1979—2012年中国探空相对湿度资料的非均一性检验与订正

利用加拿大环境部气候研究中心研发的PMTred非均一性检验方法,以ERA interim资料作为参考序列,应用中国区域各探空台站详细的元数据信息为主要断点判断依据,对1979—2012年我国125个探空台站各标准等压面月平均探空相对湿度资料进行了非均一性检验和订正。并结合详细的元数据信息分析了造成我国探空相对湿度序列非均一问题形成的主要原因及对资料的影响程度。结果表明：仪器换型、探测系统资料整理计算方式变化以及辐射订正方法改变和探测系统升级等是造成这一时段中国区域月平均探空相对湿度资料不均一的主要原因。其中,2002年以后的L波段雷达 电子探空仪换型造成了相对湿度资料非常明显的不连续问题,这主要是由于早期59 701型探空仪穿云挂水,造成探测到的相对湿度资料明显偏湿。两个观测时次相对湿度序列不均一的台站数和断点数随高度的增加而增加。各标准等压面上月平均相对湿度序列不均一的探空台站平均订正幅度也随着高度的升高而增大,并且订正量为负值的比例在整套订正资料中所占的比例较高,说明我国的探空月平均相对湿度原始观测资料有明显高估的问题。1979—2012年以来,从全国的情况来看,订正前全国850~300 hPa 5个标准等压面全部为相对湿度降低趋势。但是订正后,850~300 hPa这5个标准等压面在1979—2012年相对湿度的变化趋势均不显著。     

FY-2E卫星和探空湿度资料的对比分析

利用2011年和2012年四川盆地和川西高原以及西藏的17个站点,地面探空和FY-2E星的相对湿度资料,对不同气压层的相对湿度进行对比分析,结果表明:卫星探测的湿度普遍小于探空的湿度,且二者相对湿度的差值有随气压层高度的变化呈现抛物线变化趋势;两种资料的相关系数在0.03~0.60之间变化;两种资料的平均相关系数在低层小于高层,300、400hPa和500hPa层的平均相关系数明显高于700、850hPa和925hPa层;两种资料相对湿度的平均相关系数和台站的海拔高度呈三次方的关系;高气压层的日平均相关系数大于低气压层的日平均相关系数。     

四川区域FY-2F卫星和探空相对湿度数据的对比分析

在下垫面相对比较复杂的四川区域,为了解风云二号F(FY-2F)卫星相对湿度产品的可靠性,利用2013~2017年加密观测期间研究区内11个加密观测站点探空探测资料与FY-2F卫星湿度产品进行对比分析,给出了FY-2F卫星相对湿度产品的分析结果,并从偏差统计、相关系数统计等方面对比分析了二者数据间的差异。结果显示:FY-2F卫星湿度产品整体数值小于探空湿度,和探空数据间的相关系数区间为-0.16~0.64;相对偏差区间为-1.65~-0.19;相关系数变化趋势均随气压层高度变化呈线性变化趋势;FY-2F卫星产品的可靠性随着高度升高而升高。      

基于加密探空资料的上海不同云天下AIRS/Aqua相对湿度廓线反演精度研究

目前云对卫星相对湿度廓线反演精度的影响研究大多是针对云量,对其他云属性的影响研究尚少,云高也是影响卫星相对湿度廓线反演精度的重要因素。利用上海宝山站L波段(1型)加密探空资料,分析了上海地区7—9月不同质量控制标识、云量和云顶高度条件下大气红外探测器AIRS/Aqua (Atmospheric Infrared Sounder)相对湿度廓线的反演精度,以期为今后开展AIRS等卫星资料的同化研究提供科学依据。结果表明：（1）AIRS相对湿度廓线反演误差随着云量的增加而逐渐增大,并且随着气压值的升高,少云与多云时的均方根误差(Root Mean Squared Error, RMSE)之差有逐渐增大的趋势;（2）云顶高度越高,AIRS相对湿度廓线反演精度越差,云顶以上湿度廓线反演精度更高,而云顶以下高度的反演误差较大;（3）高云且多云时,AIRS相对湿度廓线的反演精度最差,850 hPa处,AIRS相对湿度反演数据与探空资料绝对误差的下限达到了-63.51%;(4)虽然质量控制标识为0时,AIRS湿度廓线在对流层范围内的反演精度仍达不到无线电探空的水平,但是相对于质量控制标识1时,反演精度...     

中低空探空相对湿度观测数据的新问题——基于中国L波段探空系统湿度观测异常偏干现象的初步分析

中国探空系统的湿度传感器从59型探空仪的肠膜湿元件改为L波段电子探空仪的碳湿敏碳质电阻后,敏感度极大提高,滞后误差明显减小,但出现新的问题,即在中低空经常出现极度偏干的现象,而且偏干层的厚度很大。利用2008年12月—2009年11月中国91个L波段探空站的相对湿度观测数据,初步分析了L波段探空系统相对湿度观测异常偏干的问题,得到结论:L波段探空系统相对湿度观测在对流层中下层出现异常偏干的现象,不是个别现象,具有相当的普遍性,占整个观测的10%～20%,其中在中国西南和东部沿海地区出现的概率更高,可达20%～40%;并且主要出现在对流层中低层650～500 hPa的高度上,起始高度可以到900 hPa以下;该现象具有明显的季节变化特征,与中国东部地区雨带的移动有较好的对应关系,冬季主要出现在贵州、广西和广东等地区,春夏秋季节逐渐随着雨带北移,然后南撤。L波段探空系统相对湿度观测的异常偏干已经超过了大气中可能出现的自然异常,主要是湿度传感器的不良性能造成的问题,并与探空球上升过程中湿度传感器穿过的云型特点有关。这些异常偏干的相对湿度数据不是真实反应大气状态的错误数据,在使用过程中应采取有效措施克服。      

1979-2012年中国探空温度资料中非均一性问题的检验与分析

利用加拿大环境部气候研究中心研发的PMTred(penalized maximum t test)非均一性检验方法,以ERA-interim资料作为参考序列,以中国各探空台站详细的元数据信息为主要断点判断依据,对1979-2012年中国125个探空台站7个标准等压面月平均探空温度资料进行了非均一性检验、订正,并结合详细的元数据信息分析了造成中国探空温度序列非均一问题的主要原因。研究表明,中国探空温度资料中存在由于人为因素造成的断点,整套探空资料中非均一的台站数和断点数所占的百分比呈低层少、高层多的趋势。各标准等压面上月平均温度序列非均一的探空台站平均订正幅度也随着高度的升高而增大,并且订正量为负值在整套订正资料中所占的比例较高,说明中国的探空月平均温度原始观测资料存在系统性偏高的问题。订正后200 hPa的温度变化趋势接近0,以200 hPa为转折点,100 hPa的降温趋势较订正前明显减弱,100 hPa以下为升温趋势,300-700 hPa的增温趋势加强。1979-2012年中国探空月平均温度资料的非均一问题主要来源于2000-2001年探测系统的升级(包括辐射误差订正方法的变化),其次是2002年之后观测仪器的换型。这两次连续的元数据变化均造成了之后中国探空月平均温度出现了系统性的降低,这也是造成订正前后温度变化趋势存在差异的主要原因。     

中国西北地区大气边界层高度变化特征——基于探空资料与ERA-Interim再分析资料

利用中国西北地区2015年9月至2016年8月38个站点L波段探空观测、2016年7月加密探空观测和ERA-Interim边界层高度资料,对比分析了西北地区大气边界层高度变化特征。观测资料表明,在中国西北地区,08:00(北京时,下同)冬季边界层高度最高; 20:00春季边界层高度最高,边界层高度从西部到东部有显著降低的趋势。ERA-Interim资料基本能表现出边界层高度的区域分布,但相对于探空观测得到的边界层高度,除夏季20:00外,ERA-Interim再分析资料边界层高度均偏低。全年平均而言,08:00(20:00)偏低160 m(170 m),其中在08:00(20:00),冬季(春季)偏低最显著。08:00边界层高度与低层稳定度、近地层温度和风速相关更加显著; 20:00边界层高度与低层稳定度和相对湿度相关更加显著。2016年7月加密观测资料对比表明,ERA-Interim资料的对流(中性)边界层高度显著偏高;低层稳定度、相对湿度偏小,风速偏大可能是造成边界层高度偏高的原因; ERA-Interim资料的稳定边界层高度偏低,与低层稳定度和近地层温度偏低相关,但其影响因素相对更加复杂。     

2019—2020年1—3月降水和气温的多源数据融合产品检验评估及对比分析

对2020年1-3月CLDAS多源降水融合实况、多源气温融合实况采用平均绝对误差分析、均方根误差分析及相关系数分析等方法进行检验评估,并与2019年同时段多源降水融合实况、多源气温融合实况进行对比分析.结果表明:2月降水多源融合实况较观测实况偏多;3月多源气温融合实况最接近观测实况;西部地区的日最低气温多源融合实况较为接近观测实况.     

Validation and Spatiotemporal Distribution of GEOS-5-Based Planetary Boundary Layer Height and Relative Humidity in China

Few studies have specifically focused on the validation and spatiotemporal distribution of planetary boundary layer height(PBLH) and relative humidity(RH) data in China. In this analysis, continuous PBLH and surface-level RH data simulated from GEOS-5 between 2004 and 2012, were validated against ground-based observations. Overall, the simulated RH was consistent with the statistical data from meteorological stations, with a correlation coefficient of 0.78 and a slope of 0.9. However, the simulated PBLH was underestimated compared to LIDAR data by a factor of approximately two,which was primarily because of poor simulation in late summer and early autumn. We further examined the spatiotemporal distribution characteristics of two factors in four regions—North China, South China, Northwest China, and the Tibetan Plateau. The results showed that the annual PBLH trends in all regions were fairly moderate but sensitive to solar radiation and precipitation, which explains why the PBLH values were ranked in order from largest to smallest as follows: Tibetan Plateau, Northwest China, North China, and South China. Strong seasonal variation of the PBLH exhibited high values in summer and low values in winter, which was also consistent with the turbulent vertical exchange. Not surprisingly, the highest RH in South China and the lowest RH in desert areas of Northwest China(less than 30%). Seasonally, South China exhibited little variation, whereas Northwest China exhibited its highest humidity in winter and lowest humidity in spring,the maximum values in the other regions were obtained from July to September.     

基于FY-4A温湿廓线的强对流过程探空检验及应用分析

选取2019年2月至2020年2月广西区域内出现强对流天气的时段,将区内6个探空站温湿廓线资料以及ERA5数据作为基准检验,分析了FY-4A卫星温湿廓线的误差情况,结果表明：(1)无云条件下FY-4A温湿度廓线的偏差相对较小。相对于探空数据,质量控制为0和1的样本均方根误差RMSE范围在1.04～4.16℃,总体RMSE为2.61℃,850～700 hPa、600～500 hPa以及250 hPa上误差较小,RMSE均小于2℃。FY-4A与ERA5温度廓线的差异分布与探空结果相近,RMSE范围为1.01～4.15℃,总体RMSE为2.19℃,925～400 hPa以及250 hPa上RMSE均小于2℃。(2)无云条件下FY-4A湿度廓线总体RMSE为61.06%,低值区位于900～700 hPa,平均约为20.51%。在500 hPa附近误差最大,可能与干空气入侵导致垂直方向上含水量突变有关。总体而言对流层低层误差较高层小。(3)个例中重构的T-Inp图能一定程度上还原大气上下层的温湿结构特征,但对于层结稳定度以及不稳定能量的定量估计还存在一定偏差。经质量控制后的温度数据较好地反映了冷...     

基于CloudSat卫星资料分析东太平洋台风的云、降水和热力结构特征

利用2006～2010年的CloudSat热带气旋过境数据集资料,依据风速大小划分为不同演变阶段,对各阶段内东太平洋台风的云、降水和热力结构进行综合分析。结果表明:雷达反射率在5 km高度上下的分布截然相反,沿径向回波强度和顶高不断减小。各类云沿径向和垂直方向的分布差异较大,而深对流云的垂直尺度和发生概率始终较大。有效粒子半径、分布宽度参数和冰水含量随高度减小而粒子数浓度却增大,沿径向各冰云参数以及降雨率都不断减小。各阶段降雨率总体上夏季大于秋季,沿纬向各季节在不同阶段的分布各异。内核区降雨率近似服从指数分布且对暖的海面温度SST较为敏感,其与雷达反射率的散点分布集中在三个区域内。内核区5～10 km高度存在暖核结构,其下方恰好对应湿心区,而10 km以上相对湿度距平较大值区对应台风顶部的卷云罩。各阶段4.5 km以上为对流性稳定层结而该高度以下的层结特性各异,此外假相当位温沿径向不断减小。     

不同资料同化对登陆台风菲特(2013)短时预报的影响研究

为定量评估地面、探空、飞机报、卫星辐射亮温、雷达反射率及径向风等不同观测资料同化对台风预报性能的影响,本文以2013年严重影响我国的登陆台风菲特为例,利用WRF模式与GSI-3DVAR同化系统开展观测系统试验(OSE)研究,探讨了不同类型资料同化对"菲特"(2013)路径、强度、形势场和降水短时预报的相对贡献及可能影响机理。结果表明:(1)不同类型资料同化对模拟结果贡献程度有明显差别,其中探空、雷达反射率和飞机报对模拟结果有较大影响,分别"拒绝"这三种资料后模式模拟的高空各要素均方根误差分别上升约54.8%~62.0%、9.2%~16.5%和6.1%~6.4%。(2)对于不同的台风预报效果评估参数,各类资料的贡献率大小排序不同。对高空场和台风路径模拟影响较大的是探空和飞机报,对台风强度模拟影响较大的依次是雷达径向风、反射率、探空和飞机报,而对降水模拟影响较大的依次是雷达反射率、探空和飞机报。(3)各类资料对降水模拟的贡献率随时间变化不同。雷达反射率资料对降水的贡献随着模式积分时间明显下降,而飞机报、探空资料等对降水的贡献在模式积分3 h之后开始出现。(4)资料同化对降水模拟的改进与其对台风路径、水物质及强度模拟改进有关,因此影响高空场、台风路径和强度较大的雷达反射率、探空和飞机报资料,也是对降水模拟贡献较大的资料。     

利用卫星资料分析我国北方东西部臭氧分布差异

利用SAGE Ⅱ和HALOE臭氧垂直分布资料和TOMS臭氧总量资料, 研究我国北方(45°~55°N和35°~45°N范围), 东部(105°~135°E) 和西部(75°~105°E) 大气臭氧总量和垂直分布特征和差异。结果表明:我国北方东部冬季、春季和秋季臭氧总量明显大于西部, 主要表现在平流层臭氧极大值附近及其以下高度臭氧含量东部比西部明显偏大, 这种差异在冬、春季尤为明显; 随着纬度的降低, 冬季和秋季臭氧总量东、西部差异减小, 但春季臭氧总量东、西部差异没有明显改变; 夏季, 在45°~55°N范围, 东、西部臭氧分布没有明显差异, 但在35°~45°N范围, 臭氧分布东、西部差异较明显, 臭氧总量东、西部差异达到20.6 DU, 16 km以下臭氧柱总量东、西部差异达到12.8 DU。该文还对导致我国东、西部臭氧分布差异的原因进行了分析。     

Identification of Aerosol Types and Their Optical Properties in the North China Plain Based on Long-Term AERONET Data

Characterization of aerosols is required to reduce uncertainties in satellite retrievals of global aerosols and for modeling the effects of these aerosols on climate.Aerosols in the North China Plain(NCP) are complex,which provides a good opportunity to study key aerosol optical properties for various aerosol types.A cluster analysis of key optical properties obtained from Aerosol Robotic Network(AERONET) data in Beijing and Xianghe during 2001-11 was performed to identify dominant aerosol types and their associated optical properties.Five dominant aerosol types were identified.The results show that the urban/industrial aerosol of moderate absorption was dominant in the region and that this type varied little with season.Urban/industrial aerosol of weak absorption was the next most common type and mainly occurs in summer,followed by that strong aerosols occurring mainly in winter.All were predominantly fine mode particles.Mineral dust(MD) and polluted dust(PD) occurred mainly in spring,followed by winter,and their absorption decreased with wavelength.In addition,aerosol dynamics and optical parameters such as refractive index and asymmetry factor were examined.Results show that the size of coarse mode particles decreased with AOD indicating the domination of external mixing between aerosols.