太平洋副热带高压及南亚高压在NCEP/NCAR和ECMWF再分析资料中的对比研究

利用NCEP/NCAR和ECMWF 1961～2000年北半球逐月平均的500 hPa和100 hPa高度场再分析资料对影响我国天气、气候的重要系统--北半球西太平洋副热带高压以及南亚高压做了对比研究,发现两者在不同的再分析资料中虽然具有一定的相似性,但也存在着明显的区别.在1980年以前两者存在较大差异.NCEP/NCAR再分析资料分析出的副高明显偏弱,而其所反映的副高的变化在幅度和强度上均大于ECMWF再分析资料的结果.进一步分析发现,NCEP/NCAR再分析资料所得出的副高的年代际变化可能是不真实的.在1969年、1979～1991年间,NCEP/NCAR再分析资料中的南亚高压中心强度明显比ECMWF的强,特别是1992～1995年间,NCEP/NCAR再分析资料中的南亚高压中心强度更强且中心范围更大.此外,NCEP/NCAR再分析资料所反映的南亚高压的变化在幅度和强度上也都大于ECMWF再分析资料的结果.     

南半球前期环流异常与重庆汛期降水的关系研究

利用1960-2006年近47年重庆34个测站、西南地区96个国家级基本站的汛期(6～8月)降水量以及美国NCEP/NCAR和欧洲ECMWF的全球再分析资料,研究了重庆汛期降水与南半球大气环流异常的关系.结果表明,南半球中高纬度(40°～60°S)1～5月的环流异常与当年重庆汛期降水有显著关系.在此基础上定义了一个用于...     

两种再分析资料间Hadley环流双层结构的差异

采用NCEP／NCAR、ECMWF两种再分析资料，分析了1979-1989年纬向平均经向风（[υ↑-]）及质量流函数（ψ↑-）的差异。结果表明，ECMWF资料存在明显的Hadley双层结构，NCEP／NCAR资料则未见明显的Hadley双层结构。此项研究结果虽不能证明Hadley双层结构是否客观存在，但表明低纬大气环流研究中资料选用直接影响研究结果。     

两种再分析资料平流层温度场的对比分析

在Lorenz环流分解基础上,比较了全球平流层低层ECMWF和NCEP/NCAR两种再分析资料月平均温度场的差异。结果表明：（1）纬向的平均温度无论DJF季度还是JJA季度100 hPa,30°S～30°N纬带都是冷中心;在该冷纬带ECMWF资料温度均值显著低于NCEP资料,ECWMF资料的年际方差显著小于NCEP资料。（2）30 hPa以上NCEP资料的定常波比较杂乱,在中纬大陆上出现与事实不符的高低中心,而ECMWF资料反映的气温定常波则比较合理。（3）ECMWF资料在100 hPa和10 hPa上气温异常未能充分地反映近50 a来3次强的火山喷发引起的平流层增温。     

亚洲和南半球大气热源（汇）对亚洲夏季风影响的数值试验

利用NCAR CAM3.1模式及NCEP/NCAR (version 1)再分析资料计算出来的几种大气热源分布情况,分别讨论亚洲各地区和南半球上空夏季大气加热场(热源或冷源)对东亚季风环流系统和印度季风环流系统形成的影响.结果表明:(1)东亚地区上空的大气热源和澳大利亚冷源与东亚夏季风环流关系密切,东亚大陆上空及西太平...     

NCEP/NCAR和ERA-40再分析资料以及探空观测资料分析中国北方地区年代际气候变化

利用中国东部的探空站资料以及ERA40和NCAR/NCEP再分析资料,详细地比较了我国北方地区(主要指内蒙古以及华北地区)的高低层位势高度以及温度的特征.结果表明,在20世纪70年代以前,NCEP/NCAR再分析资料对我国北方地区对流层低层无论是位势高度或温度都描述不好,存在着很明显的虚假年代际变化趋势.与实际探空资料相比,相对于NCEP/NCAR再分析资料,ERA-40再分析资料对东亚地区对流层低层位势高度或温度的描述明显好于NCEP/NCAR再分析资料,因此,研究东亚气候的年代际变化应用ERA-40再分析资料要好一些.高层的结果要比低层好.在70年代以后,NCEP/NCAR再分析资料对于内蒙古和华北对流层上层的位势高度和温度的描述要好于ERA-40再分析资料,更接近于实际探空值,这说明这两份再分析资料各有优缺点.       

ERA与NCEP2大气热源的对比分析以及全球大气热源性质变化规律的研究

首先,对比分析了ECMWF再分析资料(简称ERA)和NCEP/NCAR第2版再分析资料(简称NCEP2)计算的大气热源,并在此基础上研究了全球大气热源性质(符号)变化的规律.分析两套资料计算的大气热源差别较大的某些地区,发现ERA资料在这些地区估算的大气热源要优于NCEP2,因此,在接下来的研究中主要采用了ERA资料.对全球大气热源性质(符号)变化规律的研究主要揭示了全球永久大气热源和永久大气热汇的地理分布特征.永久大气热源中心主要分布在赤道附近地区,在赤道非洲的西部、苏门答腊岛西边的海域和赤道中西太平洋地区各有一个较强的永久热源中心,另外,在日本南部及其东边的太平洋上也有一永久热源中心.永久热汇地区的分布比较有规律,除了南北半球60度到两极之间为永久热汇地区外,南半球5°S～40°S各大陆西边的大洋上都有一个永久热汇中心,另外,在阿拉伯海的北端,北半球15°N～40°N之间太平洋和大西洋的东部也分别有一热汇中心.     

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。     

青藏高原前期冬春季地面热源与我国夏季降水关系的初步分析

首先对青藏高原地表热通量再分析资料与自动气象站(AWS)实测资料进行对比, 结果表明: 相对于美国国家环境预报中心和国家大气中心20世纪90年代研制的NCEP/NCAR(Kalnay 等1996)和NCEP/DOE (Kanamitsu 等2002) 再分析资料, ECMWF(Uppala 等2004)资料在高原地区的地表热通量具有较好的代表性。进一步利用奇异值分解(SVD)方法分析了ECMWF资料反映的高原地面热源与我国夏季降水的关系, 发现前期青藏高原主体的冬季地面热源与长江中下游地区夏季降水量呈负相关, 与华北和东南沿海地区的夏季降水量呈正相关。而长江中下游地区夏季降水量还与春季高原南部的地面热源存在负相关、与高原北部的地面热源存在正相关。高原冬、春季地面热源场的变化是影响我国夏季降水的重要因子。     

大气再分析资料中潜在可预报性的特征及其差异

利用1957年9月—2002年8月ECMWF和NCEP/NCAR月平均再分析资料,分别讨论了冬季和夏季SLP(sea level pressure,海平面气压)、500hPa高度、200hPa纬向风和850hPa经向风年际变率的潜在可预报性特征。结果表明:热带地区的潜在可预报性较高,尤其是赤道中东太平洋地区,而中高纬地区的潜在可预报性则较低。比较两套资料潜在可预报性的异同后发现:南半球的差异均明显大于北半球,特别是南极地区;低层变量的差异均大于中高层变量;东亚大陆在冬、夏季均具有一定的潜在可预报性;冬季各变量均表现出东亚冬季风具有较高的年际变率潜在可预报性,且两套资料的差异较小;500hPa位势高度表现的东亚夏季风潜在可预报性在两套资料中较一致,而低层变量(SLP和850hPa经向风)表现的东亚夏季风年际变率潜在可预报性在两套资料中存在较大差异。     

夏季菲律宾低空越赤道气流与南半球大气环流的关系

采用NCEP/NCAR再分析资料,定义了1950-2009年菲律宾越赤道气流强度指数,并研究其与南半球大气环流的关系。结果表明,菲律宾越赤道气流受南半球低层极地高压、绕极低压带和中纬度副热带高压,以及高层巨大的绕极低压影响;南半球环流对菲律宾越赤道气流的影响主要是通过南极涛动的调整,对澳大利亚高压产生影响来发挥作用,从南极涛动发生调整到对越赤道气流及北半球环流产生影响,有约4a的时滞;澳大利亚高压强度和位置的变化对菲律宾越越赤道气流有重要影响,关键区位于澳大利亚高压西北方向的洋面上。     

COMPARISONS OF THE WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND THE SOUTH ASIA HIGH BETWEEN NCEP/NCAR AND ECMWF REANALYSIS DATASETS

Comparisons of the west Pacific subtropical high with the South Asia High are made using the NCEP/NCAR and ECMWF 500 hPa and 100 hPa monthly boreal geopotential height fields for the period 1961 - 2000. Discrepancies are found for the time prior to 1980. The west Pacific subtropical high in the NCEP/NCAR data is less intense than in ECMWF data before 1980. The range and strength of the west Pacific subtropical high variation described by the NCEP/NCAR data are larger than those depicted by ECMWF data. The same situation appears in the 100-hPa geopotential field. These discoveries suggest that the interdecadal variation of the two systems as shown by the NCEP/NCAR data may not be true. Besides, the South Asia High center in the NCEP/NCAR data is obviously stronger than in the ECMWF data during the periods 1969, 1979 - 1991 and 1992 - 1995. Furthermore, the range is larger from 1992 to 1995.     

3种再分析资料基本统计量比较

为了评估中国气象部门整理的资料的特色和应用价值,使用统计方法检验了中国资料和NCEP/NCAR、ECMWF再分析资料7月100 hPa、500 hPa位势高度场和1月海平面气压场的气候均值和年际方差的差异显著性,并比较了1月和7月北半球主要大气活动中心面积、强度指数的年际变化差异和相关程度。结果表明：1）ECMWF再分析资料7月100 hPa、500 hPa位势高度场的气候均值都显著小于中国资料,且其历年值分别小于1 660、588 dagpm,与中国资料相比不适合用于研究南亚高压、副热带高压;2）中国资料是由单层等压面图上直接读数得到的,更接近实际观测值,更适宜于诊断单个等压面上的气压系统;3）3种资料冬季蒙古高压、阿留申低压的年际变化一致性要好于夏季南亚高压、副热带高压。     

长江流域水分收支以及再分析资料可用性分析

首先利用实测资料定量计算了长江流域水分收支的各分量,包括降水、径流、蒸发、水汽辐合等,分析其季节循环、年际变化以及线性趋势变化。结果表明,多年平均该流域是水汽汇区,主要来自平均流输送造成的水汽辐合,而与天气过程密切相关的瞬变波则主要造成流域的水汽辐散。蒸发所占比例接近于径流,对流域水分循环十分重要。大部分要素的季节变化和年际变化都很大,只有蒸发和大气含水量的年际变化较小。降水和平均流输送造成的水汽辐合一般在6月达到年内最大,12月达到年内最小,而径流和大气含水量则一般滞后1个月于7月达到年内最大,1月降为年内最小。1958—1983年,夏半年降水略微增加,冬半年略微减少,各月实测径流为弱的增长趋势,但均不显著,年平均蒸发亦无显著的趋势变化。然后将实测资料同ECMWF及NCEP/NCAR再分析资料作进一步对比分析,以检验两套再分析资料对长江流域水分循环的描述能力。在量值上,NCEP/NCAR再分析资料中的降水、蒸发、径流均比实测偏大很多,大气含水量及由平均流输送所造成的水汽辐合则偏小很多;ECMWF再分析资料中的降水量、径流量基本上与实测接近,蒸发量偏大,大气含水量及由平均流输送所造成的水汽辐合偏小,但比NCEP/NCAR再分析资料要接近实测。另外,该两套再分析资料均可以较好地描述长江流域水分收支的季节循环和年际变化,而且同样是ECMWF再分析资料与实测资料的一致性更好。但是两套再分析资料在1958—1983年均存在十分夸张的线性趋势变化,尤其是ECMWF再分析资料。     

东亚地区500 hPa位势高度场NCEP/NCAR再分析资料与ERA-40资料的比较

运用统计分析方法对3份500 hPa位势高度场资料,即NCEP/NCAR全球大气再分析月平均资料和欧洲中心ERA-40资料,国家气候中心的NMC资料(该资料的基础是站点观测资料的实测数据,并结合中央气象台的日常累积资料整编而成)进行比较,以讨论NCEP/NCAR再分析资料与ERA-40资料以及NMC资料的相关性,尤其在东亚地区的可靠性.3份资料综合分析得到如下结论:在东亚地区,特别是贝加尔湖以南至中国西北和中西部的大部分区域内(30°-50°N,80°-115°E),NCEP/NCAR资料和ERA-40资料各季的平均场、相关场均存在大范围的显著性差异区,差异最大的季节在夏季,时段为1958-1970年,而在冬季相关较好.同时NCEP/NCAR资料在20世纪60年代初出现异常低值,在60年代中期有突然的增长,而欧洲中心的ERA-40资料和国家气候中心的NMC资料均无此现象.针对以上问题,对北半球500 hPa资料的使用提出如下建议:在东亚地区应用NCEP/NCAR资料时,如果范围涉及贝加尔湖以南至中国西北和中西部地区(30°-50°N,80°-115°E),尽量应用20世纪70年代以后的资料,尤其在春、夏两季;而该区域内的ERA-40资料和NMC资料在这一时段内是基本一致,具有可信性.     

热带大气ISO在几种再分析资料中的对比分析

利用NCEP/NCAR, NCEP/DOE和ERA40 3套再分析资料的逐日200 hPa纬向风数据,选取1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年3种不同气候态,对比分析了3种气候态下热带大气季节内振荡 (ISO) 的基本气候特征及其在不同再分析资料中的异同。研究表明:1981—2010年气候态下,热带大气ISO冬春强、夏秋弱的年循环特征更加明显,东传短波能量增强,起始北传时间偏晚。NCEP/NCAR与NCEP/DOE资料所表征的热带大气ISO在空间分布、强度和能量传播方面的一致性较好。NCEP/NCAR资料反映的热带大气ISO强度在热带印度洋和热带西太平洋地区较ERA40资料偏弱,在赤道东太平洋地区较ERA40资料偏强;ERA40资料反映的热带大气ISO强度在12月—次年3月中旬较NCEP/NCAR资料偏强,而在3月中旬—11月偏弱;ERA40资料反映的热带大气ISO振荡位相较NCEP/NCAR资料超前10 d左右;NCEP/NCAR资料反映的东传谱能量弱于ERA40资料,西传能量强于ERA40资料;7月中旬,NCEP/NCAR资料反映的东亚地区大气ISO经向北传较ERA40资料偏晚。     

宁夏水汽输送气候特征

利用NCEP／NCAR和欧洲中心提供的逐日、逐月再分析资料（包括风场、湿度场资料,分别为17层等压面和23层等压面）和地面气压场资料,计算了宁夏区域的水汽汇和水汽通量。结果表明：宁夏区域水汽汇空间分布在春季为南北正东西负型,夏季为中间正、东西侧负型,秋季为南正北负型,冬季为东正西负型。夏季整个区域的水汽汇为正值。各季的多年时间变化具有相似的特点,为线性减少趋势,3次曲线拟合为先增后减再增的趋势。宁夏地区的水汽来自3个方向：西向、西南向和东南向,其中西南向的值较大,是宁夏的主要水汽通道。多年水汽汇的19a周期通过了0．1信度的红噪声检验,多年水汽汇序列变化较为剧烈,发生了多次突变。     

NCEP/NCAR再分析资料在青藏铁路沿线气候变化研究中的适用性

通过对青藏铁路沿线8个常规气象站的温度和降水观测资料与NCEP／NCAR再分析资料的对比,详细地考查了再分析资料用于青藏铁路沿线气候变化研究的可行性。统计对比分析表明：再分析资料可较好地反映地面气温及降水的年变化特征,可基本反映其年际变率和年际间的差异。然而,再分析的气温值系统性低于实际观测值,降水量则系统性偏大;再分析资料得出的近40年气温长期变化趋势误差较大,降水的长期趋势特别是年降水有一定的参考价值。总体而言,再分析的气温好于降水,青藏铁路沿线主体好于两端,再分析资料可用于青藏铁路沿线主体段年到年际尺度的短期气候变化研究。     

成都地区一次持续性污染过程天气特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料、地面气象观测资料,重点分析了2013年1月成都地区一次重污染天气过程的天气背景以及地面气象要素演变。结果表明:(1)此次持续的污染天气出现在高空为弱脊控制且位势高度场异常偏高,地面处于变性高压脊或均压场且近地面层风速较弱的静稳天气背景下。(2)产生此次高污染(高AQI)的地面气象条件为:地面冷高压逐渐变性,近地面温度升高,海平面气压降低,近地面相对湿度升高至80%左右,无降水或弱降水,能见度将降低至于10km以下,地面风速减弱。(3)中低层弱风速,弱的水平风垂直切变,700h Pa层附近和近地面层的逆温层,不利于污染物在垂直方向上的扩散,使得污染进一步加剧。