多种再分析地面气温资料在江西省的适用性

为评估不同再分析地面气温资料的适用性和模拟精度，采用双线性内插法将JRA55、ERA Interim、ERA5和MERRA2等再分析地面气温资料降尺度至气象观测站，评估其对实测气温的平均态（平均偏差、均方根误差、相关性分析）、趋势态（年际趋势）和极端态（高温日数、低温日数）的再现能力。通过在江西省的对比分析，结果表明：①利用邻近格点气温和高度值计算的逐时气温垂直递减率具有合理的波动范围以及季节性周期，适用于复杂地形下逐时再分析资料的内插订正；②订正后JRA55地面气温资料的均方根误差最小，MERRA2其次，ERA Interim和ERA5最大；③从气温年际变化趋势来看，JRA55、ERA Interim和ERA5增温速率与实测值较为一致，且JRA55对增温中心的刻画更优；④4种再分析资料均能再现高、低温日数的年际波动，但JRA55在量级上描述最优。综上，再分析地面气温资料的适用性JRA55＞ERA Interim＞ERA5＞MERRA2，JRA55再分析资料能较好地再现气温实际观测资料。     

ERA5-Land、MERRA2气温、降水数据在呼伦贝尔地区的适用性研究

利用1981—2019年呼伦贝尔地区16个气象站观测数据，结合相关系数、均方根误差、散点斜率等方法，对ERA5-Land和MERRA2再分析月气温、降水数据的区域适用性进行评估。研究表明：ERA5-Land、MERRA2两套再分析气温、降水数据与观测数据对比，整体相关性较高、误差较低、本地适用性较高，但也均存在低观测值时再分析数据的高估和高观测值时再分析数据的低估现象。ERA5-Land的月气温数据略优于MERRA2，而月降水数据差于MERRA2。ERA5-Land的年降水量在2005年之后出现明显的低估，降水量被低估的月份主要为6—8月，建议在再分析数据使用前对其进行系统偏差订正，以提高数据的适用性。     

多种资料的总云量产品在中国区域的对比分析

利用1987-2016年中国大陆地区的776个站点的总云量资料与CRA40、ERA5、JRA55、CFSR四套再分析资料和国际卫星云气候计划（ISCCP）的月平均总云量数据,统计分析了不同资料的总云量在中国区域的时空差异以及各资料之间的相对一致性。结果表明,不同资料总云量的空间分布特征总体一致,云量的高值区与低值区都有所体现。但是,不同资料在量值上存在一定的差异,ISCCP总云量整体比其他资料偏高5%～20%,各种资料在江淮、东南和西南等总云量高值区吻合程度更好。在东北、西北及内蒙古大部分地区由于有积雪覆盖,卫星反演存在云雪误判导致ISCCP总云量与地面观测和再分析资料相比显著偏高。CRA40与JRA55在东北、华北和江淮地区与地面观测的偏差较小,而ERA5与CFSR在华南及西南地区与地面观测更为接近,JRA55总云量在各资料中最低,在华北、西北以及青藏高原地区表现得尤为明显。ERA5总云量与地面观测一致性最高,其相关系数达到0.91,再分析总云量与ISCCP相关系数均低于0.7,CRA40与ERA5的相关系数达到0.87,CFSR与ERA5也具有较高的相关性,而JRA55与CFSR相...     

中国北部积雪区冬季地表温度和2m气温再分析数据评估

利用2011-2016年冬季中国东北内蒙古及北疆地区251个站点逐日0 cm地表温度和2 m气温数据,对ERA5、MERRA2、JRA55、CRA-interim和CFSR五套再分析数据的地表温度和气温进行评估,并使用MOD10C1对有无积雪覆盖时地表温度的偏差进行了分析。结果表明,再分析气温的精度较高,各再分析气温的整体偏差分布在-1～1℃,北疆地区适用性稍差;再分析地表温度精度明显降低,除ERA5整体偏差为-0. 34℃外,再分析地表温度表现为明显低估;再分析地表温度的偏差与土地利用类型有关,林地地区的地表温度冷偏差最大,草地地区偏差最小;再分析地表温度在有雪时低估更为严重,林地和耕地地区表现明显;相对于地表温度偏差本身,积雪的影响不大,陆面模式对于积雪区冬季林地地区的模拟亟待提高。     

三套再分析资料的中国夏季降水日变化特征

利用台站观测降水,评估分析了三套再分析(NCEP,ERA40和JRA25)降水资料对中国夏季降水日变化的再现能力.结果表明,三套再分析资料呈现的中国夏季降水日变化特征较观测存在明显偏差.对比台站观测的白天(08-20,北京时)和夜间(20-08时)降水比例.再分析降水在大部分区域都表现为白天较夜间偏多,NCEP和ERA...     

新疆区域CRA40地面气温检验分析

将高空间分辨率的CRA40地面日平均气温插值到新疆区域105站，以105站实测气温为基准,用平均误差（ME）、均方根误差（RMSE）和相关系数（r）3项检验指标，对新疆区域CRA40地面气温数据质量进行评估，与ERA5气温检验结果进行比较。结果表明：（1）1981—2020年，新疆区域105站 CRA40日平均气温与测站实况之间的相关系数CRA40_r为0.973，通过0.001信度检验。新疆区域CRA40气温与实况比较，日平均气温的年平均值、年最大值和最小值分别相差0.12℃、0.02℃和1.94℃，日平均气温年最大、最小值出现日期完全一致。（2）逐年检验结果中，在2004之前CRA40_ME为负偏差，在2005年之后为正偏差，无论是CRA40_ME和CRA40_RMSE还是CRA40_r，都反映出在2005-2020年新疆区域CRA40气温数据质量有所改进，较前期更加接近ERA5。（3）逐月检验结果中，新疆区域CRA40_ME绝对值和CRA40_RMSE均在冬季最大。结合ME与RMSE指标，在3月和10—11月新疆区域CRA40气温数据质量略优于ERA5。（4）逐日检验结果中，新疆区域CRA40_ME的绝对值在1.0℃以内的日数占全年365d的80.8%，CRA40_RMSE小于3.0℃的日数占72.3%。以RMSE为指标，新疆区域CRA40数据质量优于ERA5的日数有79d，集中在3—4月和10—11月；以相关系数r为指标，新疆区域CRA40数据质量优于ERA5的日数有22d，其中21d集中在3月份。（5）逐站检验结果中，新疆区域105站中有49站的CRA40_ME绝对值较小，38站的CRA40_RMSE较小，有51站的CRA40_r较大。整体上ERA5气温数据质量略优于CRA40，但是依据不同指标，CRA40气温数据质量占优的测站分别占36.2～48.6%。（6）在分海拔高度的次级区域检验结果中，在Ⅰ区海拔低于1500m的区域，ERA5气温数据质量整体占优；在Ⅱ海拔1500～2000m的山区，CRA40气温数据质量优于ERA5；在Ⅲ区海拔超过2000m的山区，CRA40气温数据质量略差，与ERA5十分接近。     

中国地基GNSS/MET水汽产品质量控制及与再分析产品的对比评估

本文研究并提出中国地基全球导航卫星系统（GNSS）水汽产品的综合质量控制（CQC）算法。CQC算法由质量检查和综合决策两个环节组成。质量检查环节主要对待检观测数据与其参考数据的差异进行分析,包括界限值检查、考察时间一致性的临近点检查和低通滤波检查,考察空间一致性的邻近站检查、距平值检查和峰谷值检查,以及基于背景场的粗大误差检查等7个模块。每个检查标记出超过阈值的观测数据,随后利用综合决策算法对数据的标记情况进行综合评分,最终给出数据的质量控制码。基于质量控制后的数据,评估了中国第一代全球大气再分析产品（CRA）、ERA-Interim和ERA5等五套再分析数据在中国地区的水汽模拟效果。结果表明几套再分析资料模拟的大气可降水量（PWV）在冬季整体略高于观测,夏季则明显低于观测。在空间上,中国南方地区和西部地区模拟的PWV低于观测,这种情况在夏半年更加明显。相对于观测,CRA的平均偏差（O?B）为0.633 mm,均方根误差为3.650 mm。CRA相对于观测的误差略高于ERA5,但略低于ERA-Interim,明显优于JRA55和NCEP2结果。     

环渤海区域再分析资料地面风速场的适用性对比分析

利用环渤海区域的气象站资料和NCEP/NCAR、NCEP/DOE、CFSR、ERA Interim、JRA-55共5种再分析资料,讨论了再分析资料近地面10 m平均风速场在环渤海区域的适用性问题。结果表明：JRA资料与观测站的相关系数最大,ERA资料与23站均方根误差的平均最小;再分析资料与气象站观测资料的相关系数在山东半岛和辽东半岛高于其他地区、冬半年大于夏半年。环渤海区域地面10 m平均风速场JRA和ERA两套资料的适用性较好。由于ERA-Interim的水平分辨率更高,所以在强风过程分析中确定使用ERA Interim再分析资料。     

对流层和平流层温度中ENSO信号的多种资料比较

本文利用1980～1999年卫星资料Microwave Sounding Unit (MSU)和5种再分析资料(ERA40、JRA25、NCEP1、NCEP2、MERRA),分析了北半球冬季全球对流层中层和平流层低层温度变化中的ENSO信号,讨论了ENSO暖冷位相时温度异常的对称性和非对称性,并以MSU卫星资料为标准,...     

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。     

中国探空观测与多套再分析资料气温序列的对比研究

为比较中国探空观测与再分析气温的差异,利用中国118站850—30 hPa经质量控制和均一化处理后逐月气温和NCEPv1、NCEPv2、ERA-40、ERA-Interim、JRA55、20CR、MERRA和CFSR等8套再分析月平均气温,通过对比1981—2010年探空观测与多套再分析气温序列的平均偏差、相关系数、标准差和变化趋势,分析两者在数值、年际变率、离散度及长期变化的差异。结果表明,中国探空温度原始序列存在较为显著的非均一性,均一化对原始气温序列总体为负订正,对流层上层至平流层下层(200—100 hPa)订正值最为显著。均一化气温去除了原始序列中由仪器换型和系统升级等因素导致的系统误差,与再分析气温相关较原始序列明显提高。再分析气温与均一化气温偏差约1℃,多数再分析气温较均一化气温在对流层偏低、平流层偏高。再分析与均一化气温年际变率较为一致,正相关达到显著。多数再分析与均一化气温均在对流层中低层呈上升趋势、平流层中层呈下降趋势。对流层上层和平流层下层不确定性较大。总体上,ERA-Interim、JRA55和MERRA与其他再分析相比更相近中国均一化探空气温。      

中国区域再分析湿度资料与均一化探空湿度资料的对比分析

利用1980—2010年中国98个探空站均一化月平均温度和温度露点差资料(OBS)和NCEP/NCAR(NCEP)、ERAInterim(ERA)、JRA-25(JRA)3种再分析月平均比湿资料,使用相似分析、趋势分析等方法对中国区域4种资料高空比湿进行了对比分析。结果表明:(1)从空间分布特征分析,JRA比湿与OBS比湿的空间分布相似系数最大。(2)3种再分析资料比湿普遍大于OBS比湿,除个别站点个别层次外,JRA和OBS比湿更加接近;再分析比湿和OBS比湿的相对偏差随高度增加而增大,且冬春季大于夏季。(3)从长期变化趋势分析,在对流层低层,JRA和0BS比湿较接近,在对流层中高层ERA和OBS比湿较接近。     

3种再分析资料的高空温度与中国探空温度资料的对比:年平均特征

利用中国105站的探空资料以及NCEP/NCAR、ERA和JRA 3种再分析资料,采用线性趋势、标准差、相关系数、EOF分析等多种统计分析方法,对再分析资料年平均的高空温度在中国区域的可信度进行了分析.研究表明:在数值上,3种再分析资料的高空温度均小于探空资料的高空温度,NCEP/NCAR资料在对流层上层更接近于探空资料,ERA和JRA资料则在对流层中下层与探空资料更为接近;在描述年际变化和长期变化趋势方面,ERA资料在我国北方的对流层上层的再现能力较好,NCEP/NCAR资料在我国南方的对流层上层的再现能力较好,而3种再分析资料在对流层中下层的再现能力相当;在时空变化特征方面,NCEP/NCAR和ERA资料能较好地表现高空温度的年代际变化特征,而ERA和JRA资料则能较好地表现年际变化特征.     

中国东北和西北区域三种再分析资料与探空资料的温度对比分析

利用中国105站的探空资料以及NCEP/NCAR、ERA和JRA三种再分析资料,采用均方根误差、趋势分析等多种统计分析方法,对再分析资料的高空温度在中国东北和西北区域的可信度进行了分析。结果表明：在气候平均方面,JRA资料相比于探空资料的均方根误差较小,冬季的均方根误差较小,西北区的均方根误差普遍大于东北区;在年际变化方面,东北区三种再分析资料在低层的反映程度明显好于高层,西北区各层三种再分析资料与探空资料的差值普遍比东北区大;在长期变化方面,三种再分析资料在对流层低层都较好,东北区NCEP资料能更好地反映探空资料高层的降温趋势,而在西北区,则是JRA资料能更好地反映探空资料高层的降温趋势。     

Intercomparison of CRA-Interim Precipitation Products with ERA5 and JRA-55

By using the hourly data from surface meteorological stations in China, the 3-hour precipitation data from CRA-Interim (Chinese Reanalysis-Interim), ERA5 (ECMWF Reanalysis 5) and JRA-55 (Japanese Reanalysis-55) are compared, both on the spatial-temporal distributions and on bias with observation precipitation in China. The results show that: (1) The three sets of reanalysis datasets can all reflect the basic spatial distribution characteristics of annual average precipitation in China. The simulation of topographic forced precipitation in complex terrain by CRA-interim is more detailed, while CRA-interim has larger negative bias in central and East China, and larger positive bias in southwest China. (2) In terms of seasonal precipitation, the three sets of reanalysis datasets overestimate the precipitation in the heavy rainfall zone of spring and summer, especially in southwest China. CRA interim’s location of the rain belt in the First Rainy Season in South China is west by south, the summer precipitation has positive bias in southwest and South China. (3) All of the reanalysis datasets can basically reflect the distribution difference of inter-annual variation of drought and flood, but the overall the CRA-Interim generally shows negative bias, while the ERA5 and JRA-55 exhibit positive bias. (4) For the diurnal variation of precipitation in summer, all the reanalysis datasets perform better in simulating the daytime precipitation than in the night, and bias of CRA-interim is less in southeast and northeast than elsewhere. (5) ERA5 generally performs the best on the evaluation of quantitative precipitation forecast, the JRA-55 is the next, followed by the CRA-Interim. CRA-Interim has higher missing rate and lower threat score for heavy rains; however, at the level of downpour, the CRA-Interim performs slightly better.     

江苏省土壤湿度观测资料与再分析资料对比分析研究

利用江苏省2010—2015年的60个站点土壤湿度观测资料,对欧洲中心ERA-Interim再分析资料(ERA)和美国宇航局再分析资料(MERRA)的两套土壤湿度数据在江苏地区的可靠性进行了评估。结果表明:相比于ERA再分析资料,MERRA较好地再现出江苏省次表层年平均土壤湿度的空间分布特征,但是两种资料的次表层和深层土壤湿度的数值均小于观测。ERA和MERRA基本都能揭示出江苏省次表层土壤湿度的季节变化特征,但是深层土壤湿度与观测仍有较大差距。在时间演变方面,ERA次表层土壤湿度与站点观测在研究时段内较为接近,EOF分析揭示出1979—2016年江苏省次表层土壤湿度存在区域一致型与南北偶极型两个主要的年代际变率模态。但是对于深层土壤湿度时间演变而言,两种再分析资料都与观测有较大的差距。总体而言,再分析资料的次表层土壤湿度与站点观测较为接近,但是由于再分析资料陆面模式中地下水等影响深层土壤湿度的关键过程刻画较为简单,使得深层土壤湿度与观测有较大的差距。