美国国家大气研究中心简介

国家大气研究中心(NCAR)是美国从事大气科学基础理论研究的主要机构之一,在国内外有很犬的影响。NCAR成立于1960年,由大学大气研究协会(UCAR)领导与管理、当时参加NCAR的大学有48所,到1988年增加到57所,在其工作的科学家和辅助人员共650人。     

青藏高原积雪时空变化特征的对比分析

本文通过对NCEP／NCAR和SMM／I两种积雪资料的对比分析，表明两种积雪资料反映出青藏高原的积雪变化特征比较一致，NCEP／NCAR积雪资料具有一定的可信度。     

NCAR装备76-Teraflop巨型机用于气候变化与灾害性天气研究

NCAR的新计算机是IBM目前发出的首台Power 575 Hydro-Cluster高效级计算机,NCAR及全美国科技人员都可以利用该计算机开展气候变化研究,包括未来全球降水与干旱的分布,农业和生长季的变化以及全球变暖对飓风的复杂影响。研究人员还将利用该计算机改进天气预报模式。该计算机名为“Bluefire”,最高速度达76 teraflops(每秒可完成76×1012次浮点运算)。当其满负荷运行时,其性能将是全球25套最强大计算机之一,是目前NCAR计算能力的3倍。研究人员将利用Bluefire进行气候模拟,为下一次的IPCC全球变暖报告作准备。NCAR在巨型计算机资源利用方面的能力素来很强,Bluefire的引进无疑将大大提升NCAR研究气候变化、灾害性天气事件及其他重要问题的能力。Bluefire是NCAR的ICESS(Integrated Computing Environment for Scientific Si mulation)系统的二期工程。该系统目前正在进行验收,8月份各项工作将全面展开。Bluefire将替代目前的3套合并最高速度为20Teraflops巨型机,通过2011向NCAR及...     

赴美国国家大气研究中心（NCAR）考察总结

应美国国家大气研究中心（NCAR）邀请,由湖北、湖南和河南省气象局组成的武汉区域气象中心赴美考察团一行8人于2008年1月20日前往NCAR进行了为期两周的学习考察。     

热带大气ISO在几种再分析资料中的对比分析

利用NCEP/NCAR, NCEP/DOE和ERA40 3套再分析资料的逐日200 hPa纬向风数据,选取1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年3种不同气候态,对比分析了3种气候态下热带大气季节内振荡 (ISO) 的基本气候特征及其在不同再分析资料中的异同。研究表明:1981—2010年气候态下,热带大气ISO冬春强、夏秋弱的年循环特征更加明显,东传短波能量增强,起始北传时间偏晚。NCEP/NCAR与NCEP/DOE资料所表征的热带大气ISO在空间分布、强度和能量传播方面的一致性较好。NCEP/NCAR资料反映的热带大气ISO强度在热带印度洋和热带西太平洋地区较ERA40资料偏弱,在赤道东太平洋地区较ERA40资料偏强;ERA40资料反映的热带大气ISO强度在12月—次年3月中旬较NCEP/NCAR资料偏强,而在3月中旬—11月偏弱;ERA40资料反映的热带大气ISO振荡位相较NCEP/NCAR资料超前10 d左右;NCEP/NCAR资料反映的东传谱能量弱于ERA40资料,西传能量强于ERA40资料;7月中旬,NCEP/NCAR资料反映的东亚地区大气ISO经向北传较ERA40资料偏晚。     

南极洲低层两种位势高度再分析资料的比较

比较NCEP/NCAR和ECMWF两种再分析资料南半球低层等压面(700 hPa及以下)的平均位势高度场,结果表明:两者在南极洲差异显著,除12月、1月(南半球夏季)外,NCEP/NCAR资料存在一个虚假的很强的极地高压,而ECMWF资料正常。分析表明该两种再分析资料的上述差异来源于南极洲地面以下虚拟气压场的产生过程;NCEP/NCAR资料较ECMWF少了一个对南极洲过低地面温度的修正。由此得到的NCEP/NCAR资料若用于南半球低层大气环流整体结构的分析,会导致严重的错误。     

青藏高原积雪时空变化特征的对比分析

本文通过对NCEP/NCAR和SMM/I两种积雪资料的对比分析,表明两种积雪资料反映出青藏高原的积雪变化特征比较一致,NCEP/NCAR积雪资料具有一定的可信度.     

太平洋副热带高压及南亚高压在NCEP/NCAR和ECMWF再分析资料中的对比研究

利用NCEP/NCAR和ECMWF 1961～2000年北半球逐月平均的500 hPa和100 hPa高度场再分析资料对影响我国天气、气候的重要系统--北半球西太平洋副热带高压以及南亚高压做了对比研究,发现两者在不同的再分析资料中虽然具有一定的相似性,但也存在着明显的区别.在1980年以前两者存在较大差异.NCEP/NCAR再分析资料分析出的副高明显偏弱,而其所反映的副高的变化在幅度和强度上均大于ECMWF再分析资料的结果.进一步分析发现,NCEP/NCAR再分析资料所得出的副高的年代际变化可能是不真实的.在1969年、1979～1991年间,NCEP/NCAR再分析资料中的南亚高压中心强度明显比ECMWF的强,特别是1992～1995年间,NCEP/NCAR再分析资料中的南亚高压中心强度更强且中心范围更大.此外,NCEP/NCAR再分析资料所反映的南亚高压的变化在幅度和强度上也都大于ECMWF再分析资料的结果.     

NCAR绘图软件包的应用及扩充

本工作将NCAR气象绘图软件包应用于数值预报产品的图象显示,并通过实行屏幕底图的存取和打印机直接输出图象,提高图象显示速度和弥补了NCAR软件包无打印功能的不足,从而大大增强了该软件包的实用性.     

利用多种再分析资料对比分析青藏高原夏季大气水汽含量变化情况

利用ERA-Interim、MERRA和NCEP/NCAR三套再分析资料,分析1979~2014年夏季青藏高原大气水汽含量的时空变化特征,同时对比了各套资料异同点,结果表明:(1) ERA-Interim和MERRA资料均显示出夏季青藏高原大气水汽含量呈现显著的上升趋势,在1994~1995年前后发生明显突变,大气水汽含量由偏低时期向偏高时期转变;而NCEP/NCAR资料并没有出现类似的显著上升趋势和突变年份;ERA-Interim资料与MERRA资料的夏季青藏高原湿池指数之间的相关性明显强于NCEP/NCAR资料与它们任何一个之间的相关性。(2)夏季青藏高原大气水汽含量呈现出自高原东南边缘地区向西北部递减的分布形式。其中,MERRA与ERA-Interim资料显示的水汽含量分布更为相似,而NCEP/NCAR资料反映的水汽含量在高原中部往北递减不明显,湿度中心较为分散。(3)从空间分布上,MERRA与ERA-Interim资料显示青藏高原大部分地区夏季水汽含量均呈显著的增加趋势,而NCEP/NCAR资料仅在高原东北部小部分区域存在显著的增加趋势。(4)从夏季青藏高原大气水汽含量的年际变化特征分析来看,ERA-Interim和MERRA资料相对于NCEP/NCAR资料也更为接近。      

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.       

COMPARISONS OF THE WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND THE SOUTH ASIA HIGH BETWEEN NCEP/NCAR AND ECMWF REANALYSIS DATASETS

Comparisons of the west Pacific subtropical high with the South Asia High are made using the NCEP/NCAR and ECMWF 500 hPa and 100 hPa monthly boreal geopotential height fields for the period 1961 - 2000. Discrepancies are found for the time prior to 1980. The west Pacific subtropical high in the NCEP/NCAR data is less intense than in ECMWF data before 1980. The range and strength of the west Pacific subtropical high variation described by the NCEP/NCAR data are larger than those depicted by ECMWF data. The same situation appears in the 100-hPa geopotential field. These discoveries suggest that the interdecadal variation of the two systems as shown by the NCEP/NCAR data may not be true. Besides, the South Asia High center in the NCEP/NCAR data is obviously stronger than in the ECMWF data during the periods 1969, 1979 - 1991 and 1992 - 1995. Furthermore, the range is larger from 1992 to 1995.     

北极海冰快速缩减威胁永久冻土层

NCAR新的研究表明,美国阿拉斯加州、加拿大、俄罗斯的气候变暖速度在海冰迅速损失期间增加了2倍。该发现引起人们关注北方永冻土解冻及其对敏感的生态系统、人类公共设施和额外温室气体排放的潜在影响。该研究由美国能源部和美国国家科学基金会共同资助,由NCAR研究人员完成,成果发表在2008年6月的Geophysical Research Letters杂志上。     

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.     

几种再分析地表气压资料在中国区域的适用性评估

应用台站观测资料对ERA-40, NCEP/NCAR以及NCEP/DOE再分析地表气压产品在中国不同区域、不同年代和不同季节的适用性进行了评估。分析发现, 几种再分析产品虽然能在一定程度上反映出观测资料所具有的时空分布特征, 但它们之间的差异却具有明显的区域和季节变化特征, 即冬季小而夏季大、东部地区小而西部地区大; 同时还发现ERA-40和NCEP/NCAR再分析产品在20世纪70年代以前均与观测资料有相对较大的差别, 特别是NCEP/NCAR在70年代以前的夏季气压值过于偏低, 从而夸大了很多地区的年代际变化特征。相比而言, ERA-40地表气压的长期变化趋势以及时空演变规律在中国大多数地区要优于NCEP/NCAR再分析产品, 特别是在中国西部地区。分析还表明, NCEP/DOE虽与观测资料存在一定的系统性偏差, 却与另外两种再分析产品有着较为相似的年际变化特征及趋势。     

一次长江流域梅雨降水中三种云量计算方案的对比研究

采用NCEP分析场,选取2010年梅雨期长江流域的一次降水过程,分别基于Slingo方案、NCAR方案和钱氏方案,利用相对湿度计算云量,并以LAPS(Local Analysis and Prediction System)系统输出的云量分析场作为观测值,分别在高层(400 h Pa)与低层(850 h Pa),从宏观比较与统计分析的角度,与计算结果进行云量大小与区域分布的对比分析。结果表明,三个云量计算方案对云量中心位置的把握均较为准确,但对云量值的计算存在大小不等的误差。NCAR方案计算结果和LAPS输出场最为吻合,能够体现出云量大值区,但区域一般偏大;Slingo方案相较NCAR方案来说略差,但也能较好地描述云带分布;此外,钱氏方案计算出的云量值始终偏小,但其能够较好地描述云带轮廓与云量的分布特征。综合对比结果,NCAR云量计算方案比其余两者更优,且在低层(850 h Pa)表现尤为明显。     

亚洲和南半球大气热源（汇）对亚洲夏季风影响的数值试验

利用NCAR CAM3.1模式及NCEP/NCAR (version 1)再分析资料计算出来的几种大气热源分布情况,分别讨论亚洲各地区和南半球上空夏季大气加热场(热源或冷源)对东亚季风环流系统和印度季风环流系统形成的影响.结果表明:(1)东亚地区上空的大气热源和澳大利亚冷源与东亚夏季风环流关系密切,东亚大陆上空及西太平...     

全球模式NCAR CESM和CAS ESM对亚洲东部夏季气候的模拟性能评估:气候平均态和降水日变化分析

主要评估了美国国家大气研究中心的NCAR CESM（Community Earth System Model,NCAR）和中国科学院的CAS ESM（Earth System Model,Chinese Academy of Sciences）两个地球系统模式对亚洲东部夏季气候态的模拟性能。使用NCAR CESM和CAS ESM各两种不同的水平分辨率,一共进行了4组长达19年（1998~2016年）的数值积分试验,并通过对2 m气温、降水强度和降水日变化等的分析,比较了这两个模式在亚洲东部的模拟性能。结果表明,CAS ESM和NCAR CESM均能模拟出夏季2 m气温和降水强度的大尺度分布特征,但整体上模拟得到的地表面气温偏暖、降水强度偏弱。对于降水日变化而言,观测的日降水峰值在陆地上主要发生在下午到傍晚时段,在海洋上则出现在午夜到凌晨时段。两组低分辨率试验模拟的陆地降水峰值出现过早,且无法模拟出四川盆地的夜间降水峰值和部分海洋地区凌晨或上午的降水峰值。提高分辨率对模式的模拟性能有显著的提升作用。高分辨率下,NCAR CESM和CAS ESM对陆地和海洋的降水日变化模拟性能都明显提高。对降水日变化的定量化分析表明,高分辨率CAS ESM模式对整个亚洲东部降水日变化的模拟最优。目前模式对海陆风的模拟还不太理想,未来要进一步提高模式模拟性能,需要重点完善与气温、降水过程相关的物理参数化方案。     

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。     

NCEP/NCAR再分析温度资料在农业气象中的应用可行性

为探讨NCEP/NCAR再分析温度网格资料在农业气象研究中的应用价值,以北京、南京、广州、昆明、郑州和三亚6个气象台站的实测地面气象资料为依据,证明了NCEP/NCAR再分析温度网格资料的可靠性。进一步用Cressman插值、双线性二次插值、抛物线二次插值以及先抛物线插值后线性插值等4种插值方法,用NCEP/NCAR再分析温度网格资料对上述6站的地面日平均气温进行了插值计算,并对不同插值方法的结果作了比较。结果表明,站点纬度较高时(30°N以北),应用双线性二次内插法插值效果较好,精度略低;站点纬度较低时(30°N以南),应用Cressman插值法插值效果好,精度也高。这可能是较高纬度缺测资料较多造成的。利用NCEP/NCAR再分析网格温度插值资料分析两系法杂交水稻在泰国的制种气候适应性证明该资料在农业气象研究中是可以应用的。