四川省多种土壤水分资料对比分析

从降水响应、指标评估两个方面对比分析了四川省西昌、宜宾和乐至3站2017~2018年CLDAS土壤湿度产品、人工观测和自动土壤水分站3种土壤水分资料。结果表明,3种资料的土壤相对湿度对降水都有较好的响应,其中自动站对土壤水分变化的响应最为明显,而CLDAS的响应则较为平缓,CLDAS体积含水量对降水的响应不如CLDAS相对湿度好,特别是在深层,基本没有响应降水影响。对比评估指标显示,各站土壤相对湿度人工观测与自动站的相关性最好,西昌站3种资料两两间相关性最好,乐至站各资料间的相关性较差,偏差和均方根误差也较大,体积含水量各站各资料间相关性没有相对湿度高。总体看,CLDAS土壤湿度产品,特别是相对湿度在浅层对降水的响应要好于深层,与人工观测和自动站的相关性也好于深层,CLDAS土壤湿度产品在浅层可以弥补四川部分地区自动站稀疏的缺陷。      

再分析资料和陆面数据同化资料土壤湿度产品在中国北方地区的适用性评估

土壤湿度是地球系统模拟的重要参数之一,准确获得其时空分布和变化特征是研究陆-气相互作用的基础。再分析资料和陆面数据同化资料均可提供全球或区域高分辨率土壤湿度产品,但在使用前需要对其进行评估分析。利用土壤湿度观测数据,计算ERA5、ERA5-Land、NCEP-DOE R2、CRA40再分析资料和GLDAS-Noah、GLDAS-CLSM、CLDAS陆面数据同化资料土壤湿度产品与观测数据的中位数、模拟偏差、相关系数等统计指标,并分季节和气候区讨论不同土壤湿度产品在中国北方地区的模拟效果。结果表明:整体来看,CRA40与观测值的相关性最好,ERA5和ERA5-Land分别对干中心、湿中心模拟效果更好,GLDAS-Noah对于较干土壤地区模拟略偏湿,CLDAS对较湿土壤地区模拟结果以系统性偏干为主,NCEP-DOE R2和GLDAS-CLSM模拟效果较差;ERA5、ERA5-Land、NCEP-DOE R2、GLDAS-Noah和CLDAS在所有季节均为模拟正偏差,春季模拟效果较好的是CRA40、ERA5-Land,夏季和秋季ERA5-Land、ERA5和CRA40与观测值相关性较好,不同产品模拟的冬季土壤湿度和观测值相关性是全年中最小的;不同土壤湿度产品在干旱区以模拟偏湿为主,GLDAS-Noah模拟效果最佳,但模拟土壤湿度峰值和谷值的出现时间较观测较早,GLDAS-Noah、CRA40、ERA5能较好模拟季风区干、湿土壤的持续时段和土壤湿度变化振幅,大部分产品能模拟出夏季风影响过渡区较干土壤和较湿土壤的出现时间。     

CLDAS地面要素产品在陕西的适用性评估

基于陕西省1 540个地面自动气象站的观测资料,采用平均误差、平均绝对误差、均方根误差、相关系数等评估指标对5 km分辨率的CLDAS小时产品——2 m气温、2 m相对湿度、能见度、10 m风速在陕西的适用性进行了评估检验。结果表明:CLDAS 2 m气温、2 m相对湿度产品在陕西质量较好,能见度次之,10 m风速质量相较差。对CLDAS 2 m气温评估结果的进一步分析表明,各评估指标具有一定的月变化、日变化特征,但整体质量趋于稳定;高海拔地区,评估指标变化明显,代表性相对差。CLDAS 2 m气温对日最高、最低气温也有很好的指示性。分辨率为1 km与5 km的CLDAS 2 m气温产品对比评估表明,1 km气温产品的误差较小,相关系数更大,尤其对于高海拔地区,质量有明显改善,代表性增强。     

CLDAS融合土壤相对湿度产品适用性评估及在气象干旱监测中的应用

基于2008—2017年全国自动气象观测站逐旬土壤相对湿度观测数据,综合评估中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）0～20 cm层融合土壤相对湿度产品在中国地区的适用性,评估表明CLDAS土壤相对湿度产品在中国东北、西北、江南大部及华南等地区存在较大系统性误差,总体上适用性较差。为消除CLDAS土壤相对湿度产品的系统性误差,采用回归订正法、7旬滑动平均订正法和临近加权前旬订正法对CLDAS土壤相对湿度产品进行误差订正处理,对订正结果评估发现：订正处理后CLDAS土壤相对湿度产品与站点观测的相关性显著增加,系统偏差基本消除,适用性明显提高,3种订正方法中临近加权前旬订正法的订正效果最优。最后,采用经不同方法订正后的CLDAS土壤相对湿度产品对2017年5月东北—华北地区一次气象干旱个例进行重现,对比验证表明：相对其他两种订正方法,经临近加权前旬订正法处理后的CLDAS土壤相对湿度产品能更为精准地重现2017年5月东北—华北地区气象干旱的落区和强度。〖JP〗     

中国自动土壤水分观测资料质量控制方法设计与效果检验

土壤湿度资料对气候变化、农业干旱监测、农业气象预报与服务等研究具有重要意义,为剔除土壤湿度观测资料中的异常数据,本文提出了一套适用于全国自动土壤水分观测资料的质量控制方法。首先,以2014年全国自动土壤水分观测资料为基础,根据资料中异常数据的特征将异常数据分为四类。其次,从界限值检查、内部一致性检查、时间一致性检查等方面提出:异常极值检查、异常增大检查、异常减小检查、异常恒定检查四类方法。最后,利用2014—2015年全国观测资料以及中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)土壤体积含水量数据集产品(V2.0)对各检查方法应用效果进行检验,结果表明:(1)四类检查方法均可判断出自动土壤水分观测资料中的疑误数据;(2)四类检查方法的判定结果在时间连续性及空间分布上具有一定的一致性;(3)该质量控制方法可减小观测数据与CLDAS数据之间的均方根误差(RMSE)。目前,该方法已应用于我国气象资料处理业务系统。     

四川省CLDAS和ECMWF再分析数据风速产品评估

利用2019年1月1日00时～12月31日23时(世界时)四川156个国家站和1768个区域站的观测数据,评估全国智能网格实况分析产品(CLDAS)和ECMWF再分析数据(ERA5-Land)的10m风产品。采用双线性插值方法,将两种分析产品插值到气象站点,与观测值对比,通过平均误差,平均绝对误差,均方根误差和相关系数等指标对以上两种产品进行评估比较。结果表明:两种分析产品对于四川省国家站和高原地区区域站风速都以低估为主,但盆地区域站高估。风速在高原地区所有评估指标都比盆地内差,高原地区需谨慎使用格点风产品。CLDAS对于国家站的各项评估指标都优于ERA5-Land。两种产品与区域站的平均误差,平均绝对误差,均方根误差结果整体相近,但CLDAS对非独立区域站的误差相对更小。ERA5-Land相关性较差,与四川地区实际观测的地面风速变化趋势相反, 不适用于四川。      

基于CLDAS资料的内蒙古干旱监测分析

以内蒙古地区为研究区域,对中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）的土壤湿度和降水数据进行了评估,使用土壤相对湿度法和连续无降水日数法监测2014年夏季干旱,并选择干旱年（2014年）和湿润年（2013年）与标准化降水指数和降水百分位指数法进行验证分析。结果表明：CLDAS资料能够很好地再现日土壤相对湿度动态变化情况和降水落区与量级,能够满足干旱监测的需求;基于CLDAS数据的土壤相对湿度法可以方便、快捷地监测干旱日变化和区域性变化,连续无有效降水日数法对评估长时间、持续性干旱较为有效;CLDAS同化数据在时效性、分辨率、代表性上能够满足气象服务的需求,可作为观测资料的重要补充广泛应用于业务和科研,特别是对于地广人稀且气象站点相对较少的内蒙古地区气象服务潜力巨大。     

CLDAS和GLDAS土壤温度数据在陕西省的适用性评估

利用陕西省2016年97站逐日5cm土壤温度观测数据,结合相关系数、平均偏差和均方根误差等统计参数,评估了中国气象局陆面数据同化系统CLDAS2.0和美国全球陆面数据同化系统不同陆面模式(Noah-GLDAS2.1,Noah-GLDAS1,CLM-GLDAS1)土壤温度数据在陕西省的适用性。结果表明:(1)CLDAS2.0在陕西省的相关系数最高,均方根误差最小,Noah-GLDAS2.1次之,Noah-GLDAS1最差。(2)从陕西省3个区域的时间演变序列的分析可以看到,CLDAS2.0和Noah-GLDAS2.1能很好模拟出土壤温度的季节变化以及日变化,Noah-GLDAS1、CLMGLDAS1对于日变化的模拟较差,且前两者偏差也明显小于后两者。(3)Noah-GLDAS2.1在陕北与关中地区土壤温度模拟能力与CLDAS2.0相差无几,但在陕南地区CLDAS2.0要好于Noah-GLDAS2.1。总体来看,CLDAS2.0对陕西省土壤温度模拟能力最好,在陕西省有着更好的适用性。     

CLDAS土壤湿度模拟结果及评估

中国气象局陆面数据同化系统（CLDAS V1.0）由陆面驱动数据融合和陆面模式模拟两部分组成。基于驱动数据,选取Canmunity Land Model 3.5（CLM3.5）作为CLDAS V1.0系统的陆面模式进行模拟试验,并对土壤模拟结果进行评估。利用2013年经过质量控制的中国气象局业务化自动土壤水分观测站实况数据、青藏高原试验观测数据及国际同类产品对模拟结果进行评估,结果表明:从各省以及全国平均结果看,相关系数普遍在0.8以上,偏差基本为-0.04~0.04 mm3·mm-3,平均均方根误差为0.04~0.05 mm3·mm-3,在青藏高原地区与国际同类产品相比,精度也有一定提高。总体而言,模拟结果已达到较高精度,数据集产品对中国区域干旱监测等具有重要意义。     

基于WebGIS的实况网格产品应用分析平台及关键技术

实况网格产品是智能网格预报业务重要数据源。为满足气象业务及气象服务对实况网格产品的服务需求,在实时收集和处理各种实况网格产品基础上,采用JavaScript、HTML、CSS等web技术,构建了基于WebGIS的实况网格产品应用分析平台。采用Leaflet、Canvas等技术搭建了基于HTML5的WebGIS框架,实现了各种实况网格产品叠加地理信息统一展示。通过格点与站点观测数据的对比分析,提供产品的实时数据质量评估分析。基于网格格点,实现任意区域、不同要素等级的格点面积及面积比例等定量指标的统计分析。平台自投入业务应用以来,为各级业务应用和精细化气象服务提供了数据支撑。平台基于全国统一的数据环境和参数配置方式,具有很强的应用推广价值。     

综合气象观测运行监控系统

为了提高我国气象装备运行保障能力和观测数据质量,中国气象局气象探测中心从2006年起创建了综合气象观测运行监控系统,并依此逐步建立了监控业务。文中围绕气象装备保障业务关于台站、省级和国家级的三级用户需求,明确了以探测设备运行状态监视、技术保障信息管理、观测数据质量监视为主线的监控业务设计思想,并奠定了监控业务系统的技术框架,提出了＂两级布设、三级应用＂的分布结构,基于互联网和WebGIS技术,建立了一套实时气象观测网运行监控和分析系统,具备实时设备运行状态监控、装备保障信息管理、观测数据质量监视、基础信息管理、运行统计评估等功能。在此基础上,文中介绍了气象观测运行监控业务概况,通过监控系统实现了对全网设备运行状况的实时掌握,开展监控产品分析服务,定期评估装备运行效能和数据质量状况,使重要气象装备如天气雷达的可用性大幅提升,为提高气象装备运行效能发挥了重要作用。     

EAR70、CLDAS和ERA Interim表层土壤温度在中国地区的评估

本文利用2010—2015年2400多国家气象站逐小时观测数据对覆盖中国的EAR70、CLDAS和ERA Interim 3种表层土壤温度进行了评估和对比。结果表明：空间上CLDAS表层土壤温度精度最高（平均误差为-0.5 ℃，均方根误差为3.0 ℃，相关系数为0.96），受益于CLDAS高精度的陆面初始场，EAR70平均误差得到了改善；时间上ERA Interim再分析表层土壤温度在6:00和夏、秋季精度会明显下降，再分析表层土壤温度在数值较高时段表现出冷偏差，原因是模拟的土壤温度数值上升速度慢，对应的参数化方案有待改进。再分析表层土壤温度在东北地区冬季存在冷偏差，可能和积雪覆盖有关，陆面参数化方案也有待提高。在地形复杂的青藏高原地区，融合地面观测的CLDAS提高了大气驱动的质量进而改进了土壤的模拟。ERA Interim分辨率较粗不适合在青藏高原或者沿海地区使用，结合了CLDAS的EAR70在青藏高原精度提高。土壤表层温度的精度随着高精度的土壤状态初始场进入模式中时间延长会显著下降。因此，CLDAS的实时同化方式，能够有效提高在分析数据的精度。     

气象数据质量分析与评估

MDOS系统实现地面小时数据、分钟数据、日数据、日照、酸雨数据质量控制,观测数据经过本系统实现台站级、省级和国家级三级质量控制。文章分别从站点分布、下垫面环境、观测要素疑误及产生原因、数据可用率等多个方面进行了数据质量的统计、分析与评估,统计了2017年1—6月考核数据,数据可用率高达99.98%,数据质量总体呈优良水平,保证各个应用系统使用数据的及时性和正确性,为数值天气预报、资料同化与再分析、公共气象服务、特色气象服务产品提供更准确的高质量地面气象观测数据。     

中国区域多种微波遥感土壤湿度产品质量评估

以自动土壤水分观测站土壤湿度作为验证数据, 对2012年中国区域ASCAT、WINDSAT、FY3B、SMOS 4种微波遥感土壤湿度产品按省份进行了评估研究。结果表明:ASCAT质量最优, 在中国大多数地区与观测数据的相关系数较高, 归一化标准偏差较小。WINDSAT其次, 质量优于FY3B, 而SMOS在中国大部分地区质量差, 受无线电频率干扰严重。4种产品在中国西北地区表现均略好, 如山西、陕西、宁夏等省区。研究还发现, 同一卫星土壤湿度产品在同一季节, 不同地区评估质量不同, 这可能与不同地区的地表植被覆盖类型有关。     

云南省自动气象站土壤湿度数据质量控制

土壤湿度是控制陆地和大气间水分和能量交换过程的重要变量,而自动气象站观测是获取地表土壤湿度的主要手段。地表自动气象站观测的准确性能够直接影响其应用效果,因此, 开展自动气象站土壤湿度质量控制分析具有重要意义。基于2010—2014年云南省37个自动气象站土壤湿度数据,采用谱分析方法,以观测值及其Savitzky-Golay二次导数的平均值、均方差、变化率等统计量为判据,筛选剔除了观测数据中的随机噪声、异常峰值和异常平稳值。结果表明:云南省自动气象站观测数据均有缺测,两种异常值中,异常平稳值占绝大部分。与降水时间序列对比发现,不同降水强度下各层土壤湿度变化存在一定差异,砂质土站点对降水的响应最为明显,黏质土站点雨后土壤湿度变化幅度最小。     

中国自动土壤水分观测网运行监控系统建设

运行监控系统是全国自动土壤水分观测网观测数据分析和观测设备维护保障的实时业务平台,系统建设是全国自动土壤水分观测网建设的重要组成部分。系统采用C/S与B/S相结合的方式设计,总体功能包括设备运行状态监控、探测数据质量监控、探测产品分析显示、维护维修管理、站网信息管理和综合分析评估等6个功能模块。从系统结构、系统实现的主要功能以及系统建设所采用的关键技术等方面全面介绍中国自动土壤水分观测网运行监控系统的建设情况。     

超大城市观测数据系统平台设计与实现

为收集管理应用新型地基遥感设备观测的海量、多源、实时数据，中国气象局气象探测中心设计并搭建了超大城市观测数据系统平台。系统基于主流Web开发技术和分布式列存储集群方式MySql数据库，具备数据实时传输、监控、存储、分析、显示和共享等功能，实现了新型地基遥感观测数据管理规范化、产品服务多样化、资料共享便捷化。该系统平台既提高了新型地基遥感设备数据的支撑保障能力，同时分钟级廓线数据产品满足了短临天气预报对实时数据的高时效需求。目前，平台已在部分城市中推广应用，为地基遥感设备业务化运行提供全面的平台支持。     

河南省上行气象数据信息传输率统计系统的设计与实现

为了实时监控上行气象信息传输是否及时,并能统计和分析各地市局气象资料的传输及时率,设计并实现了基于SQL Server数据库的上行气象数据传输率监控分析系统。该系统采用B/S模式,在PHP环境下开发完成,监控结果以表格形式显示,并可以采用Excel表格输出;实现了任意时间段、任意报类和地区的传输率统计。系统界面友好,具...     

CLDAS温湿产品在贵州的适用性评估及订正

使用贵州自动观测站逐时资料对2019年中国气象局陆面数据同化系统（CLDAS）温度、相对湿度产品进行了检验评估及线性订正。结果表明,CLDAS温度同观测有较好的一致性,相对湿度产品系统性低于观测,使用本地资料订正CLDAS温湿产品提高了产品的可用性。全年CLDAS温度产品在贵州的平均误差为0.2985℃,均方根误差为1.5578℃,相关系数为0.9822。12.4%的站点温度年均方根误差超过了2℃。从00:00-23:00（北京时）温度平均误差先减小后增大,均方根误差在中午前后存在最大值。订正后,CLDAS温度产品平均误差绝对值、均方根误差缩小,相关系数增大,全年均方根误差减小至1.2369℃。订正格点产品时有效距离越小订正效果越好。全年CLDAS相对湿度产品在贵州的平均误差为-4.501%,均方根误差为9.021%,相关系数为0.863,夜间相关系数为0.711。相对湿度产品平均误差及相关系数在中午前后达到最大值,均方根误差则是在日夜交换之际存在最值。线性订正对相对湿度产品有明显的正效果。订正后全年相对湿度均方根误差减小了2.317%,夜间相关系数较订正前增加了0.104。夜间时刻相...     

内蒙古地区下垫面变化对土壤湿度数值模拟的影响

利用第二次全国土壤调查土壤质地数据（SNSS）和中国区域陆地覆盖资料（CLCV）将陆面过程模式CLM3.5（Community Land Model version 3.5）中基于联合国粮食农业组织发展的土壤质地数据（FAO）和MODIS卫星反演的陆地覆盖数据（MODIS）进行了替换,使用中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）大气强迫场资料,分别驱动基于同时改进土壤质地和陆地覆盖数据的CLM3.5（CLM-new）、基于只改进陆地覆盖数据的CLM3.5（CLM-clcv）、基于只改进土壤质地数据的CLM3.5（CLM-snss）和基于原始下垫面数据的CLM3.5（CLM-ctl）,对内蒙古地区2011～2013年土壤湿度的时空变化进行模拟试验,研究下垫面改进对CLM3.5模拟土壤湿度的影响。将四组模拟结果与46个土壤水分站点观测数据进行对比分析,结果表明:相对于控制试验,CLM-clcv、CLM-snss和CLM-new都能不同程度地改进土壤湿度模拟,其中CLM-clcv主要在呼伦贝尔改进明显,CLM-snss则在除呼伦贝尔以外的大部地区改进显著,CLM-ctl模拟的土壤湿度在各层上均系统性偏大,而CLM-new模拟土壤湿度最好地反映出内蒙古地区观测的土壤湿度的时空变化特征,显著改善了土壤湿度的模拟,体现在与观测值有着更高的相关系数和更小的平均偏差与均方根误差。