中国东部夏季多尺度气候变化研究中再分析资料的比较

论文摘要

气候变化国际谈判,我国夏季气候变率对全球变暖的响应事实,都需要一套高质量、高分辨率、连续而有代表性的数据支撑,但由于模式、资料来源、质量控制和同化方案等的差异,使得目前被普遍使用的ERA40和NCEP/NCAR两套再分析资料在表征我国夏季东部气候变率的特征时出现了不一致的问题,从而影响了对我国气候变化事实的判断,因此使用观测资料来验证再分析资料的质量,对于更好地将再分析资料应用于我国气候变化的诊断研究和模式评价中,具有重要的理论和实际意义。本文利用我国地面气温、气压、位势高度和风速等观测资料,以及由观测温度和温度露点差计算的比湿资料,从表征我国东部夏季气候变率各特征量的角度,对ERA40和NCEP/NCAR再分析资料与观测资料之间的异同进行了系统的对比研究。主要结论如下：(1)就地面气温而言,ERA40和NCEP/NCAR资料所示的气温变化均能反映出我国观测温度的时空变化特征；ERA40温度(ET)值与观测温度(OT)值较接近,两者的距平值及其变化趋势亦非常接近,而NCEP/NCAR温度值(NT)比观测温度值低,但两种再分析温度资料对我国温度年际变化的表现能力相当,且ET与观测温度的相似性优于NT,在对地面温度进行周期变化和年代际特征分析时,使用ET较为可靠。ET对我国温度长期变化趋势的再现能力优于NT, NT对我国温度长期变化的表征具有不确定性。(2)所用的3种气压资料均显示我国东部有气压升高的长期趋势,ERA40的海平面气压(ES)的变化量与观测的地表气压(OP)的变化量相当,再分析气压资料可以再现我国OP的年际变化特征,而在区域上则是东部优于西部,低纬优于高纬,ES优于NCEP/NCAR的地表气压(NP)和海平面气压(NS)。ES和OP具有较为相似的周期变化,以ES更为接近气压的真实变化。1976年前后的年代际突变特征在NCEP资料中十分显著,而OP的年代际变化没有NP的明显。但三种再分析气压在对气压长期变化趋势的描述中,不确定性均较大。(3)在地面之上,再分析温度可以重现对流层观测温度的水平分布及垂直分布的气候特征,且随着高度增加再现能力增强,其距平值亦与观测温度的距平值接近,但再分析温度的气候值略低于观测温度的；再分析温度可再现观测温度在对流层的空间模态及年际变化特征,其中ERA40再分析温度(ET)优于NCEP/NCAR再分析温度(NT);对周期变化而言,与观测温度相比,在对流层低层ET的描述能力优于NT,中层NT略优于ET,在高层两者能力相当。再分析温度均可再现对流层各等压面上温度的年代际变化。ET和NT均可反映对流层中、高层温度长期变化趋势的分布特征,而ET在低层反映也较好。(4)再分析位势高度基本可以再现对流层观测位势高度(OH)在夏季的气候平均状态,OH和ERA40位势高度(EH)的距平值和变化特征较为一致,与NH的距平值有较大差异,但再分析高度值低于观测高度值。两种再分资料对观测高度场年际变化及周期变化的再现能力相当,且均可再现对流层中、低层北方位势高度场年代际变化和长期变化的空间及时间特征；在对流层高层EH对观测高度场长期变化及年代际变化特征的再现能力略优于NH。(5)再分析风速资料可以再现观测风速的分布型态,在高层的再现能力优于低层的；在低层东部的优于西部的；再分析风速值低于观测风速值,但三者的距平值相当。再分析风速资料均可重现对流层内观测风速年际变化分布型,但对风速年际变化的估计偏高。再分析风速均可以再现观测风速以1990年前后为转折点的年代际变化特点；两种再分析风速资料对风速年代际变化及长期变化的描述能力相当。(6)在平均态上,两种再分析比湿资料(EQ、NQ)在夏季对流层中、低层均可反映观测比湿(OQ)的水平分布特点；在我国东部地区,再分析资料的比湿数值与观测值相当,在西部地区与观测资料略有差异；同时,再分析比湿资料可以再现观测比湿的年际变化特征,且EQ的再现能力优于NQ,而对中高层比湿的周期变化,两种再分析比湿资料有一定的表现能力,但对观测比湿的长期变化的再现能力较差。此外,NCEP/NCAR资料的PSFC问题在1965年之前的对流层中低层的温度、高度/气压和风速资料中均有所反映。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 存在问题
• 1.4 研究的主要问题和章节安排
• 参考文献
• 第二章 两种再分析资料中夏季地表气温与中国测站资料的差异
• 2.1 引言
• 2.2 资料
• 2.3 中国中东部地区平均气温变化
• 2.4 温度线性趋势及方差比较
• 2.5 空间相似性分析
• 2.6 温度的时空变化特征
• 2.7 1976年前后的温度场差异
• 2.8 本章小结
• 参考文献
• 第三章 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
• 3.1 引言
• 3.2 资料
• 3.3 突变前后气压场差异
• 3.4 夏季东亚热低压指数变化
• 3.5 线性趋势和方差分析
• 3.6 本站气压场时空变化特征
• 3.7 空间相似性分析
• 3.8 本章小结
• 参考文献
• 第四章 中国东部夏季对流层温度变化及测站温度与再分析温度资料的比较
• 4.1 引言
• 4.2 资料和方法
• 4.3 等压面平均温度场特征
• 4.4 等压面温度线性趋势分析
• 4.5 等压面温度去线性方差分析
• 4.6 再分析温度与观测温度资料的SVD分析
• 4.7 本章小结
• 参考文献
• 第五章 中国东部夏季对流层位势高度变化的观测资料与再分析资料的比较
• 5.1 引言
• 5.2 资料和方法
• 5.3 等压面平均高度场特征
• 5.4 等压面高度场回归分析
• 5.5 等压面位势高度去线性方差分析
• 5.6 观测资料位势高度与再分析资料位势高度SVD分析
• 5.7 本章小结
• 参考文献
• 第六章 中国东部夏季对流层风速观测资料与再分析资料的比较
• 6.1 引言
• 6.2 资料和方法
• 6.3 等压面平均风速特征
• 6.4 风场回归分析
• 6.5 等压面风速去线性方差分析
• 6.6 再分析风速与观测风速的EOF分析
• 6.7 本章小结
• 参考文献
• 第七章 中国东部夏季对流层观测湿度与再分析湿度的比较
• 7.1 引言
• 7.2 资料和方法
• 7.3 等压面湿度场特征
• 7.4 湿度场回归分析
• 7.5 等压面比湿去线性方差分析
• 7.6 等压面比湿观测资料与再分析资料SVD分析
• 7.7 本章小结
• 参考文献
• 第八章 总结与展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 创新点
• 8.3 讨论与展望
• 致谢
• 在读期间科研工作