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.     

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。     

南亚高压在NCEP-2和MERRA再分析资料中的对比分析

通过双线性插值、相关分析、Morlet小波分析等分析方法,围绕新高分辨率再分析资料MERRA的可用性,对比分析了NASA高分辨率再分析资料MERRA和NCEP-DOE（NCEP-2）再分析资料中100hPa南亚高压的活动特征.结果表明：100hPa上,NCEP-2和MERRA资料南亚高压的特征线数值不同,NCEP-2资料为1680dgpm,比MERRA资料大4dgpm,但MERRA资料南亚高压的范围明显大于NCEP-2资料.除东伸指数外,NCEP-2和MERRA资料反映的南亚高压同一特征指数年际变化趋势基本一致,特别是两种资料南亚高压脊线指数的年际变化曲线基本重合.以20世纪90年代初为界,之前,NCEP-2资料南亚高压东伸指数、面积指数和强度指数正异常,MERRA资料南亚高压东伸指数、面积指数和强度指数负异常,NCEP-2中的指数值大于MERRA中对应的指数值;之后,反之.NCEP-2和MERRA资料南亚高压面积指数、强度指数的气候均值间存在显著差异.NCEP-2和MERRA资料南亚高压强度指数的方差间存在显著差异.两种资料反映的夏季南亚高压同一特征指数的显著周期在1979～2009年有很好的一致性：都具有相同的显著周期,并且位相也基本吻合,但两种资料在反映南亚高压主周期特征上存在一定差异：南亚高压面积指数、强度指数在MERRA资料中以准4年周期为主,在NCEP-2资料中则同时表现为准4年和8～9年两个周期.     

基于最小二乘支持向量机的副热带高压预测模型

采用EOF时空分解、小波频牢分解和最小二乘支持向量机（LS-SVM）交叉互补方法,建立夏季500 hPa位势高度场的预测模型,用以描绘和表述副热带高压形势场的形态和变化。首先用经验正交函数分解（EOF）方法将NCEP/NCAR再分析资料500 hPa位势高度场序列分解为彼此正交的特征向量及其对应时间系数,随后提取前15个主要特征向龟的时间系数（方差贡献96.2%）,采用小波分解方法将其分解为相对简单的带通信号,再利用LS-SVM方法建立各分量信号的预测模型,最后通过小波时频分量重构和EOF时空重构,得到500hPa位势高度场的预测结果以及副热带高压形势场的预测。通过对预测模型的试验情况和分析对比,结果表明:基于上述思想提出的算法模型能较为准确地描述500 hPa位势高度场的形态分布并预测1~7 d的副热带高压活动,对10~15 d的副热带高压活动预测结果也有参考意义。     

1996年7月桂北、桂中异常气候成因分析

分析了1996年7月桂北、桂中异常气候的大气环流特征，提出：500hPa极涡偏强、中高度经向度明显、西太平洋副热带高压偏强、100hPa南亚高压偏强偏西、以及低空西南季风活跃是形成1996年7月桂北、桂中异常气候的主要原因。     

南极洲低层两种位势高度再分析资料的比较

比较NCEP/NCAR和ECMWF两种再分析资料南半球低层等压面(700 hPa及以下)的平均位势高度场,结果表明:两者在南极洲差异显著,除12月、1月(南半球夏季)外,NCEP/NCAR资料存在一个虚假的很强的极地高压,而ECMWF资料正常。分析表明该两种再分析资料的上述差异来源于南极洲地面以下虚拟气压场的产生过程;NCEP/NCAR资料较ECMWF少了一个对南极洲过低地面温度的修正。由此得到的NCEP/NCAR资料若用于南半球低层大气环流整体结构的分析,会导致严重的错误。     

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。     

热带副热带高度异常对长江流域和华北旱涝影响的数值模拟与分析

前期南亚高压的异常增强或者减弱,热带、副热带地区100 hPa高度的异常增高或者降低,热带西风的异常增强或者减弱,对长江流域和华北地区夏季的降水异常具有预示作用。文中设计了一系列的数值试验进行模拟研究,包括控制试验、敏感试验和4组合成试验。合成试验模拟结果表明,前期热带、副热带高度异常分布,能够再现长江流域、华北旱涝情况。前期南亚高压、热带、副热带高度、风异常对长江流域和华北地区夏季降水的异常均有预示作用。100 hPa叠加高度、风异常的敏感试验结果表明:前期南亚高压、热带与副热带地区100 hPa高度场和环流场的异常不仅可以预示、事实上能够引起长江流域和华北夏季降水的异常———前期南亚高压异常增强、热带、副热带地区100 hPa高度场异常增高、西风异常增强,易引起长江流域降水偏多、华北降水偏少;反之,则容易引起长江流域降水偏少、华北降水偏多。     

21个气候模式对东亚夏季环流模拟的评估Ｉ：气候态.

利用欧洲中期天气预报中心的40 a再分析资料(ERA40),评估了参与政府间气候变化专门委员会第四次评估报告(IPCC AR4)的21个全球海气耦合模式对东亚地区夏季大气环流气候态的模拟能力.结果表明:(1)尽管各模式模拟性能差异较大,但模式对东亚地区海平面气压场(SLP)、850 hPa风场及500 hPa位势高度场的气候态均有较好模拟;整体来说,500 hPa位势高度场模拟效果最好,SLP场模拟相对较差;(2)SLP在高原上模拟存在明显不足;多数模式能较好模拟850 hPa纬向、经向风场的基本特征;500 hPa位势高度场各模式模拟偏差一致性的区域性差异不明显;(3)模式对东亚地区夏季两大环流系统模拟整体偏弱,西太平洋副热带高压模拟明显偏弱.     

BCC_CSM1.1(m)模式对初夏东北冷涡的模拟及应用

利用1991-2017年BCC_CSM1.1（m）模式模拟数据和NCEP/NCAR逐月再分析资料,评估了BCC_CSM1.1（m）对初夏东北冷涡的模拟能力。结果表明：BCC_CSM1.1（m）模式可以对500 hPa位势高度场气候态进行模拟,均方根误差显示该模式对中国东北南部地区500 hPa位势高度场的模拟要优于东北北部地区。EOF第一模态结果显示,该模式可以较好地模拟出500 hPa位势高度场的主要时空变化特征。BCC_CSM1.1（m）模式能够模拟出近27 a东北冷涡指数的上升趋势和年际变化,但模拟的上升趋势较实况偏强,年际变率较实况偏弱。BCC_CSM1.1（m）模式能够模拟出东北冷涡指数的年代际突变,但是对突变开始时间的模拟较实况偏晚。BCC_CSM1.1（m）模式能够模拟出东北冷涡指数和500 hPa位势高度场在东北及其附近地区的显著正相关,不能模拟出东北冷涡指数与东北初夏降水之间的显著负相关。此外,模式东北冷涡指数对东北初夏降水的预测能力十分有限。     

江淮地区ERA-Interim再分析与观测温度资料对比分析

通过对比江淮地区1992-2016年08和20时的ERA-Interim再分析资料与观测资料的温度要素,发现它们在垂直方向上的偏差存在从低层到高层先减小后增大的特点,对流层低层各站偏差的空间差异明显,到中高层各站偏差趋于一致。偏差存在明显年际变化,500 hPa及以上等压面在2000年前后再分析资料比观测资料存在由偏低向偏高的转折;除地面外,其他高度上两种资料的平均绝对偏差均呈显著减小趋势。在偏差的月际分布上,地面和500 hPa以上高度再分析资料普遍比观测资料偏高,各高度上平均绝对偏差在8-9月最小。进一步对各天气现象下两种资料比较发现,雪、雨夹雪、冰粒子和冻雨天气发生时,地面至1000 hPa和850 hPa上再分析资料比观测资料偏高;大雾天气发生时,再分析资料比观测资料在1000 hPa偏高幅度明显高于地面。可见,在江淮地区使用ERA-Interim再分析温度资料判别降水相态时,大气边界层和850 hPa温度需慎重使用,近地层虚假逆温对大雾判别会产生很大影响。     

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%。     

NCEP再分析资料在强对流环境分析中的应用

为考察NCEP再分析资料在我国强对流天气产生环境分析中的适用性,选取2002—2009年多普勒天气雷达识别的60例超级单体风暴个例,对比分析常规探空资料和NCEP再分析资料提取的温、湿、风垂直廓线,结果表明:NCEP再分析资料计算的对流有效位能因对抬升气团湿度敏感而与观测间差异较大,宜用K指数、温度直减率分析大气层结稳定度;因对流层中高层风与探空差异不大,其中500~700 hPa的风与探空近乎一致,因此NCEP再分析资料计算的深层、中层风垂直切变参量可靠性较高;NCEP再分析资料水汽参数与探空资料差异大,特别是在大气边界层,需用观测资料订正;边界层物理量,特别是风向与探空差异显著,因此不宜用NCEP再分析资料讨论雷暴触发问题;平均而言,NCEP再分析资料湿度廓线低层偏干而中层偏湿,925 hPa以上风速偏小,降低了强对流发生概率。     

Validation of ECMWF and NCEP–NCAR Reanalysis Data in Antarctica

The European Center for Medium-Range Weather Forecast (ECMWF) Re-Analysis (ERA-40) and the National Centers for Environmental Prediction-National Center for Atmospheric Research (NCEP-NCAR) ECMWF (ERA-40) and NCEP-NCAR reanalysis data were compared with Antarctic station observations, including surface-layer and upper-layer atmospheric observations, on intraseasonal and interannual timescales. At the interannual timescale, atmospheric pressure at different height levels in the ERA-40 data are in better agre...     

Evaluation of Surface Relative Humidity in China from the CRA-40 and Current Reanalyses

Recently, the China Meteorological Administration (CMA) released a new Global Atmospheric Reanalysis (CRA-40) dataset for the period 1979-2018. In this study, surface relative humidity (RH) from CRA-40 and other current reanalyses (e.g., CFSR, ERA5, ERA-Interim, JRA-55, and MERRA-2) is comprehensively evaluated against homogenized observations over China. The results suggest that most reanalyses overestimate the observations by 15％-30％ (absolute difference) over the Tibetan Plateau but underestimate the observations by 5％-10％ over most of northern China. The CRA-40 performs relatively well in describing the long-term change and variance seen in the observed surface RH over China. Most of the reanalyses reproduce the observed surface RH climatology and interannual variations well, while few reanalyses can capture the observed long-term RH trends over China. Among these reanalyses, the CFSR does poorly in describing the interannual changes in the observed RH, especially in Southwest China. An empirical orthogonal function (EOF) analysis also suggests that the CRA-40 performs better than other reanalyses to capture the first two leading EOF modes revealed by the observations. The results of this study are expected to improve understanding of the strengths and weaknesses of the current reanalysis products and thus facilitate their application.     

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。     

20CR再分析资料在东亚夏季风区的质量评估

本文利用NCEP1和ERA40再分析资料, 并结合观测资料, 对最新公布的一套再分析资料——20CR再分析资料在东亚夏季风区的质量进行了综合评估。本文主要是从气候态、年际变率、年代际变化三个方面, 来评估20CR再分析资料在东亚夏季风区的质量。结果表明, 在气候平均态上, 20CR再分析资料基本合理再现了东亚夏季风区的高低层环流场(包括南亚高压、副热带西风急流、近地层风场)以及经向环流圈特征。但相较于NCEP1和ERA40, 20CR所刻画的南亚高压偏强, 西风急流偏北, 对流层中上层温度系统性偏高。在年际变率方面, 除了NCEP1在1967年之前存在偏差, 使其结果和ERA40、20CR不同之外, 三套再分析资料刻画的东亚夏季风变率在其它时段高度一致。三套资料在以纬向风为基础的东亚夏季风指数上的一致性, 高于以经向风为基础的东亚夏季风指数, 其中以低层纬向风为基础的东亚夏季风指数的一致性最高。20CR再分析资料可以较好地再现与东亚夏季风相联系的地表气温和降水年际变化特征, 其刻画的地表气温正相关中心位置偏西、强度最强, 且在河套平原地区有一个弱的负相关中心, 而其描述的降水在孟加拉湾和长江流域较之另外两套再分析资料更接近观测结果, 在热带地区和海上却反之。在年代际变化方面, 20CR再分析资料未能合理再现东亚夏季风年代际减弱的现象, 这也体现在不能合理再现青藏高原下游年代际变冷和“南涝北旱”降水型上, 这主要是因为20CR再分析资料所刻画的东亚地区对流层中上层年代际变冷信号偏弱所致。而在百年时间尺度上, 20CR再分析资料所刻画的东亚夏季风变化与观测较为一致;20CR再分析资料可以合理再现出东亚夏季风区1920年代前的显著冷期和1990年代之后的迅速增暖期, 但对1920～1950年代相对暖期和1950～1980年代相对冷期的再现能力较差。     

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。