黑河试验中测站设置（夏季）的数值模拟研究

本文用具有较高水平与垂直分辨率的数值模式诊断计算了黑河试验区的感热通量和潜热通量,并通过对这些诊断通量的统计分析研究了黑河试验中观测站点的代表性和设置问题,得到在试验区内不同下垫面上设置观测站点的具体方案,以及选择有较好代表性的观测站点的一般原则。     

HEIFE辐射仪器的标定及资料精度分析

本文对HEIFE期间中方3站所用的辐射仪器在试验前和试验中所进行的各次标定结果以及观测资料的精度进行了较详细的分析。结果表明在HEIFE中所使用的辐射仪器性能稳定，所取得的观测资料接近或达到了国际上太阳辐射野外观测的精度要求。文中还对所取得的红外辐射资料的订正进行了讨论。     

“HEIFE”中‘中方’微气象塔的仪器精度和观测误差

本文分析了“黑河地区地气相互作用的观测试验(HEIFE)”中‘中方’微气象观测塔的仪器测量精度和各湍流通量的观测误差。结果表明,仪器精度基本能够满足近地面层的观测要求。     

我国西北干燥区地面气象站观测环境代表性思考

气候观测环境代表性和观测资料质量是开展大尺度气候变化监测和研究的前提。为了解我国干燥区气象观测环境变化和台站代表性，作者对河西走廊和北疆九个国家级气象站观测环境开展了调研。本文介绍了调研了解到的情况，并结合先前研究结果，从气候变化监测和研究的视角，讨论了西北干燥区地面观测站代表性问题。目前我国西北地区气象站地面观测，对于干燥区的城市和绿洲区域气候及其变化，具有较高的代表性，但对更广大的荒漠和半荒漠背景气候及其变化，代表性仍显不足。作者发现，早先研究中指出的北疆等地区城镇站地面气温序列负向城市化影响，应与观测场周围局地甚至区域尺度绿洲扩大有直接联系，较难反映绿洲以外干燥区地带性气温变化。针对地面观测环境调研所发现的问题，文章最后提出了几点建议，希望对未来国家基准气候站网设计和建设提供一定参考。     

Representativeness of Four Precipitation Observational Networks of China

Four precipitation observational networks with varied station densities are maintained in China. They are: the Global Climate Observation System (GCOS) Surface Network (GSN), the national Reference Climate Network (RCN), the national Basic Meteorological Network (BMN), and the national Ordinary Meteorological Network (OMN). The GSN, RCN, BMN, and the merged network of RCN and BMN (R&B) have been widely used in climatology and climate change studies. In this paper, the impact of the usage of different networks on the precipitation climatology of China is evaluated by using the merged dataset of All Station Network (ASN) as a benchmark. The results show that all networks can capture the main features of the country average precipitation and its changing trends. The differences of average annual precipitation of the various networks from that of the ASN are less than 50 mm ( 10%). All networks can successfully detect the rising trend of the average annual precipitation during 1961-2009, with the R&B exhibiting the best representativeness (only 2.90% relative difference) and the GSN the poorest (39.77%). As to the change trends of country average monthly precipitation, the networks can be ranked in descending order as R&B (1.27%), RCN (2.35%), BMN (4.17%), and GSN (7.46%), and larger relative differences appear from August to November. The networks produce quite consistent spatial patterns of annual precipitation change trends, and all show an increasing trend of precipitation in Northwest and Southeast China, and a decreasing trend in North China, Northeast China, and parts of central China. However, the representativeness of the BMN and R&B are better in annual and seasonal precipitation trends, in spite of the fact that they are still far from satisfactory. The relative differences of trends in some months and regions even reach more than 50%. The results also show that the representativeness of the RCN for country average precipitation is higher than that of the BMN because the RCN has a more homogeneous distribution of stations.     

利用MODIS/LST产品分析基准气候站环境代表性

该文基于2001—2007年地表温度遥感反演产品 (MOD11A2),以基准气候站对其周围不同大小窗口内地表温度距平序列的解释方差作为度量,评估了我国142个基准气候站的环境代表性,并将代表性与土地覆盖和高程状况进行相关研究。结果显示:以解释方差大于0.75作为区分是否具有代表性的阈值,约41%的站点代表性较好,代表区域范围可超过51×51 km2,多分布于北方地区;约21%的站点代表性较差,代表区域范围不足7×7 km2,多分布于南方地区;其他代表区域范围居中的站点在南、北方均有分布;站点周围的土地覆盖多样性和地形起伏度与站点代表性存在负相关,且相关性随窗口的增大而加强。文中还评估了基准气候站对所属气候区的代表性,发现在气候特征复杂的西南地区和新疆部分地区,站点对气候区的代表性较差。     

2018年贵州省常规站温度要素数据评估

随着气象观测的自动化,地面气象观测在观测时次和空间密度上得到极大提高。常规站资料是地面观测资料的重要组成部分,其站点分布合理、监测连续,对于气候变化监测、预测和影响评估有着极为重要的作用。质量控制确保资料的可靠性和代表性,提高资料的应用价值。目前,经过已有的自动化质量控制之后,常规站观测资料中质量控制仍有错判、漏判等问题存在。该文以2018年贵州省常规站气温相关要素数据评估为例,实现本地常规气象资料质量控制方法的优化。     

用变分法修正黑河试验数据的初步研究

为了对黑河试验观测资料进行订正,利用一个一维边界层垂直扩散模式和以拟牛顿极小化算法为基础的最优化方法建立了一个变分同化系统,其中,目标函数相对于控制变量的梯度用扰动法求取.并利用模式资料和黑河试验若干时刻的观测资料进行了一些数值试验.试验证明,将初始场变量与模式误差系数同时作为控制变量加以调整,能够有效调整初始场观测资料.并且,用变分同化方法能够较线性插值(时间、空间)方法更有效、合理的修正黑河试验观测资料场的种种缺陷.     

干旱及半干旱地区地表能量通量的卫星遥感参数化

对干旱及半干旱地区非均匀地表区域地表能量通量的研究是一个十分重要但又是一个难点问题。作者提出了一个基于卫星遥感和地面观测的参数化方案,并把其用于中国西北地区“我国重大气候和天气灾害形成和预测理论的研究”(国家重点基础研究发展规划项目G1998040900,1999-2003)的“敦煌试验”区和“黑河试验”(HEIFE,1989-1994)区,并利用4个景(“敦煌试验区”:2000年6月3日-初夏、2000年8月22日-夏末和2001年1月29日-冬天:“黑河试验”区:1991年7月9日-夏季)的陆地资源卫星Landsat5 TM和Landsat-7 TM资料进行了分析研究,得到了有关干旱及半干旱地区非均匀地表区域地表特征参数、植被参数和地表能量通量的分布图像。最后还讨论了参数化方案的适用范围和需改进之处。     

气象探测环境等级评估方法及应用

利用1990,1994,2000,2005,2011,2013年夏季北京地区Landsat卫星资料、2009年数字高程资料计算气象站周边景观指标参数,结果表明:土地利用类型、气象站周边景观指数、建筑物高度及天空可视因子等参数能对气象探测环境的结构配置信息以数字化方式呈现。此外,景观指标参数和气象要素相关分析表明:对气温变化影响较大的景观指标参数主要有城镇面积、水体面积、最大斑块指数、最大斑块占城镇面积比例、蔓延度指数、平均分维数和天空可视因子。对绝对湿度影响较大的景观指标参数为城镇面积、水体面积、最大斑块指数、最大斑块占城镇面积比例、蔓延度指数、聚集度指数和天空可视因子。对小风占比影响较大的景观指标参数仅为水体面积、最大斑块指数和最大斑块占城镇面积比例。基于以上统计结果,提出了一套对探测环境进行评估的方法——景观指标评估法。利用该方法对北京市15个国家级地面气象观测站进行评估,结果表明:周围环境对观测资料影响程度最小的站为怀柔站;环境影响最大的站为丰台站、朝阳站。     

河西地区不同下垫面边界层特征分析

利用1991年10月HEIFE实验期间获取的系留气球梯度探测资料．对比分析了黑河地区常见的三种不同下垫面(绿洲、沙漠和戈壁)边界层风、温度、湿度场的分布规律。客观验证了河西地区秋季午夜后出现的低空急流和逆湿气层两大特点,为进一步研究黑河地区水分与能量循环对环境的影响、土地的开发利用等提供事实依据。     

黄淮海平原地区中尺度环境对气温观测的影响

随着城市化的迅猛发展,气象台站观测环境受到不同程度影响,有些台站甚至已经处于城市中心,影响了台站观测资料的代表性和准确性。本文利用2007年黄淮海渭河区199个气象台站20 km环境调查资料以及2005—2007年气温观测资料,对比分析了居民区台站和农田区台站气温观测值的差异。结果表明:居民区台站气温平均高于农田区台站0.662℃;台站周围建筑物对最低气温观测影响最大,对最高气温观测影响最小;不同季节的影响程度从大到小依次为冬季、春季、秋季、夏季;观测场周围建筑物对不同时刻气温观测的影响程度从大到小依次为02:00,20:00,08:00,14:00;随着下垫面比例的增大,两类台站的气温差不断加大。     

自动雨量站降雨资料质量评估方法研究

利用19种不同型号的自动雨量站2005年6—9月在北京 (54511)、宜昌 (57461) 和南京 (58238) 3站的实测对比观测资料, 进行降雨资料质量评估, 不同的评估方法将会导致评估结果的差异。结果表明:采用自动气象站降雨资料和雨量筒人工定时观测记录作为降雨量参考标准对自动雨量站进行评估时, 由于降雨量参考标准本身存在的不确定性, 或多或少影响了评估结果的准确性。在广泛试验的基础上, 提出了采用基于各自动雨量站观测结果的拟合降雨量作为降雨量参考标准的新思路, 并对拟合降雨量的可行性、适用性以及计算方法进行了详细论述。     

近百年中国降水的测站资料和格点化资料对比

将Hulme的全球陆地格点化降水资料在中国陆地区域内同测站值进行了对比分析。结果表明,格点化资料能较好地描述降水场的大尺度特征,40多个格点值序列代表了全国近200个测站记录,并具有较高的时空覆盖率。当仅对中国区域内的降水进行分析时,为使资料的代表性更好,需对位于国界附近和沿海地区格点的序列值进行必要的修正。     

Regional climate simulation with a high resolution GCM: surface radiative fluxes

The ability of a high resolution (T106) version of the ECHAM3 general circulation model to simulate regional scale surface radiative fluxes has been assessed using observations from a new compilation of worldwide instrumentally-measured surface fluxes (Global Energy Balance Archive, GEBA). The focus is on the European region where the highest density of observations is found, and their use for the validation of global and regional climate models is demonstrated. The available data allow a separate assessment of the simulated fluxes of surface shortwave, longwave, and net radiation for this region. In summer, the incoming shortwave radiation calculated by the ECHAM3/T106 model is overestimated by 45 W m^–2 over most of Europe, which implies a largely unrealistic forcing on the model surface scheme and excessive surface temperatures. In winter, too little incoming shortwave radiation reaches the model surface. Similar tendencies are found over large areas of the mid-latitudes. These biases are consistent with deficiencies in the simulation of cloud amount, relative humidity and clear sky radiative transfer. The incoming longwave radiation is underestimated at the European GEBA stations predominantly in summer. This largely compensates for the excessive shortwave flux, leading to annual mean net radiation values over Europe close to observations due to error cancellation, a feature already noted in the simulated global mean values in an earlier study. Furthermore, the annual cycle of the simulated surface net radiation is strongly affected by the deficiencies in the simulated incoming shortwave radiation. The high horizontal resolution of the GCM allows an assessment of orographically induced flux gradients based on observations from the European Alps. Although the model-calculated and observed flux fields substantially differ in their absolute values, several aspects of their gradients are realistically captured. The deficiencies identified in the model fields are generally consistent at most stations, indicating a high degree of representativeness of the measurements for their larger scale setting.     

非均匀下垫面边界层的观测和数值模拟研究(I):冷岛效应和逆湿现象的完整物理图像

利用HEIFE、DHEX和GAME/Tibet 3个观测试验和部分常规气象站观测资料,分析了下垫面非均匀条件下产生的冷岛效应和逆湿现象的完整物理图像以及它们对地表能量和五水转化的影响.分析结果表明,下垫面非均匀特征对五水转化有着明显的影响;冷岛效应和逆湿现象是下垫面非均匀性的必然结果,它们在自然界普遍存在;现有陆面过程模式很难刻画冷岛效应和逆湿现象,通常现有陆面过程模式很难将冷岛效应中的热量平流转化成蒸发潜热,同时陆面过程模式也混淆了逆湿现象和发生在下垫面上的大气水的冷却凝结.这些评述将有助于今后非均匀陆面过程的进一步研究.     

Evaporation from the desert: Some preliminary results of HEIFE

As part of a feasibility study for HEIFE, a Sino-Japanese Cooperative Research Program on Atmosphere-Land Surface Processes in Heihe River Basin, fluxes of water vapour are estimated above and below the sand surface. It is found that during the daytime under clear skies, the water vapour flux is directed towards the surface from both the atmosphere above and the sand below.