1979-2012年中国探空温度资料中非均一性问题的检验与分析

利用加拿大环境部气候研究中心研发的PMTred(penalized maximum t test)非均一性检验方法,以ERA-interim资料作为参考序列,以中国各探空台站详细的元数据信息为主要断点判断依据,对1979-2012年中国125个探空台站7个标准等压面月平均探空温度资料进行了非均一性检验、订正,并结合详细的元数据信息分析了造成中国探空温度序列非均一问题的主要原因。研究表明,中国探空温度资料中存在由于人为因素造成的断点,整套探空资料中非均一的台站数和断点数所占的百分比呈低层少、高层多的趋势。各标准等压面上月平均温度序列非均一的探空台站平均订正幅度也随着高度的升高而增大,并且订正量为负值在整套订正资料中所占的比例较高,说明中国的探空月平均温度原始观测资料存在系统性偏高的问题。订正后200 hPa的温度变化趋势接近0,以200 hPa为转折点,100 hPa的降温趋势较订正前明显减弱,100 hPa以下为升温趋势,300-700 hPa的增温趋势加强。1979-2012年中国探空月平均温度资料的非均一问题主要来源于2000-2001年探测系统的升级(包括辐射误差订正方法的变化),其次是2002年之后观测仪器的换型。这两次连续的元数据变化均造成了之后中国探空月平均温度出现了系统性的降低,这也是造成订正前后温度变化趋势存在差异的主要原因。     

VAD反演风与探空资料的对比分析

本文利用中国15个相近的雷达站和探空站的观测资料,用统计学方法检验VAD方法反演的风相对于探空风的偏差。分别对风速、风向进行检验的结果表明:VAD方法反演的风向对于探空风的风向偏差较小(23.0%),风速偏差略大(51.6%),VAD风风速通常比探空风风速小(平均为-10.3%)。本文还对比了多站探空风和多站VAD风组成的风场,结果表明二者的风场基本一致。     

气象卫星遥感地表温度推算近地表气温方法研究

气温是各种植物生理、水文、气象、环境等模式或模型中的一个非常重要的近地表气象参数.多年来气温数据以离散的常规气象站点观测为主,连续分布的格点气温数据则以站点资料插值而得到,分辨率低,无法反映地形等下垫面因素对局地气温的影响,在农业气候区划等研究中具有一定的局限性.随着卫星遥感地表温度算法的日趋成熟,为探讨卫星遥感地表温度数据在气温观测中的可能性和可行性,利用全中国2340个站点1998 2007年的逐旬平均最高气温数据,以及相应时段的NOAA/AVHRR旬最高地表温度数据,以线性回归及拟合模型为主,通过考虑植被指数、土地覆盖类型、季节、风速、气压、降水等各类影响因子,建立了旬最高地表温度与旬平均最高气温间的推算模型,并利用未参与建模的2002-2003年的常规气象站点气温数据,同时与推算气温和插值气温结果进行对比分析.结果表明,利用卫星遥感地表温度数据推算的旬值气温数据可取得较高的精度,尤其在地形复杂地区以及站点稀疏地区精度明显高于插值气温结果.     

高频探空温度和风速的质量控制方法研究

针对中国高分辨率探空资料,本文提出了一种计算气候学界限值的方法以满足业务中对资料进行质量控制的需求.首先在垂直方向上将整个大气划分为64层,将落在每层范围内的观测数据都收集到一起进行排序并计算百分位,在此基础上通过比较不同百分位廓线值来获得气候学界限值.除了业务台站,本文还使用了TIPEX-Ⅲ的探空数据来验证本方法在科...     

中国区域位势高度场探空与再分析资料的对比分析

利用中国高空探空资料和NCEP/NCAR、ERA以及JRA 3种再分析资料,采用偏差、线性趋势、EOF等统计方法,分析、讨论了再分析资料位势高度场在中国区域的适用性问题。结果表明:在年平均场上,探空资料在中国北方地区对流层中存在上升趋势,在平流层低层存在下降趋势;并且有整层变化相同的年际变化特征和对流层南北方反位相变化的年代际变化特征。再分析资料位势高度场数值上普遍小于探空资料;NCEP/NCAR资料与探空资料较为接近。在季节平均场上,探空资料在冬季对流层中存在一致的上升趋势,在春、夏和秋季的长期变化趋势与年平均场类似;探空资料与再分析资料在冬季的偏差最小。不同资料的EOF第一模态分布,在不同季节中差别较大,NCEP/NCAR资料在春季、夏季和冬季适用性较高,ERA资料在秋季适用性较高。     

探空、地面及卫星资料反演水汽含量的比较

利用探空、地面等常规探测资料及卫星遥感资料计算了我国中西部地区2007年6月—2008年5月间水汽含量的空间分布和时间演变,结果显示:由探空资料计算的整层大气水汽含量的空间变化,总体形势是,纬度低的地区水汽含量多,纬度高的地区水汽含量少;各探空站上空水汽分布的季节演变规律比较一致,夏季水汽含量最大,冬季最小,春秋季节基本相当。根据探空资料建立地面水汽压与大气总水汽量的经验关系,利用地面站资料确定水汽分布,与同时次探空站资料估算的水汽场相比,两者分布趋势基本一致。利用FY-2C卫星的可见光和红外分裂窗通道资料,建立反演大气水汽含量的回归关系式,与探空资料计算的结果相比,总体上变化趋势较一致。     

3种方法对中国探空温度资料均一性检验对比分析

利用美国国家气候数据研究中心开发的Pairwise均一性检验订正方法,加拿大环境研究中心开发的PMFT方法和PMT方法,结合20世纪再分析资料和详细的元数据信息对1951-2008年中国123个探空台站的温度资料进行均一性检验和订正。结果表明：3种方法对中国探空温度资料订正幅度和订正前后的趋势变化存在差异。产生差异的主要原因,一方面是由于Pairwise方法设计的问题,导致对中国大部分台站同时改变辐射误差订正方法和系统升级造成的断点检测能力较弱;另一方面是由于PMFT方法未使用参考序列,不能去除气候变化本身的变化趋势,导致PMFT方法在断点判断上存在漏判的现象。而PMT方法结合20世纪再分析资料的客观判断方法较适合中国探空资料的均一性检验和订正,其订正结果表明,利用该方法得到的中国探空温度数据的统计学特征在低层小于全球尺度探空温度的订正结果,而在高层基本和全球探空数据的订正尺度相当。两个间断点和0.0-0.2℃的订正量所占的比例最大。从全国的来看,对流层为增温趋势,这种增温趋势随高度的增加逐渐减弱,至对流层顶100 hPa转为弱的降温趋势。     

短时间序列气温要素空间插值方法精度的比较研究

利用中国气象局国家气象中心的全国1956年和1998年1月和7月平均气温数据,对综合法与ANUSPLIN软件插值精度进行了比较。结果表明:在具有30 a的月平均气温栅格数据库作为背景的前提下,采用综合法对短时间序列平均气温数据进行空间化处理,其方法简单、方便,误差相对较小,是一种较适合的方法。     

卫星资料海面温度计算软件系统反演结果的精度分析

我们将AVHRR/HRPT资料海面温度计算软件系统,用1984年2月17日和9月7日北京地面站接收的NOAA-7 AVHRR资料,以及1986年8月19日、20日,9月14日和10月13、14、15日的NOAA-9 AVHRR资料的海面温度计算结果同相应时期的船泊或浮标测量的海面温度进行了比较。比较结果,5个时段均方根误差平均值((?))为1.01℃。     

基于探空资料的58a新疆高空大气比湿气候特征分析

利用1961—2018年新疆12个探空气象站逐日观测资料,分析了新疆对流层850、700和500 hPa比湿的气候特征,结果表明：新疆大气比湿呈自西向东、自南向北递减分布,随高度增加而减小分布特征,新疆比湿远小于东亚季风区;新疆夏季比湿最大,其次为秋季、春季,冬季最小,850hPa和500hPa新疆各站之间比湿差异较大,而700hPa各站比湿差异较小;对流层850、700和500 hPa比湿均表现为线性上升趋势,并有1967-1986年偏干、1987-2005年偏湿的特征,1987年为突变点;对流层850、700和500 hPa比湿与降水均呈显著正相关关系;夏季暴雨天气对流层中低层比湿最大,发生暴雨时比湿约为气候平均1—2倍,夏季暴雨的动力和不稳定条件更关键,新疆暴雨天气时的比湿比东亚季风区显著偏小;冬季暴雪天气比湿是一年中最小的,春秋季强降水比湿介于夏、冬季之间,但可达气候平均的2—3倍,春秋季需要更多的水汽产生强降水。     

探空资料云检测及其统计研究

基于已知的云垂直结构判断的方法,将相对湿度阈值法与温度露点法相结合,并加以改进,得到更加科学有效的云垂直结构判断方法。利用南京地区探空站的探空资料数据,分析得到了该地区的云垂直结构参数,并对全年云垂直结构特征进行了统计分析。经过统计分析发现:这种改进的相对湿度阈值法是科学有效的;南京地区夏秋季节有云的概率大,多层云的状况较多;春冬季节有云的概率相对较小,单层云的状况较多;云层厚度呈现出"夏厚冬薄"、中低云厚而高云薄的规律。     

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.     

Modes of variability of global sea surface temperature,free atmosphere temperature and oceanic surface energy flux

Monthly mean sea surface temperature (SST), free air temperature from satellite microwave sounding units (MSU) and oceanic surface energy fluxes are subjected to empirical orthogonal function (EOF) analysis for a common decade to investigate the physical relationships involved. The first seasonal modes of surface solar energy flux and SST show similar inter-hemispheric patterns with an annual cycle. Solar flux appears to control this pattern of SST. The first seasonal mode of MSU is similar with, additionally, land-sea differences; MSU is apparently partly controlled by absorption of solar near-infrared radiation and partly by sensible heat from the land surface. The second and third seasonal eigenvector of SST and solar flux exhibit semi-annual oscillations associated with a pattern of cloudiness in the subtropics accompanying the translation of the Hadley cell rising motion between the hemispheres. The second seasonal mode of MSU is dominated by an El Niño signal. The first nonseasonal EOFs of SST and solar flux exhibit El Niño characteristics with the solar pattern being governed by west-to-east translation of a Walker cell type pattern. The first non-seasonal EOF of MSU shows a tropical strip pattern for the El Niño mode, which is well correlated with the latent heat fluxes in the tropical east Pacific but not in the tropical west Pacific. Two possible explanations are: an increase in subsidence throughout the tropical strip driven by extra evaporation in the tropical east Pacific and consequent additional latent heat liberation; a decrease of meridional heat flux out of the tropics.     

Precipitable water vapor estimation in India from GPS-derived zenith delays using radiosonde data

One of the most recent applications of global positioning system (GPS) is the estimation of precipitable water vapor (PWV). It requires proper modeling to extract PWV from zenith wet delay (ZWD). The existing global models take no account of latitudinal and seasonal variation of meteorological parameters in the atmosphere. In fact, they ignore the atmospheric conditions at a specific location. Therefore, site-specific PWV models have been developed for five stations spread over the Indian subcontinent, using 3-year (2006–2008) radiosonde data from each of these stations. Furthermore, a similar regional PWV model is also developed for the Indian region. The purpose of the developed site-specific as well as regional model was to convert ZWDs into PWV without using surface meteorological parameters. It has been found that the developed regional and site-specific PWV models show about mm-level accuracy in estimating PWV using derived ZWD from radiosonde as input. The developed site-specific, regional models were also used to extract PWV from GPS-derived ZWD at Bangalore and New Delhi. The accuracy of the developed site-specific and regional model is of the same level. The PWV accuracy obtained with the developed regional model is about 6.28, 6.6 mm in comparison to radiosonde PWV at Bangalore and New Delhi, respectively.     

南极探空与两套再分析资料的对比分析

基于南极18个站点探空气象观测数据对欧洲中期天气预报中心的再分析数据(ERA-Interim)和美国国家环境预报中心的再分析数据(NECP)在南极地区高层大气的适用性进行验证。结果表明:在南极上空,随着高度抬升,探空气象观测数据与两套再分析数据中四个气象要素的差值均逐渐变大,再分析数据数值愈加偏离实际观测数值。两套再分析数据的位势高度和温度与探空观测数据偏差较小;风向则和探空观测数据相差甚远;两套再分析数据的风速与探空观测数据在300 hPa偏差较大。在季节变化中,南极的春季,再分析数据中的位势高度和温度与探空观测数据相差较大,在其他季节相差相对较小。再分析数据中的风速与探空观测数据在南极的夏季相差较小。再分析数据中的风向与探空观测数据存在较大偏差,且差值没有明显的季节变化。尽管两套再分析数据都存在很大偏差,但ERA-Interim数据整体上优于NCEP数据。对比分析也表明,采用这些再分析资料作为初始条件和边界条件驱动南极区域大气模式将带来较大的误差。未来需要加强南极探空观测,改进再分析资料同化和数值模拟系统。     

保证探空资料“三性”的经验浅谈

探空资料的准确性、比较性、及时性关系到天气预报的准确与否,该文就如何保证探空资料“三性”作浅谈。     

An assessment of geosynchronous satellite soundings retrieved with the aid of asynoptic radiosonde profiles

Summary Geosynchronous satellite soundings from the VISSR Atmospheric Sounder (VAS) have difficulty resolving thermal variations in the troposphere associated with mesoscale dynamical processes. For example, VAS soundings retrieved during a late winter storm on 6 March 1982 scarcely resolved a mid-tropospheric cold pool and a low-level inversion which were captured by a special radiosonde network established as part of an Atmospheric Variability Experiment (AVE) in the south-central United States. In this paper, VAS radiances from the 6 March 1982 AVE/VAS case are re-processed using supplementary radiosonde soundings obtained at NWS radiosonde sites in the central United States to construct a local regression retrieval matrix. The re-processed VAS retrievals are compared to the original VAS retrievals and to an independent mesoscale radiosonde network located in north-central Texas. The re-processed VAS retrievals delineate the three-dimensional mesoscale temperature fields for this case with significantly improved accuracy, indicating that the poor resolution from the previous retrievals was not due to unexpected limitations in the satellite radiometer. More importantly, in order to obtain accurate upper-air temperature analyses over the United States at mesoscale resolution, the results from this case suggest that it may be necessary to develop a system which combines temperature and moisture profiles observed at selected sites in an asynoptic ground-based network (using either balloons or upward-looking microwave sensors) with infrared radiances observed at 30 km horizontal resolution from the geosynchronous sounder, using the VAS satellite data to fill in the gaps between the ground-based measurements.With 11 Figures     

A method of cloud detection from satellite data

The main results of the development and testing of the cloud detection method are presented. The main purpose of the method is the identification and classification of clouds in satellite images with the subsequent retrieval of quantitative characteristics. The method provides digital datasets in the form of maps of cloud classes, cloud top height, and cloud top temperature. The consecutive stages of cloud detection are considered, and the conditions and basic results of the method testing are presented.