Can Artificial Climate Trends in Global Reanalysis be Reduced by Dynamical Downscaling:A Case Study of China

In this study,the ability of dynamical downscaling for reduction of artificial climate trends in global reanalysis is tested in China.Dynamical downscaling is performed using a 60-km horizontal resolution Regional Integrated Environmental Model System (RIEMS) forced by the NCEP-Department of Energy (DOE) reanalysis II (NCEP-2).The results show that this regional climate model (RCM) can not only produce dynamically consistent fine scale fields of atmosphere and land surface in the regional domain,but it also has the ability to minimize artificial climate trends existing in the global reanalysis to a certain extent.As compared to the observed 2-meter temperature anomaly averaged across China,our model can simulate the observed inter-annual variation and variability as well as reduce artificial climate trends in the reanalysis by approximately 0.10 C decade 1 from 1980 to 2007.The RIEMS can effectively reduce artificial trends in global reanalysis for areas in western China,especially for regions with high altitude mountains and deserts,as well as introduce some new spurious changes in other local regions.The model simulations overestimated observed winter trends for most areas in eastern China with the exception of the Tibetan Plateau,and it greatly overestimated observed summer trends in the Sichuan Basin located in southwest China.This implies that the dynamical downscaling of RCM for long-term trends has certain seasonal and regional dependencies due to imperfect physical processes and parameterizations.     

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。       

中国日降雨量变化特征分析

将旋转主成分分析和复变量莫莱特小波分析应用于14a中国境内实测与ECMWF再分析日降雨量资料,研究其年际、季际与季节内变化的时空分布特征和再分析日降雨量资料的有效性。结果表明:从实测资料中分析的降水特征,都可以由再分析资料再现出来。除周内振荡大有出入外,其余频率的振荡二者大致相符或基本吻合。因此,周内振荡还不能被再分析数据较好地刻划,但是与旱涝灾害和季风爆发联系密切的周际以上振荡,在再分析日降雨量中基本上能被正确地表现出来。     

遥感及再分析降水产品在缺资料干旱内陆盆地的适用性评估

山区降水较集中,但降水测站多位于山谷或人口密集区,代表性差。遥感和再分析降水产品能提供时空分布连续的数据,不受地形条件限制。柴达木盆地中心属干旱荒漠区,水是制约该区开发的首要条件,其四周属高寒山区,降水相对较多,但降水监测十分薄弱。为获取该区相对精确的降水时空分布信息,本文评估了4套高分辨率降水产品（CMADS、TRMM、GPM和MSWEP）的适用性。首先基于地面站点数据评估它们在不同时空尺度上的精度,并分析它们在柴达木盆地的空间分布和年内分配特征。然后,以盆地东南隅的无测站山区香日德河流域为研究区,利用降水产品驱动SWAT模型来评估它们的分布式水文模拟适用性。结果表明：(1) MSWEP在年、月尺度上与站点降水的吻合程度最高（R≥0.79,PBIAS=0.5%）,其次是GPM和TRMM,CMADS精度最低（R≥0.64,PBIAS=5.8%）;(2)从降水精度与站点高程的关系来看,降水产品在相对低海拔区容易高估站点降水,而在相对高海拔区常低估实际降水;(3)在香日德河流域,MSWEP(NSE=0.64)在基准期（2009—2012年）的径流模拟表现明显好于其它降水产品（NSE=0.3...     

不同对流参数化方案和初值场组合对四川两次暴雨影响的数值模拟

针对2004年9月2~6日四川盆地东北部一次持续性暴雨过程和2004年6月30日成都地区暴雨过程,利用MM5中尺度数值模式,进行了Grell、Kuo、KF及BM四种积云对流参数化方案与T213模式分析值及NCEP再分析值两种初始值组合的数值试验,分析了不同积云方案和初值组合的模拟性能。比较结果表明,MM5模式较好地再现了这两次强降水过程。在同一模式中,不同对流参数化方案和不同初值组合在降水落区和强度模拟上存在一定程度的差异。初步模拟表明NCEP资料模拟的降水强度较T213资料模拟的降水强度偏弱,但降水落区较T213资料模拟的更接近实况,T213资料模拟的降水空报现象较严重。以T213资料模拟得到的高度、温度场都较NCEP资料更有利于影响系统的加强,模拟的湿度场、散度场和垂直运动场都较NCEP资料更有利于强降水的发生。相对而言,NCEP资料模拟结果更接近实况,Kuo和Grell方案对初值表现出更为敏感。     

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平均误差得到了改善;时间上ERA-Interim再分析表层土壤温度在6:00和夏、秋季精度会明显下降,再分析表层土壤温度在数值较高时段表现出冷偏差,原因是模拟的土壤温度数值上升速度慢,对应的参数化方案有待改进。再分析表层土壤温度在东北地区冬季存在冷偏差,可能和积雪覆盖有关,陆面参数化方案也有待提高。在地形复杂的青藏高原地区,融合地面观测的CLDAS提高了大气驱动的质量进而改进了土壤的模拟。ERA-Interim分辨率较粗不适合在青藏高原或者沿海地区使用,结合了CLDAS的EAR70在青藏高原精度提高。土壤表层温度的精度随着高精度的土壤状态初始场进入模式中时间延长会显著下降。因此,CLDAS的实时同化方式,能够有效提高在分析数据的精度。     

西太平洋海面风场数据集的建立及其应用

再分析风场数据至今已发展了约30年,目前人们使用区域乃至全球网格化再分析数据集愈加频繁,但风场再分析数据在强天气过程中的强度明显不足,将风场再分析数据同台风观测数据相融合是解决问题的重要途径,本文通过"构建经验台风圆形风场-叠加台风移行风场-流入角修正-叠加背景再分析风场"的基本思路,融合了西太平洋联合警报中心的所有台...     

20CR再分析资料在东亚夏季风区的质量评估

本文利用NCEP1和ERA40再分析资料, 并结合观测资料, 对最新公布的一套再分析资料——20CR再分析资料在东亚夏季风区的质量进行了综合评估。本文主要是从气候态、年际变率、年代际变化三个方面, 来评估20CR再分析资料在东亚夏季风区的质量。结果表明, 在气候平均态上, 20CR再分析资料基本合理再现了东亚夏季风区的高低层环流场(包括南亚高压、副热带西风急流、近地层风场)以及经向环流圈特征。但相较于NCEP1和ERA40, 20CR所刻画的南亚高压偏强, 西风急流偏北, 对流层中上层温度系统性偏高。在年际变率方面, 除了NCEP1在1967年之前存在偏差, 使其结果和ERA40、20CR不同之外, 三套再分析资料刻画的东亚夏季风变率在其它时段高度一致。三套资料在以纬向风为基础的东亚夏季风指数上的一致性, 高于以经向风为基础的东亚夏季风指数, 其中以低层纬向风为基础的东亚夏季风指数的一致性最高。20CR再分析资料可以较好地再现与东亚夏季风相联系的地表气温和降水年际变化特征, 其刻画的地表气温正相关中心位置偏西、强度最强, 且在河套平原地区有一个弱的负相关中心, 而其描述的降水在孟加拉湾和长江流域较之另外两套再分析资料更接近观测结果, 在热带地区和海上却反之。在年代际变化方面, 20CR再分析资料未能合理再现东亚夏季风年代际减弱的现象, 这也体现在不能合理再现青藏高原下游年代际变冷和“南涝北旱”降水型上, 这主要是因为20CR再分析资料所刻画的东亚地区对流层中上层年代际变冷信号偏弱所致。而在百年时间尺度上, 20CR再分析资料所刻画的东亚夏季风变化与观测较为一致;20CR再分析资料可以合理再现出东亚夏季风区1920年代前的显著冷期和1990年代之后的迅速增暖期, 但对1920～1950年代相对暖期和1950～1980年代相对冷期的再现能力较差。     

南极洲低层两种位势高度再分析资料的比较

比较NCEP/NCAR和ECMWF两种再分析资料南半球低层等压面(700 hPa及以下)的平均位势高度场,结果表明:两者在南极洲差异显著,除12月、1月(南半球夏季)外,NCEP/NCAR资料存在一个虚假的很强的极地高压,而ECMWF资料正常。分析表明该两种再分析资料的上述差异来源于南极洲地面以下虚拟气压场的产生过程;NCEP/NCAR资料较ECMWF少了一个对南极洲过低地面温度的修正。由此得到的NCEP/NCAR资料若用于南半球低层大气环流整体结构的分析,会导致严重的错误。     

再分析资料和陆面数据同化资料土壤湿度产品在中国北方地区的适用性评估

土壤湿度是地球系统模拟的重要参数之一,准确获得其时空分布和变化特征是研究陆-气相互作用的基础。再分析资料和陆面数据同化资料均可提供全球或区域高分辨率土壤湿度产品,但在使用前需要对其进行评估分析。利用土壤湿度观测数据,计算ERA5、ERA5-Land、NCEP-DOE R2、CRA40再分析资料和GLDAS-Noah、GLDAS-CLSM、CLDAS陆面数据同化资料土壤湿度产品与观测数据的中位数、模拟偏差、相关系数等统计指标,并分季节和气候区讨论不同土壤湿度产品在中国北方地区的模拟效果。结果表明：整体来看,CRA40与观测值的相关性最好,ERA5和ERA5-Land分别对干中心、湿中心模拟效果更好,GLDAS-Noah对于较干土壤地区模拟略偏湿,CLDAS对较湿土壤地区模拟结果以系统性偏干为主,NCEP-DOE R2和GLDAS-CLSM模拟效果较差;ERA5、ERA5-Land、NCEP-DOE R2、GLDAS-Noah和CLDAS在所有季节均为模拟正偏差,春季模拟效果较好的是CRA40、ERA5-Land,夏季和秋季ERA5-Land、ERA5和CRA40与观测值相关性较好,不同产...