4种再分析气温资料在羌塘国家级自然保护区的适用性研究

利用1979 - 2018年羌塘国家级自然保护区边缘的3个气象站点狮泉河（西部）、 申扎（中部）和安多（东部）的观测气温（OT）, 与ERA-Interim（ET）、 NCEP/NCAR（NT1）、 NCEP/DOE（NT2）和JRA-55（JT）4种再分析气温资料, 从年际变化和年变化两方面采用多年气温变化趋势、 均方差、 相关性等参数方法在羌塘自然保护区进行了适用性研究。结果表明： 从多年平均气温年际变化来看, 4种再分析资料在狮泉河（西部）的适用性较差, JRA-55资料在安多（东部）和申扎（中部）的适用性较好, 且冬季再分析气温资料与观测气温的相关性好于夏季; 从多年平均气温年变化来看, 均表现为冬季（1月或12月）最低, 夏季（7月或8月）最高的“单峰型”变化。综合来看, JRA-55资料在羌塘自然保护区的适用性较好, ERA-Interim对多年气温趋势变化表现不准确, NCEP/NCAR和NCEP/DOE与观测气温相比显著偏低。     

多种再分析地表温度资料在中国区域的适用性分析

利用1979-2010年中国805个站点的逐日地表温度观测资料与ERA-Interim、ERA-Interim/Land、JRA-55、NCEP/NCAR和NCEP/DOE五种再分析地表温度资料, 对五种再分析地表温度资料在中国区域的适用性进行了比较与分析. 结果表明: 从空间分布特征来看, JRA-55资料与观测资料最为接近; 五种再分析地表温度资料在东部地区的适用性好于西部地区, 且均不能很好地模拟出青藏高原地区和西北西部地区的地表温度分布. 从地表温度的长期变化来看, 五种再分析地表温度资料虽然可以描述地表温度变化趋势, 但均存在低估现象, 且低估现象随着地表温度的增加变得更加严重. 在地表温度人工观测和自动观测交接的时间段, 可以使用再分析资料作为地表温度均一化的参考序列.     

ERA-Interim和CMFD气象驱动数据在新疆额尔齐斯河流域的适用性评价

气象驱动数据质量是影响流域水文过程模拟精度的一个重要因素。基于新疆额尔齐斯河流域及周边区域8个气象站记录的数据,对ERA-Interim再分析资料和中国区域地面气象要素驱动数据集（CMFD）在流域的适用性进行了评价,并对比了ERA-Interim和CMFD气象要素年均值在流域的空间分布。结果表明：ERA-Interim和CMFD记录气温、相对湿度、向下短波辐射和向下长波辐射数据与观测数据具有较高的一致性,但降水和风速数据与观测数据的一致性比较差。小时尺度上ERA-Interim记录的气温、相对湿度、降水量、向下短波辐射准确度略高于CMFD数据,而日尺度上CMFD记录的所有气象要素的准确度均高于ERA-Interim数据,结合Noah-MP模型的模拟结果,认为CMFD数据在新疆额尔齐斯河流域的适用性整体优于ERA-Interim数据。从两种驱动数据获取的流域气象要素空间分布来看,ERA-Interim和CMFD获取的年平均气温、风速、相对湿度、降水量、向下长波辐射在流域空间具有高度一致性,但向下短波辐射空间分布差别较大。     

过去1000年不同强迫因子对中国东部5～9月降水及其环流场特征影响分析

利用CCSM2.0全球耦合气候系统模式在不同强迫因子下模拟的近千年降水、温度、500hPa位势高度场、850hPa和200hPa风场资料,以及NCEP再分析资料、GPCP降水观测再分析资料、青海德令哈地区近千年降水重建资料,对过去1000年我国东部5～9月降水及环流场特征进行了初步研究.在考虑自然和人为因子的共同影响下...     

五种降水产品在疏勒河上游山区和中下游月尺度降水的适用性对比研究

降水产品为理解降水时空分布提供了新的视角,然而其在不同地区适用性差异很大,目前对不同降水产品在西北内陆河流域上游山区和中下游平原适用性的对比研究还十分有限。利用疏勒河流域及周边9个国家气象站2001-2013年和4个山区自建气象站2008-2013年降水观测数据,基于皮尔逊相关系数（R）、均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）和相对偏差（BIAS）指标,对CMFD、ERA-Interim、GPCC、GPCP V2.3和JRA-55共五种常用降水产品的月尺度降水数据在疏勒河上游山区和中下游平原区的适用性进行了评估对比,结果表明：五种降水产品都可以较好地模拟疏勒河流域多年平均降水的空间分布,总体来说,降水产品在上游的评估的相对误差优于中下游,但绝对误差比中下游大,这与上游降水远大于中下游有关。各产品在上游和中下游的精度排序结果一致,均为CMFD > GPCC > ERA-Interim > GPCP V2.3 > JRA-55。CMFD效果最佳可能与融合了中国更多的地面降水资料有关,其在自建站的效果也表现最佳。不同产品在疏勒河上游山区和中下游月尺度的降水评估中表现较好,但尚不能满足流域水文过程分析和模拟的需要。     

大气环流模式在松花江流域的适用性评价

不同GCMs的输出变量在区域上的表现差异较大。以11个统计特征量为基础,构建了基于秩评分的评价方法,分别对比分析了21个GCMs的17个输出变量在松花江流域与ERA-40再分析资料的吻合程度,以秩评分进行了定量评价。结果显示:不同GCMs对高空气象变量的模拟表现与地面气候要素的模拟表现并不一致,IPSL:CM4、GISS:ER、HadCM3和CSIRO:MK30在松花江流域高空气象变量模拟方面表现相对较好,而CSIRO:MK30、CGCM3.1_T63、GFDL:CM21和BCCR:BCM20在地面气候要素的模拟方面表现相对较好。综合评分结果显示,IPSL:CM4、CSIRO:MK30、GISS:ER和BCCR:CM20在松花江流域的综合表现相对较好。     

青藏高原近地层及北侧气压系统的季节性振荡变化

基于ERA-Interim逐日4次600 hPa位势高度再分析资料, 以及青藏高原和周边地区75个气象站日平均温度、降水和相对湿度资料, 对高原近地层及北侧气压系统的季节性振荡变化进行了分析. 结果表明: 高原近地层及北侧气压系统强度在围绕中心点顺时针运动时不断加强, 逆时针运动时不断减弱. 两气压系统呈明显的跷跷板式变化, 在600 hPa上表现为高度场空间结构沿经向上的调整; 低高压差负值的开始和结束时间与高原季风起讫时间吻合. 高原夏季降水的起讫不仅与高原及北侧气压系统结构密切相关, 而且与高原东南或南部水汽输送条件息息相关.     

沈阳降雪含水比变化特征及其大气影响因子

降雪含水比是新增积雪深度与融化后等量液体深度的比值, 是冬季雪深预报中的一个重要参数, 一般使用经验值10进行积雪深度换算. 利用1981-2012年沈阳站降水量、积雪深度、气温和风速等观测资料及1999-2012年NCEP再分析资料(1°×1°), 分析了沈阳站32 a降雪含水比的变化特征和大气影响因子. 结果表明: 沈阳站降雪含水比的平均值为11.4, 主要集中在6~12区间变化, 小于4和大于20的极值发生概率相对较低, 极值都出现在12月份, 11月和3月均值接近10, 而其他月份在12左右. 小雪的降雪含水比均值最大为13.3, 其它为10点多. 500 hPa上温度和550 hPa上的风速是沈阳站降水含水比的高空大气影响因子.     

黄河、长江源区降水变化的水汽输送和环流特征

利用黄河、长江源区气象站的降水资料和NCEP/NCAR再分析气候资料,分析了黄河、长江源区降水的年际变化,对黄河、长江源区典型多雨年与少雨年的500 hPa位势高度和风场、600 hPa流场、大气水汽含量和水汽输送进行了合成和对比分析.结果表明:黄河和长江源区的降水在近50 a的长期变化趋势都不明显,但在最近10 a黄河源区的降水有明显的减少趋势.而长江源区的降水则有明显的增加趋势;江河源区在多雨与少雨年有明显的环流差异特征,在多/少雨年,500 hPa蒙古低压减弱/加强,西风风速减弱/增强,600 hPa高原辐合线偏北/南,江河源区大气水汽含量增加/减少,西南季风的偏南水汽输送增加/减少.使得江河源区有较多/少的水汽来源,从而降水增多/减少;黄河和长江源区有相似的多雨与少雨年环流差异特征,只是差异程度不同,长江源区多雨与少雨年环流特征差异的强度不及黄河源区.     

NCEP/NCAR再分析气温在南极中山站-Dome A考察断面的适用性研究

以东南极冰盖边缘地带LGB69、冰盖内陆Eagle、冰盖顶点Dome A自动气象站2005—2006年记录的日平均气温为基础,辅以南极大陆边缘中山站2005年的连续气温资料,根据4个站点的海拔、气温、气压和地形,选择最接近气象站观测点的气压层,通过改进的9格点反距离加权内插法,分析NCEP/NCAR再分析气温在该断面的适用性.结果表明:NCEP/NCAR再分析气温与中山站、LGB69站、Eagle站和Dome A站实际观测值之间的相关系数分别高达0.624、0.648、0.744和0.705(p0.001,n≥365),能够反映本地区气温的年变化和季节变化.但与实测值相比,再分析资料具有气温普遍偏高、年温差和标准偏差偏小、春夏季适用性强而秋冬季适用性差等特点.此外,从南极冰盖边缘至内陆,再分析气温误差有增大的趋势.     

Reliability of reanalyses products in simulating precipitation and temperature characteristics over India

Various reanalyses have been utilized in numerous climate related researches around the globe, however, there exists considerable biasedness in these products, especially in precipitation and temperature data. The ability of these reanalysis products to simulate the precipitation and temperature patterns is observed to be satisfactory at global scale, while it differs significantly at regional scale, especially over regions of high spatio-temporal heterogeneity such as India. Therefore, it is essential to evaluate the applicability and robustness of reanalyses in climate related research. The annual and seasonal variability in spatio-temporal patterns and trends of precipitation and temperature data, with respect to the IMD gridded data over 34 yrs, are evaluated for six global reanalyses namely, NCEP/NCAR Reanalysis (NCEP R1), NCEP-DOE AMIP-2 Reanalysis (NCEP R2), Climate Forecast System Reanalysis (CFSR), ECMWF Interim Reanalysis (ERA-Interim), Modern Era Retrospective Analysis for Research and Application Land only model (MERRA-Land) and JMA 55-year Reanalysis (JRA-55). The ability of the reanalyses was tested based on several factors such as statistical and categorical indices, spells and trends, for annual and seasonal daily values. Several regional and seasonal differences were observed, particularly over high rainfall regions such as Western Ghats and northeastern India. MERRA-Land is found to give the best results for precipitation over India, which is attributed to the updated forcing data using gauge-based precipitation observations. Similarly, ERA-Interim and JRA-55 exhibit better performance for temperature than other datasets. All reanalyses failed to correctly reproduce the trends in IMD data, for both precipitation and temperature. These observations will provide a better perception on the reliability and applicability of reanalyses for climate and hydrological studies over India.     

Variations in long term wind speed during different decades in Arabian Sea and Bay of Bengal

A study has been carried out by comparing the extreme wind speeds estimated based on NCEP/NCAR reanalysis data for 100 years return period using Fischer Tippet-1 (commonly known as Gumbel) and Weibull distributions for three locations (off Goa, Visakhapatnam and Machilipatnam) in the north Indian Ocean. The wind dataset for Goa is compared with that from ERA-40 data. For higher wind speeds (12–20m s⁻¹), NCEP wind speed has higher percentage of occurrence than that of ERA-40. Analysis has shown slight upward trend in the annual maximum wind for location off Machilipatnam with an increase of 1.2 cm s⁻¹ per year and a decreasing trend of −1.3 cm s⁻¹ per year in the case of Goa. The Weibull distribution with shape parameter 2 fits the annual maximum wind data better than FT-1 distribution.     

1980-2009年西藏地区水汽输送的气候特征

利用1980-2009年NCEP/NCAR月平均再分析格点资料, 分析了近30 a来西藏地区水汽输送的气候特征. 结果表明: 1)西边界和南边界为水汽流入边界, 北边界和东边界为水汽流出边界; 夏季水汽总输入量最大, 冬季最小且季节差异显著; 春季水汽总输出量最大, 冬季最小且季节差异不明显; 春、 冬季为净水汽支出, 夏、 秋季为净水汽收入; 2)无论是年还是不同季节平均, 近30 a来西边界水汽输入量、 北边界水汽输出量基本呈现增加趋势或弱的减少趋势, 东边界水汽输出量、 南边界水汽输入量基本呈现减少趋势; 总水汽输入、 输出量均呈现减少趋势; 年、 夏季、 秋季净收入量呈现减少趋势, 春季、 冬季净支出量呈现增加趋势; 3)西藏地区冬、 春、 秋季的水汽主要来自中纬度西风带水汽输送, 夏季水汽主要来自阿拉伯海、 孟加拉湾、 南海和西太平洋地区, 夏季南边界的水汽输送状况对西藏地区降水起着决定性作用.     

1971-2015年青藏高原东北边坡降水特征及主要影响因子分析

利用1971-2015年青藏高原东北边坡20个站的降水观测资料和美国国家环境预报中心（NCEP）再分析资料,分析了青藏高原东北边坡年、季降水量空间分布和变化趋势,并采用相关系数法分析和讨论其所受的影响因素。结果表明：青藏高原东北边坡地区的年、季平均降水量空间分布极为不均,总体上是从南向北递减,东北部最少;青藏高原东北边坡年、夏、秋季平均降水量北部呈上升趋势,南部呈下降趋势;青藏高原东北边坡地区年平均降水量呈下降趋势,气候倾向率为-3.1 mm·（10a）^-1,其中春、秋、冬季平均降水量呈上升趋势,夏季平均降水量呈明显下降趋势;青藏高原东北边坡地区年、季降水量的显著周期为2～3 a、4～5 a及10～15 a;南亚季风对青藏高原东北边坡地区降水量影响显著,为明显的正相关,西风指数对高原东北边坡地区降水量有一定影响,相关不是很明显,与其北部降水量呈正相关,南部降水量呈负相关。     

巴伦支-喀拉海海温和青藏高原冬季地表气温的年代际联系

基于1961—2017年中国气象局地表气温数据、JRA-55大气再分析数据以及美国国家海洋和大气管理局延伸重建的海温资料,研究了青藏高原冬季地表气温的年代际变化特征及其与海温的可能联系。结果表明：巴伦支-喀拉海冬季海温年代际变化可以激发出向东传播的Rossby波,在西伯利亚对流层高层产生异常的气旋或反气旋性环流,通过影响副极地以及副热带西风急流强度,在青藏高原的南侧产生异常的反气旋或气旋性环流,从而使得青藏高原上空的垂直运动发生变化,导致青藏高原冬季地表气温异常。     

青藏高原南部冰芯记录与大气环流的关系*

通过念青唐古拉峰拉弄冰川垭口处(30°24'30″N, 90°34'12″E;海拔5850m)长度为29.5m的冰芯记录,恢复了1952~1998年间大气降水δD和净积累量的时间变化序列。上述两组序列与NCEP/NCAR气候资料的相关分析表明:δD和净积累量与中亚冬季的气压、南亚和青藏高原冬季、夏季的位势高度关系密切。中亚地区冬季气压的升高以及冬、夏季南亚和青藏高原位势高度的异常增强了印度夏季风,导致了念青唐古拉峰地区20世纪80年代以来降水量的增多和降水中δD值的降低。根据念青唐古拉冰芯δD和净积累量记录及其与亚洲地区大气环流的关系,可以通过青藏高原南部较长的冰芯记录来恢复过去该地区大气环流变化的历史。     

Climatological Characteristics of the East Asian Winter Monsoon Simulated by CWRF Regional Climate Model

Based on the ERA-Interim atmospheric reanalysis data from the European Medium-Term Weather Forecast Center from 1979 to 2016 and the ERSSTv4 sea surface temperature data from the US National Oceanic and Atmospheric Administration, the regional climate model CWRF was used to simulate the climate characteristics in East Asia. The results show that the CWRF model can well reproduce the average characteristics of the East Asian winter monsoon circulation, including the location and intensity of the low-level continental cold high pressure and variation characteristics of wind field in high and low levels. The occurrence area and frequency of the north wind in the simulation and the reanalysis data were further calculated and compared. It is shown that they are basically consistent. The distribution of air temperature and precipitation over China are well represented by the model. The water vapor transport is also in good agreement with the reanalysis data. The water vapor from the Bay of Bengal plays a vital role in the precipitation over South China. The simulation results of apparent heat source and apparent moisture sink show that the model can well simulate the thermal difference between the East Asian continent and the adjacent sea area. The analysis results indicate that CWRF model has the ability to simulate the main characteristics of the East Asian winter monsoon.     

Study of the relationship between African ITCZ variability and an extreme heat wave on Egypt in summer 2015

An extreme heat wave hit Egypt in summer 2015. Abnormal hot weather conditions existed over Egypt for the entire summer season. The present paper investigates the relationship between the intertropical convergence zone (ITCZ) over Africa and a scorching heat wave that existed over Egypt in summer 2015. The National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) reanalysis data of mean surface air temperature for the domain of Egypt for the summer season from 1948 to 2015 were used in this study. In addition, data of the daily maximum and daily minimum temperature used for the summer season of the year 2015 were also used. Time cross-section analysis of the daily operational data of geopotential height at level 500 hPa over Egypt from 1 June to 31 August 2015 was done. Moreover, the African ITCZ, both the western and the eastern ITCZ, data for summer of 2015 were used for the said period. The time series, time cross-section, anomaly, and correlation coefficient techniques were used to analyze the datasets. The results revealed that a new climate change record of heat wave over Egypt existed in summer 2015. Moreover, there is an outstanding significant positive correlation between the abrupt shift of African ITCZ position and heat wave occurrence over Egypt in summer 2015. In particular, the southerly movement of the eastern African ITCZ controls the weather over Egypt and led to the extreme heat wave in summer 2015.