第34卷第2期大气科学学报Vo.l 34N o .22011年4月T ransactions o fA t m ospheric SciencesA pr .2011收稿日期:2010 03 14;改回日期:2010 05 10基金项目:国家自然科学基金资助项目(40861022;40501054);冰冻圈国家重点实验室开放基金(SKLCS 2010 01)作者简介:钞振华(1977 ),男,河南新野人,博士,讲师,研究方向为环境遥感和统计降尺度应用,chaoz henhua @l zb .ac .cn.钞振华.2011.三种再分析气温资料在中国西部地区的可信度评价[J].大气科学学报,34(2):162 169.C hao Zh en hua .2011.The reli ab ility eval uati on of t h ree types of a i r te mperat u re rean al ysis data i n W est Ch i na[J].Tran s A t m os Sc,i 34(2):162 169.三种再分析气温资料在中国西部地区的可信度评价钞振华1,2(1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃兰州730000;2.南通大学地理科学学院,江苏南通226007)摘要:再分析资料质量检验和可信度分析是其合理使用的必要前提,是提高气候变化研究成果可靠性的根本保证,为了评价NCEP II 、ERA 40和J RA 25三种再分析资料在中国西部地区的可信度,研究对比分析了2m 气温产品的质量。
结果表明,这三种再分析气温产品都能较好地反映中国西部地区气温的空间分布特征,在地形复杂区域与站点气温的差异比较大,而在地势相对平缓的地区这三种再分析资料都能提供高质量的气温产品。
由于同化了地面观测资料,ERA 40、J RA 25气温产品的可信度相对较高,且能够提供更为详尽的大尺度气温变异性。
总体上,ERA 40的质量优于其他两种再分析资料。
关键词:可信度;再分析资料;观测资料;气温;中国西部中图分类号:P468 文献标识码:A 文章编号:1674 7097(2011)02 0162 08The reliability eval uation of t hree reanalysis air tem perat uredat a i nW est Chi naCHAO Zhen hua1,2(1.Col d and A ri d Reg i ons Env i ron m en tal and E ngi neeri ng Research Instit u t e ,Ch i n ese Acade m y of Sciences ,Lan z hou 730000,Ch i na ;2.C ollege ofGeograph i calS ci en ce ,N antong Un ivers i ty ,Nan t ong 226007,C h i na)Abst ract :Qua lity test and reliability eva l u ation are prerequ isites for reana lysis data to be used .To evaluate the re liability ofNCEP II ,ERA 40and J RA 25reana l y sis data used i n W est Ch i n a ,t h e study ana l y zed the quality of t h e 2 m te m perature products .The three types of a ir te m perature reana lysis data cou l d w ell re flect the spatial distri b u ti o n inW est China .The d ifference i n air te m perat u re at stations o f co m p lex to pography w as relati v e l y lar ge w hile the t h ree types o f reana lysis data could pr ov i d e high qua lity air te m perature data i n fl a t areas .A ir te m perature data fro m ERA 40and J RA 25are m ore reliab le and can re flectm ore detailed air variab ility i n large scale because they assi m ilate the ground based data .Overal,l the qua lity o f ERA 40is better than the o t h er t w o types of reanalysis data .K ey w ords :reliab ility ;reanalysis data ;observational data ;air te mperature ;W est China0 引言再分析资料的问世为了解大气的运动行为和机制,特别是深入理解和研究气候变化的成因和演变规律、检验气候模式的模拟能力提供了重要的信息来源,为现代气候变化的研究提供了最重要的、甚至是不可替代的 研究工具 (赵天保和符淙斌,2006)。
随着计算机技术的发展和全球气候观测系统(GCOS)的完善,全球数据同化方案迅速得到了改进,再分析产品质量得到了提高。
表1列举了由美国、欧盟、日本等国家和机构已实施的主要全球大气资料再分析计划,其中NCEP /NCAR 、NCEP /DOE 、ERA 40和J RA 25的同化方法一致,再分析期间也相对较长。
表1 几种主要再分析计划T ab l e1 A list o f ava ilab l e reanaly sis pro jects再分析计划研发机构模式分辨率同化方法再分析期间NCEP/NCAR NC EP/NCAR200km3D VAR1948 present NC EP/DOE NCEP/DOE200km3D VAR1979 present ERA 15ECM W F125km3D O I1979 1993ERA 40ECM W F120km3D VAR1957 09 2002 08 GEOS1NASA DAO2 5 2 3D O I+I AU1980 1996J RA 25J M A/CRIEPI125km3D VAR1979 2004现有的再分析资料是由真实气候信号以及与观测误差、模式误差等非线性相互作用的组合,在无观测地区它可以通过物理机制而不是统计插值提供空间和时间上完备的数据(Tho r ne and V o se,2010)。
虽然数据同化方法可以有效地减小随机误差但难以消除观测误差,同时模式缺陷也会带来误差(B eng tsson e t a.l,2004;D ee,2005;D anfo rth e t a.l, 2007),再分析资料的适用性关键在于观测资料的时空分布和质量(C o m po et a.l,2006)。
再分析资料质量检验和可信度分析是其合理使用的必要前提,是提高气候变化研究成果可靠性的根本保证,同时对于改进资料同化技术、提高再分析资料的质量来说都具有重要意义(W CRP,2000)。
资料对比是检验资料误差、减小其不确定性最有效的手段之一(Sm ith e t a.l,2001)。
Zhang et a.l(2007)利用ERA 40和NCEP/NCAR再分析资料的日表面气象资料驱动陆地净第一性生产力(NPP)模型时指出,虽能很好地产生相似的NPP空间格局、年均异常和时间趋势,但这两种资料的偏差具有明显的地区性差异,尤其是在欧亚大陆。
徐影等(2001)对NCEP 再分析资料在中国气候变化研究当中的可信度进行了初步的分析与检验后认为,该资料在对气候长期趋势变化的研究中不确定性较大,它的温度场在我国东部和低纬的可信度比我国西部和高纬度的高。
赵天保和符淙斌(2006)指出ERA 40和NCEP II这两种再分析资料基本上都能反映出中国区域的温度场和降水场的时空分布,但在中国西部尤其是青藏高原地区的差异比较大。
而赵天保等(2004)也指出对于温度场、NCEP再分析值的空间模态与观测场基本一致,就整个中国区域来说,大部分地区都较观测值偏低。
黄刚(2006)利用中国东部的探空站资料以及E RA 40和NCEP/NCAR再分析资料,详细地比较了我国北方地区的高低层位势高度以及温度的特征。
施晓晖等(2006)利用C re ss m an内插函数方法将中国区域内147个探空站点和160个地面站点的观测资料(风速和地面气温)插值到NCEP 再分析资料2 5 2 5 网格点,并采用多种常规客观分析方法对再分析资料和台站观测资料进行分析和比较,揭示它们之间存在的具体差异,检验和评价了NCEP再分析风速、表面气温资料在中国区域内的可信度。
M a et a.l(2008)利用站点资料评价了ERA 40、NCEP 和NCEP 三种再分析气温资料在中国区域的质量。
赵天保和符淙斌(2009)应用台站观测资料系统评估了ERA 40、NCEP/NCAR、NCEP/DOE和J RA 25再分析地表气温资料在中国区域的适用性后指出,这些再分析产品适用于大多数地区的气候变化研究,但它们在东部地区的可信度高于西部地区。
已有的研究主要是关于再分析气温产品在中国区域的评价,而缺乏对再分析气温资料在幅员辽阔而地形复杂的中国西部地区进行区域的专门评估。
J RA 25再分析计划的一个主要目的是加强亚洲地区的高质量分析,随着该计划的完成,有必要深入对现有再分析资料在西部地区的可信度进行评价。
中国西部地域辽阔,地形复杂多样,是我国主要江河的发源地,生态环境脆弱,极易受到人类活动影响而恶化(封建民和王涛,2008;X iang et a.l, 2009),因此对该区域陆面过程的研究尤为迫切。
然而系统、高质量观测资料的缺乏在一定程度限制了陆面过程模型的发展,进而制约了研究的深入。
利用降尺度方法可以制备高质量的驱动数据(范丽军等,2005;李新等,2007),而通过比较分析选取可信度较高的再分析资料也是发展高质量驱动数据非常关键的一步。