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ERA...     

三套再分析降水资料在中国区域的对比评估

利用实测资料对NCEP-1、ERA-40和20CR再分析降水资料在中国范围内均值、年际变化、相关性和长期趋势等方面进行比较评估。结果表明,平均而言ERA-40年降水量和实测值最为接近,而20CR和NCEP-1年降水量明显偏多,三者差值百分比分别为-1.3%,55.0%和36.9%;三种再分析降水偏差最大区均出现在西南地区,最大偏差值都在600 mm以上;年际变化上,ERA-40和NCEP-1自20世纪70年代中期开始年降水差值百分比出现一定波动性,而20CR在整个研究时段年降水差值百分比基本稳定;三套资料和实测资料的相关性具有明显的区域性特征,东部相关系数明显高于西部,值得一提的是ERA-40在大部地区的相关性好于其他两套资料;ERA-40和20CR则对大部分区域降水变化趋势的描述好于NCEP-1资料。     

三套再分析降水资料在中国区域的对比评估

利用1979-2018年实测降水资料对同期中国区域地面气象要素数据集（China Meteorological Forcing Dataset,CMFD）、中国全球陆面再分析40年产品（CRA-40/Land,CRA-40）再分析降水资料在湖南省内的均值、年际变化和相关性等进行比较评估。结果表明：（1）在年平均降水分布上,两套再分析资料对少雨区反映均较好,CMFD对湘西北、湘南地区降水分布反映较CRA-40好,而CRA-40对湘东地区降水分布反映好于CMFD。（2）CMFD资料和CRA-40资料的降水值绝对偏差均主要集中在0~50 mm和50.1~100 mm区间,CMFD资料分别占比56.8%和20%,CAR-40资料分别占比40%和35.8%。（3）在多年各季平均降水分布上,CMFD资料的四季平均降水均以大于实况值为主;CRA-40资料四季平均降水在湘北以负偏差为主,在湘南则以正偏差为主。（4）在年平均降水的年际变化上,两套资料各时段变化趋势均与实况一致,1979-1984年、1999-2010年年降水量呈减小趋势,1985-1998年、2011-2018年为增加趋势,对比各时段气候倾向率可知,CMFD降水资料较CRA-40更接近实况。（5）两套再分析资料的降水与实况降水的相关系数普遍在0.75以上,有90%以上的站点相关系数通过0.05显著性水平检验,再分析降水资料与实况降水资料的年际变率相关性在湘北和湘南地区最好、在湘中一带较差。

     

两套新型高分辨率再分析降水资料在湖南年季尺度上的适用性评估

利用1979-2018年实测降水资料对同期中国区域地面气象要素数据集(China Meteorological Forcing Dataset,CMFD)、中国全球陆面再分析40年产品(CRA-40/Land,CRA-40)再分析降水资料在湖南省内的均值、年际变化和相关性等进行比较评估.结果表明:(1)在年平均降水分布...     

中国大陆地区不同降水资料的适用性及其应用潜力

降水资料中的分析和再分析降水数据可以弥补台站观测数据的不足,对于气象学和水文学具有重要的应用价值。利用目前国际上7种具有代表性的分析和再分析格点降水数据与全国621站的降水数据进行了对比分析。结果表明,7种逐月降水资料在不同地区的适用性不同,用格点资料研究西部地区的逐月降水情况会导致较大误差。中国西部部分地区多年平均偏...     

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,J...     

ERA5-Land降水再分析资料在中国西南地区的适用性评估

为了探究欧洲中期天气预报中心第五代陆面再分析ERA5-Land(ERA5L)降水资料在中国西南的四川、重庆、贵州、云南及西藏5省(区、市)的适用性。以2018-2020年中国气象局441个国家级地面站雨量器自动观测数据为参考基准,使用Pearson相关系数、平均相对误差、均方根误差、命中率、空报率以及临界成功指数评分,对ERA5L降水资料在评估时段内各区域和站点的整体精度、不同海拔、不同时间尺度(月、季),以及不同量级降水的特征和偏差进行分析。结果表明：(1)ERA5L降水资料能较好反映西南区域的降水变化特征,但相对站点观测存在不同程度的偏高,以西藏地区最为明显。(2)在四川盆地,ERA5L降水与站点观测相关性高、误差较小,在西藏、云南、贵州及四川西部的地形复杂山区,误差相对较大。(3)ERA5L降水的误差存在明显的月变化特征,从7月开始到次年的2月,平均相对误差随降水总量的降低而增加,命中率减小、空报率增大,随后从2-7月,平均相对误差又随着降水量的增大而减小,命中率增加、空报率减少;各省(区、市)在不同季节质量表现不一,春季和秋季重庆相对表现最优,夏季贵州最优,冬季四川最优。(4)...     

三种再分析气温资料在中国西部地区的可信度评价

再分析资料质量检验和可信度分析是其合理使用的必要前提,是提高气候变化研究成果可靠性的根本保证,为了评价NCEP-II、ERA-40和JRA-25三种再分析资料在中国西部地区的可信度,研究对比分析了2m气温产品的质量。结果表明,这三种再分析气温产品都能较好地反映中国西部地区气温的空间分布特征,在地形复杂区域与站点气温的差异比较大,而在地势相对平缓的地区这三种再分析资料都能提供高质量的气温产品。由于同化了地面观测资料,ERA-40、JRA-25气温产品的可信度相对较高,且能够提供更为详尽的大尺度气温变异性。总体上,ERA-40的质量优于其他两种再分析资料。     

应用探空观测资料评估几类再分析资料在中国区域的适用性

通过与中国8个不同区域温度场和高度场的探空观测资料相比较发现, ERA-40、NCEP/NCAR和NCEP/DOE等再分析资料所描述的温度场和高度场产品的平均值以及年际变化特征等与观测结果的差异均在夏季比较明显, 尤其1970年代以前在中国的西部和西南部地区的差别较为显著。其中, 温度场的差别主要存在于对流层上层; 高度场的绝对偏差也主要出现在对流层上层, 而它们在年际变化特征及其长期变化趋势上的差别则反映在对流层中、下层, 特别是NCEP/NCAR对流层中、下层的夏季高度场在1970年代以前存在着过于明显的“低压” 现象, 从而夸大了很多地区的年代际气候变化特征。就大多数地区而言, ERA-40在中国区域气候变化研究中具有相对较好的适用性, 特别是在年代际气候变化研究中要明显好于NCEP/NCAR。研究还表明, NCEP/DOE与NCEP/NCAR在大多数地区除了在均值上有所不同外, 它们的年际变化特征则并无显著差别。     

三种再分析气温降水资料在青藏高原的适用性评价

基于青藏高原61个区域级气象站的气温降水地面观测数据,对CMFD(中国区域高分辨率地区驱动数据集)、CRA(全球大气和陆面再分析资料)以及MERRA-2(大气再分析资料)数据集的日、月、季节以及年气温、降水数据进行精度对比分析,评估3套数据的准确性以及在青藏高原的适用性,结果表明：(1)3套年平均气温资料70%的R_MSE<4℃,其中CMFD拟合精度最高,2/3的站点R_MSE<2℃;CMFD和CRA对年降水的拟合精度较高,MERRA-2低估了高原中部的年降水量。(2)CMFD对季节平均气温整体拟合结果最好,尤其是气温较高的夏季和秋季;CRA在降水较为集中的夏季和秋季拟合结果最接近观测值,而在降水较少的春季和冬季CMFD拟合结果最好。(3)CMFD对月平均气温拟合结果整体上最接近观测值;月降水拟合结果与季节降水结果相似,CMFD对降水偏少月份拟合结果较好,CRA在降水偏多月份最接近观测值。(4)对61个区域站进行日尺度平均气温和降水数据精度评估,发现CMFD和CRA拟合效果最好,CMFD拟合趋势一致性好。     

几种再分析地表气压资料在中国区域的适用性评估

应用台站观测资料对ERA-40, NCEP/NCAR以及NCEP/DOE再分析地表气压产品在中国不同区域、不同年代和不同季节的适用性进行了评估。分析发现, 几种再分析产品虽然能在一定程度上反映出观测资料所具有的时空分布特征, 但它们之间的差异却具有明显的区域和季节变化特征, 即冬季小而夏季大、东部地区小而西部地区大; 同时还发现ERA-40和NCEP/NCAR再分析产品在20世纪70年代以前均与观测资料有相对较大的差别, 特别是NCEP/NCAR在70年代以前的夏季气压值过于偏低, 从而夸大了很多地区的年代际变化特征。相比而言, ERA-40地表气压的长期变化趋势以及时空演变规律在中国大多数地区要优于NCEP/NCAR再分析产品, 特别是在中国西部地区。分析还表明, NCEP/DOE虽与观测资料存在一定的系统性偏差, 却与另外两种再分析产品有着较为相似的年际变化特征及趋势。     

2000—2014年东北高纬度地区霾环境参数分析

利用探空观测资料及NCEP再分析资料,统计2000-2014年东北高纬度地区霾发生时的环境气象条件,并进行对比分析。结果表明：风垂直切变、地表风速、假相当位温垂直差、逆温强度、混合层高度、K指数、A指数、理查森数和扩散系数等指标和霾发生与维持关系密切。对于东北高纬度地区而言,500hPa与850hPa水平风垂直切变低于21m/s,地表风速在6m/s以下,理查森数大于0.3,逆温强度大于-0.9℃/100m,假相当位温垂直差大于-3K,混合层高度低于1000m,K指数和A指数低于对流天气发生时的经验阈值的情况下,大气垂直和水平方向都不利于污染物扩散,有利于霾的产生与维持。探空资料与再分析资料对应各统计指标在数值上具有较高一致性,特别是极值以外的部分,二种资料计算的指标具有显著的相关关系。对于东北高纬度地区,再分析资料可以代替探空观测资料进行环境参数分布和阈值的统计分析。     

Characteristics of Atmospheric Heat Sources over Asia in Summer: Comparison of Results Calculated Using Multiple Reanalysis Datasets

Using 1979-2000 daily NCEP/NCAR (National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research) reanalysis data (version 1, hereafter referred to as NCEP1; version 2, hereafter referred to as NCEP2), ECMWF (European Center for Medium-range Weather Forecasts) reanalysis data(ERA),and the Global Asian Monsoon Experiment (GAME) reanalysis data in summer 1998, the vertically integrated heat source hQ1i in summer is calculated, and results obtained using different datasets are compared. The distributions of hQ1i calculated by using NCEP1 are in good agreement with rainfall observations over the Arabian Sea/Indian Peninsula, the Bay of Bengal (BOB), and East China. The distributions of hQ1i revealed by using NCEP2 are unrealistic in the southern Indian Peninsula, the BOB, and the South China Sea. Using ERA, the heat sources over the tropical Asia are in accordance with the summer precipitation,however, the distributions of hQ1i in East China are unreasonable. In the tropical region, the distributions of the summer heat source given by NCEP1 and ERA seem to be more accurate than those revealed by NCEP2. The NCEP1 and NCEP2 data are better for calculating heat sources over the subtropical and eastern regions of mainland China.     

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-2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。     

利用不同资料研究我国大陆上空柱水汽含量

利用1971—2001年探空资料以及ERA-40和NCEP/NCAR再分析资料分别得到地面到300 hPa我国大陆上空大气柱水汽含量,对3种不同资料所得的柱水汽含量的空间分布特征以及线性趋势进行对比分析。结果表明:3种资料得到的柱水汽含量年平均和季节平均的空间分布特征一致;3种资料年平均的线性变化趋势在东北地区、内蒙古东部地区,西南地区北部、华南沿海和新疆北部地区均呈增加趋势;在华北和华东的部分地区,ERA-40和NCEP/NCAR再分析资料为降低趋势,而探空资料得到的柱水汽含量变化相对较小,但未通过信度检验;探空资料得到的柱水汽含量的相对变化显示我国东北地区、内蒙古东部地区、新疆地区的增加更显著。     

IMERG和TMPA降水产品在夏季中国中东部的检验

基于500个国家站雨量计的观测,从时空分布、不同地形条件、不同等级的降水强度及日变化角度,对比评估了2014—2016年夏季多星集成降水产品TMPA和IMERG在中国中东部的适用性。研究结果表明,与雨量计相比.TMPA和IMERG降水产品能较好地反映夏季中国中东部逐日降水量的变化规律,IMERG的平均误差更小。IMERG降水产品的日平均降水量与雨量计的相关性更高,相关系数超过0.9,而TMPA仅为0.8。在中国中东部的平原和山区,IMERG降水产品对弱降水(4 mm·d~(-1))强度和弱降水频次的表征能力,较TMPA降水产品有明显的改善;但IMERG降水产品对山区的强降水频次的探测较TMPA降水产品改进有限。从日变化来看,TMPA降水产品明显低估早晨的降水强度和降水频次,且高估了午后的降水强度和降水频次。IMERG降水产品作为高时空分辨率的准全球降水资料,在中国中东部有较高的精度,未来可应用于气象和水文模式中。