中国冬季最低气温观测与再分析资料的比较

运用EOF分解、线性趋势分析、方差分析、小波分析、相关分析等方法,从均值、长期变化、年际和年代际变化特征等方面对NCEP/NCAR(N1T)、NCEP/DOE(N2T)、ERA-Interim(ET)、JRA-25(JT)4种再分析资料集和194站观测资料集中1979—2012年我国冬季最低气温(WTMIN)进行比较。结果表明:(1)ET在再现观测冬季最低气温多年平均时最优;(2)除新疆北部和西南部以及东北北部有降低趋势外,我国大部分地区WTMIN有升高的趋势,N1T对观测温度长期变化趋势再现能力优于其他3种资料;(3)观测WTMIN在中国北方和高原地区年际和年代际变化大于南方地区,四种再分析WTMIN对我国冬季最低气温的年际和年代际变化的再现在不同区域各有所长,总体上以ET为优。(4)再分析资料在再现观测WTMIN年代际时间尺度上的能力相当,以ET最优,尤其是在我国中东部地区和新疆北部地区。N1T和N2T对东北地区观测冬季最低气温年际变化的再现能力较好,ET再现观测WTMIN在1990s之前,2005年之后的3~4 a变化周期特征时能力略优于其他3种资料。     

NCEP再分析资料和中国站点观测资料的分析与比较

美国国家环境预报中心(NCEP)和国家大气中心(NCAR)的全球再分析资料,在很多气候模拟和预测研究中都被作为区域气候模式的驱动场和初始场资料,并用来检验模拟结果的.作者通过对NCEP的2种再分析资料NCEPI和NCEPⅡ与中国台站观测资料的月平均温度和月降水总量进行相互插值,分析和比较了NCEPⅠ、NCEPⅡ再分析值与中国区域内观测值之间的差异以及2种再分析资料之间的差异.从结果可以看到,NCEP再分析资料的月平均温度较观测值普遍偏低,而月降水总量较观测值则偏高;就季节变化而言,NCEP再分析值在夏季和年平均模拟的较好,冬季较差.同时可以看到,在温度和降水方面NCEPⅡ较NCEPⅠ都有所改进,尤其在中国东部地区,改进较为明显.     

对三套再分析资料中国大陆地区夏季降水量的评估分析

以中国台站降水为参照,评估分析了三套再分析资料(NCEP/DOE,ERA和JRA)对中国夏季降水场的再现能力。结果显示,三套资料均能基本再现夏季降水量分布的主要特征,亦能较好刻画大部分地区降水的年际和季节内变化特征,但同时也存在诸多问题:NCEP资料在青藏高原东坡存在一个虚假降水中心,且对中西部和西南地区夏季降水的季节内演变特征再现能力较差;ERA资料降水量系统性偏小,且不能合理描述中西部地区降水的年际变化;JRA资料高估了华南沿海地区的降水量。三套资料均存在高估弱降水、低估强降水的问题。对日降水量≥0.1 mm的降水事件进行TS、BS评分,三套资料的TS评分在0.6左右,BS评分在1.5左右;随着参与评分的降水等级的提升,两项评分都迅速下降,三套资料对暴雨的预报评分都非常低。通过分析可了解当前较先进的数值预报模式在基本真实的环流场强迫下对我国夏季降水的预报能力,认识模式中物理参数化过程导致的模拟偏差,为模式发展和评估提供参照。     

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。     

中国太阳辐射数据集及其质量检验分析

文章介绍了中国太阳辐射数据集的内容、建立数据集中使用的质量检验方法、对质量检验进行了分析。分析表明，建立该数据集使用的要素相关法、极值法、地理空间检验法是适用的。     

2000—2016年中国再分析辐射资料与观测值对比

大气再分析辐射资料克服了传统的地面观测资料缺乏和台站分布不均的缺点,以及卫星遥感反演算法的适用性和传感器精度等问题,采用不同的模型对太阳辐射状况进行动态模拟,并结合实际观测数据对模型进行校正,建立了长时间序列和不同分辨率的数据产品。尽管目前再分析辐射产品评估已经有较多的研究,但是针对我国长时间序列太阳辐射变化的不同再分析辐射资料间的精度对比评估较少,尤其缺乏不同再分析辐射资料空间差异性研究。选取2000—2016年NCEP/DOE、ERA-Interim、GLDASV2.1三种不同空间分辨率的再分析辐射资料,通过对比三种资料与我国辐射观测数据的差异,对三种再分析辐射资料在空间分布和时间序列的适用性进行详细的精确度评估。结果表明,从年资料对比来看,2000—2016年中国区域NCEP辐射资料显著高于其他三种资料,与观测值平均偏差约为1 342.2 MJ/(m²a),东部地区高估现象严重。ERA辐射资料平均偏差为681.8 MJ/(m²a),中国西部、华北及华中地区高估严重。GLDAS辐射资料平均偏差最小为130.2 MJ/(m²     

几种再分析地表气温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、NCEP/DOE和JRA-25等几种再分析地表(2m)气温资料在中国不同区域、不同年代和季节的气候均值、年际变化和变率特征及其气候趋势等所反映出来的适用性问题进行了系统评估.结果表明,几种再分析产品在全国大多数地区的气候变化研究中都具有一定的合理性,特别是1979年以后的资料可靠性更高一些.但相比而言,它们在冬季的可信度一般要高于夏季,东部地区的可信度一般要高于西部地区;ERA-40和JRA-25再分析产品的适用性要高于NCEP/NCAR和NCEP/DOE再分析产品;其中,JRA-25在均值、年际变化和变率特征的描述上具有更高的可靠性,而ERA-40在长期气候变化趋势(44年)的描述上则要明显优于NCEP/NCAR再分析产品.     

三种再分析地表温度资料在青藏高原区域的适用性分析

利用气象台站观测地表温度,比较和分析了ERA-Interim、NCEP/NCAR和NCEP/DOE再分析地表温度资料在青藏高原的适用性.结果表明:三种再分析资料都揭示了青藏高原地表温度的基本特征,并较好地描述了高原地表温度的季节变化和年际变化特征;但三种再分析资料都比观测地表温度明显偏低,且对地表温度的长期变化趋势估计不足.比较而言,ERA-1nterim再分析地表温度产品在青藏高原的适用性最好,与观测地表温度的相关最显著,且能较好地反映高原地表温度的异常变化强度,可作为研究高原地表温度年际变化的代用资料;而NCEP/NCAR和NCEP/DOE 再分析地表温度产品在青藏高原的适用性不佳,其适用时段和适用区域需要进一步考察.     

两种反演地表净太阳辐射的参数化模式在北京地区的比较

地表净太阳辐射(NSSR)在地表辐射平衡、地-气能量交换、天气预报、气候变化和太阳能利用等研究方面具有重要的作用.利用卫星遥感技术能在广大的空间区域内快速地获取地表净太阳辐射的分布情况,特别是在无人观测的极地和海洋区域.本文基于CERES/SSF卫星数据,分别采用两种地表净太阳辐射(NSSR)的卫星反演参数化模式--Li模式与Masuda模式计算了北京市上甸子地区2005年1、4、7和10月的NSSR,并将反演结果与上甸子大气本底站的实测结果进行了对比分析,并对两种模式进行了修正以更好地反演北京地区的地表净太阳辐射.结果显示:Li模式和Masuda模式反演结果与实测结果间的平均绝对误差在晴空条件下分别为62.2和50.8W/m2,在云天条件下分别为82.1和71.8 W/m2;Li模式相对于Masuda模式具有偏大的趋势,在晴天和云天条件下两者的平均绝对偏差分别为11.5和10.2 W/m2;对Li模式和Masuda模式进行线性拟合回归后能有效减小反演过程中的系统性偏差,修改后的Li模式和Masuda模式在所有天空状况下反演的月平均NSSR值与观测值问的平均绝对误差分别为-1.8和-3.4 W/m2,均方根误差分别为19.6和26.0 W/m2.     

中国区域ERA-40、NCEP-2再分析资料与观测资料的初步比较与分析

再分析资料在气候变化研究中有着广泛的应用,但是再分析资料在不同时空尺度上的可信度能够影响到研究结果。作者就中国区域的月平均地表(2 m)气温和降水两种基本气候变量在空间分布及其变化趋势上对ERA-40和NCEP-2与观测资料之间的差异做了一些比较和分析,对两套再分析资料的可信度进行了初步的检验。结果表明:两套再分析资料基本上都能反映出中国区域的温度场和降水场的时空分布,尽管在中国西部,尤其是青藏高原地区的差异比较较大;再分析资料在东部地区的可信度高于西部,温度场的可信度要高于降水场,ERA-40可信度要高于NCEP-2。     

我国南方中东部地区地面太阳总辐射变化规律

为进一步探讨我国地面太阳辐射的变化规律及其原因,选择我国南方中东部地区,利用该区域1961—2007年33个站点的地面太阳总辐射资料,结合云量、大气水汽含量和能见度等观测资料,综合研究该区域地面太阳总辐射的变化规律及其原因。结果表明:1961—1989年,我国南方中东部地区地面太阳总辐射呈下降趋势,之后发生逆转,1995年后其变化趋于缓和,1961—2007年总体呈现变暗—变亮—变缓的趋势。究其原因,该区域云量平均值由峰入谷、云量下降速率由快变慢可能是产生此变化趋势的原因之一;其次,20世纪80年代到21世纪初,气溶胶光学厚度上升趋势减缓,气溶胶地面辐射强迫变化趋于缓和,某些区域甚至出现下降,也导致部分站点地面太阳总辐射由暗变亮。     

利用TOVS资料计算我国东南地区的太阳直接辐射和散射辐射

根据多次散射理论--离散纵标法，将极轨卫星产品资料（TOVS资料）作为初始资料，利用中分辨率大气传输模式MODTRAN3分别计算出晴空和有云情况下5个层次的观测波段的太阳直接辐射和散射辐射，与国家一级探空探测的大气温、湿廓线计算出的辐射值进行比较。发现晴空状况下基本一致，有云时存在一定误差，表明由卫星的TOVS资料估算我国东部地区的晴空辐射资料，可以弥补我国辐射资料的不足。     

江淮地区ERA-Interim再分析与观测温度资料对比分析

通过对比江淮地区1992-2016年08和20时的ERA-Interim再分析资料与观测资料的温度要素,发现它们在垂直方向上的偏差存在从低层到高层先减小后增大的特点,对流层低层各站偏差的空间差异明显,到中高层各站偏差趋于一致。偏差存在明显年际变化,500 hPa及以上等压面在2000年前后再分析资料比观测资料存在由偏低向偏高的转折;除地面外,其他高度上两种资料的平均绝对偏差均呈显著减小趋势。在偏差的月际分布上,地面和500 hPa以上高度再分析资料普遍比观测资料偏高,各高度上平均绝对偏差在8-9月最小。进一步对各天气现象下两种资料比较发现,雪、雨夹雪、冰粒子和冻雨天气发生时,地面至1000 hPa和850 hPa上再分析资料比观测资料偏高;大雾天气发生时,再分析资料比观测资料在1000 hPa偏高幅度明显高于地面。可见,在江淮地区使用ERA-Interim再分析温度资料判别降水相态时,大气边界层和850 hPa温度需慎重使用,近地层虚假逆温对大雾判别会产生很大影响。     

1961~2003年中国大陆地表太阳总辐射变化趋势

利用中国大陆30个气象站1961～2003年地表太阳总辐射观测数据,研究了辐射年总量和季节总量的变化趋势及其空间分布特征,并探讨了其原因。结果表明:1961～1989年中国大陆地表太阳总辐射总体呈减少趋势,减少约11%;1990～2003年间略有回升,但其均值仍比1961～1965年的均值低8.2%。大部分地区春夏两季减少明显,约占年减少量的55%～85%。对各站点观测数据的趋势分析表明,地表太阳总辐射随时间的变化大致可分为4种类型,其特征分别为:1961～2003年间持续减少(占总站点数20%);20世纪60年代初到80年代中期呈显著减少趋势,其后线性趋势不明显(占总站点数40%)或呈逐步增加趋势(占总站点数16.7%);1961～2003年间无显著变化(占总站点数23.3%)。这4种类型在空间分布上无明显的区域特征。日照时数减少是总辐射减少的主要原因,可以解释地表太阳辐射年总量变化的72%,日照时数随风速的增大而增加。     

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。     

1993—2013年中国地面太阳辐射的变化特征

根据1993—2013年中国15个省份16个站点的辐射观测数据,采用线性倾向估计分析了近20年来中国不同地区的地面太阳辐射的变化特征,并分析了散射系数（散射辐射和直接辐射之比）的变化情况。结果表明：1993—2013年间地面太阳总辐射在西部和东北地区呈上升趋势,在中部和东部地区呈下降趋势。直接辐射在中部地区呈上升趋势,在其他地区表现为下降趋势。散射辐射和散射系数除了新疆的乌鲁木齐和甘肃的兰州减小外,在所有地区几乎都呈上升趋势。散射辐射最大在东南沿海地区,最小在西北（新疆的乌鲁木齐）,但是散射系数在中东部地区相对较大。