Page 234 - 《高原气象》2022年第5期

5 期 王彩霞等：中国第一代全球陆面再分析（CRA40/Land）气温和降水产品在中国大陆的适用性评估 1327
后来延长至 2011 年 3 月。2011 年 3 月 30 日，NCEP
将气候预报系统（CFS）升级为 CFSv2 版，覆盖时段
为 2011 年至今。CFSR 自 1997 年 5 月以来，同化的
所有地面观测资料都来自 NCEP 的业务档案（Saha
et al，2010）。CFSv2 与 CFSR 使用的模型相同。本
文选取的 NCEP再分析数据为月平均气温和降水资
料，其中 1989-2010 年的数据来源于 CFSR，空间
分辨率 0. 313°×0. 312°，2011-2018 年的数据来源
于CFSv2，空间分辨率0. 205°×0. 204°。
2. 2 研究方法
首先，将 1989-2018 年的台站观测（以下简称
图1 中国2231个观测站及地形高度分布 OBS）月平均气温和降水资料以及 CRA40、ERA5
Fig. 1 Locations of 2231 observation stations and 和 CFSR 的再分析月平均气温和降水资料做气候态
distribution of terrain height in China
月平均，然后应用基于三角剖分的线性插值方法
月数据集，选取时段为 1989-2018年共 30年，空间 （David，1994；熊敏诠，2012）插值到空间分辨率
分辨率0. 3125°×0. 3125°。 0. 3125°×0. 3125°的中国大陆区域经纬网格上，在
2. 1. 3 ERA5 空间分布上对再分析数据与观测数据进行比较与
ERA5（the 5 generation of ECMWF Re-Analy‐ 分析。
th
sis，ERA5，https：//www. ecmwf. int/en/forecasts/da‐ 然后，同样利用基于三角剖分的线性插值方法
tasets/reanalysis-datasets/era5）再分析数据是由欧盟 将 CRA40、ERA5 和 CFSR 的月平均气温和降水数
资助、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）运营的哥 据插值到 2231 个观测站点，分别将 1989 年 1 月至
白尼气候变化服务（Copernicus Climate Change Ser‐ 2018 年 12 月再分析插值数据与实测月平均气温和
vice，C3S）打造的最新一代再分析资料，ERA5- 降水值对比，主要的误差评估指标有：偏差（Bi‐
Land是通过复盘ERA5气候再分析的陆地组成部分 as）、标准差比值（σ re /σ o ）、均方根误差（RMSE），相
而产生的，时间覆盖 1981 年至今。ERA5/land 是在 关系数（r）、模式技巧（Skill），计算公式如下：
单一模拟下产生的，没有与欧洲中期天气预报中心 （1）
Bias = X re - X o
集成预报系统（IFS）的大气模块或 IFS 的海浪模式 1 n
ˉ
耦合，运行时并没有数据同化，观测数据是通过 σ = ∑ ( X - X ) 2 （2）
n - 1 i = 1
ERA5 的大气强迫间接影响模拟。这种强迫驱动了
1 n
ERA5/Land 的单一模拟，并通过 4D-VAR 数据同化 RMSE = ∑ ( X o - X re ) 2 （3）
n i = 1
系统和一个简化的扩展卡尔曼滤波来同化观测数
1 n ------ -
据。ERA5 同化的观测数据来自一个观测数据集 n ∑ ( X re - X re ) ( X o - X o )
（ODB）（ECMWF，2018）。本文选取了 ERA5-Land r = i = 1 （4）
σ re σ o
（简称 ERA5）的月平均气温和降水数据，选取时段 n | 2
为1989-2018年共30年，空间分辨率为0. 1°×0. 1°。 ∑ | X o - X re
Skill = 1 - i = 1 （5）
2. 1. 4 CFSR/CFSv2 n ( - 2 - 2 )
|
∑| X o - X o | + | X re - X o
美国国家环境预报中心（NCEP）的气候预报系 i = 1 -
统（Climate Forecast System，CFS）是一个完全耦合 式中：X 为气温（降水）值； X 为气温（降水）平均值；
的模型，反映了地球大气、海洋和陆地的相互作 下标re为再分析数据；下标o为观测数据。
用，于 2004 年 8 月开始运行。CFSR（Climate Fore‐ 3 气温产品在中国大陆的适用性对比
cast System Reanalysis，CFSR，https：//climatedata‐
guide. ucar. edu/climate-data/climate-forecast-system- 图 2是观测的 1月、7月和年平均气温在中国大
reanalysis-cfsr）是 NCEP 发布的第三代再分析产品， 陆区域的空间分布（西藏地区由于观测资料稀少，
完成于 2010 年 1 月，覆盖 1979-2009 年共计 31 年， 暂不予考虑，下同），以及 CRA40、ERA5、CFSR 1