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。     

两种陆面模式对中国区域土壤温度模拟的对比分析

为研究不同陆面模式对中国区域土壤温度的模拟效果,基于中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）大气驱动数据分别驱动Noah和Noah-MP陆面模式进行中国区域土壤温度的模拟（简称:CLDAS_Noah和CLDAS_Noah-MP试验）,使用2010—2018年中国气象局2380个土壤温度观测站点10和40 cm观测数据以及美国全球陆面数据同化系统（The Global Land Data Assimilation System,GLDAS）驱动的Noah模式（GLDAS_Noah试验）模拟的土壤温度结果,从空间分布、季节、分区等角度进行了评估,实现了不同驱动数据相同陆面模式和相同驱动数据不同陆面模式的对比分析。结果表明: GLDAS_Noah、CLDAS_Noah和CLDAS_Noah-MP试验均能合理模拟出中国区域土壤温度空间分布,但在量级上有一定差异,主要表现在中国东北、新疆、青藏高原等积雪区。对于相同陆面模式不同驱动数据,均方根误差显示CLDAS_Noah试验在季节与分区上均优于GLDAS_Noah试验,间接表明CLDAS大气驱动数据优于GLDAS大气驱动数据,且大气驱动数据是提高土壤温度模拟精度的重要因素之一;对于相同驱动数据不同陆面模式,总体上CLDAS_Noah-MP试验棋拟效果优于CLDAS_Noah试验,其中CLDAS_Noah试验模拟的10和40 cm深度土壤温度在冬季积雪区误差明显大于CLDAS_Noah-MP试验,可能与Noah-MP模式改进了积雪方案有关,但10和40 cm深度下CLDAS_Noah-MP试验在东北、华北、青藏高原地区对春季土壤温度模拟误差明显大于CLDAS_Noah试验,可能与Noah-MP模式融雪方案有关。总之,本研究对于后续开展土壤温度多模式集成、土壤温度站点资料同化,最终研制中国区域高质量土壤温度数据集具有一定的参考意义。      

不同陆面模式对我国地表温度模拟的适用性评估

基于CLDAS大气驱动数据驱动CLM3.5陆面模式和3种不同参数化方案下的Noah-MP陆面模式模拟得到的地表温度,利用中国气象局2009-2013年2000多个国家级地面观测站地表温度进行质量评估。结果表明:从时间分布看,模拟地表温度与观测的偏差及均方根误差均呈季节性波动;从空间分布看,模拟地表温度与观测的偏差及均方根误差在中国东部地区相对于中国西部地区更小。选择Noah-MP陆面模式3种不同参数化方案模拟结果进行对比,结果表明:Noah-MP模式的非动态植被方案不变时,考虑植被覆盖度的二流近似辐射传输方案的Noah-MP陆面模式模拟的地表温度优于考虑太阳高度角和植被三维结构的二流近似辐射传输方案Noah-MP陆面模式模拟的地表温度;选择动态植被方案的Noah-MP陆面模式模拟的地表温度优于选择非动态植被方案的Noah-MP陆面模式;总体而言,考虑动态植被方案的Noah-MP陆面模式模拟的地表温度优于其他两种参数化方案的Noah-MP陆面模式以及CLM3.5陆面模式模拟的地表温度。     

基于平均滤波算法的北疆春季日最低气温格点预报产品订正分析

本文选用中国气象局下发的0.05°×0.05°的国家级格点预报指导产品和中国气象局陆面数据同化系统（CLDAS）逐时实况数据资料，使用三种平均滤波方法分别订正北疆地区08时、20时起报的240h内逐24h 最低气温的格点预报指导产品，并分别对比检验订正前后共8种产品的预报效果。检验结果表明: 订正后的预报产品相比原始格点预报指导产品的均方根误差均明显降低，气温预报准确率及稳定性均显著提高。三种订正算法均随着海拔高度越高订正效果越好，且随着预报时效延长订正效果减弱。三种算法中集成订正效果略优。     

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。     

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〗     

基于格点资料的四川大气混合层高度特征及与空气质量的关系

基于2018年1月~2020年12月中国气象局陆面数据同化系统（CLDAS）资料，利用罗氏法计算四川省大气混合层高度，分析其时空分布特征，并结合大气环境空气质量监测数据，讨论大气混合层高度变化与空气质量的关系。结果表明:四川省大气混合层高度呈西高东低分布特征。盆地与攀西地区、川西高原大气混合层高度季节变化有显著性差异，盆地春季最高，秋季最低；川西高原和攀西地区秋季最高，夏季最低。四川省各地区大气混合层高度月、日变化趋势基本一致。四川省大气混合层高度与O₃质量浓度呈显著正相关关系，与PM_2.5质量浓度呈显著负相关关系。      

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。      

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。     

针对模式风场的格点预报订正方案对比

为了将格点观测融合产品用于模式预报产品的滚动订正中,获得精准的预报效果,使用国家气象信息中心HRCLDAS（High Resolution China Meteorological Administration Land Data Assimilation System）业务系统产生的高频次格点风场融合产品作为实况资料,采用两种风场模型和8种格点误差订正方案,对模式风预报产品进行订正预报试验,试验选择欧洲中期天气预报中心10 m风预报产品的2017年1月1日—2月28日以及2017年6月1日—7月31日两个时间段,进行了预报模拟试验,对8种格点误差订正方案的订正结果进行检验,同时将订正场插值到站点,使用国家级2400个地面气象站风场资料进行站点检验,结果表明:无论从格点还是站点检验的平均绝对偏差、准确率、绝对偏差分布频率结果看,采用基于模式和实况因子的全格点滑动建模订正方案具有最佳的订正效果。     

基于大气-土壤-植被系统干旱发生发展过程的综合干旱指标构建与应用

适宜的干旱指标和高分辨率数据是准确监测干旱的基础。本研究从气象干旱和土壤干旱以及植被对干旱的响应出发,整合中国国家气象观测站、中国气象局陆面数据同化系统（CLDAS）土壤湿度（0.0625°×0.0625°）和MODIS叶面积指数（500 m×500 m）等多源数据信息,构建了基于气象干旱指数（标准化降水蒸散指数）、土壤干旱指数（土壤湿度百分位）和植被干旱指数（叶面积指数百分位）的综合干旱指数,并在中国东北地区开展了典型站点和区域10 km×10 km空间分辨率干旱监测试验。结果表明,综合干旱指数克服了单一气象干旱指数不能准确反映农业旱情及单一植被长势指数会将其他灾害引起的植被长势变差误判为干旱的不足,能够反映灌溉对干旱的影响,实现对大气-土壤-植被系统干旱发生、发展及其影响的监测。      

Estimations of Land Surface Characteristic Parameters and TurbulentHeat Fluxes over the Tibetan Plateau Based on FY-4A/AGRI Data

正Nan GE1, Lei ZHONG*1,2,3, Yaoming MA4,5,6, Yunfei FU1, Mijun ZOU1,Meilin CHENG1, Xian WANG1, and Ziyu HUANG1     

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.     

SENSITIVITY OF THE WEATHER RESEARCH AND FORECASTING MODEL TO RADIATION SCHEMES IN CHINA

Results of one-year simulations using the Weather Research and Forecast (WRF) model, with the use of different radiation schemes (RRTM, RRTMG, CAM, New Goddard and Goddard), are evaluated for China. The observations used in the model assessment include station data from the China Meteorological Administration, 14 flux field sites arranged in a coordinated observation network, and Global Land Data Assimilation System (GLDAS) data. Specifically, based on a Taylor diagram, the temperature differences between the radiation schemes are small, and the best annual mean spatial pattern and average value for China as a whole is produced by RRTMG. For the rainfall and net radiation annual mean simulation, the New Goddard and CAM schemes present better results than the RRTMG scheme. With respect to low cloud cover, all the schemes have similar reproduction without high cover on east of Tibet Plateau. Overall, the New Goddard and CAM schemes are suitable for longtime simulation without nesting and nudging options.     

Diagnostic Analysis of Wave Action Density During Heavy Rainfall Caused by Landfalling Typhoon

Based on prior investigation, this work defined a new thermodynamic shear advection parameter, which combines the vertical component of convective vorticity vector, horizontal divergence, and vertical gradient of generalized potential temperature. The interaction between waves and fundamental states was computed for the heavyrainfall event generated by landfalling typhoon“Morakot”. The analysis data was produced by ADAS [ARPS (Advanced Regional Prediction System) Data Analysis System] combined with the NCEP / NCAR final analysis data (1° × 1°, 26 vertical pressure levels and 6-hour interval) with the routine observations of surface and sounding. Because it may describe the typical vertical structure of dynamical and thermodynamic fields, the result indicates that the parameter is intimately related to precipitation systems. The parameter’s positive high-value area closely matches the reported 6-hour accumulated surface rainfall. And the statistical analysis reveals a certain correspondence between the thermodynamic shear advection parameter and the observed 6-hour accumulated surface rainfall in the summer of 2009. This implies that the parameter can predict and indicate the rainfall area, as well as the initiation and evolution of precipitation systems.     

南海温盐流数值产品构建及评估

基于区域海洋模式ROMS构造了一套覆盖中国南海的40年（1980—2019年）温盐流数值产品OCEAN_SCS。OCEAN_SCS的变量包含了温度、盐度、流速、流向以及海表高度。OCEAN_SCS的水平空间分辨率为0.1°×0.1°,垂向分层40层（0~5 000 m）,时间分辨率为1小时,包含潮汐信息。利用独立的观测资料对OCEAN_SCS进行了初步评估,评估对象包括温度、盐度、海表高度、海流、潮位和增水。在不包含资料同化的前提下,OCEAN_SCS的模拟精度达到了较高的水准。OCENA_SCS的构建将为南海海洋环境的研究提供数据支撑,并服务于南海海洋环境保障。      

2011年1月贵州冻雨天气成因分析

利用2011年1月NCEP1°×1°6 h再分析资料和贵州省气象局提供的84个地面气象站1970—2011年冬季（12月至次年2月）资料对贵州省2011年1月持续的低温冻雨天气进行了气候统计和诊断分析。此次冻雨天气范围广,强度大,34个站气温达到40年来历史同期最低值。此次过程中的亚欧大陆环流异常的主要表现是乌拉尔山阻塞高压阶段性活跃,在里海槽前西南气流的持续补充下两次崩溃三次重建,在脊前形成深厚低压中心,导致频繁有冷空气南下影响贵州地区。     

HUBEX区域资料同化系统

介绍HUBEX区域资料同化系统。这个系统采用6 h周期的间歇资料同化方法, 利用全球粗网格分析场资料, 形成冷启动的初估场和同化模式的边界条件。系统还包括资料质量控制、σ面最优插值客观分析、张弛逼近 (Nudging) 初值化、中尺度同化模式预报和后处理等部分, 对来自全球通讯系统、HUBEX加密观测的资料和国家卫星气象中心的导风资料进行同化。最后, 用1998年6月24~28日长江流域的暴雨过程对这个资料同化系统进行测试。     

江苏—南黄海地区M≥6强震有序网络结构及其预测研究

基于TIGGE（THORPEX Interactive Grand Global Ensemble,全球交互式大集合）资料中欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather,ECMWF）、日本气象厅（Japan Meteorological Agency,JMA）、美国国家环境预报中心（National Centers for Environmental Prediction,NCEP）和英国气象局（United Kingdom Met Office,UKMO）4个中心的北半球地面2m气温集合平均预报资料,利用插值技术与回归分析,并引入了消除偏差集合平均（bias-removed ensemble mean,BREM）和多模式超级集合（superensemble,SUP）方法进行统计降尺度预报研究.结果表明,在2007年夏季3个月中,4个单中心的降尺度预报明显地改善了预报效果.引入SUP和BREM两种集成预报方法后,预报误差得到进一步减小.对比综合表现最好的单中心ECMWF的预报,1～7d的降尺度预报误差改进率均达20％以上.研究还发现,引入SUP方法的降尺度预报效果优于引入BREM方法的降尺度预报,利用双线性插值方法在上述两方案中的预报效果优于其他3种插值方法.