NCEP FNL全球分析资料的解码及其图形显示

美国环境预报中心(NCEP)的FNL资料分辨率较高且融合了大量的观测资料及卫星反演资料,被广泛用于数值模式及天气、气候的诊断分析研究中。本文对该类资料的解码程序及绘图时所需控制文件、索引文件生成方法进行介绍,通过一系列批处理命令,可以进行大量FNL资料的解码及绘图处理,为科研工作者在资料内容提取和图形显示等方面的工作提供一定的参考。

ERA-Interim再分析和NCEP FNL分析资料在东南极中山站至Dome A断面的适用性研究

利用2008年南极中山站至Dome A断面上观测站的近地面气象观测资料对ECMWF ERA-Interim再分析和NCEP FNL分析资料在东南极地区的适用性进行了验证。结果表明,ERA-Interim再分析资料的气温表现明显优于FNL分析资料,其与观测的年均绝对偏差在南极大陆沿岸地区<1℃,在内陆高原<2℃;而FNL分析资料的气温在南极内陆高原地区较观测明显偏暖,尤其在冬季偏暖达8—10℃,表明其不能直接用于南极内陆高原气温的变化分析。FNL的地面气压与观测比较接近,逐月平均偏差仅约1 h Pa,其精度明显高于ERA-Interim再分析资料的地面气压,而后者在沿岸地区存在明显的系统性偏低。ERA-Interim和FNL的近地表风速、风向差异不显著,其与观测的年平均、季节平均绝对风速偏差在沿岸和下降风区<1 m·s-1,在内陆高原约2—4 m·s-1,年平均风向绝对偏差<10°。

基于NCEP FNL资料的环渤海地区低空急流的时空分布特征

利用2008年NCEP FNL全球分析资料,研究了环渤海地区低空急流的时空特征,并与探空资料结果进行对比。结果表明：环渤海地区低空急流的日变化特征明显,18时（世界时）达到最大;季节变化非常明显,春季出现的次数最多;它的风速范围为12-14 m/s,风向以SW为主,主要出现在925 h Pa上;环渤海地区低空急流在西北部以高层（700和850 h Pa）为主,在东北部和南部以低层（925 h Pa）为主;在700 h Pa上,各时次出现低空急流的个数差异不大,在850 h Pa上出现低空急流最多的时次主要是12时,在925 h Pa和1 000 h Pa上出现低空急流最多的时次是18时;由高层到低层,低空急流的中心由西北部逐渐向东北部移动,低空急流的强度在春季逐渐增强,在秋冬季逐渐减弱。NCEP FNL分析资料能够捕捉到更多的低空急流。

基于NCEP FNL资料的定标场地气象信息获取及应用

以美国国家环境预报中心(NCEP)提供的FNL资料作为研究对象,对该资料的特点、包含内容、解码以及使用方法做出介绍。以Visual C++6.0为编程工具,开发针对FNL资料的数据分析程序,提取温度、气压、臭氧等气象和大气分子参数。结果表明FNL资料具有较高的可信度,可以为场地定标提供部分参数输入。基于数据分析结果,实现瑞利散射光学厚度、水汽含量和臭氧吸收光学厚度计算等方面的应用。提出下一步的研究方向。

基于NCEP FNL资料的山西岢岚地区雨雪天气诊断可信度分析

基于山西岢岚地区2005—2014年共1218个雨雪天气日的NCEP FNL资料(1°×1°)与探空资料,采用偏差、绝对差、相关系数和偏差区间占有率的统计方法,对常规物理量(温度、相对湿度、纬向风和经向风)和诊断物理量(T_(800-500)、T_(d800)和TT_(d700))进行统计分析。结果表明:常规物理量中的温度平均偏差值和绝对差值最小、相关系数值最大,分别为-0. 22℃、1. 02℃、0. 90,可信度最高;而相对湿度的平均偏差值和绝对差值最大、相关系数值最小,分别为12. 31%、19. 68%和0. 63,可信度最低;纬向风和经向风的可信度相差不大,略低于温度;诊断物理量T_(800-500)、T_(d800)和TT_(d700)的偏差值分别为-0. 08℃、1. 50℃和2. 79℃,绝对差值分别为1. 21℃、3. 33℃和4. 14℃,相关系数值分别为0. 95、0. 92和0. 74,偏差值为[-5,5]占总数百分比分别为98. 77%、80. 30%和75. 04%。即T_(800-500)可信度最高,TT_(d700)指数可信度最低。

基于GPS和NCEP FNL数据改正InSAR大气延迟的可行性分析

InSAR技术是近二十几年来迅速发展的极具应用价值的空间对地观测新技术,它具有监测精度高、范围大、成本低、空间连续覆盖等优点,为滑坡、泥石流等地质灾害监测提供了一种新型的监测方法。但由于地质灾害多发生在暴雨频发、地质地貌复杂的区域,特殊的地理位置与气候使得InSAR技术应用中受大气延迟的影响非常严重,导致InSAR图像错误解释。本文在全面回顾当前主流的几种改正InSAR大气延迟的方法在国内外滑坡监测中的应用现状和实例的基础上,分析这几种技术的优势及问题点,并结合最新技术进展提出了一种基于GPS和NCEP FNL数据改正InSAR大气延迟的新方法,详细推导了该方法处理的流程,结合实例进行了分析比较,证明了其可有效削弱InSAR干涉图中的残余大气延迟相位,进而提高InSAR监测精度的优点。

NCEP-FNL与T213L31同化资料对比分析中的地形差异影响

分析了2005年5月11日至6月10日的NCEP-FNL与T213L31分析资料在位势高度、温度和风场上的整体差异,揭示了低层差异最小,差异极值主要分布在3个关键区的特征。进一步通过地形高度差异与位势高度差异的相关性分析,认为青藏高原附近的地形高度差异的极值是引起两种资料位势高度差异的主要原因,并计算分析了这种差异对高原周围中低层大气环流的动力和热力影响。结果显示,在NCEP-FNL中的西南涡强度和热源作用较强,中层风速切变较弱。

基于TRMM和NCEP-FNL数据的降水估算研究

为了使TRMM数据在我国更好的应用,该文基于TRMM降水产品,耦合气象站观测资料和DEM数据,利用NCEP-FNL数据计算得到各月高空盛行风向,采用基于区域分月的逐步回归算法,建立降水估算模型。得到2000—2007年全国1月、4月、7月、10月降水空间分布图,并对结果进行检验与分析。结果表明,1月、4月、7月、10月平均绝对误差分别为2.2,5.8,16.9,6.0mm,平均相对误差分别为19.3%,14.2%,13.4%,18.9%,模型估算结果较TRMM降水产品误差明显减小。模型估算的降水分布趋势不仅保持着原始TRMM降水产品的分布特征,而且可以更好地体现出迎风坡和背风坡的降水分布规律。

NCEP/NCAR FNL资料在强对流天气中可信度的初步分析

基于NCEP/NCAR FNL(1°×1°)资料已成为研究强对流天气触发机制、演变等特征的基础资料,有必要分析该资料在强对流天气中的可信度。利用山西岢岚地区2005-2014年共414个强对流天气日的NCEP/NCAR FNL(1°×1°)资料与探空资料,采用偏差、绝对差、相关系数和偏差区间占有率的统计方法,对常用的常规气象要素、诊断量进行统计分析,结果表明:1)在常规气象要素中,温度的可信度最高,而相对湿度的可信度最低,纬向风和经向风的可信度相差不大,均略低于温度的可信度。2)总体上,诊断量的可信度不如常规气象要素的,其中,K指数偏差值在[-5,5]内占总数的57. 25%,沙氏指数SI偏差值在[-3,3]内占总数的75. 12%,对流有效位能CAPE偏差值在[-100,100]内占总数的78. 26%,风暴强度指数SSI偏差值在[-10,10]内占总数的62. 08%。因此,虽然NCEP/NCAR FNL资料中的常规气象要素可信度较高,但与强对流天气存在紧密联系的诊断量却存在较大偏差和绝对差,其可信度较低,若以其进行强对流天气机理的诊断分析,需注意该资料的这种特征。

基于GrADS的NCEP/FNL再分析资料自动化处理程序设计与实现

随着气象业务现代化发展,精细化天气分析需求越来越大,主要体现在更高的时空分辨率和更为丰富的资料内容上。利用NCEP/FNL 1°×1°间隔6 h再分析资料,通过GrADS绘图,运用批处理和VB语言编写自动化处理程序,可迅速还原历史天气形势,生成如全风速脉动、湿位涡等非常规诊断物理量,对MICAPS起到有效补充。同时集成欧洲中心细网格及T639模式预报部分产品,其中EC模式2 m温度及逐6 h降水预报以一维折线叠加柱状图呈现,使用起来更为直观方便; T639模式时序图则以剖面显示预报时段的相对湿度场、风场、温度场及垂直速度场,为业务人员制作预报及对外服务提供依据。程序操作简单,易于维护,解决了资料时间和数据自动识别的难点,具有资料批量下载、总控文件规范生成的优点和依照需求实现多要素、多层次资料叠加显示的功能。出图迅速且丰富,能帮助预报人员从多个角度了解强降水天气过程的成因及特点,提升了撰写技术总结效率。产品均以图片形式分类储存,方便共享给基层测报人员使用,为县(市)气象台站进行技术总结交流提供技术支撑。

NCEP/NCAR逐时分析与中国实测地表温度和地面气温对比分析

美国国家环境预报中心(NCEP)和国家大气中心(NCAR)的全球分析资料,不仅应用于气候模拟和预测研究中而且也可作为卫星遥感云检测的初始场资料。通过对2005年NCEP逐6小时全球最终分析资料(FNL)与中国753个台站实测资料的地表温度和地面1.5m高气温进行Cressman插值,从时次变化和空间变化等方面系统地分析和比较了这一年间NCEP分析值与中国区域内观测值之间的差异,得到结果:NCEP分析地表温度较观测值普遍偏低,而地面气温NCEP分析值的空间分布大致表现为在北部地区大于观测值、而南部地区小于观测值;就2005年季节变化而言,NCEP分析值在夏季比冬季符合得好,而在我国东南部比东北、西北符合得好;从时次上看,地温和气温都呈现出随着时次推进(从2时到20时),正值区(NCEP分析值-实测值>0)减弱、负值区(NCEP分析值-实测值<0)加强的趋势;而通过标准化均方根误差的分析,可以知道气温的NCEP分析资料在我国可行性比地温要好。

GRAPES模式对2011/2012年冬季寒潮天气过程预报能力的检验

利用台站常规观测资料和NCEP-FNL再分析资料,检验了GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System)对2011/2012年冬季我国寒潮天气过程的预报能力。结果表明,GRAPES模式能较好地预报出该冬季4次寒潮过程的明显降温、高低空环流形势及冷平流的入侵,模式对2月22日寒潮的预报效果较差。对于强降温预报,在1月18日、2月5日及2月14日寒潮过程中,模式在新疆部分地区、云贵高原和四川盆地的预报效果较差。在2月22日寒潮中,我国东部地区出现了较大偏差,模式预报的500 h Pa上阻塞高压及东亚大槽等系统的强度和位置出现较大偏差。4次过程中,模式预报的冷、暖平流在我国东北部大小兴安岭及长江流域以南有较大偏差。对于2月22日寒潮,模式预报新疆地区、大兴安岭和辽宁的冷平流范围和强度、及长江流域以南暖平流的范围和强度都要大于实况,导致此次寒潮温度预报误差大,这可能与在地形区域模式物理过程存在一定误差有关。

眉山一次持续性强降雨天气过程分析

利用常规气象观测资料、NCEP FNL再分析资料、FY-2卫星云图以及雷达资料,对2020年8月15~18日眉山一次持续性强降雨进行研究,结果表明:(1)高原涡和西南涡耦合是造成此次强降雨的影响系统,副热带高压强盛稳定形成阻塞,冷平流和中低层强水汽输送造成了持续性强降雨天气。(2)上冷下暖,大气层结不稳定;低层辐合,高层辐散促进对流的发展,强降雨过程上升运动显著增强,低层有强水汽辐合,有利于水汽汇集,为强降雨提供了重要的水汽条件。(3)强降雨发生在低亮温对流云团中,且对流云团有强烈的垂直上升运动,雷达回波强,并形成了急流轴,有利于强降雨的发生和持续。

不同初始场对WRF模式风场模拟效果的影响分析

利用不同初始场资料驱动WRF模式,对香港地区夏季一个月风场进行高分辨率数值模拟试验,选用15个地面自动气象站测风数据及1个探空站垂直风廓线实测资料与模拟结果进行比较分析。结果表明,3种初始场方案均能较好模拟风场变化及分布特点,不同初始场资料会在一定程度上影响风场模拟结果;JRA-55方案高估风速现象较为明显,风向日变化模拟误差相对较大;NCEP FNL与ERA-Interim方案模拟近地面风场精度相当,且优于JRA-55方案。3种方案模拟的垂直风廓线均存在近地层风速增幅过快、最大风速出现高度与实际不符等问题,此外,NCEP FNL与ERA-Interim方案能够准确反映近地层风向廓线的变化趋势,而JRA-55方案模拟效果与实际相差较大。

一种改正InSAR大气延迟的新方法

InSAR技术是近二十几年来迅速发展的极具应用价值的空间对地观测新技术,具有监测精度高、范围大、成本低、空间连续覆盖等优点,为滑坡、泥石流等地质灾害监测提供了一种新型的监测方法。但由于地质灾害多发生在暴雨频发、地质地貌复杂的区域,特殊的地理位置与气候使得InSAR技术应用中受大气延迟的影响非常严重,导致In-SAR图像错误解释。本文在全面回顾当前主流的几种改正InSAR大气延迟的方法在国内外滑坡监测中的应用现状和实例的基础上,分析这几种技术的优势及问题点,并结合最新技术进展提出了一种基于GPS和NCEP FNL数据改正InSAR大气延迟的新方法并详细推导了该方法处理的流程,证明了其可行性。

M-估计法广义变分同化FY-3B/IRAS通道亮温

采用FY-3B/IRAS亮温资料进行广义变分同化研究。广义变分同化结合了经典变分同化和稳健M-估计两者的优点。区别于经典变分同化依赖于先前的质量控制并要求误差服从高斯分布,把M-估计法耦合到经典变分同化框架中,得到广义变分同化,其弱化了同化前的质量控制和误差服从高斯分布这两个条件。目标能量泛函包含M-估计以保证对离群值具有稳健性,从而能够得到较好的同化结果。对比变分同化前后的FNL资料湿度与GDAS湿度相关系数作为同化结果检验评价。具体操作过程在FNL作为背景场的基础上分别采用经典和M-估计不同的权重因子变分同化FY3B/IRAS资料,把得到的分析场与GDAS进行相关性比较,由于湿度具有较强的非高斯性,文中首先评估了安徽省13个站GPS/PWV和积分相关湿度廓线得到大气可降水量(即GDAS/PWV和FNL/PWV资料)的相关性,进一步基于信息熵自由度思想进行了近一个月IRAS 20个通道对分析场的影响贡献率诊断研究。