HRCLDAS-V1.0和ERA5海面风场对比评估分析

基于2020年中国近海31个浮标的逐小时数据,使用统计分析方法对中国气象局高分辨率陆面数据同化系统(HRCLDAS-V1.0)和欧洲中期天气预报中心第5代全球大气再分析数据(ERA5)海面风场进行了系统的检验,检验结果表明：两者在我国近海均具有较高的可信度,风速平均绝对误差(MAE)分别为1.16 m/s和1.09 m/s,风向MAE分别为23°和22°。随着风力增大两者的风速准确度均有所降低,当风力等级≥10级时,前者准确度优于后者;对于风向而言,随着风力增大,两者准确度均升高。此外,选取2020年典型的两次冷空气过程和2008号台风“巴威”过程,检验两者在不同天气过程影响下的准确度,两类融合产品均能较好地再现冷空气过程引起的风向变化,而对不同强度的冷空气过程下的风速反映存在差异;对于台风引起的大风,在风速较低时两者风速均具有不错的表现,但HRCLDAS-V1.0对峰值强度的表现优于ERA5。     

ASCAT与HY-2A风场产品在南海的精度评估

基于中国科学院南海海洋研究所提供的2012年1月1日—2013年12月31日西沙自动气象站观测资料以及同时间序列的欧洲中心ERA-interim再分析风场产品,统计了ASCAT和HY-2A散射计风场产品的误差特征,分析散射计资料在南海的适用性。分析得出:ASCAT和HY-2A的风速、风向与自动站一致性高,相关系数均大于0.85,ASCAT风速和风向均方根误差分别为1.57 m/s和15.42 °,HY-2A均方根误差略微偏大,分别为2.02 m/s和24.75 °;ASCAT和HY-2A散射计与ERA-interim风速、风向有很好的一致性,在不考虑低风速（ < 3 m/s）的条件下,风速均方根误差分别为1.40 m/s和1.56 m/s,风向均方根误差分别为15.09 °和17.07 °,与设计精度一致,表明ASCAT与HY-2A风场产品在南海是适用的。此外,散射计相对再分析风场的偏差没有明显的季节性变化      

NOAA/NESDIS多平台热带气旋风场资料在中国东海区域评估

台风风场结构对台风预报和灾害评估具有重要的意义。作为目前仅有的高水平分辨率台风风场结构资料--NOAA/NESDIS全球多平台热带气旋风场资料（MTCSWA）,虽然在北大西洋地区已经利用H*Wind资料进行了评估,但在西北太平洋地区还没有相关的评估和验证。利用自2008年以来影响浙江的3个台风的沿海海岛站和浮标站风场资料,以及相关的卫星资料,对MTCSWA资料进行了初步评估。结果表明MTCSWA资料所表现的台风非对称结构与卫星观测一致,MTCSWA资料的风速与实际观测风速的平均绝对误差（MAEs）为4.7 m/s,与北大西洋的误差（5.0 m/s）相当,但在台风内核区域（大风半径附近）风速被低估,MAEs达7.4 m/s。     

ERA5-Land降水再分析资料在中国西南地区的适用性评估

为了探究欧洲中期天气预报中心第五代陆面再分析ERA5-Land(ERA5L)降水资料在中国西南的四川、重庆、贵州、云南及西藏5省(区、市)的适用性。以2018-2020年中国气象局441个国家级地面站雨量器自动观测数据为参考基准,使用Pearson相关系数、平均相对误差、均方根误差、命中率、空报率以及临界成功指数评分,对ERA5L降水资料在评估时段内各区域和站点的整体精度、不同海拔、不同时间尺度(月、季),以及不同量级降水的特征和偏差进行分析。结果表明：(1)ERA5L降水资料能较好反映西南区域的降水变化特征,但相对站点观测存在不同程度的偏高,以西藏地区最为明显。(2)在四川盆地,ERA5L降水与站点观测相关性高、误差较小,在西藏、云南、贵州及四川西部的地形复杂山区,误差相对较大。(3)ERA5L降水的误差存在明显的月变化特征,从7月开始到次年的2月,平均相对误差随降水总量的降低而增加,命中率减小、空报率增大,随后从2-7月,平均相对误差又随着降水量的增大而减小,命中率增加、空报率减少;各省(区、市)在不同季节质量表现不一,春季和秋季重庆相对表现最优,夏季贵州最优,冬季四川最优。(4)...     

黄土高原地区两种再分析资料的模拟效果分析

为了研究两种再分析资料(NCEP和ERA Interim)对中尺度模式WRF模拟结果的影响,利用地面观测资料和探空资料,通过NCEP/WRF和ERA/WRF两组模拟试验,探讨了这两种再分析资料在黄土高原地区对WRF模式模拟结果的影响。结果表明,两组试验都能准确地模拟出2 m气温、相对湿度和地表温度的日变化,且ERA/WRF的模拟效果较好;由于黄土高原地形复杂,两组试验对10 m风速的模拟都不好;两组试验对地表辐射和地表通量的模拟结果相当,都能大致模拟出辐射各分量和地表通量的日变化,模拟偏差主要出现在正午时段;两组试验对大气边界层结构的模拟结果相似,对位温和比湿的模拟效果较好,与观测值的相关系数都在0.8以上,对风速的模拟效果稍差,与观测值的相关系数分别为0.64和0.60,NCEP/WRF对大气边界层结构的模拟结果比ERA/WRF好。     

新源县复杂地形下的风电场风场结构特征分析

利用新源县风电场周边气象站及测风塔观测资料、ERA5-Land再分析资料和数值模拟结果,分析新源县风电场的风场结构特征。结果表明：（1）风电场周边气象站的逐小时10m风速均呈现出早、晚偏低,中午偏高的变化规律。喀拉布拉镇站和公安农场站的风向主要以东风和南风为主,肖尔布拉克沟站的风向则以南风为主。测风塔4302的风速随着高度变化不明显。测风塔4301-4306均存在南风和北风,但各风向占比有一定差异。随高度升高,测风塔南风风向呈现出东南转西南的趋势。（2）ERA5-Land资料不能很好地再现研究区域风场变化。（3）数值模拟的风场变化具有一定山谷风特征。夜间的风向以东南风为主,白天则低海拔河谷地带风吹向山顶,北部谷风逐渐主导东北风向。20时,风电场区域主要以西北风为主。     

ERA5和ERA5-Land地面风速资料在中国陆地区域的适用性对比初步研究

利用全国40个地面台站的观测资料对ERA5及ERA5-Land两种不同空间分辨率的再分析资料开展了地面风速误差评估研究,结果表明：ERA5和ERA5-Land资料多年平均风速偏差的平均值分别为0.08 ms^-1、-0.06 ms^-1,偏差的最大值分别为0.46 ms^-1、-0.19 ms^-1,相对偏差的平均值为4.4%、-2.0%,相对偏差的最大值分别为33.0%、-10.1%;月平均风速线性拟合方程的斜率分别为0.93、0.97,截距分别为0.29 ms^-1、0.02 ms^-1,相关系数分别为0.98、0.99;月平均风速均方根误差的平均值分别为0.17 ms^-1、0.14 ms^-1,均方根误差的最大值分别为0.49 ms^-1、0.22 ms^-1,相对均方根误差的平均值为7.4%、5.7%,相对均方根误差的最大值分别为35.2%、13.3%。ERA5-Land高分辨率...     

ERA5再分析数据适用性初步评估

利用山东省及周边地区10个站点的地面和高空观测资料对ERA5再分析资料的适用性进行了初步评估。结果表明：再分析的海平面气压和2 m温度与实况资料的相关性明显优于2 m相对湿度和10 m风场;高空温度和相对湿度在对流层中低层的适用性要好于高层,而位势高度和风场在中高层适用性较好;海平面气压再分析与实况的相关有着最明显的季节变化,2 m温度、2 m相对湿度和10 m风速则在部分站点有较明显的季节变化,而10 m风向的相关系数更多地表现出站点之间的差异,高空要素的适用性,季节和区域差异不明显。另外,对比发现,ERA5的适用性总体上要优于ERA-Interim再分析资料,地面和对流层低层的相对湿度、风场提高更为明显。     

两套土壤湿度再分析资料在黑河流域的对比分析

利用黑河流域少量观测台站的实测降水和土壤湿度资料, 对比分析了欧洲中心ERA40及美国NCEP R-1两套常用的土壤湿度再分析资料在黑河流域的空间分布、 年际变化和季节循环特征, 结果表明:两套资料在黑河流域均能表现出“南湿北干”的分布格局, 湿度高值中心位于祁连山区东南部\.以此为中心, 土壤湿度从上游山区向中下游递减。ERA40土壤湿度在祁连山区年际变化明显, 与降水的响应关系要好于NCEP资料, 在中下游站点, NCEP 10 cm层土壤湿度对降水的响应好于ERA40。祁连站ERA40土壤湿度在6~8月接近观测值, 在额济纳站两套资料对于土壤湿度的描述都不理想。     

中国东部夏季气压气候变率:测站资料与再分析资料的比较

应用中国194站地表气压(OP)、NCEP/NCAR再分析月平均地表气压(NP)和海平面气压(NS)及ERA-40再分析月平均海平面气压(ES)资料,分析了中国区域夏季气压的气候变率,特别是再分析资料集中地表气压和海平面气压的再现能力。分析发现:1)3种资料均显示我国东部气压升高,NP(NS)中1976年前后的年代际突变特征显著,ES的变化量与OP相当,NP(NS)远高于其他两种资料;1965年以前NP、NS与OP、ES差异较大,NP(NS)显著偏低。2)OP和ES在20世纪70年代中期到90年代初期具有较为相似的3～4年的周期变化,而NP周期特征与OP、ES有显著差异,存在虚假的14年左右的周期特征;3)3种气压资料为一致的线性增高趋势,NP线性变化趋势最大,OP最小,北方大于南方,但再分析资料在对气压变化长期趋势的研究中,不确定性较大;4)OP显示气压变化不大,而ES、NP(NS)反映气压变化较大,以我国北方变化最为明显,从北向南逐渐降低,中心均在内蒙古中部一带。NP对我国北方地区气压变化估计偏高,对我国长江中下游地区、华南和山东半岛气压变化的反映略有不足;5)再分析资料可以再现我国气压年际变化特征,对我国气压的再现能力在东部优于西部,低纬度地区优于高纬度地区,并且ES的再现能力要优于NP(NS)。     

基于CCMP风场的中国近海18个海区海面大风季节变化特征分析

利用1988-2010年CCMP(Cross Calibrated Multi-Platform)高时空分辨率10 m风场分析了我国近海海区的大风(6级以上)日数和大风风速的空间分布特征,并且按照中央气象台对近海海区的划分,分析了近海18个海区大风的季节变化特征.我国近海大风日数高值中心及大风风速高值中心都集中于巴士海峡、台湾海峡和南海东北部海域,在巴士海峡和南海东北部海域交界处最高可达140天以上,平均大风风速达到13m/s以上.从季节变化来看,大风日数和大风风速充分体现了东亚季风冬强夏弱的特点.冬半年,大风日数及风速高值中心一直位于东海东北部、台湾海峡、巴士海峡、南海东北部以及南海西南部海域,12月是一年之中大风日数和强度的峰值时期.从4月开始,南海西南部的高值中心消失,而以北海域的高值区的分布基本不变,这种情况一直持续到9月.近海18个海区的季节变化呈现出不同的区域差别,南海中部和南部的4个海域大风日数呈双峰型变化,冬季的12月至次年1月出现最高值,夏季西南季风时期的7-8月出现次高值.除琼州海峡外,包括南海北部海域的其余13个海区高值均在冬季12月至次年1月,低值出现在夏季6-7月.     

1958—2001年全球海域海表风速变化趋势

基于ECMWF的ERA-40海表10m风场,对1958—2001年全球海表风速的变化趋势进行分析,主要分析了整体变化趋势、变化趋势的季节性差异、区域性差异、变化周期。结果表明:①近44年期间,全球海域海表风速整体上以0.0067m·s-1·a-1的速度显著性逐年线性递增。1958—1975年全球海域的海表风速变化较为平缓,1975—1983年递增趋势较为强劲,年平均海表风速的峰值出现在1999年,波谷出现在1975年。②全球海表风速的变化趋势表现出较大的区域性差异。递增趋势明显的区域主要分布于:南极、热带大西洋海域、北太平洋西风带海域、印度洋中低纬度海域、南半球60°S附近大面积带状海域;呈显著性逐年递减的区域主要分布于:赤道中东太平洋、胡安·费尔南德斯群岛附近海域、南大西洋西风带的中部海域,以及一些零星海域。③全球海表风速的变化趋势表现出较大的季节性差异。在各月均表现出显著的线性递增趋势,以1月的递增趋势最为强劲,达到0.0103m·s-1·a-1,7月的递增趋势弱于其余月份,约0.0033m·s-1·a-1。④全球海域海表风速存在明显的2.2~4.3年变化周期,以及6.5年以上长周期震荡。     

热带海表风速与海表温度日变化关系分析

利用热带测雨卫星(TRMM)搭载的微波成像仪(TMI)探测结果,在像元分辨率上同步反演的10年海表温度(SST)和海表风速(SSW)资料,研究了热带地区非降水条件下SSW变化对SST日变化的影响。结果表明热带地区SST日变化显著,SST日最小值多出现在早晨03:00(当地时间,下同)至06:00,日最大值多出现在午后17:00至19:00,SST日绝对振幅为1.9~3.4℃,日相对振幅为5%~7%。SSW变化对SST日最小值和日最大值的出现时间及SST日振幅均有明显的影响,且均呈现出区域性差异。热带地区SST日绝对振幅随SSW增大而减小,当SSW增加至9 m/s之后,SST日绝对振幅变化不再明显;二者符合特定的正弦函数关系。在风速小的情况下,暖池区域平均SST日绝对振幅异常减小了0.16℃;在风速大的情况下,秘鲁沿岸区域平均SST日绝对振幅异常增大了0.17℃,且SST随时间变化波动较大。上述研究结果为下一步研究海表感热和潜热日变化打下了基础。     

EAR70、CLDAS和ERA-Interim表层土壤温度在中国地区的评估

本文利用2010-2015年2400多国家气象站逐小时观测数据对覆盖中国的EAR70、CLDAS和ERA-Interim 3种表层土壤温度进行了评估和对比.结果 表明:空间上CLDAS表层土壤温度精度最高(平均误差为-0.5℃,均方根误差为3.0℃,相关系数为0.96),受益于CLDAS高精度的陆面初始场,EAR70平...     

Evaluation of Surface Relative Humidity in China from the CRA-40 and Current Reanalyses

Recently, the China Meteorological Administration (CMA) released a new Global Atmospheric Reanalysis (CRA-40) dataset for the period 1979-2018. In this study, surface relative humidity (RH) from CRA-40 and other current reanalyses (e.g., CFSR, ERA5, ERA-Interim, JRA-55, and MERRA-2) is comprehensively evaluated against homogenized observations over China. The results suggest that most reanalyses overestimate the observations by 15％-30％ (absolute difference) over the Tibetan Plateau but underestimate the observations by 5％-10％ over most of northern China. The CRA-40 performs relatively well in describing the long-term change and variance seen in the observed surface RH over China. Most of the reanalyses reproduce the observed surface RH climatology and interannual variations well, while few reanalyses can capture the observed long-term RH trends over China. Among these reanalyses, the CFSR does poorly in describing the interannual changes in the observed RH, especially in Southwest China. An empirical orthogonal function (EOF) analysis also suggests that the CRA-40 performs better than other reanalyses to capture the first two leading EOF modes revealed by the observations. The results of this study are expected to improve understanding of the strengths and weaknesses of the current reanalysis products and thus facilitate their application.     

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.     

Evaluation of Arctic Sea Ice Drift and its Relationship with Near-surface Wind and Ocean Current in Nine CMIP6 Models from China

The simulated Arctic sea ice drift and its relationship with the near-surface wind and surface ocean current during 1979-2014 in nine models from China that participated in the sixth phase of the Coupled Model Intercomparison Project(CMIP6)are examined by comparison with observational and reanalysis datasets.Most of the models reasonably represent the Beaufort Gyre(BG)and Transpolar Drift Stream(TDS)in the spatial patterns of their long-term mean sea ice drift,while the detailed location,extent,and strength of the BG and TDS vary among the models.About two-thirds of the models agree with the observation/reanalysis in the sense that the sea ice drift pattern is consistent with the near-surface wind pattern.About the same proportion of models shows that the sea ice drift pattern is consistent with the surface ocean current pattern.In the observation/reanalysis,however,the sea ice drift pattern does not match well with the surface ocean current pattern.All nine models missed the observational widespread sea ice drift speed acceleration across the Arctic.For the Arctic basin-wide spatial average,five of the nine models overestimate the Arctic long-term(1979-2014)mean sea ice drift speed in all months.Only FGOALS-g3 captures a significant sea ice drift speed increase from 1979 to 2014 both in spring and autumn.The increases are weaker than those in the observation.This evaluation helps assess the performance of the Arctic sea ice drift simulations in these CMIP6 models from China.     

热带印度洋春季海表温度异常与南海夏季风强度变化的关系

利用50年的Reynolds月平均海表温度资料和NCEP/NCAR全球大气再分析资料,分析了热带印度洋春季海温异常对南海夏季风强度变化的影响。结果表明:1)热带印度洋春季海表温度距平(SSTA)的模态主要是全区一致型(USBM)和热带南印度洋偶极型(SIODM),USBM模态既有年际时间尺度的变化特征,又有年际以上时间尺度的变化特征,既包含有对冬季ENSO信号响应的变化特征,又有独立于ENSO的变化特征;SIODM模态主要表现为独立于ENSO的年际时间尺度变化。2)USBM模态与南海夏季风强度变化呈显著负相关关系,且二者都是对冬季ENSO信号的响应,USBM模态的年际变化不能独立于ENSO信号影响南海夏季风的强度变化。3)经(1~8年)带通滤波及去除ENSO信号的热带印度洋春季SSTA的SIODM型分布是影响南海夏季风强度变化的主要模态,表现为热带东南印度洋为负(正)、其他海区为正(负)时,南海夏季风强度增强(减弱),大气环流对热带东南印度洋SSTA热力作用的响应是造成这一关系的直接原因,SIODM型的SSTA分布与南海夏季风年际异常关系在热带印度洋长期变化趋势的暖位相期显著,在长期变化趋势的冷位相期不显著。     

冬夏东亚季风环流对太平洋热状况的响应

冬夏隔季韵律关系一直是我国长期天气预报和短期气候预测的一个重要依据,然而迄今为止对它们之间的物理过程及成因机理并不十分清楚。利用NCEP/NCAR全球2.5°×2.5°网格月平均再分析资料,研究1951~2000年冬夏东亚季风环流异常变化与太平洋海面温度(SST)的关系及对关键海温区响应机理。研究指出:冬夏东亚季风环流隔季韵律关系及其年际变化与赤道东太平洋海面温度异常(SSTA)变化密切相关,冬季赤道东太平洋出现La Ni~na(El Ni~no)型的SST分布,有利冬、夏东亚季风环流加强(减弱),其影响过程通过赤道Walker环流强(弱)以及东亚地区Hadley环流强(弱)过程完成。冬季赤道东太平洋海温变化是冬、夏东亚环流季节以及年际变化的一个重要外强迫因子。     

Influence of the South China Sea Biweekly Sea Surface Temperature on the South China Sea Summer Monsoon Especially during the Indian Ocean Dipole

The influence of the biweekly sea surface temperature (SST) in the South China Sea (SCS) on the SCS summer monsoon, especially during the Indian Ocean Dipole (IOD) is presented using the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Microwave Imager (TMI) SST and rainfall data for April to June from 1999 to 2013. During positive IOD (PIOD) years the biweekly SST anomalies over the SCS lead the rain anomalies by three days, with a significant correlation (r?=?0.8, at the 99% confidence level), whereas during negative IOD (NIOD) years, the correlation is only 0.2. The biweekly SST is observed to influence the westward and northward propagating rainfall anomalies over the SCS and, hence, affect the SCS summer monsoon, especially during PIOD years. No such propagation was seen during NIOD years. The biweekly intraseasonal oscillation of SST in the SCS results in enhanced sea level pressure and surface shortwave radiation, especially during PIOD years. The potential findings here indicate that the biweekly SST in the SCS is strongly (weakly) influenced during PIOD (NIOD) years. Further, it is observed that SST in the SCS has a strong (weak) effect on the SCS summer monsoon by westward and northward propagation of rainfall, especially during PIOD (NIOD) years. When a PIOD or NIOD exists over the tropical Indian Ocean, the SCS SST will be strongly (r?=?0.6, at the 99% confidence level) or weakly correlated with the residual index, respectively.