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。     

L波段雷达探空高度评估及其质量标识

以美国NCEP FNL分析数据和我国GRAPES_GFS预报数据为背景场,对2016年7月1日-2017年6月30日北京探空站的L波段秒级探空位势高度（探空高度）从观测余差、平均偏差、标准偏差、概率密度分布、峰度系数、偏度系数、相关系数和均方根误差等参数进行误差分析。根据分析结果对探空高度进行质量标识,并根据质量标识的结果再次求解参数,评估质量标识效果。结果表明:探空高度质量较好,无论是基于NCEP FNL还是GRA-PES_GFS,探空高度的误差基本在±5 dagpm以内。探测高层的观测余差平均偏差和标准偏差表明基于GRAPES_GFS的评估优于NCEP FNL的评估。单一个例选取的可疑点和错误点阈值具有误差特征、自适应的特点。     

1979年以来南极平流层冬季变暖

极地气候比其他区域有着更为显著的变化,这不仅反映在极地近地面和对流层,也同样反映在平流层。使用NCEP/NCAR、NCEP/DOE和ERA40月平均再分析资料,研究了南极平流层温度和位势高度的年代际变化趋势。结果表明,自1979年以来在冬季南极平流层存在变暖的趋势。分析NCEP/NCAR和NCEP/DOE再分析资料的结果是变暖主要出现在7—10月,最大增温位于30hPa,27a(1979—2005年)的最大增温幅度超过7℃。分析ERA40的结果是变暖主要出现在6—9月,较NCEP/NCAR和NCEP/DOE早1个月,最大增温位于平流层上层(5和3hPa),23a(1979—2001年)的最大增温幅度超过10℃。在平流层高层,最大增温位于极区中心;在平流层中低层,最大增温位于极区外围偏向澳大利亚一侧。伴随着温度的升高,南极平流层的位势高度也存在升高的趋势。在NCEP/NCAR和NCEP/DOE再分析资料中,最大位势高度升高位于10hPa,27a里的升高幅度超过450m。ERA40给出的结果相对弱一些,23a里的最大升高幅度接近300m。进一步的计算结果表明,进入南半球平流层的波动通量也有增加的趋势,可能是平流层波动增强导致了向南极的残余环流增强,与之相关的极圈内下沉运动也随之增强,下沉运动产生绝热加热,从而造成南极平流层增温和位势高度升高。     

北半球冬季中纬度位势高度场的季节内振荡

利用1979—2012年逐日NCEP/DOE再分析资料,分析北半球中纬度冬季(11月1日—4月30日)对流层位势高度的季节内振荡特征。结果表明:对流层上层位势高度的季节内变化强度较中下层更强,中心主要位于太平洋和大西洋上空;对流层上层位势高度场主要为1~3波的超长波形势,功率谱分析结果表明其时间序列呈现显著的季节内振荡(10~60 d)特征;10~60 d滤波的位势高度异常空间分布与原异常场一致,位势高度季节内振荡随时间主要表现为向西传播的特征,尤其表现在北太平洋上空,而亚欧大陆更为复杂一些;亚洲冬季风对北半球中纬度位势高度的季节内振荡有响应,主要表现为蒙古高压位置和强度的异常,继而对我国冬季气温产生影响。     

探空观测黑名单检查在变分同化系统中的应用

针对探空观测资料使用造成的某些区域GRAPES分析场存在虚假的高、低压系统问题,该文通过对比全球探空资料的位势高度观测与NCEP分析场,统计站点中观测质量较差的时次出现频数,确定探空位势高度观测黑名单。研究表明:500 hPa在印度地区、北大西洋和南极洲附近的探空位势高度观测与NCEP分析场的均方根误差在30 gpm以上的站点较多,且位势高度观测不可靠观测比率为20%以上的站点主要集中这些区域,以上观测站均列入黑名单。文中在GRAPES全球三维变分分析场的质量控制中加入探空位势高度观测黑名单检查,通过6 h分析预报循环试验表明:探空位势高度观测黑名单检查能有效提高分析场质量,GRAPES位势高度分析场在南极洲附近和印度地区有所改善。     

青藏高原地区上空NCEP/NCAR再分析温度和位势高度资料与观测资料的比较分析

利用青藏高原12个探空站资料及NCEP/NCAR再分析资料,对各标准等压面上的月平均温度和位势高度资料进行了比较,结果表明:NCEP/NCAR再分析资料能够客观地反映青藏高原上空温度和位势高度多年平均的气候特征;与实际探空资料相比,在年际变化中再分析资料的温度和位势高度也具有较高的可信度;但在长期趋势变化上,再分析资料在青藏高原对流层低层存在着明显虚假的变化趋势.总之,再分析温度和位势高度资料在青藏高原气候研究中有较高的参考价值,尤其是1979年后再分析资料的质量在平流层低层得到明显的改善.     

半球月平均位势高度场的若干环流指数及其变化特征

给出了表征半球月平均位势高度场性质的若干环流指数：气候场强度Ic、气候异常场平均强度Ia、气候场不稳定度Ius。用NCEP／NCAR40a再分析月平均位势高度场资料作了计算和分析，结果表明，这些环流指数存在清晰的时空结构和北、南半球差异，它们概括地给出了地球大气位势高度场气候及其异常的基本特点。     

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.       

北太平洋冬半年位势高度季节内振荡及其诊断分析

利用NCEP/DOE再分析资料,分析了1979—2012年北太平洋对流层冬半年位势高度的季节内振荡特征。结果表明:北太平洋上空的位势高度表现为显著的10~40 d季节内振荡特征,50~80°N纬度带内振荡最强,主要由东向西传播;位势高度季节内振荡的演变过程伴随太平洋高压脊以及东亚大槽的显著变化;在垂直方向上具有准正压的结构,位势高度季节内振荡的时间演变与地转涡度平流和散度项的季节内振荡有关,其向西移动也是受地转涡度平流和散度项的引导。     

2012年7月中旬克拉玛依罕见强对流天气的数值模拟分析

本文利用NCEP—FNL分析资料、自动站观测资料、卫星云图、天气雷达探测资料以及WRF模式的模拟结果,对2012年7月14日新疆克拉玛依罕见的短时强降雨和冰雹强对流天气的机理进行了诊断分析,结果表明:在大尺度湿性不稳定层结的环境场中,冷空气的入侵在山区地形配合下,在背风坡侧造成强烈的水平温度梯度和地面辐合线,利于强对流的发生。WRF模拟结果显示,高低空风速大值区的配置,环境风场的垂直切变,垂直方向上假相当位温的鞍形配置给垂直上升运动的加强提供基础,使最大上升速度达到6.5 m·s~(-1),上升高度达9 krn,同时也看到,由于中层湿中性层结较薄,难以长时间维持上升运动的发展,上升运动区较为窄小,强降雨发生区域仅为二十几千米。山区地形对强对流发展的作用较为复杂但也很明显,地形阻挡加强了地面风场的切变辐合,同时气流过山引发正负位势涡度带的生成和传播,激发垂直环流的形成,为强对流发展提供动力条件。     

L波段与59 701探空系统观测资料差异评估

利用四川在59-701探空系统向L波段雷达GTS1型电子探空仪系统转变时,就4个高空台站开展了两套系统对比观测的资料进行了差异评估。结果表明:太原厂59型探空仪所测的温度、位势高度比上海厂59型探空仪所测偏高。100 hPa高度以下温度、位势高度观测数据没有明显的跳变,但以上高度换型带来的变化较明显;两套系统所测湿度差异较大,近地面差值最小,差值随高度升高而增大;L波段系统所测湿度基本是低于59-701系统所测湿度。两套系统所测平均风向、平均风速差异较小。直接差异各要素差异的峰值均较大。各要素差值的离散情况随高度的变化各异,总体离散程度最大的是位势高度,其次依次是风向、湿度、露点、风速、温度。两套系统所测要素的差值变化趋势虽然普遍没有太大差异,但湿度、风向和风速的差值变化还是表现出与地理位置、季节和施放时间有关。两套系统在观测所使用设备、原理、精度、订正、观测方法、对比时的放球时间等的不同,都会引起测量值出现差异。     

L波段与701 400M探空系统观测资料比较评估

利用四川达州站在701-400M探空系统向L波段雷达GTS1-2型电子探空仪系统转变时的对比观测资料进行了评估分析。结果表明:温度平均差值为-0.28℃,200hPa以下平均差值为-0.05℃,200hPa以上平均差值为-0.52℃,换型带来的温度变化还是明显的;直接差异的80.1%在-1.0~1.0℃间。位势高度平均差值为-7.63gpm,100hPa以下高度平均偏低-1.13gpm,100hPa以上高度平均偏低-19.57gpm,换型带来的位势高度变化还是明显的;直接差异的89.0%在-50~10gpm间。湿度平均差值为-2%,直接差异的87.2%在-20%~10%间。风向平均差值为1.0°,直接差异的80.1%在-10°~10°间。风速平均差值为0.3m/s,直接差异的95.0%在-5~5m/s间。就平均差值来看,温度、位势高度、湿度是L波段系统所测值低于701-400 M系统所测值,而风向、风速则反之。换型造成各要素差异的峰值还是较大。由于两套系统所使用的设备、探空仪的制造、测量精度、施放、接收等方面的不同,都会引起测量值出现差异,但对各要素的影响确有所不同。     

南极探空与两套再分析资料的对比分析

基于南极18个站点探空气象观测数据对欧洲中期天气预报中心的再分析数据(ERA-Interim)和美国国家环境预报中心的再分析数据(NECP)在南极地区高层大气的适用性进行验证。结果表明:在南极上空,随着高度抬升,探空气象观测数据与两套再分析数据中四个气象要素的差值均逐渐变大,再分析数据数值愈加偏离实际观测数值。两套再分析数据的位势高度和温度与探空观测数据偏差较小;风向则和探空观测数据相差甚远;两套再分析数据的风速与探空观测数据在300 hPa偏差较大。在季节变化中,南极的春季,再分析数据中的位势高度和温度与探空观测数据相差较大,在其他季节相差相对较小。再分析数据中的风速与探空观测数据在南极的夏季相差较小。再分析数据中的风向与探空观测数据存在较大偏差,且差值没有明显的季节变化。尽管两套再分析数据都存在很大偏差,但ERA-Interim数据整体上优于NCEP数据。对比分析也表明,采用这些再分析资料作为初始条件和边界条件驱动南极区域大气模式将带来较大的误差。未来需要加强南极探空观测,改进再分析资料同化和数值模拟系统。     

中国区域位势高度场探空与再分析资料的对比分析

利用中国高空探空资料和NCEP/NCAR、ERA以及JRA 3种再分析资料,采用偏差、线性趋势、EOF等统计方法,分析、讨论了再分析资料位势高度场在中国区域的适用性问题。结果表明:在年平均场上,探空资料在中国北方地区对流层中存在上升趋势,在平流层低层存在下降趋势;并且有整层变化相同的年际变化特征和对流层南北方反位相变化的年代际变化特征。再分析资料位势高度场数值上普遍小于探空资料;NCEP/NCAR资料与探空资料较为接近。在季节平均场上,探空资料在冬季对流层中存在一致的上升趋势,在春、夏和秋季的长期变化趋势与年平均场类似;探空资料与再分析资料在冬季的偏差最小。不同资料的EOF第一模态分布,在不同季节中差别较大,NCEP/NCAR资料在春季、夏季和冬季适用性较高,ERA资料在秋季适用性较高。     

An Online Model Correction Method Based on an Inverse Problem:PartⅡ——Systematic Model Error Correction

An online systematic error correction is presented and examined as a technique to improve the accuracy of real-time numerical weather prediction, based on the dataset of model errors(MEs) in past intervals. Given the analyses, the ME in each interval(6 h) between two analyses can be iteratively obtained by introducing an unknown tendency term into the prediction equation, shown in Part I of this two-paper series. In this part, after analyzing the 5-year(2001–2005) GRAPESGFS(Global Forecast System of the Global and Regional Assimilation and Prediction System) error patterns and evolution,a systematic model error correction is given based on the least-squares approach by firstly using the past MEs. To test the correction, we applied the approach in GRAPES-GFS for July 2009 and January 2010. The datasets associated with the initial condition and SST used in this study were based on NCEP(National Centers for Environmental Prediction) FNL(final) data.The results indicated that the Northern Hemispheric systematically underestimated equator-to-pole geopotential gradient and westerly wind of GRAPES-GFS were largely enhanced, and the biases of temperature and wind in the tropics were strongly reduced. Therefore, the correction results in a more skillful forecast with lower mean bias and root-mean-square error and higher anomaly correlation coefficient.     

High-resolution mesoscale analysis data from the South China heavy rainfall experiment (SCHeREX): Data generation and quality evaluation

In this study, the observational data acquired in the South China Heavy Rainfall Experiment (SCHeREX) from May to July 2008 and 2009 were integrated and assimilated with the US National Oceanic and Atmospheric Administration’s (NOAA) Local Analysis and Prediction System (LAPS; information available online at ). A high-resolution mesoscale analysis dataset was then generated at a spatial resolution of 5 km and a temporal resolution of 3 h in four observational areas: South China, Central China, Jianghuai area, and Yangtze River Delta area. The quality of this dataset was evaluated as follows. First, the dataset was qualitatively compared with radar reflectivity and TBB image for specific heavy rainfall events so as to examine its capability in reproduction of mesoscale systems. The results show that the SCHeREX analysis dataset has a strong capability in capturing severe mesoscale convective systems. Second, the mean deviation and root mean square error of the SCHeREX mesoscale analysis fields were analyzed and compared with radiosonde data. The results reveal that the errors of geopotential height, temperature, relative humidity, and wind of the SCHeREX analysis were within the acceptable range of observation errors. In particular, the average error was 45 m for geopotential height between 700 and 925 hPa, 1.0–1.1°C for temperature, less than 20% for relative humidity, 1.5–2.0 m s⁻¹ for wind speed, and 20°–25° for wind direction. The above results clearly indicate that the SCHeREX mesoscale analysis dataset is of high quality and sufficient reliability, and it is applicable to refined mesoscale weather studies.     

High-Resolution Mesoscale Analysis Data from the South China Heavy Rainfall Experiment (SCHeREX): Data Generation and Quality Evaluation

In this study,the observational data acquired in the South China Heavy Rainfall Experiment (SCHeREX)from May to July 2008 and 2009 were integrated and assimilated with the US National Oceanic and Atmospheric Administration's (NOAA) Local Analysis and Prediction System (LAPS; information available online at http://laps.fsl.noaa.gov).A high-resolution mesoscale analysis dataset was then generated at a spatial resolution of 5 km and a temporal resolution of 3 h in four observational areas:South China,Central China,Jianghuai area,and Yangtze River Delta area.The quality of this dataset was evaluated as follows.First,the dataset was qualitatively compared with radar reflectivity and TBB image for specific heavy rainfall events so as to examine its capability in reproduction of mesoscale systems.The results show that the SCHeREX analysis dataset has a strong capability in capturing severe mesoscale convective systems.Second,the mean deviation and root mean square error of the SCHeREX mesoscale analysis fields were analyzed and compared with radiosonde data.The results reveal that the errors of geopotential height,temperature,relative humidity,and wind of the SCHeREX analysis were within the acceptable range of observation errors.In particular,the average error was 45 m for geopotential height between 700 and 925 hPa,1.0-1.1℃ for temperature,less than 20％ for relative humidity,1.5-2.0 m s-1 for wind speed,and 20°-25° for wind direction.The above results clearly indicate that the SCHeREX mesoscale analysis dataset is of high quality and sufficient reliability,and it is applicable to refined mesoscale weather studies.     

两种再分析资料与RS92探空资料的比较分析

利用2008年5～12月在安徽寿县获得的逐6小时RS92探空资料,与同期的NCEP/NCAR和ERA-Interim两种再分析资料(6h)进行比较分析,计算分析了标准气压层上探空与再分析资料的温度、纬向风、经向风和相对湿度的相关系数、偏差和平均绝对差。结果表明:在所有标准层高度,ERA-Interim再分析资料与探空资料的相关优于NCEP再分析资料的与探空资料的相关,温度和风速再分析资料与探空资料的相关优于相对湿度的相关;温度再分析资料与探空资料的相关系数在1000～250hPa接近1,在250hPa以上随高度减小,ERA-Interim与探空资料的偏差的绝对值基本小于0.3℃,而NCEP与探空资料的偏差绝对值在1000hPa上要大一倍;纬向风再分析资料与探空资料的相关系数在对流层中高层大于对流层低层和平流层低层,经向风的相关在对流层随高度增加,在平流层低层迅速减小;风速再分析资料与探空资料的偏差绝对值小于1m·s-1;相对湿度再分析资料与探空资料的相关随高度减小,偏差在400～100hPa层较大,达10%～20%,在更高层小于10%。