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基于TIPEX Ⅲ资料对CLDAS-V2.0和GLDAS-NOAH陆面模式产品在青藏高原地区的适用性评估

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高原气象 2018年第5期37卷 1143-1160页

作者：崔园园敬文琪覃军河北省气象台 94758部队气象台中国地质大学(武汉)环境学院

利用2015年第三次青藏高原大气科学试验(TIPEX Ⅲ)五层(5,10,20,50和100 cm)土壤的温、湿度观测资料,通过计算全球陆面同化系统(GLDAS-NOAH)和中国气象局陆面同化系统的融合产品(CLDAS-V2. 0)与观测资料之间的相关性和偏差,以及分析降... 详细信息

利用2015年第三次青藏高原大气科学试验(TIPEX Ⅲ)五层(5,10,20,50和100 cm)土壤的温、湿度观测资料,通过计算全球陆面同化系统(GLDAS-NOAH)和中国气象局陆面同化系统的融合产品(CLDAS-V2. 0)与观测资料之间的相关性和偏差,以及分析降水事件发生后两种模式资料土壤温、湿度的响应,综合评估了融合土壤温、湿度产品在青藏高原的适用性。结果表明,CLDAS-V2. 0土壤温、湿度产品与观测资料的相关性均优于GLDAS-NOAH模式产品,且两模式产品与站点观测资料的相关性在湿季大于干季,相关性随土壤深度增加而减小; CLDAS-V2. 0土壤湿度产品相对站点观测的误差稍大于GLDAS-NOAH,且在浅层土壤两模式产品与站点观测的MRE整体上在干季大于湿季; CLDASV2. 0土壤温度产品与站点观测的RMSE在湿季大于干季,而GLDAS-NOAH产品则相反;两种模式产品均能描述出降水发生后浅层土壤温、湿度对降水的响应,但两种模式产品所描述的深层土壤温、湿度的波动幅度相对观测明显偏大;此外,两种模式产品无法重现观测到的深层土壤温、湿度相对表层土壤温、湿度变化明显"滞后"的特征以及降水后相对降水前土壤温度峰/谷值对应时间存在明显延迟的特征。

关键词：青藏高原第三次青藏高原大气科学试验融合土壤温、湿度产品适用性评估

CLDAS融合土壤湿度产品在东北地区的适用性评估及订正

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中国农业气象 2019年第10期40卷 660-668页

作者：崔园园张强覃军敬文琪河北省气象台石家庄050000 中国气象局国家气候中心气候研究开放实验室北京100081 中国地质大学(武汉)环境学院武汉430074 94758部队气象台福建宁德355103

通过计算CLDAS的0-20cm土壤相对湿度融合产品与农业气象观测站逐旬10cm土壤相对湿度观测值的相关性和偏差,综合分析CLDAS在东北地区的适用性。结果表明:CLDAS融合土壤相对湿度能较合理地反映东北地区10cm深度土壤相对湿度的空间分布,但... 详细信息

通过计算CLDAS的0-20cm土壤相对湿度融合产品与农业气象观测站逐旬10cm土壤相对湿度观测值的相关性和偏差,综合分析CLDAS在东北地区的适用性。结果表明:CLDAS融合土壤相对湿度能较合理地反映东北地区10cm深度土壤相对湿度的空间分布,但是在对极值的描述上有所欠缺,其中CLDAS对辽宁西部和黑龙江西南部的土壤相对湿度模拟偏高较明显,而在黑龙江的东北部地区对实际土壤相对湿度的模拟偏低;总体上,CLDAS融合土壤相对湿度资料在东北地区的适用性由西南向东北方向递减,在吉林和辽宁省的适用性更好。回归订正和7旬滑动平均订正法对CLDAS产品的误差订正表明,订正结果大大提高了CLDAS产品的精度,其订正后产品可以应用于土壤湿度干旱监测业务。

关键词：东北地区 CLDAS融合土壤相对湿度产品回归订正 7旬滑动平均订正适用性评估

GLDAS和CLDAS融合土壤水分产品在青藏高原地区的适用性评估

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高原气象 2018年第1期37卷 123-136页

作者：崔园园覃军敬文琪谭桂容南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044 中国气象局乌鲁木齐新疆沙漠研究所新疆乌鲁木齐830002 中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074 国防科技大学气象海洋学院江苏南京211101

利用第三次青藏高原(下称高原)大气科学试验(TIPEXⅢ)和高原周边自动土壤水分观测站0~10 cm层次土壤湿度观测资料,通过计算全球陆面同化系统(GLDAS-NOAH)和中国气象局陆面同化系统的融合产品(CLDAS-V1.0)与观测资料之间的相关性和偏差,... 详细信息

利用第三次青藏高原(下称高原)大气科学试验(TIPEXⅢ)和高原周边自动土壤水分观测站0~10 cm层次土壤湿度观测资料,通过计算全球陆面同化系统(GLDAS-NOAH)和中国气象局陆面同化系统的融合产品(CLDAS-V1.0)与观测资料之间的相关性和偏差,综合评估了融合土壤水分产品在高原的适用性。结果表明,两种融合资料在安多、那曲、聂荣、Sta-ave区域(小嵩草高寒草甸)4个站点表现较优,而融合资料在班戈(禾草高寒草原)、嘉黎(亚高山常绿叶灌丛)和比如(亚高山常绿叶灌丛)质量较差,阿里站(矮半灌木荒漠)是融合资料与观测相差最大的站点;融合土壤湿度产品的质量存在明显的日变化,并在14:00-20:00(北京时)表现为最差;融合资料的质量2014年整体上优于2013年,其中2013年8月中下旬和10月中旬两种资料质量较差,进一步分析发现当降水强度急剧增强时,融合资料的质量变差;融合产品质量在高原地区由东南向西北方向递减,相对于GLDAS资料,CLDAS在对四川东南地区和新疆地区大部分站点的土壤湿度描述能力上有了较大的改善,两种资料在四川东北部地区有较好的一致性。

关键词：青藏高原融合土壤水分产品第三次青藏高原大气科学试验适用性评估

基于WACCM+DART的临近空间SABER和MLS臭氧观测同化试验研究

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大气科学 2019年第2期43卷 233-250页

作者：敬文琪王业桂崔园园蔡其发兰伟仁 94758部队气象台中国科学院大气物理研究所河北省气象台

本研究在WACCM+DART(Whole Atmosphere Community Climate Model,Data Assimilation Research TestBed)临近空间资料同化预报系统中加入SABER(Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry)和MLS(Microwave Limb Sounder)臭氧观测同化接口,并以2016年2月一次平流层爆发性增温(SSW)过程为模拟个例进行了SABER和MLS臭氧观测同化试验,得出以下结论:同化SABER和MLS臭氧体积浓度观测得出的WACCM+DART臭氧分析场能够较真实反映SSW期间北极上空平流层臭氧廓线随时间的演变特征,且与ERA5(Fifth Generation of ECMWF Reanalyses)再分析资料描述的臭氧变化特征具有很好的一致性;基于SABER和MLS臭氧观测的WACCM臭氧6 h预报检验表明同化臭氧观测对臭氧分析和预报误差的改善效果主要体现在南半球高纬平流层和北半球中高纬平流层中上层—中间层底部;基于ERA5再分析资料的WACCM+DART分析场检验表明同化SABER和MLS臭氧体积浓度资料可在提高北半球高纬地区上平流层—中间层底部臭氧场分析质量的同时减小该地区上平流层—中间层底部温度场和中间层底部纬向风场的分析误差;基于MLS臭氧资料的臭氧中期预报检验表明相对控制试验同化SABER和MLS臭氧体积浓度资料能更好改善0~5 d下平流层和中间层底部臭氧的预报效果。

关键词： WACCM (Whole Atmosphere Community Climate Model) DART (Data Assimilation Research Test-Bed) SABER (Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry) MLS (Microwave Limb Sounder) 臭氧资料同化

基于WACCM+DART的临近空间SABER和MLS温度观测资料同化试验

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空间科学学报 2020年第2期40卷 227-241页

作者：敬文琪崔园园王业桂蒋辉明蔡其发兰伟仁 94758部队气象台宁德355103 河北省气象台石家庄050021 中国科学院大气物理研究所北京100029

基于WACCM+DART(Whole Atmosphere Community Climate Model,Data Assimilation Research Test-Bed)临近空间资料同化预报系统,以2016年2月的一次平流层爆发性增温(SSW)事件为例,开展了临近空间SABER(Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry)和MLS(Microwave Limb Sounder)温度观测资料集合滤波同化试验.结果表明:同化SABER和MLS温度观测资料可显著降低WACCM模式在中间层和平流层中上部(0.001~10 hPa)大气温度场的预报误差,改善CR试验在SSW发生时中间层变冷现象偏强、纬向风场首次发生反转的层次偏低以及增温恢复阶段0.1~10 hPa的东风层提前消退、纬向风速偏大、平流层顶位置偏高等现象.基于ERA5(The Fifth Generation of ECMWF Reanalyses)再分析资料的检验表明:同化SABER和MLS温度资料明显有利于减小北半球高纬度地区(60°-90°N)平流层中上层和下中间层(0.1~14 hPa)纬向风场以及平流层和中间层中下层(0.01~100 hPa)温度场的分析误差;同化低层大气观测也有利于减小0.1~14hPa纬向风场和0.01~100 hPa温度场的分析误差,但是不如同化SABER和MLS温度资料对临近空间纬向风场和温度场分析误差的改善效果显著.

关键词： WACCM模式 DART资料同化系统 SABER MLS 温度

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南京地区斜向加热电离层效应数值模拟

空间科学学报 2017年第5期37卷 531-537页

作者：郭哲方涵先赫英明杨鼎马杰敬文琪王世旗解放军理工大学气象海洋学院中国科学院空间天气学国家重点实验室 93279部队气象台西安卫星测控中心

与垂直加热相比,斜向加热电离层具有灵活性高、影响范围广和便于实际操作等优势.在非偏区考虑欧姆吸收,基于电子能量方程和连续性方程构建电波斜向加热低电离层的物理模型,并利用IRI-2007和NRLMSISE-00经验模型提供的背景参数对南京地... 详细信息

与垂直加热相比,斜向加热电离层具有灵活性高、影响范围广和便于实际操作等优势.在非偏区考虑欧姆吸收,基于电子能量方程和连续性方程构建电波斜向加热低电离层的物理模型,并利用IRI-2007和NRLMSISE-00经验模型提供的背景参数对南京地区斜向加热低电离层进行数值模拟,对比不同加热条件下电子温度和电子密度的扰动情况.研究结果表明:电波加热效果随入射仰角和有效辐射功率的增大而增大;电子温度和电子密度增幅随电波频率增大而减小;X波模比O波模造成的电子温度扰动幅度和电子密度扰动幅度更大,同时X波模比O波模能更快地使电子温度和电子密度达到稳定状态;一定范围内较小仰角、较低频率、较大有效辐射功率的电波能使电子密度更快达到稳定,后两者还能加快电子温度达到稳定的过程;电子温度达到稳定所需时间随入射电波仰角呈单峰变化,仰角为62°时达到最大.

关键词：无线电波低电离层斜向加热电子温度电子密度

影响长江中下游夏季降水的青藏高原水汽抽吸作用和水汽路径的定量化研究

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高原气象 2017年第4期36卷 900-911页

作者：敬文琪崔园园刘瑞霞王业桂方涵先赵小艳马杰国防科技大学气象海洋学院南京211101 南京信息工程大学大气科学学院南京210044 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心北京100081 中国科学院大气物理研究所北京100029 南京信息工程大学应用气象学院南京210044

基于2008年夏季JICA高原探空资料、1979-2015年ERA-Interim和MERRA再分析资料和中国160站点降水资料,首先评估了两种再分析资料在青藏高原(下称高原)的适用性;其次,提出将高原高低层水汽通量散度差定义为高原水汽抽吸指数;然后,采用合... 详细信息

基于2008年夏季JICA高原探空资料、1979-2015年ERA-Interim和MERRA再分析资料和中国160站点降水资料,首先评估了两种再分析资料在青藏高原(下称高原)的适用性;其次,提出将高原高低层水汽通量散度差定义为高原水汽抽吸指数;然后,采用合成分析法定义了与长江中下游(MLRYR)夏季降水关系密切的水汽路径有5条:孟加拉湾路径、云贵路径、南海路径、低纬路径和汇合路径,并对其强度进行了定量计算。研究表明:ERA-Interim相对MERRA再分析资料在高原适用性更优。在年际变化上,5条水汽路径与MLRYR夏季降水呈同相位变化。5条路径之间关联密切,构成了两条影响M LRYR降水的反气旋式水汽输送相关链:"南海-孟加拉湾-高原南缘-云贵-M LRYR"和"南海-华南-M LRYR"。南海水汽路径是中国东部地区降水重要的水汽通道;汇合路径是调控M LRYR夏季降水的重要水汽输入通道,而云贵东向路径与整个长江流域的降水呈显著正相关。影响MLRYR夏季降水的高原水汽抽吸作用主要发生在高原南缘。高原水汽抽吸作用可以将低层的水汽抽吸至高层,通过增加长江流域西入的纬向水汽输送间接影响到长江流域的降水。

关键词：青藏高原水汽抽吸水汽路径长江中下游夏季降水

辐射带AP9模式在南大西洋异常区的系统性量化评估

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空间科学学报 2017年第4期37卷 395-402页

作者：马杰方涵先王世金王栖溪翁利斌敬文琪郭哲解放军理工大学气象海洋学院北京天工科仪辐射技术有限公司解放军31010部队

针对目前辐射带AP9模式量化评估不够系统的问题,基于F_(10.7)指数确定高、中、低太阳活动水平,以三种太阳活动水平条件下NOAA-15观测的140~500 MeV的全向质子通量为参考数据,以南大西洋异常区为对比区域,定义边界吻合度和大小量级差为... 详细信息

针对目前辐射带AP9模式量化评估不够系统的问题,基于F_(10.7)指数确定高、中、低太阳活动水平,以三种太阳活动水平条件下NOAA-15观测的140~500 MeV的全向质子通量为参考数据,以南大西洋异常区为对比区域,定义边界吻合度和大小量级差为评估指标,将辐射带AP9模式分别与AP8模式和参考数据进行对比,对AP9模式进行系统性量化评估.结果表明,AP8和AP9模式均能重构出南大西洋异常区,但AP8模式重构的南大西洋异常区轮廓与观测结果更为吻合.平均而言,AP8和AP9模拟结果均比观测值高,AP8比AP9更接近观测值.太阳活动水平越低,AP9与观测之间的差距越小.

关键词： AP9辐射带模式评估南大西洋异常区

CLDAS融合土壤相对湿度产品适用性评估及在气象干旱监测中的应用

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海洋气象学报 2020年第4期40卷 105-113页

作者：崔园园张强李威敬文琪覃军陈慧华河北省气象台河北石家庄050000 国家气候中心北京100081 94758部队气象台福建宁德355103 中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074 广东省气候中心广东广州510080

基于2008—2017年全国自动气象观测站逐旬土壤相对湿度观测数据,综合评估中国气象局陆面数据同化系统(CMA Land Data Assimilation System,CLDAS)0~20 cm层融合土壤相对湿度产品在中国地区的适用性,评估表明CLDAS土壤相对湿度产品在中... 详细信息

基于2008—2017年全国自动气象观测站逐旬土壤相对湿度观测数据,综合评估中国气象局陆面数据同化系统(CMA Land Data Assimilation System,CLDAS)0~20 cm层融合土壤相对湿度产品在中国地区的适用性,评估表明CLDAS土壤相对湿度产品在中国东北、西北、江南大部及华南等地区存在较大系统性误差,总体上适用性较差。为消除CLDAS土壤相对湿度产品的系统性误差,采用回归订正法、7旬滑动平均订正法和临近加权前旬订正法对CLDAS土壤相对湿度产品进行误差订正处理,对订正结果评估发现:订正处理后CLDAS土壤相对湿度产品与站点观测的相关性显著增加,系统偏差基本消除,适用性明显提高,3种订正方法中临近加权前旬订正法的订正效果最优。最后,采用经不同方法订正后的CLDAS土壤相对湿度产品对2017年5月东北—华北地区一次气象干旱个例进行重现,对比验证表明:相对其他两种订正方法,经临近加权前旬订正法处理后的CLDAS土壤相对湿度产品能更为精准地重现2017年5月东北—华北地区气象干旱的落区和强度。

关键词：中国气象局陆面数据同化系统融合土壤相对湿度产品订正方法气象干旱监测适用性评估