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.     

基于NCEP资料的我国大气可降水量的计算及其时空分布

利用1948—2009年的NCEP再分析资料获取多年平均大气可降水量,分析我国大气可降水量的空间分布和季节变化,并选用2001年的资料与同期探空资料进行对比验证.结果表明:我国大气可降水量的空间分布总趋势是低纬大于高纬,平原大于高原,沿海地区大于内陆地区;季节变化明显,冬季大气可降水量较小,夏季较大;NCEP资料与探空资料的计算结果基本一致.     

实时 Ｇ Ｐ Ｓ可降水量资料的变分同化个例研究

用实时GPS可降水量(Precipitable Water, PW)资料GPSPW,针对2007年7月2-3日发生在日本九州南部地区的一次梅雨锋降水过程,设计控制试验和4个同化试验,利用WRF和WRF-Var模式进行三维变分同化研究,并用ETS评分客观评价各方案的预报效果.结果表明:实时GPSPW同化能有效地改进模式初始时刻水汽场以及预报时间内(0～6 h)的PW.背景误差水平尺度调节系数的大小对水汽场的调整范围和PW的改进程度有一定影响.GPSPW的实时性能提高降水预报业务的实时性.     

NCEP R1可降水量与西南地区地基GPS反演结果的比较

NCEP/NCAR再分析资料是国内外广泛应用的再分析资料数据集,提供有自1948年以来的全球可降水量数据,为研究全球和区域水汽分布提供了时空分布均匀的资料。地基GPS反演可降水量是近些年新兴的水汽监测手段。自2007年开始,我国西南地区(四川省、重庆市、云南省、贵州省)的GPS气象观测站网提供该区域全天24h的可降水量资料。本文在分析NCEP再分析资料可降水量与地基GPS反演可降水量算法和生成方式等根本性差异的基础上,对西南地区的NCEP再分析资料与地基GPS反演可降水量数据加以对比研究,发现两套资料能够一致地揭示我国西南地区的可降水量分布形势和季节变化特征,均能很好地反映区域水汽特征和变化。同时还发现NCEP再分析资料可降水量数据与地基GPS反演结果具有明显的线性相关特征与一致性。此外,也发现NCEP再分析资料可降水量数据与地基GPS反演可降水量结果存在一定的定量差异。      

四川地区近60 a大气可降水量分析

利用60a的NCEP2．5°×2．5°再分析资料,分析了四川地区大气可降水量的长期平均特征及其季节、年际与年代际变化。结果表明：四川地区年大气可降水量为181．30kg·m^-2;大气可降水量的空间分布明显不均匀,川西高原的大气可降水量明显低于四川盆地;大气可降水量季节变化显著,一年中夏季（6～8月）最多（74．33kg·m^-2）,秋季次之,冬季最少;大气可降水量1月最少（5．82kg·m^-2）,7月最多（25．77kg·m^-2）,2月开始逐月增加,8月开始又逐月减少。60a中大气可降水量年际变化小,丰年大气可降水量为枯年的1．15倍。60a来,大气可降水量在平均状态附近波动,略有减少。     

NCEP再分析资料与江西强对流探空资料对比检验分析

选取2000—2016年江西省南昌、赣州两站及其附近半径为50 km范围内的强对流天气过程个例,对比分析常规探空资料和NCEP再分析资料提取的温、湿、风垂直廓线及其输出量,检验NCEP再分析资料在江西省强对流天气分析的适用性。结果表明:1)NCEP再分析资料与探空资料温度差异非常小,500 hPa高度层以下露点误差也在1℃以内,而500 hPa高度层以上随着高度增加误差也明显的增大。基于温湿计算的大气能量物理量CAPE值可靠性较低,而基于中低层温湿条件计算的K指数和Δt_(850-500)参考性较高。2)NCEP再分析资料与探空资料的垂直风速切变基本在1 m/s之内,越往高层垂直风切变越小,差值在0.4 m/s以下。两种资料计算的高低层风垂直切变均拟合的非常好。3)NCEP再分析资料显示低层偏干而中层略偏湿,低层偏干使CAPE偏小,中层偏湿不利于产生雷暴大风、冰雹等强对流天气,降低了灾害性强对流天气产生的概率。边界层风场预报偏弱也会弱化强对流辐合触发的条件的分析。总体来说,两种资料的基本物理量以及一些输出量偏差较小,可用于江西省强对流天气的分析。     

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。       

中国1月探空资料与NCEP再分析资料位势高度场之间差异特征分析

文章选取了NCEP再分析资料与中国探空资料150～925hPa共7个高度层,1958—2009年中每年冬季1月份的月平均高度场数据,对中国地区逐层资料进行了差值分析,并对400hPa与700hPa的差值做了时间折线分析,分析了各个层面不同区域NCEP资料的可信度以及400、700hPa层面NCEP再分析资料与探空资料之间差值随年份的变化特征。结果显示:中国地区东部资料比西部资料可信度高,低纬度资料比高纬度资料可信度高,400hPa及500hPa两层资料的偏差最小,NCEP再分析资料在400、700hPa层面都表现出了其准确性随着模式完善逐年增加的结论。     

一次降水过程的GPS可降水量资料同化试验

选取2005年7月23—24日北京、天津、河北地区的一次强降水过程,利用MM5模式进行数值模拟试验和GPS可降水量资料的伴随同化试验。为了检验GPS可降水量资料对模式湿度场的改善程度和伴随同化效果,采用24h降水TS评分、模拟湿度场与真实场的均方差和实况降水等检验方法,通过温度场、高度场和风场的均方差试验,结果证明加入GPS可降水量资料在改善初始湿度场的同时对初始温度场、高度场和风场也有不同程度的改善。     

基于GNSS的MODIS大气可降水量校正模型

MODIS大气可降水量（PWV）空间分辨率高但易受云雨等环境因素影响,精度不高.GNSS PWV 空间分辨率较低但具有全天候、不受天气影响、精度高的优点.研究表明两者存在显著的线性相关性,结合两者的优点,基于GNSS PWV校正MODIS PWV可获取大面积高精度的PWV.针对传统的线性回归校正模型没有考虑云、气溶胶等的影响使两种数据线性相关性变差的问题,本文在传统的线性校正模型上增加了使用年积日的非线性周期项的方法来构建校正模型.利用2017—2019年香港地区GNSS对流层延迟与MODIS近红外数据,使用频谱分析线性残差项,结果表明残差具有显著的年周期.对比传统模型,本文模型的平均绝对误差、平均相对误差、均方根误差和拟合度都有明显的改善,表明本文模型可行有效且精度较高.     

西南地区可降水量时空分布和变化特征

利用NCEP 1980-2009年可降水量的逐月再分析资料,分析了30年来西南地区可降水量的时空分布特征和变化趋势.结果表明：受地形等地理环境和气候的影响,西南地区年、季节可降水量分布均有显著的地区性差异,东南多,西北少;可降水量的季节变化明显,夏季远大于冬季,秋季略高于春季;可降水量的年内分配不均,7月最大,8月次之,1月最少;30年来,西南地区年可降水量呈波动变化,略有增加,偏多和偏少年交替出现,春季和冬季可降水量呈线性增多.西南地区可降水量空间分布既有整体一致型,也存在反向型.     

北斗和GPS反演大气可降水量的对比分析

北斗地基增强系统是我国北斗卫星导航系统重要的地面基础设施,它可以获取高精度、高时间分辨率的水汽产品,满足数值预报、空间天气监测和预警业务的需求。本文利用2017年北斗地基增强系统中北斗单模、GPS单模和GPS+BD双模的数据资料,对同址的北斗气象站、GPS气象站和探空站反演大气可降水量进行对比分析,结果表明:(1)现行北斗地基增强系统所提供的数据,可以有效地用来反演大气柱总水汽含量,所得结果合理,平均偏差都小于1 mm,在变化上与GPS系统和探空系统基本一致,对数值预报有一定的指示作用;(2)与GPS系统相比,GPS单模/PWV和GPS+BD双模/PWV的均方差小于2 mm,相关系数均在0. 97以上,表明两者在反演PWV的精度上与GPS系统相当,而北斗单模/PWV的均方差为3～6 mm,相对方差达到了15%～20%,其精度与GPS系统还有一定的差距;(3)与探空相比,北斗单模在个别时次变化趋势上存在不一致的情况,其均方差为2. 14～6. 12 mm,相对方差为15. 32%～20. 84%,其误差可能是由于探测系统误差等因素造成的,而GPS+BD双模和GPS单模会更加稳定。     

可降水量与地面水汽压力的关系

根据对 30 8组不同地点不同季节的气候数据分析 ,证实可降水量W与地面水汽压力e存在良好线性关系 ,其公式是W =1 74e。     

河南省近11年大气可降水量变化特征

利用2000-2010年1°×1°的NCEP FNL分析资料,分析了河南大气可降水量的时空分布特征及变化趋势。结果表明：河南省年大气可降水量为270.48 kg/m2,从西北向东南逐渐增加。可降水量季节变化显著,夏季最大,月平均为41.77 kg/m2;冬季最少,月平均为8.54 kg/m2。1月份大气可降水量最少,平均为8.04 kg/m2;7月最多,平均为47.19 kg/m2。11 a来,大气可降水量最多年份是最少年份的1.12倍,大气可降水量年际变化特征不明显,总体上有所减少。     

GPS探测与FY-2反演大气可降水量对比分析

为深入了解FY-2卫星大气可降水量(PW)的反演质量,文章选取2012和2015年地基GPS水汽观测数据,与FY-2的PW反演产品进行了对比分析。结果表明:(1)北京、武汉和海口三站GPS/PW(PW_(GPS))与FY-2/PW(PW_(FY-2))在夏季存在显著正相关,三站的相关系数都达到0.67以上,夏季PW的均方根误差值、月平均偏差绝对值均小于冬季。北京与武汉站PW平均偏差和均方根误差在四季均具有明显日变化特征;(2)当PW_(GPS)20 mm时,北京、武汉、海口和拉萨站FY-2/PW与GPS/PW比较一致,PW偏差均值的绝对值和均方根误差较小,当PW_(GPS)20 mm时,PW偏差均值绝对值和均方根误差随PW_(GPS)值减小而迅速变大。FY-2的PW产品在夏季可以为大部分区域提供高时空分辨率、高精度的大气可降水量,在大气湿度非常低、冬季和夜间条件,反演结果精度有待提高。     

我国可降水量同地面水汽压关系的经验表达式

本文根据1992～1993年全国20个台站地面及高空气象要素资料，拟合出各个站所在地区整层大气可降水量和有效水汽含量同地面水汽压之间的经验关系式。计算结果表明，可降水量和相应的地面水汽压之间，存在着良好的数值对应关系。仅利用地面水汽压计算出的整层大气可降水量和有效水汽含量，同实际情况符合得很好，平均相对误差普遍小于15％。因此，这些经验关系式具有良好的实际应用价值。     

地基GPS遥感观测北京地区水汽变化特征

利用2004—2007年SA34（北京大学）站的GPS观测数据,运用GAMIT软件解算反演了间隔30min的连续变化大气水汽总量（PW）。与北京南郊观测场得到的探空结果作比较,均方根误差（RMSE）在2~3mm之间。通过对大气水汽作月平均,得到每月的大气水汽总量口变化曲线,并初步分析了夏季水汽日变化与地面比湿、降水、地面气温以及地面风矢量的关系。结果表明:北京地区夏季7月大气水汽总量最小值出现在08:00（北京时）左右,8月大气水汽总量最小值出现在08:00到12:00左右（各年表现出一定的差异）,夏季大气水汽总量的最大值出现在01:00到03:00;7月和8月的日变化在夜间变化趋势有所不同;大气水汽总量最大值出现时刻与地面小时降水有一定相关性,且大气水汽总量的日变化明显受风矢量日变化的影响。通过对大气水汽总量的时间序列进行小波分析,得到1年大部分时间里,水汽变化存在大约12d的周期。采用前期的大气水汽总量平均值和短时大气水汽总量增量两个条件进行降水的判断,认为夏季降水的出现时刻与差值的高值区有比较好的对应。     

四川上空大气可降水量时空分布特征

本文利用94个气象台站30 a地面湿度参量资料,采用通过地面水汽压计算大气可降水量的经验公式,分析了四川上空大气可降水量时空分布特征,初步评估了四川地区的空中水资源。结果表明:(1)四川地区空中水资源十分丰富,开发潜力巨大:东部盆地区全年大气可降水量为1178.11 cm、降水效率8.98%;西部高山高原区全年大气可降水量为321.06 cm、降水效率21.16%。(2)大气可降水量和降水效率空间分布明显不均匀,东部盆地区大气可降水量远远高于西部高山高原区,降水效率则是西部高山高原区高于东部盆地区。(3)大气可降水量季节变化明显,一年之中夏季最多,秋季次之,冬季最少。西部高山高原区大气可降水量季节差异尤其显著。(4)30 a来,大气可降水量波动略呈线性增多,大气可降水量年际变化小。     

MODIS近红外大气可降水含量与乌鲁木齐地基GPS水汽数据的对比分析

本研究在建立HDF数据图像显示、数据提取和分析平台的基础上,利用乌鲁木齐地基的GPS水汽数据,对比分析了2004年6月2日-8月2日之间37d的MODIS近红外大气可降水含量的精度.发现MODIS反演的近红外PW系统性地比GPS探测的PW偏小,但在变化趋势上是相似的,说明MODIS反演的近红外大气可降水含量还是能够反映水汽的变化趋势.37d中降水出现的日期对应于PW的大值日期,尤其与GPS的大PW日数非常吻合.MODIS近红外大气柱可降水含量能够提供大面积水汽空间分布数据.每天一次的水汽分布数据能够用于研究水汽的时空分布和气候特征.该研究开发的MODIS水汽数据分析处理平台也可应用于其它MODIS反演产品的分析,如地表面温度、气溶胶光学厚度等.