雾霾天气个例气象条件对比分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和L波段探空资料从环流形势、扩散条件和边界层特征3个方面对2013年两次雾、霾天气个例进行对比分析,结果表明:500hPa西北气流冷平流、地面弱风场、垂直速度呈弱上升-下沉的垂直分层特点和逆温是两次雾、霾天气出现和维持的共同特征。地面西北风、850hPa弱冷平流、近地层浅薄的接地逆温(100~200m)和湿层与霾天气对应,地面偏东风、850hPa暖平流、925hPa以下深厚的悬浮逆温(400m)和湿层与雾天气对应,霾过程较雾过程逆温强度强,上升运动高度高。消散时雾较霾下沉运动中心高度低,强度弱;霾消散时接地逆温特征变化不大,雾消散时悬浮逆温有底部抬升和大气稳定层结向中性层结转变的变化特征;但均有下沉气流接地、垂直风切变较强和高层低露点干空气下传到地面的特点。     

关中地区一次霾天气过程分析

利用常规地面观测资料及气象探空资料,分析了2016年11月3—5日关中地区霾天气过程,结果表明:高空500hPa锋区偏北,中纬度无明显冷空气活动,850hPa暖空气控制,地面弱气压场是导致关中地区霾出现的主要天气背景;近地层为正涡度平流,而925~850hPa为负涡度平流是大范围霾持续的动力结构;霾出现前有暖干空气向关中地区输送,而逆温层持续存在,是霾天气持续的重要原因;气压场稳定,风速偏小,大气混合层高度持续低于650m,致使大气水平和垂直交换能力弱,引发了此次霾天气。霾出现前后气象要素变化特征明显,可为霾的预报提供重要参考。     

榆林金鸡滩低空风温特征分析

根据金鸡滩1500m内小球测风、低探空资料和同期500hPa平均高度场,计算分析了本区域观测期间低空风温特征及不同稳定度下的风速廓线和温度廓线特征。分析表明：冬季观测期间受西北冷平流控制,近地层主要盛行SE风;夏季槽前不断有冷空气分裂南下,近地层风向多变;低空各主要高度层风速均较大,冬季大于夏季;接地逆温和低空逆温出现频率均较低,厚度较小,冬季强于夏季,出现在中性和稳定层结下的夜间,逆温层上部存在明显的风速切变。     

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。     

南京地区闪电定位资料与探空资料的应用分析

利用江苏省闪电定位系统的观测资料,结合南京探空资料,分析了以南京探空站为中心的1°×1°的经纬度范围内,在两次探空放球时间段内所发生的闪电情况.分析表明,沙氏指数、700 hPa与1000 hPa假相当位温θse差、500 hPa与700 hPa假相当位温θse差、1000 hPa温度、500 hPa温度对南京地区闪电活动的实时预警有比较明显的作用,并定义了闪电概率指数,可用于预报0～30 min内闪电的发生概率.本研究对南京地区雷电实时监测与预警有参考价值.     

NCEP再分析资料与江西强对流探空资料对比检验分析

选取2000—2016年江西省南昌、赣州两站及其附近半径为50 km范围内的强对流天气过程个例,对比分析常规探空资料和NCEP再分析资料提取的温、湿、风垂直廓线及其输出量,检验NCEP再分析资料在江西省强对流天气分析的适用性。结果表明:1)NCEP再分析资料与探空资料温度差异非常小,500 hPa高度层以下露点误差也在1℃以内,而500 hPa高度层以上随着高度增加误差也明显的增大。基于温湿计算的大气能量物理量CAPE值可靠性较低,而基于中低层温湿条件计算的K指数和Δt_(850-500)参考性较高。2)NCEP再分析资料与探空资料的垂直风速切变基本在1 m/s之内,越往高层垂直风切变越小,差值在0.4 m/s以下。两种资料计算的高低层风垂直切变均拟合的非常好。3)NCEP再分析资料显示低层偏干而中层略偏湿,低层偏干使CAPE偏小,中层偏湿不利于产生雷暴大风、冰雹等强对流天气,降低了灾害性强对流天气产生的概率。边界层风场预报偏弱也会弱化强对流辐合触发的条件的分析。总体来说,两种资料的基本物理量以及一些输出量偏差较小,可用于江西省强对流天气的分析。     

基于系留探空试验的古尔班通古特沙漠低空气象廓线解析?

利用2011年10月15—24日在古尔班通古特沙漠腹地系留气艇边界层试验的探测资料,分析了沙漠腹地近地层风、温、湿等气象要素廓线垂直分布特征及其变化情况,结论如下:(1)20时—08时存在逆温,08时逆温最强,逆温强度为2.85℃/100 m,逆温层高度为700 m,之后逆温逐渐消失;夜晚近地层湿度明显大于上层大气,在100 m高度差内,湿度先快速减小再缓慢增大,与白天相反,20时近地面出现逆湿,1 100 m高度湿度发生明显切变;逆温层以上风速随高度变化呈多峰态,逆温层范围内风速增大趋势明显,900~1 100 m之间存在200 m厚的恒风区,1 100 m以上风速再次增大,白天的风速小于夜间。(2)风速波动范围大约为2~8 m/s,近地面100 m范围内风速随高度快速增大,风向由东南风向南风转变,600~900 m之间风速变化减缓,风向由从南风逐渐向东风转变,以东南风为主,风速与风向同步改变。(3)600 m以下随温度升高湿度快速减小,600~1 100 m之间又持续增大,1 100~1 500 m之间呈波动变化的趋势,1500 m增大明显。(4)风切变指数夜晚大于白天,最大值在23时(20.88),最小值在中午14时(0.97),平均风切变指数为9.61。混合层厚度平均为125.88 m。     

我国中东部一次大范围霾天气的分析

利用空气污染资料、常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对2007年2月5日我国中东部大范围霾天气进行了综合分析.结果表明:前倾槽结构和逆温层结为霾的形成提供了有利条件;800hPa以下层垂直速度、涡度和散度的绝对值较小.是霾维持的动力因子.大气混合层高度的变化对霾的生消有很好指示作用,霾天混合层高度北高南低分布,致使南方比北方更易出现严重霾天气.此外,要素对比结果表明,霾的相对湿度比雾低,温度露点差比雾大,逆温强度比雾弱,大气混合层高度比雾高,这些可为霾的预报提供参考依据.     

塔里木盆地一次“东灌”沙尘暴大气边界层特征

利用探空、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、地面气象站观测资料,对新疆塔里木盆地2014年10月28—29日的沙尘暴天气过程前、中、后大气稳定度、混合层厚度、风、温、湿廓线等边界层特征量进行分析。结果表明:此次天气过程为欧洲脊东移,推动西西伯利亚低槽快速进入北疆地区,随后东移翻越东天山进入南疆,造成"东灌"沙尘暴天气;沙尘暴造成边界层特征量表现为K指数减小,沙氏指数增大,理查逊数减小,混合层厚度降低等特征;风向由偏西风转为偏东风,风速则在静风转为30 m/s的偏东急流;温度为沙尘暴之前为贴地逆温,之后大气混合比较均匀,相对湿度为先增加后减小,沙尘暴天气是一个降温增湿的过程,边界层风、温、湿廓线都打破了原有分布规律;沙尘暴过程是大气不稳定层结变为稳定层结的过程。     

江苏秋冬季重度霾的分型研究

利用常规观测资料、探空资料和NCEP再分析资料对江苏秋冬季重度霾的环流背景、边界层特征、热力条件、动力条件及气流轨迹进行了分析,探讨重度霾的形成机制。结果表明,2014年秋冬季纬向环流较常年显著增强,500 hPa转西北气流对重度霾缓解有6-12 h的提前指示意义。重度霾发生时的地面形势可分为3类:均压区型、冷锋前部型和低压倒槽型。东路冷空气驱霾效果优于西路冷空气。重度霾发生时主要是贴地逆温,风速在4 m/s以下,霾消散前一致转北风,日变化明显,下午霾常有所减轻。逆温强度方面,低压倒槽型强于西路冷锋前部型,强于均压区型;逆温持续时间方面,低压倒槽型长于西路冷锋前部型,长于均压区型;逆温厚度方面,3种类型基本相当;东路冷空气影响时逆温消失。不同类型逆温强度不同可能与925 hPa和近地面的风向风速、锋前升温及气团源地有关。逆温层多在300 m以下,逆温强度为1-5℃/(100 m),近地层有浅薄湿区,相对湿度为40%-90%。动力条件方面,低层辐合下沉区域霾常加重,并伴有明显气流停滞区,区域过程累积风矢量和很小,在100-500 m/s范围内,不利于污染物的水平扩散。冷锋前部型气流输送的气溶胶主要来源于西北-华北地区,低压倒槽型则主要来自华南,均压区型主要来源于本地。通过研究江苏秋冬季重度霾的天气特征得到了一些有意义的结果,可为今后预报提供更多参考依据。     

国家级格点实况分析产品在江苏地区的适用性评估分析

利用国家级格点实况分析资料与地面气象站实况数据,采用误差分析、技巧评分等方法评估了2017年7月至2018年6月逐时的格点实况产品在江苏地区的地面2 m气温、2 m相对湿度、10 m风和降水要素的一致性和准确性,同时采用MODE检验方法对格点降水产品空间分布偏差进行了分析。结果表明:2 m气温格点实况与自动站观测基本一致,平均绝对误差在0.5~0.8℃,均方根误差在0.8℃左右,其中日最高气温误差较小。格点实况和自动站2 m相对湿度之间的平均绝对误差在5%左右,均方根误差在6%~7%,表现出较高的准确性和稳定性。格点实况10 m风向准确率达到70%左右,而风速准确率仅为56%,与气象站点观测相比有明显差异。格点降水产品的全年有无降水准确率为90%~98%,对于晴雨检验存在带来较大影响的可能。格点实况产品对小雨级别降水的准确率最高,随着降水量级增大,格点实况降水场相比站点观测存在较多的降水漏报,因此,对于降水分量级检验还不适合用格点实况场来替代气象站点观测。设计了一种基于空间形态的降水准确率评分方法对降水空间落区进行检验,格点实况降水场的空间形态准确率评分在0.9左右,较准确地反映了实际降水空间分布。因而,格点实况数据在江苏平原地区都有较高的精度,误差在可接受的范围内,基本可以代替自动站观测作为预报和模式检验的真实实况场,但也存在以下几个方面的问题:(1)格点2 m气温、2 m相对湿度产品在江苏的丘陵地带误差较大,降水产品在海岛气象站准确性较低;(2)格点降水产品一定程度地弱化了大雨以上量级降水强度;(3)格点实况风速产品误差较大,与业务服务需求有一定差距。     

对三套再分析资料中国大陆地区夏季降水量的评估分析

以中国台站降水为参照,评估分析了三套再分析资料(NCEP/DOE,ERA和JRA)对中国夏季降水场的再现能力。结果显示,三套资料均能基本再现夏季降水量分布的主要特征,亦能较好刻画大部分地区降水的年际和季节内变化特征,但同时也存在诸多问题:NCEP资料在青藏高原东坡存在一个虚假降水中心,且对中西部和西南地区夏季降水的季节内演变特征再现能力较差;ERA资料降水量系统性偏小,且不能合理描述中西部地区降水的年际变化;JRA资料高估了华南沿海地区的降水量。三套资料均存在高估弱降水、低估强降水的问题。对日降水量≥0.1 mm的降水事件进行TS、BS评分,三套资料的TS评分在0.6左右,BS评分在1.5左右;随着参与评分的降水等级的提升,两项评分都迅速下降,三套资料对暴雨的预报评分都非常低。通过分析可了解当前较先进的数值预报模式在基本真实的环流场强迫下对我国夏季降水的预报能力,认识模式中物理参数化过程导致的模拟偏差,为模式发展和评估提供参照。     

近50年中国降水格点日值数据集精度及评估

利用高质量的2472个气象台站逐日降水资料和薄盘样条法,对1961 2010年中国大陆降水资料进行了空间内插,得到了中国地面降水0.5°×0.5°格点日值数据集。对该数据集的评估结果表明:夏季误差明显大于其他季节,冬、春、夏、秋季分别有96.7%,91.8%,63.2%和94.0%的台站绝对误差在±1 mm·d-1之间;冬、春、夏、秋季分别有53%,68%,72%和70%的台站相对误差在±10%之间。基于台风"碧利斯"等3个强降水事件的分析和插值试验表明,格点化降水可以较好地描述一定范围内的面雨量。对比CP和APHRO两套格点资料表明,APHRO格点资料在刻画长江以南的年降水量气候态空间特征方面与观测值较一致;CP格点资料对青藏高原、天山山脉和塔里木盆地等大地形附近的降水空间特征描述较准确。另外,CP和APHRO格点资料都可以再现江淮梅雨日变化特征。当出现大雨和中雨日时,两套网格化降水资料同等程度地弱化了降水强度,而出现小雨日时,CP格点资料更接近实测降水。     

应用探空观测资料评估几类再分析资料在中国区域的适用性

通过与中国8个不同区域温度场和高度场的探空观测资料相比较发现, ERA-40、NCEP/NCAR和NCEP/DOE等再分析资料所描述的温度场和高度场产品的平均值以及年际变化特征等与观测结果的差异均在夏季比较明显, 尤其1970年代以前在中国的西部和西南部地区的差别较为显著。其中, 温度场的差别主要存在于对流层上层; 高度场的绝对偏差也主要出现在对流层上层, 而它们在年际变化特征及其长期变化趋势上的差别则反映在对流层中、下层, 特别是NCEP/NCAR对流层中、下层的夏季高度场在1970年代以前存在着过于明显的“低压” 现象, 从而夸大了很多地区的年代际气候变化特征。就大多数地区而言, ERA-40在中国区域气候变化研究中具有相对较好的适用性, 特别是在年代际气候变化研究中要明显好于NCEP/NCAR。研究还表明, NCEP/DOE与NCEP/NCAR在大多数地区除了在均值上有所不同外, 它们的年际变化特征则并无显著差别。     

两套土壤湿度再分析资料在黑河流域的对比分析

利用黑河流域少量观测台站的实测降水和土壤湿度资料, 对比分析了欧洲中心ERA40及美国NCEP R-1两套常用的土壤湿度再分析资料在黑河流域的空间分布、 年际变化和季节循环特征, 结果表明:两套资料在黑河流域均能表现出“南湿北干”的分布格局, 湿度高值中心位于祁连山区东南部\.以此为中心, 土壤湿度从上游山区向中下游递减。ERA40土壤湿度在祁连山区年际变化明显, 与降水的响应关系要好于NCEP资料, 在中下游站点, NCEP 10 cm层土壤湿度对降水的响应好于ERA40。祁连站ERA40土壤湿度在6~8月接近观测值, 在额济纳站两套资料对于土壤湿度的描述都不理想。     

NCAR分析资料在大气边界层内误差的初步分析

通过比较1998年南海季风试验(SCSMEX)期间(1998年5月5日～5月25日,6月4日～6月20日)7个站点的探空加密观测资料与NCAR分析资料,分析了在大气边界层内分析资料存在的误差.结果表明:在大气边界层内,NCAR分析资料存在较大的误差.位温和比湿误差随着高度的增加呈现下高上低的特征.比湿的误差要大于位温的误差,7个站点的位温均方差最小值基本都小于1 K,最大均方差也不大于2 K,而比湿均方差最小值基本都大于1.0 g·kg~(-1),部分站点的误差最大值超过2.0 g·kg~(-1).初步说明,下垫面对NCAR分析资料误差的产生有较大影响,内陆地区和海岛地区的分析资料位温的误差比沿海地区大,而比湿数据则相反;在垂直方向上,分析资料的位温误差在0.98～1.33 K之间,比湿误差介于1.39～1.60 g·kg~(-1)之间.     

The Assessment of Global Surface Temperature Change from 1850s:The C-LSAT2.0 Ensemble and the CMST-Interim Datasets

Based on C-LSAT2.0,using high-and low-frequency components reconstruction methods,combined with observation constraint masking,a reconstructed C-LSAT2.0 with 756 ensemble members from the 1850s to 2018 has been developed.These ensemble versions have been merged with the ERSSTv5 ensemble dataset,and an upgraded version of the CMSTInterim dataset with 5°×5°resolution has been developed.The CMST-Interim dataset has significantly improved the coverage rate of global surface temperature data.After reconstruction,the data coverage before 1950 increased from 78%?81%of the original CMST to 81%?89%.The total coverage after 1955 reached about 93%,including more than 98%in the Northern Hemisphere and 81%?89%in the Southern Hemisphere.Through the reconstruction ensemble experiments with different parameters,a good basis is provided for more systematic uncertainty assessment of C-LSAT2.0 and CMSTInterim.In comparison with the original CMST,the global mean surface temperatures are estimated to be cooler in the second half of 19th century and warmer during the 21st century,which shows that the global warming trend is further amplified.The global warming trends are updated from 0.085±0.004℃(10 yr)^–1and 0.128±0.006℃(10 yr)^–1to 0.089±0.004℃(10 yr)^–1and 0.137±0.007℃(10 yr)^–1,respectively,since the start and the second half of 20th century.     

中国及其周边地区多种水凝物资料的气候态特征比较

对云的水凝物含量进行研究有利于认识云的辐射性质和强迫效应,以及改善模式的预报性能。利用目前几种较为常用的卫星观测资料（ISCCP、MODIS和CloudSat）和再分析资料（CFSR和ERA-Interim）,对中国及其周边地区的多种水凝物变量,包括积分的云水路径、液水路径和冰水路径,以及分层的液态水含量和冰水含量的气候态水平及垂直分布特征进行了比较研究。结果表明,在总的水凝物含量方面,无论是描述整个中国及其周边地区的水平分布特征和主要变化模态,还是不同海陆区域的月变化特点,MODIS、ERA和CFSR三种资料都显示出较高的一致性,而ISCCP的绝对数值和变化幅度与它们均存在一定差异。在液态水含量方面,无论是水平还是垂直分布,ERA-Interim都有最高的数值,作为观测数据的MODIS和ISCCP则显著偏低。对于冰水含量,不同资料间无论是水平和垂直分布形式还是具体数值都存在明显差异。通过分析不同水凝物资料间气候态分布的差异性特征,有利于认识目前常用的几种水凝物资料的“不确定性”程度,从而更好地估计云的辐射效应,以及理解其在气候变化中所扮演的角色。      

NCEP/NCAR和ERA-40再分析资料以及探空观测资料分析中国北方地区年代际气候变化

利用中国东部的探空站资料以及ERA40和NCAR/NCEP再分析资料,详细地比较了我国北方地区(主要指内蒙古以及华北地区)的高低层位势高度以及温度的特征.结果表明,在20世纪70年代以前,NCEP/NCAR再分析资料对我国北方地区对流层低层无论是位势高度或温度都描述不好,存在着很明显的虚假年代际变化趋势.与实际探空资料相比,相对于NCEP/NCAR再分析资料,ERA-40再分析资料对东亚地区对流层低层位势高度或温度的描述明显好于NCEP/NCAR再分析资料,因此,研究东亚气候的年代际变化应用ERA-40再分析资料要好一些.高层的结果要比低层好.在70年代以后,NCEP/NCAR再分析资料对于内蒙古和华北对流层上层的位势高度和温度的描述要好于ERA-40再分析资料,更接近于实际探空值,这说明这两份再分析资料各有优缺点.       

近百年全球地表月气温数据的概况与初步整合

基于国际上最著名的4套全球地表月气温数据集,即英国东安格利亚大学气候研究所数据集（CRUTEM3）、美国国家气候数据中心数据集（GHCN-V3）、美国国家航天航空局数据集（GISSTMP）和Berkeley地球表面气温数据集,从分析现有资源的状况入手,通过广泛的国际调研与合作,整合了这4套全球地表逐月气温数据集和一些主要国家或地区的区域数据集,研发了中国第一套全球陆地表面逐月气温站点数据集。该数据集共包含全球9519站、7073站及6587站的月平均气温、最高及最低气温（序列长度不低于20年）数据,同CRUTEM3和GHCN-V3数据集相比,该数据集站点密度在各个区域都有所增加,尤其是在南美洲、非洲及亚洲地区;另外,1990年代以来的站点数量显著增加,有利于降低自1990年以来全球气温变化趋势估计的不确定性。