中国大城市具有建筑物分类的土地利用分类数据集构建研究

局地气候分区(Local Climate Zone,LCZ)方案是一种新的城市高分辨率土地利用分类(High Resolution Land Use Classification,HRLUC)数据集构建方法.基于LCZ分类体系制作了中国63个城市的具有建筑物分类的HRLUC数据集.原数据采用2017-2019年的Lan...     

CMA-RA陆面气温再分析产品在陕西的检验评估

基于陕西99个国家自动气象站和1 884个区域自动气象站逐小时气温数据,采用相关系数、平均误差、均方根误差等指标,评估分析了2020年1—12月CMA-RA陆面（CMA-RA/Land）气温数据与站点气温的相关性及偏差分布特征,并分别按不同区域、不同高度、不同等级气温对CMA-RA/Land气温数据进行评估。结果表明：①CMA-RA/Land气温数据能较好地反映陕西的气温特征,但不同区域有所差异,在陕北的适用性最好,关中次之,陕南较差,沿秦岭山脉一带的误差明显偏高;②CMA-RA/Land气温数据在陕北不存在明显高估或低估,在关中除2—5月外均有所低估,在陕南低估最明显,但3—4月存在高估;③CMA-RA/Land气温数据在1 000～1 499 m海拔范围内与站点气温差异最小,其次为800～999 m,海拔超过1 500 m时差异最大;④CMA-RA/Land气温数据对0 ℃以下气温存在高估,对0 ℃以上气温存在低估,气温在-10～199 ℃时CMA-RA/Land气温与站点气温差异最小;⑤CMA-RA/Land气温数据与国家自动气象站气温的一致性优于区域自动气象站。     

A 10-Yr Global Land Surface Reanalysis Interim Dataset(CRA-Interim/Land):Implementation and Preliminary Evaluation

A land surface reanalysis dataset covering the most recent decades is able to provide temporally consistent initial conditions for weather and climate models, and thus is crucial to verifying/improving numerical weather/climate forecasts/predictions. In this paper, we report the development of a 10-yr China Meteorological Administration(CMA) global Land surface ReAnalysis Interim dataset(CRA-Interim/Land; 2007–2016, 6-h intervals, approximately 34-km horizontal resolution). The dataset was produced and evaluated by using the Global Land Data Assimilation System(GLDAS) and NCEP Climate Forecast System Reanalysis(CFSR) global land surface reanalysis datasets, as well as in situ observations in China. The results show that the global spatial patterns and monthly variations of the CRA-Interim/Land, GLDAS, and CFSR climatology are highly consistent, while the soil moisture and temperature values of the CRA-Interim/Land dataset are in between those of the GLDAS and CFSR datasets. Compared with ground observations in China, CRA-Interim/Land soil moisture is comparable to or better than that of GLDAS and CFSR datasets for the 0–10-cm soil layer and has higher correlations and slightly lower root mean square errors(RMSE) for the 10–40-cm soil layer. However, CRA-Interim/Land shows negative biases in 10–40-cm soil moisture in Northeast China and north of central China. For ground temperature and the soil temperature in different layers,CRA-Interim/Land behaves better than the CFSR, especially in East and central China. CRA-Interim/Land has added value over the land components of CRA-Interim due to the introduction of global precipitation observations and improved soil/vegetation parameters. Therefore, this dataset is potentially a critical supplement to the CRA-Interim.Further evaluation of the CRA-Interim/Land, assimilation of near-surface atmospheric forcing variables, and extension of the current dataset to 40 yr(1979–2018) are in progress.     

黑河流域气温和降水再分析数据的不确定性评估

评价区域再分析数据的精度和不确定性对于陆面过程模拟和气候变化分析有重要意义。以黑河流域为研究区,基于站点观测数据对中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集(CMFD)、黑河流域2000—2015年大气驱动数据集(WRFOUT)及黑河流域3 km 6 h时空分辨率模拟气象强迫数据(SFD)在不同下垫面条件下气温和降水的模拟精度进行评价,并通过广义三角帽法(TCH)评价3套数据集的不确定性。结果表明:(1)对于气温数据,WRFOUT数据集在草地、灌丛地、荒漠裸地及湿地下垫面精度较高,而CMFD数据集在农田下垫面精度相对较高,5种下垫面中,3套再分析数据的气温产品在灌丛地精度最高;对于降水数据,CMFD数据集在5种下垫面精度均较高,SFD数据集在草地、灌丛地和荒漠裸地,WRFOUT数据集在草地、农田和湿地表现出高估。(2) CMFD与WRFOUT数据集中气温数据的不确定性相对较低,而SFD数据集中气温数据的不确定性相对较大; 3套数据集中降水数据均表现出相对较高的不确定性,且区域差异明显,地表植被类型复杂和海拔差异较大的地区数据不确定性较高。     

CLDAS陆面同化资料和ERA5-Land再分析资料气温产品在江西省的适用性评估

以江西省376个气象自动观测站的逐小时气温数据为基准,采用偏差、相关性和平均绝对误差等评价指标,对比分析2017—2022年CLDAS陆面同化和ERA5 Land再分析气温资料在江西省的适用性。结果表明： 1） ERA5 Land、CLDAS资料均能很好反映大部分站点的气温变化,CLDAS资料与观测资料的相关系数为0.99,相关系数区间分布较为集中;ERA5 Land资料与观测资料的相关系数为0.97,分布较为分散。2） 相较于观测站点多年平均气温,CLDAS资料较为接近,ERA5 Land资料则偏离较大。3） CLDAS资料的平均绝对误差明显低于ERA5 Land资料,二者均存在平原、盆地部分站点平均绝对误差较小而局部高海拔山区站点异常偏大的空间特征,以及秋季最大而冬季最小的季节特征。4） ERA5 Land资料偏差的日变化范围为-0.65—0.39 ℃,整体呈现单谷形分布;CLDAS资料偏差日变化范围为-0.05—0.05 ℃,波动幅度较小,没有明显的变化特征。5） 两种格点资料均能较好反映大部分站点的低温日数变化,但对于高温日数变化,ERA5 Land资料偏差较大,CLDAS资料偏差较小。     

积雪深度再分析资料在内蒙古的适用性评价

基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)最新推出的两套再分析资料ERA-Interim/Land(简称"Land")和ERA-20C(简称"20C")1981—2010年积雪深度资料,以内蒙古地区气象台站观测资料为标准,综合评估积雪深度再分析资料在内蒙古地区的适用性。结果表明:(1)两套再分析资料都较好地再现了内蒙古积雪深度从东北向西南逐渐减少的空间分布特征,其中20C再分析资料更好地体现中东部积雪深度依次递减的趋势。(2)Land再分析资料的积雪深度与观测值差值的月际变化整体呈现负差值,系统模式低估计了积雪深度;而20C再分析资料的模拟效果在东西部较好,中部20C再分析资料的积雪深度与观测值的正差值较大。(3)两套再分析资料均能较好地再现内蒙东部、中部和西部地区积雪深度的逐月变化特征,均表现为东部模拟最好、中部次之、西部最差。(4)两套再分析资料的积雪深度平均偏差和均方根误差较小,再分析值和观测值的相关系数通过0.001的显著性检验,20C和Land再分析资料的积雪深度差距不大,但与观测值比较均出现负偏差现象。     

广东省高空风观测资料融合技术的应用

以广东省气象局多普勒雷达VWP产品、风廓线雷达数据和常规探空资料为基础,抽取同一时间点、相同或相近高度层数据,将其融合为高时间(30 min)和空间分辨率(27/31站)的高空风观测数据集(Micaps第2类数据产品格式)。该方法直观、简单,忠实于原始观测,验证了该数据集的可用性、科学性和实用性。实时生成融合产品及各种物理量分析图。     

一套基于FY-3B/MWRI观测的热带气旋微波亮温数据集

利用风云三号B星(FY-3B)微波成像仪(Microwave Radiation Imager,MWRI)一级亮温数据和每6 h一次的热带气旋(tropical cyclone, TC)最佳路径数据进行时空匹配,建立了TC微波亮温数据集。该数据集包含了2011—2016年全球六大海盆生成的热带风暴级别以上的TC共计538个,以及对应每个TC的微波十通道亮温和36.50 GHz、89.00 GHz的极化校正亮温度,并简要阐明了该数据集在热带气旋研究方面的潜在应用,尤其对TC生命周期内的微波亮温特征及TC强度变化研究提供了有力的数据支撑。     

基于AMSR-E土壤湿度产品的LIS同化试验

由陆面信息系统 (Land Information System, 简称LIS) 通过NOAH陆面过程模型使用集合卡尔曼滤波开展AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System) 土壤湿度同化试验,得到2003年中国区域垂直深度为4层、水平空间分辨率为0.25°×0.25°的土壤湿度试验数据。使用农业气象观测站土壤相对湿度和国家生态系统野外科学观测研究站土壤体积含水量对试验结果进行检验,结果表明:同化过程整体上提高了陆面模型的模拟精度,草地生态系统模拟精度高于作物和森林生态系统;有效的同化过程依赖于AMSR-E土壤湿度的准确性;模拟出的土壤湿度空间分布特征与实际相符。同化试验得到的时空相对连续且精度相对准确的土壤湿度数据是气候变化和干旱监测的重要数据基础。     

不同初始场及陆面方案对青藏高原中东部积雪消融过程的模拟研究

基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式,本研究使用更为准确的气象站点及卫星遥感积雪资料替换初始场中积雪深度、雪水当量等积雪数据,对2014年2月17-27日青藏高原中东部一次积雪消融过程进行模拟研究,评估WRF模式中CLM(Community Land Model)、Noah-LSM(Noah land surface model)和Noah-MP(Noah-Multiparameterization Land Surface Model)3种陆面过程方案对该次积雪消融过程的模拟性能。结果表明：3种陆面过程方案均能较好地再现2 m气温、积雪深度和反照率的日变化趋势,但各试验模拟效果有一定差异。气象站点及卫星遥感积雪资料作为初始场时,CLM陆面过程方案模拟的2 m气温平均误差最小,为0.002℃;Noah-LSM陆面过程方案中2 m气温均方根误差（4.01℃）和平均绝对误差（3.30℃）最小,但昼夜温差较观测显著偏小;同时CLM陆面过程方案模拟的积雪深度均方根误差、平均误差和平均绝对误差均最小,分别为4.70 cm、-1.25 cm和2.75 ...     

不同时间尺度上黄淮地区夏季降水异常成因及预测研究

利用1961—2006年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA海表温度资料,分析了黄淮地区夏季降水的年代际和年际变化特征,研究了不同时间尺度上降水异常成因。结果表明,年代际尺度上,当太平洋年代际振荡处在暖(冷)位相时,南方涛动偏弱(强),黄淮地区夏季降水偏多(少)。在年际及以下尺度上,当印度洋北部海温偏高、南部偏低时,500 hPa位势高度场上,中高纬乌拉尔山以东和鄂霍次克海附近出现明显的双阻塞高压,副热带高压偏强;200 hPa风场上,西风急流略偏南,黄淮流域上空西风偏强,为反气旋环流;850 hPa风场上,黄淮流域上空出现西南—东北风的切变,使得急流出口区右侧次级环流的异常上升支恰好位于黄淮流域上空,高低空环流的这种配置导致了黄淮流域上空降水偏多。进一步分析发现,利用印度洋海温作为预测因子,建立预测模型,对黄淮流域降水年际变率有较高的预测能力。     

夏季青海湖局地环流及大气边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力模式,采用两重嵌套方法,模拟了青海湖区域的局地环流及大气边界层特征,并且与无湖试验进行了比较。结果表明:白天由于青海湖的存在有很好的降温作用,夜晚则有保温效应,表现出明显的冷(暖)湖效应;青海湖对感热和潜热的影响有很强的日变化,白天湖面感热、潜热都小,夜间情况相反,这使得白天青海湖是冷干岛,夜间是暖湿岛;青海湖使得白天湖面边界层顶低,陆面边界层顶高,夜间相反。这样的边界层顶高度和温度、地面能量通量相配合,形成了一个很好的保护机制,对青海湖的水土保持和生态环境的维持有正效应;青海湖使得湖面上空大气下沉,陆面上空大气上升,从而产生了湖面上空大气冷干,陆面上空大气暖湿的边界层特征;青海湖边缘的陆面形成的较大的湿气柱围绕着湖面,起到了保护湖面的作用;青海湖低空白天有明显的湖面向四周的辐散气流,而夜间则为从北偏东方向来的陆风。     

初夏四川盆地东北部一次暴雨过程分析

本文利用NCEP1°×1°6小时再分析资料及常规观测资料,针对2014年6月2日发生在四川盆地东北部的一次暴雨天气过程进行分析,并就风与温度与2011年5月1～2日的过程进行对比,其结果表明:(1)此次过程主要是由华北冷涡后的冷平流、东南气流引导的暖湿空气及低层偏东气流引导的冷空气共同作用而形成。(2)两次过程都存在低层偏东气流引导华北低涡中冷空气入川,且与强降水落区有较好的对应关系。(3)强降水关键区在整个过程中一直处于高湿状态。(4)低层水汽输送主要以由东向西和由南向北输送为主。(5)强降水爆发期从400hPa以下皆为水汽的辐合上升运动,且在中高层持续加强。      

2008年初南方雨雪冰冻期间降水过程的温湿异常

2008年1月10日—2月2日我国中南部地区发生了严重的低温雨雪冰冻灾害。该文分析此次过程的冷空气活动和水汽输送,比较两者在降水形成中的相对重要性。利用文中定义的两个参量,可以直接比较水汽和温度这两个量在降水中所起的作用,并比较两者作用的相对重要性。结果表明:在低层 (850 hPa及以下),我国中南部地区温度偏低、水汽偏少,但温度偏低对降水偏多的正贡献大于水汽偏少的负贡献,两者的净贡献为正,因此,冷空气活动主导降水。在较高层 (600 hPa及以上),中南部地区水汽偏多、温度偏高,但水汽偏多对降水的正贡献大于温度偏高的负贡献,因此,水汽输送主导降水。在中层 (700 hPa),干冷空气和暖湿空气混合导致,中南部地区水汽偏多、温度偏低,两者均有利于空气饱和,对降水均起正作用;计算结果显示,水汽的贡献略强于温度的贡献。     

5月青藏高原上空环流与北疆夏季降水的关系

基于1961—2016年5—8月西藏高原环流指数、NCEP再分析资料和新疆96个气象观测站点的降水资料,通过相关分析和合成分析,研究了5月青藏高原上空环流与北疆夏季降水的关系,以及两者之间可能影响的物理机制。结果表明:(1)5月西藏高原环流指数Ⅰ与北疆夏季降水有较好的相关性,相关系数为0.38;(2)5月西藏高原环流指数Ⅰ的强弱变化会影响500hPa的夏季环流特征、夏季地表至300 hPa的水汽通量输送,当指数偏强时,夏季环流形势的配置和水汽输送均有利于北疆夏季降水,反之,则不利于北疆夏季降水;(3)夏季西藏高原环流指数Ⅰ和北疆夏季降水、5月西藏高原环流指数Ⅰ的关系密切,并且5月西藏高原环流指数Ⅰ和青藏高原5月、夏季的感热通量有明显的负相关,通过高原的热力持续性作用,5月西藏高原环流指数Ⅰ的强弱可以影响北疆夏季降水的多少。     

2011年7月初一次大暴雨过程分析

2011年7月初四川中部至东部出现一次持续的强降水过程,采用NCEP再分析资料、常规观测资料、自动站资料和FY-2E资料对此次过程进行诊断分析。结果表明,本次区域性大暴雨过程主要影响系统为副高外围西南气流和中尺度对流云团,副高西伸带来充沛的暖湿气流向川内输送,与北下干冷空气在四川上空汇合,增强大气层结不稳定;雨区上空对流层内有强上升运动且中低层不稳定呈高温高湿状态;700hPa水汽通量散度分析显示本次暴雨水汽源于孟加拉湾,水汽辐合区内有TBB大值中心及视热源、视水汽汇大值区;本次降水为对流性降水,水汽凝结加热对大气加热起重要作用,视热源、视水汽汇及垂直螺旋度与暴雨有很好的对应关系,当强降水出现时螺旋度呈(高空)上负(低空)下正分布,高层负螺旋度的生消与降水有更好的对应关系;雨区上空水汽收支显示南、北两边界是主要水汽来源,且水汽以南北向辐合为主。      

中国南方准静止锋对冬季大范围冻雨的影响

利用1979—2016年1月逐日0.125°×0.125° ERA-Interim再分析资料及冻雨观测资料,通过个例合成等方法,探讨了中国南方准静止锋和冬季大范围冻雨的关系。结果表明:（1）中国南方大范围冻雨受昆明和华南准静止锋共同影响呈东西带状分布;（2）青藏高原东侧逆温之强,范围之广以及水汽之充沛的主要原因,一是冷空气常堆积在横断山脉以东和南岭山脉以北等中国广大的南方地区,其形成机制主要为冷平流和绝热冷却,地势较高地带非绝热冷却也较明显;二是700和850 hPa暖平流形成的暖层也十分宽广;三是850 hPa源自中国南海和西太平洋的湿平流输送;（3）500 hPa东亚大槽、700 hPa南支槽、850 hPa反气旋和地面蒙古冷高压为青藏高原东侧对流层低层极地大陆性气团与热带海洋性气团和热带大陆性气团交绥创造了必要的环流条件;（4）东亚冷空气爆发从青藏高原东侧南下,迫使近地面暖湿气团抬升形成华南准静止锋。同时,受青藏高原东部地形的阻挡产生冷空气堆积。当冷空气堆积到一定厚度向西爬上低纬高原时,又与南支西风相遇形成昆明准静止锋。由昆明和华南准静止锋形成的复杂锋面结构,伴随宽广而强烈的逆温有利于中国南方大范围冻雨的产生。      

青藏高原冬季1月绕流的变化特征及其对中国气候的影响

利用1979～2019年NCEP/NCAR再分析资料和中国地面基本气象要素日值数据集（V3.0）的气温和降水资料,首先定义了客观表征冬季青藏高原南北两支绕流变化的指数,然后分析了其不同的变化特征,并采用相关分析、合成分析等方法初步研究了青藏高原南北两支绕流异常变化对中国气温和降水的影响机制。主要结果有:（1）青藏高原冬季北支绕流和南支绕流之间呈显著的负相关;北支（南支）绕流强、南支（北支）绕流弱时,对流层中低纬度地区从高原西部到我国东部沿岸为一个大范围的异常反气旋式（气旋式）环流系统,500 hPa高原的中部为一个异常反气旋（气旋）环流中心。（2）青藏高原冬季南北两支绕流的变化对中国冬季天气气候有显著影响。当青藏高原北支绕流强（弱）时,中国除东北是气温偏低（高）、降水偏多（少）外,河套、青藏高原及长江以南则是气温偏高（低）、降水偏少（多）;当南支绕流强（弱）时,中国气温普遍偏低（高）,东北及新疆北部是降水偏少（多）,南方大部分地区是降水偏多（少）。（3）分析高原绕流异常变化对中国天气气候的影响机制表明:当青藏高原北支绕流强、南支绕流弱时,中国东部35°N以北的对流层中都是异常西北风,35°N以南都是异常东北风,受高原异常纬向绕流影响,对流层大气为明显的“正压结构”;相应的对流层底层从南到北为一致的异常西南风,850 hPa以上35°N的之间为反气旋式切变和下沉运动异常,300 hPa以下异常偏暖,这些条件加强了下沉增温,导致中国东部气温偏高、降水偏少。当青藏高原南支绕流强、北支绕流弱时,对流层中的纬向风异常则为明显的“斜压特征”,异常西风呈现为从对流层低层到高层、低纬度到高纬度的倾斜的带状特征,其下方自华南近地面到华北200 hPa的“三角形”状异常东风,配合相应的经向风异常和华南到华北的异常上升运动,低层为“三角形”状的异常冷气团向南切入到中国南海,中上层为异常偏暖的西南气流在冷气团上自南向北爬升到中高纬度地区,导致中国大范围的气温异常偏低、降水偏多。     

2012年7月21—22日兴安盟地区暴雨天气过程分析

通过高空、地面观测资料、云图和物理场,对2012年7月21—22日兴安盟地区的区域性暴雨进行分析,发现此次暴雨是在东高西低的环流背景下,贝加尔湖低涡底部小槽携带的冷空气与副热带高压外围暖湿气流在兴安盟地区形成交汇,在850h Pa切变触发下形成的,而高低层湿度的配置不同导致了前后两种不同性质的降水;在各个降水条件满足的前提下,云系的"列车效应"是产生暴雨的一个重要条件。     

广西区域霾过程高低空大气环流型影响分析

利用1980—2015年NCEP/NCAR逐日再分析资料和广西80个地面气象站资料,采用Lamb-Jenkinson方法对广西区域霾过程的大气环流进行分型,并探讨高低空环流型配置与区域霾过程的关系。结果表明:当地面东南风型、高空西风型时,广西出现霾过程的频率最高;地面东风型配合高空西风型对年霾过程的贡献最大,地面东南风型配合高空西风型主要出现在冷暖气流转换的春季、地面低压型配合高空高压脊型出现在西太平洋副热带高压明显加强、地面处于弱低压环境场的夏季、地面东风型配合高空西风型出现在环流稳定平直的秋季、地面东风型配合高空高压脊型出现在环流经向度明显增强的冬季,霾过程具有冬季多发、夏季少发的特点。近36年来,地面东风型配合高空高压脊型是广西霾过程呈偏多趋势的主导环流型。