ERA再分析陆面温度资料在浙江省的适用性

利用浙江省2016年71个气象台站观测的日平均气温和地表(0cm)温度资料对ERA再分析陆面温度资料的适用性进行了初步评估,通过计算2套再分析资料(ERA5和ERA-Interim)与观测资料之间的相关系数、平均偏差、平均绝对偏差、均方根误差和纳什效率系数等统计参数,综合评估了ERA再分析资料在浙江省的适用性。结果表明:①ERA2套再分析资料与观测值均较为接近,均能够较好地再现浙江省2m气温的时空分布特征且变化相关系数均高于0.98,日绝对偏差较小。②对于地表温度,2套再分析资料的适用性要差于气温,主要表现在2套再分析地表温度均低于观测值,且夏季的偏差显著大于其他季节,但绝大多数站点相关系数高于0.9,均方根误差高于2℃。总体来说,2套ERA再分析陆面温度资料对浙江省具有较好的适用性,ERA5整体上优于ERA-Interim,地表温度的改善更明显。     

青藏高原地区NCEP新再分析地面通量资料的检验

利用1979—1998年地面气象站温度观测资料和1982年8月-1983年7月高原热源观测资料,检验了NCEP／DOE新再分析地面气温和地面辐射收支在青藏高原地区的偏差。比较表明,气温和地面辐射量新再分析值能反映实际年变化特征,但其温度值系统性偏低,偏低幅度随地区和季节而变化。由于其气温和地表温度偏低造成地表长波辐射和大气逆辐射系统性偏低;冬季积雪地区的地表吸收太阳辐射和净辐射新再分析值偏小;地面净长波、净短波和总的净辐射与实测的偏差比较小。分析发现,同化模式地形高度与地面气象站海拔高度的差异是造成气温新再分析与实测偏差的主要原因,冬季积雪区地表反照率新再分析值偏大是造成冬季地面净辐射偏小的因素,并加剧了冬季气温新再分析的偏差。其研究对改进气候模拟结果分析有一定的启发。     

1989年冬季气候影响评价(1989年12月-1990年2月)

一、气候特点及概况冬季气候特点是:前冬奇暖,降雪少,积雪薄形成稳定积雪晚,后冬气温仍持续偏高,降雪多、积雪厚,整个冬季没有重大灾害性天气. 1.气温去冬是我区有气象记录以来最暖的冬季,从南、北疆(11个代表站)季温度情况看,北疆(6个站)季平均气温-8.6℃,其中北疆北部为-9——14℃,北疆西部为-4——9℃,北疆沿天山一带为-7-13℃;南疆(5个站)为-2.1℃;东疆为-6——9℃.与常年同期平均值比较,北疆偏高3.0-6.0℃,南疆偏高2.0-4.0℃,比最暖的1978年冬季偏高0.5℃.     

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。     

冬季气候影响评价

冬季（1995年12月～1996年2月）平均气温北疆正常，南疆正常略偏低；降水北疆正常，南疆正常略偏多，灾害性天气少于往年。冬季北疆大部地区积雪偏薄。1气候概况1．1气温季平均气温，北疆地区为－12．5℃，南疆地区为－8．4℃，与常年同期比较，北疆正常，南疆正常略偏低。各月气温变化情况：12月气温正常，月平均气温北疆北部的阿勒泰地区偏高2．2～4．1℃，北疆西部的伊犁地区偏低1．0～2．2℃，北疆沿天山一带除乌鲁木齐偏高2．0．C，其余大部地区接近常年；南疆地区除哈密、那善、巴音布鲁克偏低2．l～5．3C，其余大部地区接近常年。l…     

北疆积雪深度和积雪日数的变化趋势

 选取新疆北疆20个站1961-2006年积雪及稳定积雪日数、最大积雪深度资料,同时选择冬季降水量和气温稳定通过0℃以下的日数作为积雪的影响因子,分析了46 a来北疆积雪的变化趋势。结果表明：46 a来最大积雪深度呈显著增加趋势,平均年增长0.8%,其变化与冬季降水量增加有关,呈正相关;积雪日数和稳定积雪日数也呈稍增加趋势,增加主要发生在1960-1980年代,1990年代以来有所减少,其变化与气温稳定通过0℃以下的日数呈显著正相关。     

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。     

EAR70、CLDAS和ERA Interim表层土壤温度在中国地区的评估

本文利用2010—2015年2400多国家气象站逐小时观测数据对覆盖中国的EAR70、CLDAS和ERA Interim 3种表层土壤温度进行了评估和对比。结果表明：空间上CLDAS表层土壤温度精度最高（平均误差为-0.5 ℃，均方根误差为3.0 ℃，相关系数为0.96），受益于CLDAS高精度的陆面初始场，EAR70平均误差得到了改善；时间上ERA Interim再分析表层土壤温度在6:00和夏、秋季精度会明显下降，再分析表层土壤温度在数值较高时段表现出冷偏差，原因是模拟的土壤温度数值上升速度慢，对应的参数化方案有待改进。再分析表层土壤温度在东北地区冬季存在冷偏差，可能和积雪覆盖有关，陆面参数化方案也有待提高。在地形复杂的青藏高原地区，融合地面观测的CLDAS提高了大气驱动的质量进而改进了土壤的模拟。ERA Interim分辨率较粗不适合在青藏高原或者沿海地区使用，结合了CLDAS的EAR70在青藏高原精度提高。土壤表层温度的精度随着高精度的土壤状态初始场进入模式中时间延长会显著下降。因此，CLDAS的实时同化方式，能够有效提高在分析数据的精度。     

RegCM4区域气候模式对新疆地区冬季地表状态的模拟分析

利用区域气候模式Reg CM4.3(Regional Climate Mode version 4.3)对新疆地区冬季的地表状态进行了模拟分析,通过与ERA40再分析资料的对比分析发现,温度分布形势模拟较好,地面热力状态受地形影响显著,陡峭地形附近由于热性质差异大和非均匀性强会导致较大模拟误差;模式较好模拟出降水和潜热通量北疆多南疆少,山区多盆地少的分布特征,模拟出通过反照率影响,地表吸收的短波辐射呈现出沙漠腹地吸收多而天山地区吸收少的分布,对北疆呈感热通量汇而南疆呈感热通量源的感热分布形势也模拟较好;模拟的雪水当量与降水分布有较好的一致性,春季融雪径流与冬季雪水当量分布及降水均有较好的对应关系。通过模拟分析也发现,现有方案实际感热通量计算中以地面温度代替地面位温,造成感热通量偏小,因此会低估南疆感热源效应和高估北疆感热汇效应。此外,积雪量和地面温度模拟偏高可能是春季北疆主要积雪区径流偏强的原因。     

冬季气候评价(1993年12月～1994年2月)

继1986年后，我区已出现8个暖冬，但今年冬季的气温有较叨显的变化，1993年12月－1994年2月的冬季平均气温：北疆正常略偏低，南疆正常略偏高，个别地区偏高甚多，降水：北疆正常略偏多，南疆正常，灾害性天气少于往年，冬季北疆大部分地区积雪偏厚，对农业生产较为有利，但对牧业生产，交通运输有不利影响。1气候概况气温：季平均气温：北疆西部－62～－15．2℃左右，北疆其余三也区－10～－16℃，南疆地区－3～－6℃，与常年同期相比较，北疆除阿勒泰、富蕴偏高0．6－2．1℃，其余地区偏低0．3－2．0℃，南疆地区偏高1－2℃，按冬季平均气…     

基于加密观测的一次极端雨雪过程积雪特征分析

利用降水现象仪、地面自动站、人工加密积雪深度逐时观测资料及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对山东2020年1月5-7日罕见雨雪过程的积雪特征及温度影响机制进行了分析。结果表明:(1)降水量突破同期历史极值导致此次雨雪过程成为极端天气事件,地面影响系统为江淮气旋,冷平流较弱,积雪深度是预报难点。(2)整个过程全省各站的平均降雪含水比为0.46 cm·mm~(-1),低于过去20年间的江淮气旋暴雪过程。(3)积雪深度与高空温度、相对湿度和垂直速度的配置有关,在最大上升运动与90%以上相对湿度的叠置层次内,如果环境温度有利于树枝状冰晶增长则积雪深度和降雪含水比大,而环境温度适合空心柱状冰晶增长的则积雪深度小;云下温度高于0℃使得积雪深度减小。(4)积雪深度与近地面温度的关系表现为:气温低于0.5℃可形成有量积雪;0 cm地温对积雪的影响表现在积雪产生之前,降至0.4℃以下可形成有量积雪;雪面温度在产生积雪前后的2 h内维持在0℃左右,其他时段变化与气温类似。(5)降雪含水比基本上随着气温的升高而减小,在0.5 cm·mm~(-1)以上时一般降雪期间气温低于0.4℃。该个例揭示了积雪深度和降雪含水比的预报需要综合考虑高低空气象条件。     

冬季(1994年12月～1995年2月)气候影响评价

冬季新疆大部地区气温偏高，降水北疆北部偏少，北疆西部及北疆沿天山一带接近常年，南疆偏多。积雪偏薄，稳定积雪时间短。暖冬对农业生产、交通运输及室外作业有利。1气候概况气温：季平均气温，北疆地区为－9．7℃；南疆地区为－3.9℃，与常年同期相比较，北疆偏高3℃；南疆偏高2℃。各地季平均气温，塔城、吐鲁番属异常偏高；伊犁、阿克苏、喀什、和田属正常；全疆其余地区属偏高。冬季气温变化幅度大，12月、2月全疆大部地区偏高，1月大部地区偏低。继11月后，12月上旬全疆大部地区气温仍处于异常偏高趋势，其中北疆大部地区偏高7～8℃…     

冬季气候影响评价

1998年冬季,新疆大部分地区气温显著偏高,偏高幅度均在1℃以上,其中南疆地区异常偏高。全疆降水时空分布不均,北疆偏多,南疆偏少。元月初的强天气过程使北疆及北疆沿天山一带普降中雪,对交通造成一定影响。1气候概况1．至气温冬季平均气温,北疆8站平均为-9．7℃,南疆8站平均为-27CC,与常年同期相比,北疆偏高达25℃,南疆偏高达2．9℃,其中南疆气温异常偏高,偏高幅度排历史同期第一位。12月份全疆平均温度普遍偏高,北疆地区为一9,2℃,较常年偏高1．5℃,其中乌鲁木齐较常年偏高达3．2℃,其余地区偏高的幅度在0．5－2．1℃之…     

冬季气候影响评价

冬季（1996年12月～1997年2月）新疆大部地区气温偏高，北疆12月下旬出现异常回暖现象。降水北疆大部偏多，南疆大部偏少。北疆北部积雪异常偏厚。雪灾危害突出，牧业生产出现严重困难。1气候概况气温：季平均气温，北疆地区为－10．0℃；南疆地区为－3．9℃。与常年同期相比较，北疆偏高2℃；南疆偏高1－7℃。各地季平均气温，全疆除喀什、和田异常值高，石河子正常外，其它大部地区偏高。冬季气温除2月上旬偏低外，其它时间气温偏高，12月下旬的异常回暖气候是新疆有史以来罕见的。各月乎均气温，12月气温旬际变化大。上旬北疆大部偏低4～…     

北疆积雪参数特征分析

采用2009年和2010年2月中旬雪深、分层积雪密度、含水率和温度野外调查数据,分析了北疆地区积雪参数属性特征,雪深-温度和密度-含水率关系。①雪深达10cm,雪土界面温度比积雪表面高3℃左右,超过10cm,偏高6～10℃;雪土界面温度与积雪深度高度线性相关,积雪越深,保温作用越显著;②2010年1月以来,北疆地区多降雪天气,2月积雪深度比2009年同期雪深明显增加;③2010年2月,北疆地区积雪密度均值总体范围0.15～0.272 g/cm3比2009年同期积雪密度0.087～0.225 g/cm3偏大;④在一定体积含水率间隔范围,积雪密度和体积含水率间线性相关。     

冬季气候评价(1991年12月-1992年2月)

一、气候概况今年冬季的主要气候特点是:冬暖;降水正常,但降水时空分布不均,积雪范围小,厚度偏薄;没有寒潮天气出现,中度以上天气也少于常年. 1.气温: 继1986年之后,今年我区已是连续第七个暖冬.全疆各地季平均气温均偏高,其中北疆大部地区为-4～-13℃,南疆大部地区为-1～-5℃,与常年同期值相比,北疆偏高3-5℃,南疆偏高1～3℃.与冬季平均气温分     

气溶胶对青藏高原气候变化影响的数值模拟分析

利用美国大气研究中心(NCAR)提供的2组数值试验结果对比,分析了只考虑温室气体增加(1%CO2试验)和综合考虑大气温室气体与气溶胶持续增加(50yrs试验)条件下,青藏高原地区地表温度、积雪深度及其他气候要素的变化,并在此基础上探讨了大气气溶胶含量变化对高原气候变化的可能影响.分析结果表明:只考虑大气CO2含量每年增加1%的变化时,青藏高原相对邻近地区地表温度显著增加,春、夏、秋及冬季地表温度线性增温率均表现出随着海拔高度升高而增强.例如,在海拔1.5～2 km,3～3.5 km和4.5～5 km范围内对应的冬季增温趋势分别为0.29 ℃/10 a,0.36 ℃/10 a和0.50 ℃/10 a.在温室气体引起的高原增暖过程中地表积雪深度普遍降低,且高海拔地区的积雪减少愈加明显.当综合考虑气溶胶和温室气体含量共同增加时,青藏高原地表增暖相对偏弱,春、夏和秋季增温也随海拔高度上升而加强,但冬季地面增温幅度随海拔上升反而下降,海拔1.5～2 km,3～3.5km和4.5～5 km范围内对应的冬季增温趋势分别为0.02 ℃/10 a,-0.03 ℃/10 a和-0.13 ℃/10 a.对比分析发现,大气气溶胶增加造成青藏高原冬季增温不明显甚至出现变冷趋势,地面积雪也随之增多,这可能歪曲了青藏高原地区气候变暖对海拔高度的依赖性.     

ERA5再分析数据在微波辐射计数据反演中的初步应用

为了研究ERA5再分析资料在微波辐射计数据反演中的应用效果,利用探空和ERA5作为训练样本分别训练得到两个神经网络,对微波辐射计观测数据进行反演。并以探空资料作为参考分别统计基于探空和ERA5再分析资料反演得到的数据的相关系数、绝对偏差和均方根误差,用于评估ERA5再分析资料在微波辐射计数据反演中的应用效果。结果表明：基于ERA5和探空反演的温度廓线与探空的相关系数分别为0.988、0.99,绝对偏差分别为2.402 ℃、2.607 ℃。反演水汽与探空的相关系数分别为0.975、0.979,绝对偏差分别为0.412 g/m3、0.369 g/m3。反演的相对湿度相关系数分别为0.663、0.696,绝对偏差分别为15.587%、13.976%。反演的积分水汽总量相关系数分别为0.959、0.968,绝对偏差分别为0.258 cm、0.227 cm。从结果来看,基于ERA5资料反演的温度、水汽资料与利用探空反演的结果相差较小,温度廓线反演效果优于相对湿度廓线。     

青藏高原与周边地区近四十年区域夏季地表气温变化趋势的异同及归因分析

欧亚大陆夏季地表气温在近四十年有显著的升温趋势,本文基于ERA5再分析数据研究了1979～2019年间欧亚大陆不同区域的夏季地表气温的变化特征,并利用气候反馈响应分析方法揭示了各区域变暖原因的异同。作为全球海拔最高的大地形,青藏高原在过去四十年经历了显著的增温过程。青藏高原周边相对低海拔的地区（如北非—南欧地区、蒙古地区、东北亚地区）同样表现出明显的变暖特征,而高原南侧的南亚地区的地表气温却变化不明显。青藏高原夏季积雪融化引起的地表反照率减小使得更多短波辐射到达地表,放大高原地表增暖。北非—南欧地区增暖则主要源于大气气溶胶含量减少造成的入射短波辐射增加。同时,大气温度升高导致的向下长波辐射增强对北非—南欧地区以及蒙古地区的增暖都有显著贡献。此外,东北亚地区云的减少是造成其地表增暖最主要的过程,而南亚地区则是水汽增加和感热通量减少造成的增温与云和气溶胶增加造成的降温相抵消,因而温度变化幅度不大。     

GPM IMERG和ERA5降水数据精度在云南复杂地形区域的评估检验

为评估和对比GPM IMERG、ERA5降水数据在云南的适用性,利用2014年4月至2018年6月的地面气象观测数据、GPM IMERG卫星遥感降水产品和ERA5再分析降水数据,采用定量和分类评分7项指标评估GPM IMERG和ERA5日降水产品在云南的适用性。结果表明:2种数据存在小雨日雨量高估,中雨及以上量级雨日雨量低估的问题,ERA5数据更为突出,小雨日居多导致降水整体高估;GPM IMERG数据空、漏报并存,ERA5则高空报、低漏报严重;小雨日较多(较少)的区域2种数据易出现高漏报(空报);不同雨强区间GPM IMERG秋季降水数据精度最高,冬季存在低雨强低估,高雨强高估的不同表现;20mm/d以下中低雨强段上2种降水数据与地面站点数据误差较小,雨强变大,误差增大,雨强大于20mm/d时,2种数据随雨强增大与站点偏差差异更为显著;随坡度和起伏度增大2种降水数据精度呈变差趋势;多项指标评估表明GPM IMERG降水数据在云南具有更高精度。研究结果为应用和开展农业、水利、水文、气象等相关学科研究提供参考依据。