中国区域小时降水量融合产品的质量评估

基于全国自动站观测降水量和CMORPH(CPC MORPHing technique)卫星反演降水资料,采用PDF(probability density function)和OI(optimal interpolation)两步融合方法生成了中国区域1h、0.1°×0.1°分辨率的降水量融合产品.本文分别从产品误差的时空分布特征、不同降水量级和不同累积时间下的产品质量、三种站网密度下的融合效果以及对强降水过程监测能力等方面对比评估了融合降水产品质量.结果表明,融合降水产品有效利用了地面观测和卫星反演降水各自的优势,在降水量值和空间分布上均更为合理;融合产品平均偏差和均方根误差均减小,随时间的变化幅度不大且区域性分布特征减弱;融合产品与融合前的卫星反演降水产品相比在中雨(1.0～2.5 mm/h)、中到大雨(1.0～8.0 mm/h)、暴雨及以上(≥8.0 mm/h)的相对误差分别为-1.675％、小于15.0％、30.0％左右,且随着累积时间的增加,产品质量进一步提高;该产品能准确抓住强降水过程,在定量监测强降水中具有优势.     

概率密度匹配法对中国区域卫星降水资料的改进

为考察概率密度匹配法 (PDF方法) 对中国区域卫星反演降水产品系统误差订正的适用性,基于逐日和逐时我国地面观测降水量资料,引入PDF方法,分别对逐日0.25°×0.25°水平分辨率和逐时0.1°×0.1°水平分辨率的CMORPH (Climate Prediction Center Morphing Technique) 卫星降水产品的系统误差进行订正。在分析CMORPH卫星降水产品误差特征的基础上,根据两种资料不同的时空分辨率和误差特点,调整概率密度匹配时选取样本的时间和空间范围,设计相应的订正方案。评估结果表明: PDF方法订正后, 两种分辨率卫星降水资料在中国区域系统误差均显著减小,达到了理想的订正效果。在我国站点稀疏的西部地区,订正后的CMORPH卫星降水产品仍保持卫星观测的降水空间分布,降水量也明显接近于地面观测降水量。可见,PDF方法是中国区域卫星反演降水产品系统误差订正的一种有效方法。     

中国区域高分辨率多源降水观测产品的融合方法试验

高质量、高分辨率降水产品研制对于数值天气模式检验、水文陆面模拟、山洪地质灾害监测有着重要意义。利用中国近4万自动气象站逐时降水资料、中国雷达定量降水估计和CMORPH卫星反演降水产品,开展0.05°×0.05°和0.01°×0.01°两种高分辨率下的三源降水融合方法研究试验,探讨如何有效引入雷达高分辨率信息来提高降水产品质量。一方面,在0.05°分辨率上,先以自动气象站观测降水数据为基准,采用概率密度函数（PDF）匹配法订正雷达和卫星估测降水产品的系统偏差,将雷达降水产品的偏差从-0.05 mm/h降至-0.008 mm/h;再采用贝叶斯模型平均（BMA）方法融合雷达和卫星降水产品,形成0.05°分辨率的中国区域覆盖完整且最优的联合降水背景场。此外,在0.01°分辨率上,以0.05°分辨率的卫星-雷达贝叶斯模型平均联合降水产品为背景,采用1 km雷达估测降水的空间结构信息进行降尺度,亦能有效提高0.01°分辨率背景场的质量。然后,分别以不同分辨率的卫星-雷达联合降水产品为背景,采用统计方法量化误差估计,再采用最优插值方法融入地面观测。通过2419个中国国家级气象台站的独立样本检验,评估了多种类型的降水资料及融合试验产品在中国地区的质量。结果表明,两种分辨率的三源融合试验产品的精度均优于任何单一来源的降水产品,特别是在站点稀疏地区,降水精度均较融合前有显著提高,达到了较好的融合效果,其中在0.05°分辨率上采用“概率密度函数+贝叶斯模型平均+最优插值”方法的三源融合降水产品整体质量最好,而0.01°分辨率上基于“概率密度函数+贝叶斯模型平均+降尺度+最优插值”方法的三源融合降水产品在强降水监测上更有优势。      

我国冬季气温变化与采暖分析

1　全国及各区域冬季气温序列的建立资料取自国家气象中心整理存档的地面气象记录月报表 .在 695个站点中实际序列长度在 40 a以上的站点占 82 % .考虑到我国地域特征和冬季气温的南北差异 ,在分析讨论时将全国分为 8个区 .全国和区域序列的产生方法如下 :( 1 )求算全国各站冬季气温序列 ,即 1 2、1和 2月气温月平均值 ;( 2 )将全国或某区域按 5.0°× 1 .0°经纬度网格化 ,求算各网格冬季气温序列 ,即网格内各站序列的简单均值 ;( 3)以各网格序列 1 961～ 1 990年的累年值为气候平均值 ,求算出各网格的距平序列 ;( 4 )求算全国和区域序列 :…     

1998年长江流域特大洪水的降水分析

利用长江流域 (102°E以东) 125个站的实测降水资料, 分析了1998年夏季长江流域降水的时空分布和气候统计特征, 并与历史同期进行了比较, 特别是和1931、1954年等特大洪水年份进行了较全面的对比.结果表明, 1998年夏季长江流域的强降水主要分为4个时段; 总降水量的分布成不对称的鞍型场; 上、中、下游地区异常频繁的、特别集中的强降水是造成长江持续高水位和特大洪涝灾害的最主要原因.     

中国霾天气的气候特征分析

利用1961-2007年全国721个气象站的霾天气观测资料,分析了中国大陆地区霾天气的时空分布特征.结果表明:中国的霾天气主要分布在100°E以东、42°N以南地区,且"浊岛"现象非常明显;霾天气的季节分布基本为冬多夏少;近47年中国霾天气的总体趋势为波动增多,线性倾向率为3.19d/10a,1960年代至1970年代中期处于少霾的负位相,1976-2000年在很弱的正位相内振荡,但近5年霾天气显著增多;47年间中国霾天气序列有2次明显的突变,分别位于1970年代中期和2000年之后;在年际尺度上,霾天气与风力条件具有很好的反相关对应关系,f≥5 m·s-1日数和f≥10m·s-1日数与霾日数的相关系数分别为-0.809和-0.734,表明风力条件(大气污染物稀释扩散能力)的变化对霾天气增减趋势的影响非常显著.     

Detecting urban warming signals in climate records

Determining whether air temperatures recorded at meteorological stations have been contaminated by the urbanization process is still a controversial issue at the global scale. With support of historical remote sensing data, this study examined the impacts of urban expansion on the trends of air temperature at 69 meteorological stations in Beijing, Tianjin, and Hebei Province over the last three decades. There were significant positive relations between the two factors at all stations. Stronger warming was detected at the meteorological stations that experienced greater urbanization, i.e., those with a higher urbanization rate. While the total urban area affects the absolute temperature values, the change of the urban area (urbanization rate) likely affects the temperature trend. Increases of approximately 10% in urban area around the meteorological stations likely contributed to the 0.13℃ rise in air temperature records in addition to regional climate warming. This study also provides a new approach to selecting reference stations based on remotely sensed urban fractions. Generally, the urbanization-induced warming contributed to approximately 44.1% of the overall warming trends in the plain region of study area during the past 30 years, and the regional climate warming was 0.30℃ (10 yr)-1 in the last three decades.     

东亚副热带夏季风指数及其与降水的关系

文中利用1961~1999年NCEP/NCAR的月平均再分析资料和中国160站月降水资料,考虑蒙古中纬度地区和西太平洋副热带地区的大气环流特征定义了一个简单的东亚副热带夏季风指数,研究了该指数与夏季大气环流和中国降水变率的关系,并与其他季风指数进行了比较。结果表明:文中所定义的季风指数表现出明显的长期气候变化趋势,20世纪60~70年代以高指数为主,而80~90年代以低指数为主。该指数不仅能够较好地反映以蒙古为中心的东亚大陆热低压和西太平洋副热带高压的变化特征,还能够指示东亚副热带夏季风的强弱以及中国长江流域降水的异常变化。与西太平洋副热带高压相比,蒙古低气压变化对长江流域的雨带变动有更大影响。当该季风指数较低时,蒙古低压和西太平洋副热带高压偏弱,中国大陆对流层低层盛行异常北风,高层主要盛行异常西南风。而低层的异常北风表示了东亚中纬度地区较强的冷空气活动,这可以使长江流域梅雨锋区的辐合和上升运动加强,造成长江流域降水增加。     

西北地区东部群发性强沙尘暴序列的建立与分析

利用1954－2001年60个站的气象实测资料，探讨了西北地区东部群发生强沙尘暴的认定标准，建立起该地区近48年较完整的群发生性强沙尘暴序列，并初步分析了该地区群发性强沙尘暴的时空分布特征和年际变化。结果表明：近48年西北地区东部共出现了99例群发生强沙尘暴；阿拉善高原，鄂尔多斯高原及河西走廓的大部分地区是强沙尘暴的主要多发区；强沙尘暴的多发季节为3－5月，约占全年的78．8％；强沙尘暴的发生次数，持续时间和覆盖范围以20世纪90年代最少，最短和最小，但是1997年以后有明显的增加趋势。     

Climate analysis of tornadoes in China

Based on analysis of historical tornado observation data provided by the primary network of national weather stations in China for the period from 1960 to 2009,it is found that most tornadoes in China(85%)occurred over plains.Specifically,large numbers of tornado occurrences are found in the Northeast Plain,the North China Plain,the middle-lower Yangtze Plain,and the Pearl River Delta Plain.A flat underlying surface is conducive to tornado occurrence,while the latitudal variation of tornado occurrence in China is not so obvious.Tornadoes mainly occur in summer,and the highest frequency is in July.Note that the beginning and the time span of tornado outbreaks are different in North and South China.Tornadoes occur during May-September in South China(south of 25°N),June-September in Northeast China(north of 40°N),July-September in the middle-lower Yangtze Plain,and July-August in North China(between25°and 40°N).More than 80%of total tornadoes occurred during the above periods for the specific regions.The 1960s and 1970s have seen about twice the average number of tornadoes(7.5 times per year)compared to the mean for 1960-2009.The most frequent occurrence of tornado was in the early and mid 1960s;there were large fluctuations in the 1970s;and the number of tornadoes in the 1980s approached the 50-yr average.Tornado occurrences gradually decreased in the late 1980s,and an abrupt change with dramatic decrease occurred in 1994.The decrease in the tornado occurrence frequency is consistent with the simultaneous climatic change in the meteorological elements that are favorable for tornado formation.Tornado formation requires large vertical wind shear and sufficient atmospheric moisture content near the ground.Changes in the vertical wind shear at both 0-1 and 0-6 km appear to be one important factor that results in the decrease in tornado formation.The changing tendency of relative humidity also has contributed to the decrease in tornado formation in China.