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《南京信息工程大学》 2019年
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CLDAS2.0长序列辐射驱动数据研制与分析评估

张俊兵  
【摘要】:地表入射太阳短波辐射是地球生态系统的主要能量来源,对地表能量收支平衡及气候变化等具有重要影响。对于不同时间和空间尺度上的地表入射太阳短波辐射的计算与变化规律研究,不仅有助于了解地表入射太阳短波辐射对地球生物活动的影响,还有助于了解该地区的大气的成分及其变化、了解大气环境的现状。对地面入射的太阳辐射的评估有助于能源利用。地表入射太阳短波辐射数据可以作为重要的大气驱动数据输入到陆面模式中模拟地表参量,所以一套精确的地表入射太阳短波辐射数据输入模式,可提高大气驱动数据的准确性,进一步降低陆面模式的系统误差,提高模拟精度。本文对静止卫星的地表入射太阳短波辐射反演过程进行了研究总结,并将卫星反演地表入射太阳短波辐射数据进行STMAS融合,与ERA5再分析辐射融合数据拼接,形成长序列辐射驱动数据集,作为国家气象信息中心(CMA)陆面数据同化系统(CLDAS-V2.0)的大气驱动数据之一。主要研究结果如下:1.选用2010年数据对CERES卫星反演辐射产品、FY2卫星DISORT反演辐射产品、ERA5和ERA-Interim再分析辐射产品在91观测站点上进行对比分析,结果表明:CERES产品整体效果最好,相关系数在0.93左右。FY2产品与ERA5再分析产品其次,且二者效果相当,相关系数在0.9左右,但其均方根误差和平均偏差二者都偏高。FY2产品相关系数为0.903,均方根误差45.565 W/m~2,相对偏差0.142。ERA5再分析资料相关系数0.885、均方根误差45.258 W/m~2与相对偏差0.123)。ERA-Interim再分析辐射资料相对较差,但四套数据都能较好的反映地表入射短波辐射的空间分布和基本趋势。在没有卫星观测的时间段制作辐射长序列数据集可以用ERA5再分析辐射资料处理后代替。2.Hybrid地表入射太阳短波辐射模型计算得到的站点地表太阳短波辐射数据在东亚区域的精度较高,将其与处理后的ERA5再分析辐射资料进行STMAS融合,均方根误差降低2 W/m~2,相对偏差降低0.016,相关系数提升到0.9,虽然用一年的数据进行检验代表性不够,但也可以看出STMAS融合能提升辐射产品在东亚区域的效果。3.CERES、FY2卫星反演产品、ERA5再分析辐射资料和ERA-Interim再分析辐射资料均能够较好表现我国地表入射太阳短波辐射的时空分布情况,即西部地区高于中部和东北地区,辐射值在西部和东北地区随纬度升高而减小,在中部地区随纬度升高而增大,辐射的高值区位于青藏高原(约260 W/m~2),低值区位于四川盆地(约120 W/m~2),两者大致都位于北纬30°左右。4.由卫星反演辐射融合产品和ERA5再分析辐射融合资料拼接而成的2001-2010年10年长序列辐射数据在日尺度和月尺度的分析中都具有很好的一致性,相关系数均在0.9左右,均方根误差范围相当(40 W/m~2左右),可作为长序列辐射驱动数据输入陆面模式中计算地表参量。
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