NCEP/NCAR FNL资料在强对流天气中可信度的初步分析

基于NCEP/NCAR FNL(1°×1°)资料已成为研究强对流天气触发机制、演变等特征的基础资料,有必要分析该资料在强对流天气中的可信度。利用山西岢岚地区2005-2014年共414个强对流天气日的NCEP/NCAR FNL(1°×1°)资料与探空资料,采用偏差、绝对差、相关系数和偏差区间占有率的统计方法,对常用的常规气象要素、诊断量进行统计分析,结果表明:1)在常规气象要素中,温度的可信度最高,而相对湿度的可信度最低,纬向风和经向风的可信度相差不大,均略低于温度的可信度。2)总体上,诊断量的可信度不如常规气象要素的,其中,K指数偏差值在[-5,5]内占总数的57. 25%,沙氏指数SI偏差值在[-3,3]内占总数的75. 12%,对流有效位能CAPE偏差值在[-100,100]内占总数的78. 26%,风暴强度指数SSI偏差值在[-10,10]内占总数的62. 08%。因此,虽然NCEP/NCAR FNL资料中的常规气象要素可信度较高,但与强对流天气存在紧密联系的诊断量却存在较大偏差和绝对差,其可信度较低,若以其进行强对流天气机理的诊断分析,需注意该资料的这种特征。     

北京一次污染天气过程特征的数值模拟

运用耦合了化学模块的中尺度数值模式WRF/Chem和自NCAR引进的人类污染物排放源数据对北京地区2012年8月31日污染天气过程的特征进行了数值模拟,结果表明模拟的臭氧(O_3)浓度具有明显的日变化特征,高、低峰值分别出现在午后和夜间,空间分布与流场有一定关系;PM_(2.5)也存在日变化,但空间分布相对稳定,高值主要聚集在城区;局地污染物具有水平输送特征,但因总量为零,并未加重污染物的局地聚集;来自北京南部的远距离输送是这次污染物的主要来源之一。敏感性试验分析发现,这次过程的O_3污染主要来源于北京之外的外源输送,而细颗粒物主要来源于本地生成;O_3污染对前体物(NO_x)的敏感性比较平稳,对挥发性有机物的敏感性起伏较大,凌晨至上午最为明显。     

苏州市一次重霾污染天气过程的数值模拟

本文对苏州地区2015年12月13—15日发生的一次典型的重霾污染天气过程进行了数值模拟,分析了颗粒物及其组分的时空变化特征及其气象影响因子,以期为该区域空气污染治理和预防提供科学依据。结果表明:(1)利用WRF-Chem模式对此次重霾污染天气过程的污染气体成分进行数值模拟后发现,小时平均的PM_(2.5)、PM_(10)、CO、SO_2、NO_2模拟值与实测值的相关系数较高,达到0.68以上,通过了P0.01的显著性检验,且日变化过程对应也较好。(2)通过分析此次污染过程的天气背景,发现污染形成期高空环流比较平直,中层为均匀的弱高压控制,地面受弱高压脊控制,这种形势容易导致颗粒物的堆积。后期地面等压线密集时,风速大,有利于污染物的输送与扩散。(3)通过分析此次污染过程期间气象要素的变化发现,有逆温、风速小、相对湿度大等不利的气象条件是导致此次污染过程发生的重要原因之一。(4)HYSPLIT轨迹分析显示,此次重霾过程主要受北方大范围灰霾颗粒物南下影响,北方污染气团逐步南推,14至15日本地大气扩散条件差、污染物累积,最终导致本地污染加重,从而发生重霾事件。(5)火点图的分布进一步验证了此次重霾污染过程是由外来污染气团输入所导致。     

比较NCEP/NCAR和ERA-40再分析资料与观测资料计算得到的感热资料的差异

利用1951～2000年我国西北干旱、半干旱区地温、气温和表面风场逐日4个时次（北京时间2、8、14和20时）的台站观测资料,以及NCEP/NCAR和ERA-40再分析资料,计算并比较了在我国西北地区春夏季感热输送的差异。分析结果表明:NCEP/NCAR和ERA-40的感热输送再分析资料都能显示出我国西北地区是欧亚大陆上的感热中心之一。从年代际时间尺度上,ERA-40再分析资料的感热资料更接近于实际台站观测资料计算得到的感热资料。       

青藏高原地区上空NCEP/NCAR再分析温度和位势高度资料与观测资料的比较分析

利用青藏高原12个探空站资料及NCEP/NCAR再分析资料,对各标准等压面上的月平均温度和位势高度资料进行了比较,结果表明:NCEP/NCAR再分析资料能够客观地反映青藏高原上空温度和位势高度多年平均的气候特征;与实际探空资料相比,在年际变化中再分析资料的温度和位势高度也具有较高的可信度;但在长期趋势变化上,再分析资料在青藏高原对流层低层存在着明显虚假的变化趋势.总之,再分析温度和位势高度资料在青藏高原气候研究中有较高的参考价值,尤其是1979年后再分析资料的质量在平流层低层得到明显的改善.     

NCEP/NCAR再分析资料在纳木错流域湖泊/冰川区适用性分析

利用中国科学院青藏高原研究所纳木错多圈层综合观测研究站在念青唐古拉峰扎当冰川垭口(30.47°N、90.65°E,5800m)和纳木错站(30.77°N、90.99°E,4730m)的逐日平均气温、相对湿度、气压等资料,与同期NCEP/NCAR再分析资料进行了对比分析,讨论了再分析资料在纳木错流域湖泊/冰川区气候变化研究中的适用性.结果表明:扎当冰川垭口和纳木错站气压再分析资料的可信度好于气温,相对湿度稍差:扎当冰川垭口气压和相对湿度再分析值与实测值的差值在冬季偏大,夏季偏小,气温则相反.在研究期间,总体上再分析资料在冰川区的可信度好于湖泊区,再分析资料能很好地反映该地区地面气压、气温和相对湿度的日变化特征,在应用到该地区气候变化的研究时应考虑地形的影响.     

在MM5伴随模式中使用AMSU资料对暴雨的数值模拟

在MM5伴随模式中使用NOAA-16极轨卫星探测获得的AMSU 资料,并与MM5数值模式仅使用常规资料的条件下,对发生在2003年7月4-5日江淮流域的一次暴雨过程进行了数值模拟对比研究.结果表明:使用AMSU资料后,湿度场、温度场和风场均得到一定程度的改善,降水的落区和强度也更接近实况.     

MM5对南海一次特大暴雨过程的模拟

利用MM5数值模式模拟了2000年10月发生在海南岛的特大暴雨天气过程。结果指出，这次特大暴雨发生在南海低压和大陆冷空气的交汇区上，交汇区的东西长度约为800km，冷暖空气的交汇产生了持续的上升运动，交汇区内产生了大范围的特大暴雨，海南岛的陆地降水仅仅是其中的一部分，交汇区具有弱冷锋的热力结构。     

CCN浓度对安徽一次强对流天气影响的数值模拟

应用WRF(Weather Research and Forecasting)模式,采用NSSL初始CCN数据(C=600 cm~(-3)、k=0.6)及南京北郊观测拟合数据(C=4 000 cm~(-3)、k=0.47)对安徽省一次强对流天气进行模拟。结果发现CCN浓度(CASE2)增大后,所模拟的最大雷达反射率较初始情况(CASE1),在强度和云体宽度上更加接近实况,且CASE2生成了更多强对流单体;CASE2的降水落区较CASE1更为接近实况,且中心雨强大于CASE1,这主要由CASE2中第一个单体更强的降水导致,而两者第二个单体贡献值相近。在过程初期,CASE2中云水、冰晶粒子数浓度比CASE1更大,使得云水粒子冻结时释放出比CASE1更多的热量,从而使得云体发展更为旺盛;两者单位质量中雪晶质量和数浓度相差不大;CASE2比CASE1霰雹粒子比含水量更高,从而在融化过程中形成了更强的冷云降水。     

天山北坡一次大雾天气的数值模拟分析

利用常规气象观测数据、NCEP再分析资料和WRF4.0中尺度数值模式,对2019年12月8—15日新疆天山北坡出现的一次持续性大雾天气的成因进行分析。结果表明：此次大雾天气出现在500 hPa新疆脊控制、850 hPa暖中心维持、地面蒙古冷高压影响的环流背景下。雾开始和维持阶段,地面1 200 m存在逆温强度为0.9℃/100 m的强逆温层,为大雾的形成和维持提供了静力稳定条件;大雾一般出现在辐射降温最明显的傍晚前后;大雾天气出现后2 m气温和地面温度温差始终维持在5℃左右,地、气温差使地面积雪一直升华,为大雾天气持续提供了充足的水汽条件;近地层大气一直存在2.0 m/s以下的微风,形成的湍流维持了雾滴悬浮的平衡状态。当逆温层中上层出现6～10 m/s偏东风时,雾层厚度增加;中上层风速过大或地面～600 m风向一致时,雾减弱或消散。     

NCEP/NCAR再分析资料在青藏铁路沿线气候变化研究中的适用性

通过对青藏铁路沿线8个常规气象站的温度和降水观测资料与NCEP／NCAR再分析资料的对比,详细地考查了再分析资料用于青藏铁路沿线气候变化研究的可行性。统计对比分析表明：再分析资料可较好地反映地面气温及降水的年变化特征,可基本反映其年际变率和年际间的差异。然而,再分析的气温值系统性低于实际观测值,降水量则系统性偏大;再分析资料得出的近40年气温长期变化趋势误差较大,降水的长期趋势特别是年降水有一定的参考价值。总体而言,再分析的气温好于降水,青藏铁路沿线主体好于两端,再分析资料可用于青藏铁路沿线主体段年到年际尺度的短期气候变化研究。     

NCEP/NCAR再分析资料在江西金华山风资源评估中的应用

利用NCEP/NCAR再分析资料对江西省金华山测风塔数据进行订正,计算平均风速、风速频率、风向频率、各方向风能、风功率密度及有效风能时数等各项风能参数。结果表明,风电场各个高度年平均风速为5.7—6.7 m/s,年平均风功率密度为214—366 W/m2,年有效风力时数百分率为76.3%—82.2%;风向和风能频率集中风向为SW—WSW风,有利于风机的布局和稳定运行,具备开发潜力。     

3种再分析资料基本统计量比较

为了评估中国气象部门整理的资料的特色和应用价值,使用统计方法检验了中国资料和NCEP/NCAR、ECMWF再分析资料7月100 hPa、500 hPa位势高度场和1月海平面气压场的气候均值和年际方差的差异显著性,并比较了1月和7月北半球主要大气活动中心面积、强度指数的年际变化差异和相关程度。结果表明：1）ECMWF再分析资料7月100 hPa、500 hPa位势高度场的气候均值都显著小于中国资料,且其历年值分别小于1 660、588 dagpm,与中国资料相比不适合用于研究南亚高压、副热带高压;2）中国资料是由单层等压面图上直接读数得到的,更接近实际观测值,更适宜于诊断单个等压面上的气压系统;3）3种资料冬季蒙古高压、阿留申低压的年际变化一致性要好于夏季南亚高压、副热带高压。     

NCEP/NCAR再分析资料中北半球夏季海平面气压的年代际变化

NCEP/NCAR再分析资料集中1948—2005年北半球夏季海平面气压（sea level pressure,SLP）场具有明显的年代际变化特征,主要在东亚和北非大陆地区以及极地地区。20世纪60年代中后期和70年代中后期夏季SLP场有两次跃变过程。对于北半球夏季SLP的这次年代际变化过程而言,20世纪60年代末首先于北欧地区出现距平变化,然后逐渐向东南方向移动,70年代早期贝加尔湖地区开始出现正距平信号,之后这种正距平信号开始往南移,70年代中期东亚大陆出现正距平中心。另外,20世纪60年代中期西北大西洋SLP距平也开始了转变,之后分别向南、北移动,于70年代早期加强了北欧的正距平强度,同时非洲北部也开始了SLP距平的转变。     

Reliability Analyses of Anomalies of NCEP/NCAR Reanalyzed Wind Speed and Surface Air Temperature in Climate Change Research in China

By means of varied statistical methods,such as normalized root mean square error(RMSE),correlation analysis,empirical orthogonal function(EOF)decomposition,etc.,the reliability of the varied seasonal anomalies of NCEP/NCAR reanalyzed wind speed and surface air temperature(SAT)data frequently used in the climate change research in China is studied.Results show that RMSEs of meteorological variables are smaller in eastern China than in western China,i.e.,the reliability of NCEP/NCAR reanalysis in eastern China is better than that in western China.This could be due to effects of the topography in the reanalysis model and the disposition of"dense-in-eastern-and-sparse-in-western"of meteorological stations in China. The RMSE of anomalies of reanalyzed wind speeds decreases with increasing height,further confirming the possible impact of topography on reliability of reanalysis.Results of correlation analysis inversely correspond to those of RMSE analysis,i.e.,if the RMSE is larger,the correlation between reanalyzed and observed data is worse,and vice versa.It is found from comparing the EOF eigenvectors of anomaly of reanalyzed and observed data that if a meteorological variable has smaller RMSE,the spatial patterns of corresponding EOF eigenvectors of anomaly of reanalyzed and observed data are similar and their time coefficients are significantly correlated,and vice versa.Therefore,the similarity of EOF modes and the consistency of their time coefficients can be used to objectively assess the reliability of the reanalysis.On the whole,the reliability of the reanalyzed wind speed is better in spring,summer,and autumn,but worse in winter;and for the reanalyzed SAT,it is the best in winter and the worst in summer.     

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。