基于ERA5海浪再分析数据的风浪涌浪分离方法

为了探究和分析海浪中的主要成分,本文基于ERA5海浪再分析数据,依据能量因子分离风、涌浪的原理,研究了风、涌浪的平均波周期与风速的分布规律。利用最小二乘拟合方法,提出了一种分离风、涌浪的方法,并将其命名为TU方法。通过将TU方法与波龄方法进行比较分析,验证TU方法的可行性和可靠性。结果显示:在本文的研究区域中,TU方法与波龄方法识别风浪的正确率为98.57%和98.55%,TU方法与波龄方法识别涌浪的正确率为78.9%和65.1%,表明根据风速与平均波周期2个参数识别涌浪,TU方法效果比波龄方法更好。对高度计等缺少风向信息情况下分离风浪与涌浪有着重要的意义。

祁连山区再分析降水数据的适用性分析

利用2019-2020年祁连山区241个观测站的小时降水量数据,对MERRA2降水量数据在祁连山区的适用性进行评估.结果表明,研究区MERRA2降水量数据与观测降水量数据的平均偏差为-1.50~0.62 mm,依据MERRA2数据分析的降水量变化基本反映了祁连山区降水量的分布和变化特征.研究区内北坡地区MERRA2降水量的日均值为9.2 mm,平均偏差-0.65 mm,均方根误差0.50 mm;山脊地区MERRA2降水量的日均值为13.8 mm,平均偏差-0.80 mm,均方根误差0.63 mm;南坡地区MERRA2降水量的日均值为10.6 mm,平均偏差-0.61 mm,均方根误差0.37 mm.MERRA2降水量数据在整个祁连山区的平均偏差为-0.69 mm,相对观测值表现出低估,随着观测站点海拔的升高,MERRA2降水量数据的模拟和同化精度也随之下降.

基于CORS网数据的河南“7·20”特大暴雨期间大气水汽分布特征分析

河南“7·20”特大暴雨导致了严重的城市内涝和多起地质灾害。大气水汽是发生极端降雨的主要驱动力之一,分析“7·20”特大暴雨期间大气水汽的时空变化,有助于提高对降雨-水汽区域性作用机制的认识。利用河南CORS网中8个GNSS测站的观测数据,反演了暴雨前后(7月17—24日)时间分辨率为5 min的PWV数据,在此基础上与基于ERA-5再分析数据通过积分求得的PWV值进行了对比,并结合实际降雨量分析了暴雨期间水汽的时空分布特征。结果表明:GNSS-PWV的偏差和均方根误差分别为0.4、2.3 mm;暴雨前3 d内PWV值呈现快速上升趋势,并在暴雨前3 h达到最大值,在7月22日后逐渐减少到正常范围;GNSS-PWV的变化趋势与实际降雨过程基本符合。研究结果可为基于GNSS观测数据的实时全天候气象预警工作提供一定的理论基础。

基于再分析数据的全球海洋水体和热盐输运及其季节变化

全球海洋环流复杂,其产生的水体和热盐输运决定了各大洋物质和能量的再分配,并且对海气相互作用以及全球气候变化产生重要影响。本研究基于GLORYS12、GLORYS2V4、C-GLORS05、FOAM和ORAS5五种再分析资料对全球12个关键截面处的海洋水体和热盐输运进行了估算。平均计算结果显示,纬向积分的海洋经向盐量输运与经向体积输运的变化基本一致,这主要是由于海水盐度垂向变化较小,水体盐量输运与体积输运大小成比例。全球海洋在35°S附近呈现经向体积输运极值,其南向输运量接近10 Sv。由于海洋温度随深度增加迅速减小,且中下层较为稳定,因此海洋经向热量输运与上层海洋环流相关性更高。全球海洋在南北半球均呈现向极的经向热量输运,北半球中低纬度输运量在1.5~2.0PW,南半球中低纬度输运量在1.0 PW左右。N向热量输运横跨整个大西洋,南大西洋中低纬度输运量在0.3~1.0 PW,北大西洋中低纬度输运量在1.0~1.3 PW。与大洋经向输运相比,南大洋由于强劲的南极绕极流的E向流动,其纬向水体和热盐输运显著。计算结果显示,通过南大洋20°E、146°E截面以及德雷克海峡分别约有144.50、162.46和146.05 Sv的体积输运(对应5.10×10^(9)、5.74×10^(9)和5.15×10^(9)kg/s的盐量输运,以及1.27、2.28和1.58 PW的热量输运)。另外,海洋水体和热盐输运气候态月变化显示,各大洋水体和热盐经向输运均呈现较明显的季节变化,相较于体积和盐量输运,南大洋纬向热量输运季节变化最为显著。

4种再分析月降水数据在内蒙古地区的适用性分析

利用1981—2020年气象台站的实测降水数据,对CRA40、ERA5、JRA55和MERRA2这4种再分析月降水数据在内蒙古地区的降水分布特征,与实测降水的相关性和误差进行分析。结果表明:(1)内蒙古地区4种再分析降水数据的空间分布与台站降水基本一致,误差分析表明CRA40与MERRA2的数据质量较高,ERA5次之,而JRA55数据质量相对较差。(2)CRA40和MERRA2在1983—1986年存在明显的降水低估,ERA5在2005年之后的内蒙古中东部出现明显的降水低估,JRA55在115°E以东存在明显降水高估,在115°E以西则以降水低估为主。(3)4种再分析月降水数据的年内最大均方根误差和绝对误差均集中在6—8月,与台站降水相关系数的年内最小值均出现在7月,内蒙古夏季汛期是再分析降水误差产生的主要时段。

利用大洋浮标数据和NCEP再分析资料对FY-2C红外分裂窗通道的绝对辐射定标

介绍利用大洋浮标数据和NCEP再分析资料对FY-2C红外分裂窗通道进行在轨绝对辐射定标的方法,并选择了2006年10个时次的卫星数据进行辐射定标试验.将利用这种方法获得的定标结果与FY-2C卫星数据产品中提供的定标查找表进行比较分析,结果表明两套不同的定标系数反演的大气层顶(TOA)亮度温度的主要差别集中在云顶、冰雪覆盖区域等低温像元;而在常温区的陆表和海表像元定标结果差别较小,反演的TOA亮温差在2K左右.提出的替代定标方法可以极大地提高定标频次,为实现FY-2C红外分裂窗通道的实时绝对辐射定标提供了重要的方法基础.

ERA-Interim和NCEP/NCAR再分析数据气温和气压值在天山山区适用性分析

利用在天山山区海拔超过1 500 m的气象站的逐日气温和气压数据与同期经过水平方向和垂直方向插值后ERA-Interim和NCEP/NCAR两套再分析数据进行回归分析,研究再分析数据在天山山区不同季节的适用性,并验证再分析数据偏差与气候区的一致性。结果表明:从整体上,ERA-Interim数据气压和气温的可信度优于NCEP/NCAR数据,但在局部存在差异。两套再分析数据的偏差与气候分区、高程和季节相关。中天山山区再分析数据气温偏差呈现暖偏差,而天山南坡呈现冷偏差。两套再分析数据的气温偏差在高山带呈现暖偏差,在中山带呈现冷偏差。春秋两季气温的偏差小于夏冬两季。气压的偏差在夏季低于其他三季。而偏差可能会导致以再分析数据为驱动的气候模式结果的偏差。

三种再分析气温数据在浙江周边岛屿的适用性评估

由于海岛资料相对匮乏,对其气象条件的分析工作较为零散,对海岛气候分布特征尚缺乏清晰的认识。本文利用浙江及周边岛屿26个站点的观测资料,通过均值、标准差和相关系数等统计方法定量评估了NCEP/NCAR-Reanalysis 1(NCEP-1),ERA-Interim和JRA-55三种再分析气温数据在浙江周边海岛的可信度。结果表明:3种再分析数据均能够重现近地面气温的年循环特征,但再分析数据得到的冬季气温偏高,而在夏季,NCEP-1相对于其他2种再分析数据重构的气温显著偏低。从相关系数、标准偏差等多个统计指标来看,ERA-Interim再分析数据对浙江周边岛屿气温的再现能力较好。积温的分析结果表明,基于ERA-Interim计算的26个测站的平均积温和标准差分别为5 818和498℃,与实测5 728和324℃最为接近,JRA-55的平均积温偏差最大,NCEP-1标准差偏差最大。从26个测站积温的空间分布来看,基于ERA-Interim得到的积温空间分布基本上重现了浙江周边岛屿积温带受纬度和海陆分布影响的特征;JRA-55再分析数据次之,因三门健跳至岱山的部分海岛上积温比实测资料偏高,从而导致积温南北分布与实测不一致;而NCEP-1存在明显的偏差,在27°～28°N区积温偏低,在29°～30°N区积温却偏高,甚至超过了6 000℃,这使得根据NCEP-1得到的积温带南北分布与实测差别较大。整体而言,针对气温的分析研究,ERA-Interim再分析数据对浙江周边岛屿地区具有较好的适用性,可以作为地表温度的替代数据。

基于ERA-Interim再分析数据的南海波浪能资源评估

利用欧洲中期天气预报中心近37 a(1979年1月—2015年12月)ERA-interim高分辨率(0.125°×0.125°)波浪再分析数据,计算南海海域的波浪能流密度、有效波高、平均周期、有效波时等波浪能参数,分析南海海域的波浪能资源时空分布特征。研究表明:1)南海波浪能资源呈现明显的季节分布特征,冬季资源最丰富,秋季次之,夏季最贫乏;2)波浪能资源丰富区位于吕宋海峡—中南半岛东南海域一线,呈东北—西南走向,大值区为吕宋海峡附近海域,波浪能流密度高达16 kW/m;3)综合考虑能流密度、有效波时间、与大陆最近港口距离和岛礁面积,建议A(112.33°E,16.81°N)岛屿作为开发利用的首选。

再分析资料和陆面数据同化资料土壤湿度产品在中国北方地区的适用性评估

土壤湿度是地球系统模拟的重要参数之一,准确获得其时空分布和变化特征是研究陆-气相互作用的基础。再分析资料和陆面数据同化资料均可提供全球或区域高分辨率土壤湿度产品,但在使用前需要对其进行评估分析。利用土壤湿度观测数据,计算ERA5、ERA5-Land、NCEP-DOE R2、CRA40再分析资料和GLDAS-Noah、GLDAS-CLSM、CLDAS陆面数据同化资料土壤湿度产品与观测数据的中位数、模拟偏差、相关系数等统计指标,并分季节和气候区讨论不同土壤湿度产品在中国北方地区的模拟效果。结果表明:整体来看,CRA40与观测值的相关性最好,ERA5和ERA5-Land分别对干中心、湿中心模拟效果更好,GLDAS-Noah对于较干土壤地区模拟略偏湿,CLDAS对较湿土壤地区模拟结果以系统性偏干为主,NCEP-DOE R2和GLDAS-CLSM模拟效果较差;ERA5、ERA5-Land、NCEP-DOE R2、GLDAS-Noah和CLDAS在所有季节均为模拟正偏差,春季模拟效果较好的是CRA40、ERA5-Land,夏季和秋季ERA5-Land、ERA5和CRA40与观测值相关性较好,不同产品模拟的冬季土壤湿度和观测值相关性是全年中最小的;不同土壤湿度产品在干旱区以模拟偏湿为主,GLDAS-Noah模拟效果最佳,但模拟土壤湿度峰值和谷值的出现时间较观测较早,GLDAS-Noah、CRA40、ERA5能较好模拟季风区干、湿土壤的持续时段和土壤湿度变化振幅,大部分产品能模拟出夏季风影响过渡区较干土壤和较湿土壤的出现时间。

ECMWF再分析日降雨量与CMAP候降雨量在中国境内的数据整合

将中国境内 1 980～ 1 993年 ECMWF再分析日降雨量和美国环境预报中心 CMAP候降雨量按 1 6种方案整合后 ,再与实测资料做相关分析得出粗略的质量评估 ;并应用旋转主成分分析结合复变量莫莱特小波变换分析方法就其在东亚季风区的空间模态和不同频率下变化的时间序列得出具体的质量评估。结果表明 :由最好的整合资料算出的 6个旋转空间模态与实测资料比较除顺序有所改变外二者惊人地相似 ,不仅其 1 4a日均降雨量和标准偏差借助遥感候降雨量较再分析数据大有改进 (尤其在四川盆地 ) ,而且还保留了再分析日降雨量再现不同时间尺度下实测降雨量波动的能力。除周内波动有所不同外 ,与夏季风爆发和洪涝灾害关系密切的周际以上波动与实测资料大致相符或基本吻合。

ERA5再分析数据适用性初步评估

利用山东省及周边地区10个站点的地面和高空观测资料对ERA5再分析资料的适用性进行了初步评估。结果表明:再分析的海平面气压和2 m温度与实况资料的相关性明显优于2 m相对湿度和10 m风场;高空温度和相对湿度在对流层中低层的适用性要好于高层,而位势高度和风场在中高层适用性较好;海平面气压再分析与实况的相关有着最明显的季节变化,2 m温度、2 m相对湿度和10 m风速则在部分站点有较明显的季节变化,而10 m风向的相关系数更多地表现出站点之间的差异,高空要素的适用性,季节和区域差异不明显。另外,对比发现,ERA5的适用性总体上要优于ERA-Interim再分析资料,地面和对流层低层的相对湿度、风场提高更为明显。

南亚高压在NCEP-2和MERRA再分析资料中的对比分析

通过双线性插值、相关分析、Morlet小波分析等分析方法,围绕新高分辨率再分析资料MERRA的可用性,对比分析了NASA高分辨率再分析资料MERRA和NCEP-DOE（NCEP-2）再分析资料中100hPa南亚高压的活动特征.结果表明：100hPa上,NCEP-2和MERRA资料南亚高压的特征线数值不同,NCEP-2资料为1680dgpm,比MERRA资料大4dgpm,但MERRA资料南亚高压的范围明显大于NCEP-2资料.除东伸指数外,NCEP-2和MERRA资料反映的南亚高压同一特征指数年际变化趋势基本一致,特别是两种资料南亚高压脊线指数的年际变化曲线基本重合.以20世纪90年代初为界,之前,NCEP-2资料南亚高压东伸指数、面积指数和强度指数正异常,MERRA资料南亚高压东伸指数、面积指数和强度指数负异常,NCEP-2中的指数值大于MERRA中对应的指数值;之后,反之.NCEP-2和MERRA资料南亚高压面积指数、强度指数的气候均值间存在显著差异.NCEP-2和MERRA资料南亚高压强度指数的方差间存在显著差异.两种资料反映的夏季南亚高压同一特征指数的显著周期在1979～2009年有很好的一致性：都具有相同的显著周期,并且位相也基本吻合,但两种资料在反映南亚高压主周期特征上存在一定差异：南亚高压面积指数、强度指数在MERRA资料中以准4年周期为主,在NCEP-2资料中则同时表现为准4年和8～9年两个周期.

基于HYCOM再分析数据的浙江近海对台风“灿鸿”(2015)的响应研究

基于混合坐标海洋模型(HYbrid coordinate ocean model,HYCOM)再分析数据研究浙江近海对2015年第9号台风“灿鸿”的动力学和热力学响应,并利用卫星遥感的海表面温度(sea surface temperature,SST)数据验证了HYCOM再分析数据的合理性。结果显示,“灿鸿”在浙江近海引起了较强的近惯性运动,最大流速约为0.4 m/s。台风“灿鸿”引起的近惯性能量在300 m以深海域较强,其衰减的e折时间尺度约为4-12 d。“灿鸿”所引起的SST变化约-3--1℃,降温过程持续约7 d;同时在近岸海底引起了增温,最大温度变化幅度为10℃左右,持续时间也约为7 d(浙江近岸)。经过分析,本文认为近岸海底的增温是由台风引起的次级环流和台风引起的强混合共同导致的。

数据透视表在医院统计数据再分析中的应用

采用Excel的数据透视表功能,对某医院2004年第三季度头位顺产的住院天数及日均住院费用进行了分析,结果表明:头位顺产的平均住院天数为4.0d,日均费用为560.08元,随住院天数增加,日均费用降低。

5套再分析资料在阿勒泰地区风资源评估中的适用性研究

该文评估了5套再分析数据对阿勒泰地区风资源的模拟能力,并分析再分析资料在该区域长年代订正中的适用性问题。结果表明,不同再分析资料在阿勒泰地区的空间模拟存在差异,高分辨率的CFSv2、ERA5资料在空间模拟上更具优势,而JRA55、NCEP-DOE模式存在明显高估。季节上,除NCEP-DOE外,其余4套再分析数据均能模拟出阿勒泰地区风速的季节特性,且对冬季的模拟优于其他季节。在此基础上,以阿勒泰某风电场为例,分别以附近气象站和4套再分析数据作为长期测站,对测风塔数据进行代表年订正。订正结果表明,与参证气象站相比,ERA5和CFSv2数据与测风塔数据的相关性更好。在缺乏合适的气象站数据时,使用ERA5和CFSv2数据作为代表年订正的长期测站数据在阿勒泰地区具有可行性。

中国地表太阳辐射再分析数据与观测的比较

利用我国地表太阳辐射台站资料和海上观测资料与同期的NCEP/NCAR,NCEP/CFSR再分析资料进行比较,检验再分析资料是否能够反映中国地区的太阳辐射特征。结果表明:1979年之前NCEP/NCAR太阳辐射资料的可信度较低,存在虚假的明显上升趋势,1979年之后两套再分析资料的可信度均较高,在我国东部和低纬度地区的可信度好于西部和高纬度地区;由逐6 h再分析数据直接计算得到的逐日太阳辐射比实际观测偏低,剔除太阳辐射为零的情况计算逐日资料更合理。在大陆地区,NCEP/NCAR,NCEP/CFSR再分析资料与台站太阳辐射资料的1979—2009年共31年平均误差分别为10.37 W·m^(-1)和-42.68 W·m^(-2),误差的标准差分别为12.31 W·m^(-2)和4.19 W·m^(-2);在海洋区域,NCEP/NCAR,NCEP/CFSR再分析资料与海上观测太阳辐射资料的平均误差分别为-161.19 W·m^(-2)和-179.66 W·m^(-2),误差的标准差分别为37.07 W·m^(-2)和35.36 W·m^(-2)。与大陆台站资料相比,海上观测与再分析资料的误差偏大,这可能与海上观测资料较少,限制了NCEP模式的评估和改进有关。

3套不同的SST再分析数据与中国近海浮标观测的对比研究

基于自然资源部浮标数据,通过分析均值差、均方根误差、相关系数和标准差偏差4个统计量,检验了2018年7月1日至8月6日全时段及该时段内3个台风(1808号台风"玛利亚"、1810号台风"安比"、1812号台风"云雀")过境期间,3套海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)再分析资料(OISST、OSTIA SST、RTG SST)在中国近海区域的可靠性。对比结果表明,在全时段内,3套SST再分析资料都能在一定程度上反映中国近海SST的基本状况,其中OSTIA SST资料同浮标实测SST数据的均值差为0.12℃、相关系数为0.94,均优于OISST资料(均值差为–0.85℃、相关系数为0.90)和RTG SST资料(均值差为–0.17℃、相关系数为0.86)。通过对比单个浮标数据发现,相较约80%的MF浮标实测SST数据,OSTIA SST资料都显著优于RTG SST资料和OISST资料,具有较高的可信度。在台风过境期间,较之RTG SST资料和OISST资料,OSTIA SST资料同大部分浮标实测数据的均值差绝对值及均方根误差更小、相关系数更大,表明在高海况条件下,OSTIA SST资料能更真实地反映中国近海SST的基本状况。

多种降水再分析数据在长江流域的适用性对比

为评估CMFD、MSWEP和ERA5这3种降水再分析数据在长江流域的适用性,基于长江流域1979~2016年226个地面气象站点逐日降水资料,运用定量评价指标和分类统计指标对3种降水再分析数据精度进行多尺度评估。结果表明:3种降水再分析数据中,ERA5在长江流域整体上呈现出高估现象;CMFD无论是对于日尺度、月尺度还是年尺度精度评估,都能较好地反映实际降水变化;对于不同量级降水探测能力方面,3种降水再分析数据总体上表现为CMFD>ERA5>MSWEP;CMFD以及MSWEP在汛期的表现要优于非汛期;ERA5虽高估各月降水,但其年内降水分布趋势与地面站点降水一致。总体而言,CMFD在长江流域的适用性要高于MSWEP以及ERA5。研究成果可为长江流域降水及水文模拟等相关研究选择可靠的降水再分析产品提供依据。

经历再创造过程,发展数据分析观念——“复式统计表”教学片段及思考

“复式统计表”的学习是一个再创造的过程。学生因需要而主动探索,在历经挫折的探索过程中逐步得出复式统计表。教师在引导学生分析“复式统计表”的过程中,让学生了解信息的重要性及方法的适用性,培养学生发现问题、探究问题和解决问题的能力。