层结构的模拟结果相似,对位温和比湿的模拟效果较好,与观测值的相关系数都在0.8以上,对风速的模拟效果稍差,与观测值的相关系数分别为0.64和0.60,NCEP/WRF对大气边界层结构的模拟结果比ERA/WRF好。

NCEP再分析资料和中国站点观测资料的分析与比较

美国国家环境预报中心 (NCEP)和国家大气中心 (NCAR)的全球再分析资料 ,在很多气候模拟和预测研究中都被作为区域气候模式的驱动场和初始场资料 ,并用来检验模拟结果的。作者通过对NCEP的 2种再分析资料NCEPI和NCEPII与中国台站观测资料的月平均温度和月降水总量进行相互插值 ,分析和比较了NCEPI、NCEPII再分析值与中国区域内观测值之间的差异以及 2种再分析资料之间的差异。从结果可以看到 ,NCEP再分析资料的月平均温度较观测值普遍偏低 ,而月降水总量较观测值则偏高 ;就季节变化而言 ,NCEP再分析值在夏季和年平均模拟的较好 ,冬季较差。同时可以看到 ,在温度和降水方面NCEPII较NCEPI都有所改进 ,尤其在中国东部地区 ,改进较为明显。

美国NCEP/NCAR 40年全球再分析资料及其解码和图形显示软件简介

介绍了美国国家环境预测中心（ＮＣＥＰ）及国家大气研究中心（ＮＣＡＲ）的４０年全球再分析资料，此资料时间长（１９５７～１９９６年），观测资料丰富，分析方法统一，是目前全球最好的再分析资料。其输出内容共分四大类：观测档案、天气档案、时间序列档案及速视光盘，还有一张特殊的光盘。根据其受观测资料及模式影响程度的不同，其输出产品又可分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ四类。用标准二进制格式输出，包括等压面、等熵面及σ面上的资料，有每日４次、每日２次、日平均、月平均的基本要素场和二维、三维的诊断分析场。它对数值模式计算及天气和气候的诊断分析非常有用。

三套位势高度再分析资料在青藏高原地区的对比分析

利用ERA40、NCEP/NCAR和JRA25再分析资料以及青藏高原(下称高原)地区的探空资料和1979年高原地区第一次气象科学试验资料,较详细地比较了高原地区位势高度的分布和变化特征。结果表明,三套再分析资料在高原地区具有一定的相似性,但仍存在明显的差别。相比较而言,再分析资料与探空资料位势高度值呈显著正相关关系,JRA25再分析资料的相关系数最大,其标准差最小;但是在高原中部和南部地区,ERA40再分析资料偏差略小于NCEP/NCAR和JRA25再分析资料。再分析资料与第一次高原气象科学试验资料之间具有显著的空间相关性,其相关系数随高度的升高而增加,在400hPa达到最大值,同一标准等压面上再分析资料与试验资料的空间相关性之间存在着差别。

四套再分析土壤湿度资料在中国区域的适用性分析

利用国家气象信息中心提供的"中国农业气象土壤水分数据集(1981-2010年)(V1.0)"中150个农业气象站的土壤湿度观测资料,对2001-2010年CFSR、ERA-Interim、NCEP R-1和NCEP R-2四套再分析土壤湿度资料在中国区域的适用性进行了比较与评估。结果表明:(1)从空间分布来看,四套再分析资料都可以正确描述出中国区域土壤湿度的分布特征,但是NCEP R-1对于青藏高原土壤湿度的模拟存在一定的问题;(2)从时间变化来看,CFSR再分析资料能够较好地描述了土壤湿度的时间变化,而NCEP R-2再分析资料表现得较差;(3)从土壤湿度的季节循环看,在表层,CFSR和ERA-Interim再分析资料模拟地比较好,而NCEP R-1和NCEP R-2再分析资料出现了高估现象;而在深层,除NCEP R-1外,其他三种再分析资料都可以较好地模拟出土壤湿度的季节循环。

两种再分析资料与RS92探空资料的比较分析

利用2008年5～12月在安徽寿县获得的逐6小时RS92探空资料,与同期的NCEP/NCAR和ERA-Interim两种再分析资料(6h)进行比较分析,计算分析了标准气压层上探空与再分析资料的温度、纬向风、经向风和相对湿度的相关系数、偏差和平均绝对差。结果表明:在所有标准层高度,ERA-Interim再分析资料与探空资料的相关优于NCEP再分析资料的与探空资料的相关,温度和风速再分析资料与探空资料的相关优于相对湿度的相关;温度再分析资料与探空资料的相关系数在1000～250hPa接近1,在250hPa以上随高度减小,ERA-Interim与探空资料的偏差的绝对值基本小于0.3℃,而NCEP与探空资料的偏差绝对值在1000hPa上要大一倍;纬向风再分析资料与探空资料的相关系数在对流层中高层大于对流层低层和平流层低层,经向风的相关在对流层随高度增加,在平流层低层迅速减小;风速再分析资料与探空资料的偏差绝对值小于1m·s-1;相对湿度再分析资料与探空资料的相关随高度减小,偏差在400～100hPa层较大,达10%～20%,在更高层小于10%。