Antarctic Radiosonde Observations Reduce Uncertainties and Errors in Reanalyses and Forecasts over the Southern Ocean:An Extreme Cyclone Case

Cyclones with strong winds can make the Southern Ocean and the Antarctic a dangerous environment.Accurate weather forecasts are essential for safe shipping in the Southern Ocean and observational and logistical operations at Antarctic research stations.This study investigated the impact of additional radiosonde observations from Research Vessel"Shirase"over the Southern Ocean and Dome Fuji Station in Antarctica on reanalysis data and forecast experiments using an ensemble data assimilation system comprising the Atmospheric General Circulation Model for the Earth Simulator and the Local Ensemble Transform Kalman Filter Experimental Ensemble Reanalysis,version 2.A 63-member ensemble forecast experiment was conducted focusing on an unusually strong Antarctic cyclonic event.Reanalysis data with(observing system experiment)and without(control)additional radiosonde data were used as initial values.The observing system experiment correctly captured the central pressure of the cyclone,which led to the reliable prediction of the strong winds and moisture transport near the coast.Conversely,the control experiment predicted lower wind speeds because it failed to forecast the central pressure of the cyclone adequately.Differences were found in cyclone predictions of operational forecast systems with and without assimilation of radiosonde observations from Dome Fuji Station.     

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.     

Impacts of Reference Time Series on the Homogenization of Radiosonde Temperature

Using radiosonde temperatures of 92 selected stations in China,the uncertainties in homogenization processes caused by different reference series,including nighttime temperature,the NCEP (National Centers for Environmental Prediction) and ERA-40 (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) forecasting background,are examined via a two-phase regression approach.Although the results showed limited consistency in the temporal and spatial distribution of identified break points (BPs) in the context of metadata events of instrument model change and correction method,significant uncertainties still existed in BP identification,adjustment,and impact on the estimated trend.Reanalysis reference series generally led to more BP identification in homogenization.However,those differences were parts of global climatic shifts,which may have confused the BP calculations.Discontinuities also existed in the reanalysis series due to changes in the satellite input.The adjustment values deduced from the reanalysis series ranged widely and were larger than those from the nighttime series and,therefore,impacted the estimated temperature trend.     

中国GTS1-2型电子探空仪阳江国际比对结果分析

根据世界气象组织阳江第八届国际探空比对资料,对中国GTS1-2型探空仪系统开展了系统性评估。初步评估结果表明：GTS1-2型探空仪温度传感器系统偏差在0.2℃之内（高度在33 km以下）,标准偏差在1℃之内;气压传感器系统偏差在0.7 hPa之内,标准偏差在1 hPa之内;位势高度系统偏差在40 gpm之内,标准偏差在320 gpm之内;温度、气压、位势高度一致性较好,但是还需进一步改善高空辐射误差修正软件;湿度测量结果与其他国家有一定的差距,具体表现温度在-30℃～-50℃,时间常数明显增大,变化幅度变小,反应滞后;风向风速与GPS导航卫星定位测风的结果比较接近。     

探空资料中的人为误差对中国温度长期变化趋势的影响

利用1958～2005年探空温度序列, 通过质量控制、均一化处理和序列缺测率分析, 探讨了探空资料中人为误差对中国高空气温变化趋势的影响。中国探空温度序列存在明显的间断点, 72%的序列包含2～4个间断点。相应的订正总体上降低了1958年以来平流层低层降温和对流层升温趋势, 如700 hPa和100 hPa平均趋势值分别降低0.12 K/10 a和0.04 K/10 a。缺测率是气温区域平均趋势估算的重要参数, 30%作为最大缺测率是中国探空温度序列适宜的取样标准。提高取样标准 (台站数减少) 使1958～2005年间对流层上层和平流层下层的降温趋势减弱。中国高空气温变化趋势与全球或北半球大体一致, 但也有不同特点: 500 hPa以下大气趋于升温, 以上则趋于降温, 最大降温趋势位于对流上部的300 hPa, 而且各气候区间区域差异性十分明显。     

近50年我国探空温度序列均一化及变化趋势

利用1958—2005年我国116个站探空温度序列研究了我国高空温度变化趋势。首先通过静力学质量控制和两相回归法对原始序列进行了均一化处理。我国探空温度序列存在明显的间断点, 间断点的订正对于序列的趋势影响较为显著。缺测率是影响我国探空温度序列应用性的重要因子, 也是区域平均趋势统计中台站取舍的指标, 减少台站总数会削弱我国对流层升温和平流层降温的变化趋势。分析表明: 70%作为最小资料有效率标准最为合理。为满足最小资料有效率, 选取92个站统计我国高空温度变化趋势的区域平均值。结果表明: 1958-2005年, 平流层下层和对流层上层降温, 对流层中、低层升温; 高空温度变化趋势与研究时段明显相关, 1958-1978年我国高空大气整层均为降温; 1979—2005年, 对流层中低层升温最为明显, 增暖的幅度随高度增加而减小, 400 hPa以上各层转为降温。对流层的升温始于20世纪80年代, 升温幅度与全球尺度的平均值有所不同。     

单站地基GPS实时估计电波折射弯曲角

提出了利用单站地基GPS多普勒频移实时估计弯曲角的方法,该方法克服了探空法和模型法的局限,可以全天候观测,适合于实时应用。实验结果显示,GPS结果与探空结果具有较好的一致性,且在低仰角范围内优于模型结果。     

中央气象台探空资料客观分析业务系统的研究与实现

研发了基于Cressman线性插值方法的探空资料客观分析业务系统。针对客观分析在业务工作中的问题,提出几种解决方法：①提出了在观测场中找出可疑站点的检测算法,避免了可疑观测值对分析场的影响;②通过对分析的等值线进行后处理操作,做到分析结果与观测数据一致,不增加或者漏掉高低值中心;③提出了对分析场进行自适应平滑处理的方法,即保留了小面积高低值中心,又提高了等值线的光滑与美观程度。试验结果显示：使用该方法得到的探空资料客观分析结果与观测数据较一致,在等值线的光滑程度上接近预报员的手工分析结果,从而证明了本文所提方法的可行性和有效性。     

基于GNSS及探空仪数据的大气折射指数反演新方法

提出一种综合GNSS及探空仪数据的对流层折射指数剖面反演模型新方法,利用GNSS观测数据直接采用参数估计计算测站高精度ZTD（zenith troposphere delay）值,结合探空数据构建测站上空折射指数分层剖面反演模型。通过BJFS（北京站）、WUHN（武汉站）、WIND（Windhoek站）和DARW（Darwin站）的实测数据进行相应计算与验证。结果表明,该反演模型与基于探空数据的反演模型精度相当,二者均优于Hopfield模型。同时该方法计算简便,且在模型建立后可以大大减少探空仪观测。     

基于大气不稳定参数的广东地区雷暴特征分析

利用广东省清远地区2011、2012和2014年6—8月地闪定位资料将每天发生的雷暴情况进行分级,并结合对应的探空资料,计算对流有效位能、沙氏指数、K指数等反映大气稳定性或能量关系的参数,分析其在发生时间和强度不同的雷暴发生前的分布情况。结果表明,沙氏指数、抬升指数、K指数、全总指数、强天气威胁指数和对流有效位能与雷暴强度有一定的相关性,而对流抑制能量、粗理查森数与雷暴强度间没有发现较好的相关性。广东地区雷暴发生前沙氏指数小于0℃,抬升指数小于-2℃,K指数大于30℃,对流有效位能大于500J/kg,更容易产生中强雷暴。广东地区的K指数高于青藏高原地区20℃左右,对流有效位能的平均值高于青藏高原及陕甘宁地区约300J/kg,其余参数分布特点与部分地区相似,进一步反映了广东地区雷暴特征的特殊性,加深了对广东地区雷暴特征的认识。