NCEP/NCAR再分析温度·位势高度和风速场资料在上对流层/下平流层的适用性评估

利用全球169个探空站资料检验NCEP/NCAR再分析资料,分析全球(主要是陆地地区)上对流层互下平流层位势高度、温度以及风速场标准误差的分布特征。结果表明,再分析风速场资料标准误差分布主要受急流区的影响,在急流区与实际风场存在明显的差异;并且风速场标准误差的分布具有明显的冬夏季节差异,在海岸线附近平均偏差较大;再分析位势高度、温度场的标准误差高值区主要集中在东半球低纬地区(印度洋沿岸),标准误差分布与其平均偏差分布基本一致,所以标准误差可以由平均偏差很好的解释;再分析温度、位势高度资料内陆地区标准误差偏低,高值区主要沿海岸线分布,风速场平均误差在海岸线附近比较大,这与探空站数据的质量地区差异及陆地观测站密集、海洋观测站较少密切相关。

新源县复杂地形下风电场的风场结构特征分析

利用新源县风电场周边气象站及测风塔观测资料、ERA5-Land再分析资料和数值模拟结果,分析了新源县风电场的风场结构特征。结果表明:(1)风电场周边气象站的逐小时10 m风速均呈现出早晚偏低、中午偏高的变化规律,且风向以东风和南风为主。测风塔的观测风向以南风和北风为主,随高度升高,南风呈现向西南偏转的趋势。(2)ERA5-Land资料与观测资料存在较大差异,不能很好地再现研究区域风场变化。(3)2022年7月23—24日风场的数值模拟结果与观测风场有较好的一致性,且模拟风场呈现出显著的山谷风特征。其中,研究区域夜间的风向以东南风为主,白天以东北风为主,傍晚以西北风为主。

ERA-Interim和ERA5再分析风资料在中国近海的适用性对比研究

全球再分析海面风资料在波浪模拟和风能资源评估等研究中发挥着重要作用,但风场资料种类繁多,且准确性在不同海域差异较大,使用时需要进行适用性分析。本文基于欧洲中期天气预报中心的ERA5和ERA-Interim再分析风场,利用多个站点的实测数据,分析了其在中国近海的适用性,并将再分析风场输入FVCOM-SWAVE波浪模型,对比了它们在常风天和台风天对波浪模拟的效果。结果表明:(1)常风天条件下ERA5和ERA-Interim资料在中国近海表现相似,风速较实测值略偏大,均能基本反映海表面风场变化和平均风速分布,吻合度指标在各站点均超过0.9;(2)ERA5对台风的模拟显著优于ERA-Interim,能较好模拟台风风速结构,对不同台风模拟精度差异大,整体上会低估台风风速;(3)风场质量是造成波浪模拟误差的主要原因之一,ERA5和ERA-Interim均能较好地模拟常海况下的波浪变化情况,而在台风浪的模拟中ERA5更优,“双台风”现象对风速和波浪的模拟准确度影响大。

ECMWF和NCEP再分析资料在青藏高原高度场变化中的对比分析

利用ECMWF和NCEP/NCAR北半球逐月平均的600hPa、500hPa和200hPa高度场再分析资料,对高原地区高度场流型及量值进行对比研究.结果表明:二者在不同的再分析资料中具有一定的相似性,但仍存在着明显的区别.高度场流型的区别由低层向高层依次减小,600hPa高度场除冬季的流型基本一致外,其余三季的流型均存在明显的区别;500hPa高度场除夏季的流型存在明显的区别外,其余三季的流型基本一致;200hPa高度场四季的流型基本一致,没有明显区别.量值的年际/年代际变化和季节循环趋势基本一致.结合高原代表站探空资料进一步分析表明,高原中部和南部地区ECMWF再分析资料的量值更接近事实,高原北部地区NCEP/NCAR再分析资料的量值更接近事实.

青藏高原地区多套位势高度和风场再分析资料的对比分析

针对20CR、CFSR、NCEP1、NCEP2、ERA-Interim、ERA-20CM和JRA-55再分析位势高度和风场资料,基于探空资料,采用计算均方根误差、相关分析等方法从气候均值、长期变化趋势和年际变率三个方面评估再分析资料在青藏高原地区的适用性.结果表明:再分析资料的适用性存在季节、空间和垂直层次上的差异.气候均值方面,NCEP1和ERA-Interim位势高度资料与观测资料最接近,适用性最佳,而ERA-20CM资料偏差最大.春夏季,NCEP2和NCEP1的风速资料质量较优,20CR和ERA-20CM资料质量相对较差;而秋冬季,ERA-20CM风速资料与探空资料最接近,质量最好.气候变化趋势方面,JRA-55、ERA-Interim和NCEP1资料质量存在时空的差异,但均能很好地反映出位势高度的变化趋势.年际变率方面,除了ERA-20CM,各再分析资料与探空资料相关性高,对年际变率的刻画基本一致,其中JRA-55和ERA-Interim位势高度资料与探空资料相关性最好.就季节而言,冬季再分析资料质量最高,适用性好,其次为春季,夏季资料质量最低.

中国区域探空资料与再分析资料风速场的对比分析

利用中国高空探空资料和NCEP/NCAR、ERA以及MERRA三种再分析资料,讨论了再分析资料风速场在中国区域的适用性问题。结果表明:在中国区域的年平均场上,高空风速在我国对流层高层和中层均存在长期减弱的趋势,在我国东部和南部地区的对流层低层也存在减弱趋势,ERA-interim资料和MERRA资料适用性相对较好。再分析资料风速在多年年平均场上普遍小于探空风速。在对流层高层,1980年代至1990年代ERA-interim资料适用性好,而21世纪以后,NCEP/NCAR的适用性较好;在对流层中层和低层,NCEP/NCAR资料适用性较好。在中国区域的季节平均场上,高空风速在冬季的对流层高层和中层中普遍存在增加的趋势,而在春季、夏季和秋季的对流层高层和中层存在减小的趋势。探空资料与再分析资料在冬季偏差最小,在夏季偏差最大。在对流层中层和低层,NCEP/NCAR资料和MERRA资料在冬季的可信度相对较好,MERRA资料在夏季的可信度相对较好;在对流层高层和平流层低层,ERA-interim资料和MERRA资料在四季中的可信度都相对较好。

风廓线雷达资料与NCEP再分析资料对比分析

为了对风廓线雷达探测到的水平风资料质量做一个初步的评估,本文利用NCEP再分析资料中的水平风数据分别与边界层风廓线雷达、对流层I型风廓线雷达和对流层II型风廓线雷达探测到的水平风进行对比,分析得出：风廓线雷达探测到的水平风的u、v分量与NCEP再分析资料中水平风的u、v分量的一致性较好,并且春季两种资料的一致性要优于夏季;边界层风廓线雷达在4 km以上探测资料非常少,在4 km以下资料的可信度较高;对流层风廓线雷达探测到的水平风资料在2～6 km的可信度较高。

环渤海区域再分析资料地面风速场的适用性对比分析

利用环渤海区域的气象站资料和NCEP/NCAR、NCEP/DOE、CFSR、ERA-Interim、JRA-55共5种再分析资料,讨论了再分析资料近地面10 m平均风速场在环渤海区域的适用性问题。结果表明:JRA资料与观测站的相关系数最大,ERA资料与23站均方根误差的平均最小;再分析资料与气象站观测资料的相关系数在山东半岛和辽东半岛高于其他地区、冬半年大于夏半年。环渤海区域地面10 m平均风速场JRA和ERA两套资料的适用性较好。由于ERA-Interim的水平分辨率更高,所以在强风过程分析中确定使用ERA-Interim再分析资料。

基于高分辨率再分析资料的西南地区风资源特征分析

为评估高分辨率再分析近地层风速资料在西南地区的适用性,得到西南地区风资源基本时空分布特征,采用2015-2019年欧洲中期数值天气预报中心ERA5再分析资料和西南地区42个气象台站逐日10 m风速观测资料,利用幂律推导、误差分析和双参数Weibull概率分布等方法对ERA5再分析资料在西南地区的适用性以及西南地区风能资源时空分布特征进行分析。结果表明:尽管ERA5再分析资料整体上对西南地区近地面风速有所低估,但区域平均偏差仅为0.27 m/s,多数地区再分析资料与气象台站实测10 m风速之间存在较好的相关性,风速概率拟合也具有较好的一致性,表明ERA5再分析资料可用于西南地区风资源分析。西南地区风速概率分布也存在明显的地域差异,其中四川盆地与周边山地交界地区弱风累积概率明显高于四川盆地、贵州大部、川西高原西北部和云南中东部。同时,西南地区大部分区域风资源较为匮乏,但云南中部和川西北高原属风资源可利用区,其平均风速、最大概率风速、风能最大风速、风功率密度和年有效风时数等风能指标相对其他区域更优。

大气再分析资料在中国近海的风资源特征和适用性分析

基于ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)ERA5(Reanalysis version 5)、CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)、MERRA2(Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications version 2)3种再分析数据,13个海洋观测站和3个测风塔的观测数据,研究了中国近海风资源时空特征,并讨论了3种再分析数据在中国近海风资源评估中的适用性。结果表明,再分析数据在中国东海和南海的弱风频率比渤海、黄海高,且ERA5在所有海域小于6 m/s的弱风累积概率比CFSR(MERRA2)高39.0%(44.9%)、43.6%(47.5%)、60.7%(41.6%)和47.9%(38.2%)。ERA5、CFSR和MERRA2在中国近海的有效风时空间分布相似,量级都介于84%~95%;3种再分析平均风能密度自北向南呈“低高低”空间分布,其中台湾海峡是WPD大值中心(超过4000 W/m2)。风能稳定性方面,ERA5和CFSR的日变异呈“南弱北强”特征,而MERRA2日变异系数介于1.03~4。适用性分析表明,ERA5整体性能优于CFSR和MERRA2,但MERRA2在再现渤海、南海的风能日波动,CFSR在刻画黄海的有效风时、风能密度和东海、黄海的变异系数时具有一定优势。由此说明不同再分析数据对中国近海风资源不同指标的适用性各有优劣,应根据需要及数据条件,针对不同海域采用不同类的再分析数据开展风资源评估研究及工作。

黄河三角洲海上风场再分析资料对比

再分析风场资料在海洋气象的研究中得到广泛应用。本文基于黄河口区域孤东59井验潮站和桩西106验潮站现场观测资料,对CCMP(cross-calibrated multi-platform)、CFSR(climate forecast system reanalysis)、ERA-interim、JRA-55 4种再分析资料的近地面10 m高度风场在黄河口区域的适用性进行对比分析。结果表明CCMP风场数据的平均相对误差和均方根误差最小,与实测数据的相关系数最大,能够较好反映黄河三角洲海域海上风场特征。同时, CCMP风场也能较好反映该海域的强风过程,其中冬季拟合程度比夏季好。基于CCMP风场资料, 1988—2018年黄河三角洲海上风场多年平均风速为5.33 m/s,其中1988—2009年,冬、夏季及全年风速均呈上升趋势;而自2010年后,夏季风速上升速度加快,冬季由于8 m/s以下风速减弱的影响而呈逐年减小趋势,年平均风速也在冬季风控制下呈现降低趋势。

气象再分析资料在复杂山地风电场测风塔数据的插补应用

在四川盆周山地,风电场测风仪器因覆冰天气等因素导致失灵的现象时有发生。针对测风塔测风数据因覆冰天气等出现缺测的现象,使用高分辨率的气象再分析资料,对比了等权平均法、加权平均法、最优临近格点法、双线性插值法、反距离权重法以及神经网络(ANN)插值法对测风塔冬季结冰异常数据进行插补的效果。结果表明:神经网络(ANN)插值法的插补效果最优,双线性插值法与最优临近格点法效果差别较小,加权平均法则要优于等权平均法;通过对插补前后平均风速和威布尔分布的检验,发现神经网络(ANN)插值法具有较好的稳定性。

台湾海峡三种再分析海面风场资料的评估

利用2015—2018年台湾海峡浮标观测的海面风速和风向资料,本文对三种再分析风场资料(CFSv2、ERA-I、NCEP-DOE)在台湾海峡的质量情况进行了评估。结果表明与观测风场相比,CFSv2的风速数据平均误差最小(平均偏差及平均均方根误差分别为-0.14 m/s和1.73 m/s),ERA-I与NCEP-DOE对实测风速存在明显的低估(平均偏差分别为-1.80 m/s和-2.06 m/s,平均均方根误差分别为2.01 m/s和2.72 m/s)。CFSv2与ERA-I的风向更接近观测风向,平均偏差(均方根误差)分别为-5.76°和-5.34°(23.24°和22.10°);NCEP-DOE风向误差偏大,平均偏差和均方根误差为8.80°和42.77°。误差分析显示,ERA-I和NCEP-DOE的风速数据在全年均存在偏低的系统偏差,且偏差在大风速区间(北半球冬季)更加显著。风向偏差大小对时间没有明显的倾向性。此外,在低风速区间,三种再分析数据的风速、风向误差较大,说明再分析对低风速风场的描述能力不足,在该区间可信度较低。综合来看,CFSv2的风场资料在台湾海峡中风速至大风速区间更接近观测结果,可以更好地用于模式预报等工作。

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.

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。

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。

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。

GAME再分析资料与NCEP再分析资料在1998年HUBEX试验期的对比分析

1998年夏季中日合作开展了淮河流域能量与水分循环试验 (HUBEX) ,该试验和GAME其他试验的探空加密观测资料作为原始资料的一部分经过同化分析 ,得到了GAME再分析资料。该文就是以 1 998年 6～ 8月我国江淮地区的天气过程为背景 ,对GAME和NCEP两组不同的再分析资料的基本要素场、导数场、降水量场和地面通量场用气候诊断和统计的方法进行了对比分析。结果表明 ,在对流层低层和中高层GAME再分析资料的基本要素场及地面的降水场和通量场较NCEP再分析资料更为准确 ;GAME再分析资料能很好地反映出西南涡东移并影响江淮大暴雨的重要天气特征 ,而NCEP资料则反映不出这一现象。同时还得到 ,GAME再分析资料优于NCEP再分析资料的主要原因是GAME的资料同化系统中加入了包括HUBEX等气象科学试验的探空加密观测资料。因此 ,该文证实了GAME的外场加密观测试验—HUBEX等开展的必要性 ,说明增加观测资料的时空分辨率对于提高我国天气气候的预报准确率具有重要意义。

基于T/P资料分析南海海面风、浪场特征及其关系

本文以T/P卫星高度计提供的海面风、浪资料为基础,利用自然正交函数对南海海面风、浪场进行展开,然后找出统计上显著的几个典型场,探讨南海海风、浪场的时空分布特征及其关系。分析结果显示,南海海面风、浪场的第一、第二模态具有很好的相似性,第三模态却表现出明显不同的特征,这一结果可以很好地反映南海海面风、浪场间的关系,从而为海浪场的经验预报和分析提供参考。

NCEP/NCAR再分析资料在纳木错流域湖泊/冰川区适用性分析

利用中国科学院青藏高原研究所纳木错多圈层综合观测研究站在念青唐古拉峰扎当冰川垭口(30.47°N、90.65°E,5800m)和纳木错站(30.77°N、90.99°E,4730m)的逐日平均气温、相对湿度、气压等资料,与同期NCEP/NCAR再分析资料进行了对比分析,讨论了再分析资料在纳木错流域湖泊/冰川区气候变化研究中的适用性。结果表明:扎当冰川垭口和纳木错站气压再分析资料的可信度好于气温,相对湿度稍差;扎当冰川垭口气压和相对湿度再分析值与实测值的差值在冬季偏大,夏季偏小,气温则相反。在研究期间,总体上再分析资料在冰川区的可信度好于湖泊区,再分析资料能很好地反映该地区地面气压、气温和相对湿度的日变化特征,在应用到该地区气候变化的研究时应考虑地形的影响。