Page 27 - 《高原气象》2026年第2期
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2 期 廖 捷等：基于青藏高原夏季加密探空的CRA再分析产品评估 327
垂直层次为 60 层）（Kobayashi et al， 2015）、 ERA- 和均方根误差垂直分布。作为对比， 也给出了
Interim（时间分辨率为 6 h， 空间分辨率约 80 km， JRA-55、 ERA-Interim 和 ERA5 三套再分析产品的
垂直层次为 60 层）（Dee et al， 2011）和 ERA5（时间 评估结果。与业务探空站观测的温度数据相比［图
分辨率为 1 h， 空间分辨率约 31 km， 垂直层次为 2（a）］， CRA 在 500 hPa 和 400 hPa 的 Bias 接近于
137 层）（Hersbach et al， 2020）。由于美国 NECP/ 0 ℃， 在 300~50 hPa 均为弱的负偏差， 100 hPa 负偏
DOE 和 MERRA2 再分析产品空间分辨率较低， 因 差为-0. 45 ℃。500~200 hPa， CRA 相对于观测的
此本文主要采用日本及欧洲的较高空间分辨率产
RMSE 均小于 1 ℃。700~70 hPa， CRA 与观测的相
品进行对比。
关 系 数 均 大 于 0. 93， 在 300 hPa 相 关 系 数 大 于
2. 3 分析方法
0. 97。总体而言， CRA 温度相对于 JRA-55 而言更
本文采用双线性插值将各时次各规定等压面
接近探空观测， 除了在 100 hPa 附近， CRA 和 ERA-
层的再分析产品水平插值到探空观测点， 用于和青
Interim 都较 ERA5的偏差更小。探空传感器在高空
藏高原探空垂直廓线进行匹配。评估分成独立性
在气球上升阶段， 受太阳辐射加热影响， 测量到的
检验和非独立性检验两部分。独立检验采用的是
温度会偏高。如果没有进行有效辐射误差订正， 白
加密探空观测数据， JRA-55、 ERA-Interim、 ERA5
天与夜间的探空温度序列会存在明显的差异。不
和 CRA 等再分析产品均未同化这部分观测数据。
非独立检验采用的是 21 个业务探空站观测数据， 同观测系统对探空温度的辐射订正存在差异。在
几套再分析产品均同化了这部分站点的业务观测 数值模式资料同化应用过程中， 应根据实际对太阳
数据。在独立性检验时， 为了检验再分析产品的区 辐射引起的探空温度系统偏差进行有效订正。不
域依赖性， 将高原分为两个区域： 区域一为 90°E以 同订正方案各有特点， 在改善探空温度资料质量方
西的高原西部， 包括狮泉河、 改则和申扎三个站； 面效果也不同。李庆雷等（2020）详细介绍了国内
区域二是 90°E 以东的高原东部， 包含金川和九龙 外主要探空温度偏差订正技术。CRA 在同化全球
两个站。 探空温度前， 采用了自主研发的中国日定时探空温
本文通过标准差（STD）、 均方根误差（RMSE） 度规定等压面温度订正技术， 并同步开展了特性层
和平均偏差（Bias）的变化来验证高原地区 CRA 再 温度订正， 这可能是导致 CRA 的温度偏差更小的
分析产品的质量和适用性。 主要原因。CRA 的探空温度订正方法详见 Chen et
以 850 hPa 气温为例， 某一区域标准差计算公
al （2021）。
式如下：
与业务探空观测风场相比， CRA的纬向风与探
1 n
STD = ∑ ( x i - x ˉ) 2 （1） 空相关系数在 300~50 hPa 的相关系数均超过 0. 97，
n
i = 1
经向风的相关系数略低， 但在 300~100 hPa 相关系
式中： x i 为统计时段内每条探空廓线或再分析产品
数也大于 0. 9， 300 hPa、 200 hPa 和 100 hPa 的相关
在该层次的气温值。n 为该区域所有站点所有探空
系数分别为 0. 925、 0. 96、 0. 935（图略）。从误差的
廓线在该层次观测的样本数， i=1， 2，…， n。x ˉ为统
垂直分布来看， CRA 的 RMSE 随高度逐渐减小， 近
计时段该层次的气温平均值。
地面风的 RMSE 约为 2. 5 m·s ， 至 100 hPa 下降至
-1
再分析相对于观测的 Bias 和 RMSE 计算公式
-1
1. 5 m·s 。CRA 在 100 hPa 以下纬向风的 RMSE 为
如下：
-1
1 n 2. 35~2. 7 m·s ， 略低于 JRA-55 和 ERA-Interim， 但
Bias = ∑ ( A i - O i ) （2）
n 略高于ERA5。
i = 1
与业务探空观测相对湿度相比［图2（d）］， CRA
1 n
RMSE = ∑ ( A i - O i ) 2 （3）
n i = 1 相对湿度在各高度层的 RMSE维持在 20% 以下； 相
式中： O i 为统计时段内该层次的第 i 个气温观测 关系数在 300 hPa及以下均大于 0. 75， 700 hPa相关
值； A i 为第i点对应的再分析气温值。 系数最高。与其他几套再分析产品相比， CRA的相
对湿度在300 hPa和400 hPa表现最好。
3 结果分析
3. 2 独立检验
3. 1 非独立检验 3. 2. 1 温度
图 2 给出了 CRA 与业务探空观测的平均偏差 图 3（a）和图 4（a）分别给出了青藏高原西部和
