留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

中国地表太阳辐射再分析数据与观测的比较

王丹 盛立芳 石广玉 车慧正

王丹, 盛立芳, 石广玉, 等. 中国地表太阳辐射再分析数据与观测的比较. 应用气象学报, 2012, 23(6): 729-738.
引用本文: 王丹, 盛立芳, 石广玉, 等. 中国地表太阳辐射再分析数据与观测的比较. 应用气象学报, 2012, 23(6): 729-738.
Wang Dan, Sheng Lifang, Shi Guangyu, et al. Comparison of surface solar radiation reanalysis data and observations over China. J Appl Meteor Sci, 2012, 23(6): 729-738.
Citation: Wang Dan, Sheng Lifang, Shi Guangyu, et al. Comparison of surface solar radiation reanalysis data and observations over China. J Appl Meteor Sci, 2012, 23(6): 729-738.

中国地表太阳辐射再分析数据与观测的比较

资助项目: 

国家908专项 908-ZC-1-01

详细信息
    通信作者:

    王丹, E-mail: kaikouhe@163.com

Comparison of Surface Solar Radiation Reanalysis Data and Observations over China

  • 摘要: 利用我国地表太阳辐射台站资料和海上观测资料与同期的NCEP/NCAR, NCEP/CFSR再分析资料进行比较,检验再分析资料是否能够反映中国地区的太阳辐射特征。结果表明:1979年之前NCEP/NCAR太阳辐射资料的可信度较低,存在虚假的明显上升趋势,1979年之后两套再分析资料的可信度均较高,在我国东部和低纬度地区的可信度好于西部和高纬度地区;由逐6 h再分析数据直接计算得到的逐日太阳辐射比实际观测偏低,剔除太阳辐射为零的情况计算逐日资料更合理。在大陆地区,NCEP/NCAR,NCEP/CFSR再分析资料与台站太阳辐射资料的1979—2009年共31年平均误差分别为10.37 W·m-2和-42.68 W·m-2,误差的标准差分别为12.31 W·m-2和4.19 W·m-2;在海洋区域,NCEP/NCAR,NCEP/CFSR再分析资料与海上观测太阳辐射资料的平均误差分别为-161.19 W·m-2和-179.66 W·m-2,误差的标准差分别为37.07 W·m-2和35.36 W·m-2。与大陆台站资料相比,海上观测与再分析资料的误差偏大,这可能与海上观测资料较少,限制了NCEP模式的评估和改进有关。
  • 图  1  气象观测站点分布图 (■所示站点是云量、降水、相对湿度、风速、日照时数等资料缺测的台站),

    (a) 大陆地区站点分布, (b) 海上观测区块划分及邻近陆上站点分布

    Fig. 1  Distribution of meteorological observation stations (■ denotes the station has no observation of cloud, precipitation, relative humidity, wind speed and sunshine duration) (a) distribution of stations in Chinese Mainland, (b) marine observation areas and land stations close to them

    图  2  1979—2009年NCEP/NCAR (a)、NCEP/CFSR (b)、RE-NCEP/NCAR (c)、RE-NCEP/CFSR (d) 再分析资料与台站资料 (e) 的太阳辐射空间分布

    Fig. 2  Spatial distribution of solar radiation from datasets of NCEP/NCAR (a), NCEP/CFSR (b), RE-NCEP/NCAR (c), RE-NCEP/CFSR (d) and station observations (e) from 1979 to 2009

    图  3  1979—2009年RE-NCEP/NCAR (a) 及RE-NCEP/CFSR (b) 与台站资料的相对误差 (等值线,单位:%) 和相关分布 (阴影)

    Fig. 3  Relative errors (contour, unit: %) and correlation coefficient (shaded) between observations and RE-NCEP/NCAR (a), RE-NCEP/CFSR (b) reanalysis data from 1979 to 2009

    图  4  大陆地区1963—2009年太阳辐射的长期变化 (a) 和1979—2009年太阳辐射逐月变化 (b)

    Fig. 4  Long-term variations of solar radiation in Chinese Mainland from 1963 to 2009(a) and monthly variations of solar radiation in Chinese Mainland from 1979 to 2009(b)

    图  5  海上太阳辐射资料的比较

    (a) 太阳辐射海上观测与邻近陆上站点资料的相关系数,(b) 太阳辐射海上观测资料与邻近陆上站点资料、RE-NCEP/NCAR和RE-NCEP/CFSR资料调查区块平均值的比较

    Fig. 5  Comparison of several solar radiation data sets over sea

    (a) correlation of solar radiation between marine observations and land stations close to the sea, (b) comparison of regional average of solar radiation between marine observations and land stations close to the sea, RE-NCEP/NCAR and RE-NCEP/CFSR reanalysis data

    表  1  再分析资料与台站资料绝对误差统计表

    Table  1  Statistics of absolute errors between reanalysis data and observations

    资料集 最大值/(W·m-2) 最小值/(W·m-2) 平均值/(W·m-2) 标准差/(W·m-2) 样本数
    NCEP/NCAR -108.22 -64.89 -81.60 11.95 15134
    NCEP/CFSR -123.18 -104.91 -113.51 4.49 316727
    RE-NCEP/NCAR 26.42 -17.87 10.37 12.31 15134
    RE-NCEP/CFSR -51.76 -35.17 -42.68 4.19 316727
     注:绝对误差的计算以台站资料为标准。
    下载: 导出CSV

    表  2  再分析资料与海上观测资料的绝对误差统计表 (单位:W·m-2)

    Table  2  Statistics of absolute errors between reanalysis data and marine observations (unit: W·m-2)

    资料 最大值 最小值 平均值 标准差
    NCEP/NCAR -255.60 -132.58 -205.89 37.07
    NCEP/CFSR -273.79 -145.24 -219.75 38.88
    RE-NCEP/NCAR -207.67 -91.13 -161.19 35.36
    RE-NCEP/CFSR -231.93 -108.00 -179.66 37.30
     注:绝对误差的计算以海上辐射观测资料为标准。
    下载: 导出CSV
  • [1] 王举, 姚华栋, 蒋国荣, 等.南海北部海区太阳辐射观测分析与计算方法研究.海洋与湖沼, 2005, 36(5): 385-394. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HYFZ200505000.htm
    [2] 曹雯. 近40年来中国地面太阳总辐射状况及日总辐射模型的研究. 南京: 南京信息工程大学, 2008.
    [3] 吴其重, 王自发, 崔应杰.我国近20年太阳辐射时空分布状况模式评估.应用气象学报, 2010, 21(3): 343-351. doi:  10.11898/1001-7313.20100310
    [4] 魏合理, 徐青山, 张天舒.用GMS-5气象卫星遥测地面太阳总辐射.遥感学报, 2003, 7(6): 465-471. doi:  10.11834/jrs.20030606
    [5] 康雯瑛, 焦建丽, 王君.太阳辐射计算方法对比分析.气象与环境科学, 2008, 31(3): 33-37. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HNQX200803009.htm
    [6] Turner W D. The estimation of hourly global solar radiation using a cloud cover model developed at Blytheville, Arkansas. J Appl Meteor, 1984, 23(5): 781-786. doi:  10.1175/1520-0450(1984)023<0781:TEOHGS>2.0.CO;2
    [7] 魏传杰, 于非, 吕连港, 等.南黄海海面大气长波辐射计算方法的比较.海洋科学进展, 2009, 27(3): 302-311. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HBHH200903002.htm
    [8] 梅婵娟. 中国近海海-气界面热通量的特征研究. 青岛: 中国海洋大学, 2008.
    [9] Renfrew I A, Moore G W K, Guest P S, et al. A comparison of surface layer and surface turbulent flux observations over the Labrador Sea with ECMWF analyses and NCEP reanalyses. J Phys Oceanogr, 2002, 32: 383-400. doi:  10.1175/1520-0485(2002)032<0383:ACOSLA>2.0.CO;2
    [10] Shen S P, Dzikowski P, Li G L, et al. Interpolation of 1961-97 daily temperature and precipitation data onto alberta polygons of ecodistrict and soil landscapes of Canada. J Appl Meteor, 2001, 40: 2162-2177. doi:  10.1175/1520-0450(2001)040<2162:IODTAP>2.0.CO;2
    [11] Reid P A, Jones P D, Brown O, et al. Assessments of the reliability of NCEP circulation data and relationship with surface by direct comparison with station based data. Clim Res, 2001, 17: 247-261. doi:  10.3354/cr017247
    [12] Poccard I, Janicot S, Camberlin P. Comparison of rainfall structure between NCEP/NCAR reanalysis and observed data over tropical Africa. Climate Dyn, 2000, 16(12): 897-915. doi:  10.1007/s003820000087
    [13] Josey S A. A comparison of ECMWF, NCEP-NCAR, and SOC surface heat fluxes with moored buoy measurements in the subduction region of the Northeast Atlantic. J Climate, 2001, 14:1780-1789. doi:  10.1175/1520-0442(2001)014<1780:ACOENN>2.0.CO;2
    [14] Basist A N, Chelliah M. Comparison of tropospheric temperatures derived from the NCEP/NCAR reanalysis, NCEP operational analysis, and the microwave sounding unit. Bull Amer Meteor Soc, 1997, 78(7): 1431-1447. doi:  10.1175/1520-0477(1997)078<1431:COTTDF>2.0.CO;2
    [15] Xia X A, Wang P C, Chen H B, et al. Analysis of downwelling surface solar radiation in China from National Centers for Environmental Prediction reanalysis, satellite estimates, and surface observations. J Geophys Res, 2006, 111, D09103, doi: 10.1029/2005JD006405.
    [16] 孙百晔, 王修林, 阚世红, 等.东海海面太阳辐射近60a的变化与赤潮的关系.海洋环境科学, 2009, 28(1): 1-5. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HYHJ200901001.htm
    [17] Chelliah M, Ebisuzaki W, Weaver S, et al. Evaluating the tropospheric variability in National Centers for Environmental Prediction's climate forecast system reanalysis. J Geophys Res, 2011, 116, D17107, doi: 10.1029/2011JD015707.
    [18] Wang J D, Wang W Q, Fu X H, et al. Tropical intraseasonal rainfall variability in the CFSR. Climate Dyn, 2011, doi:  10.1007/s00382-011-1087-0.
    [19] Xue Y, Huang B Y, Hu Z Z, et al. An assessment of oceanic variability in the NCEP climate forecast system reanalysis. Climate Dyn, 2011, doi:  10.1007/s00382-010-0954-4.
    [20] Wang W Q, Xie P P, Yoo S H, et al. An assessment of the surface climate in the NCEP climate forecast system reanalysis. Climate Dyn, 2011, 37: 1601-1620. doi:  10.1007/s00382-010-0935-7
    [21] Higgins R W, Kousky V E, Silva V B S, et al. Intercomparison of daily precipitation statistics over the United States in observations and in NCEP reanalysis products. J Climate, 2010, 23:4637-4650. doi:  10.1175/2010JCLI3638.1
    [22] Bromwich D H, Nicolas J P, Monaghan A J. An assessment of precipitation changes over Antarctica and the Southern Ocean since 1989 in contemporary global reanalyses. J Climate, 2011, 24: 4189-4209. doi:  10.1175/2011JCLI4074.1
    [23] Shi G Y, Hayasaka T, Ohmura A, et al. Data quality assessment and the long-term trend of ground solar radiation in China. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 2008, 47(4): 1006-1016. doi:  10.1175/2007JAMC1493.1
    [24] 陈志华.1957—2000年中国地面太阳辐射状况的研究.北京:中国科学院大气物理研究所, 2005.
    [25] 邱金桓, 许潇锋, 杨景梅.北京等7个气象台站太阳总辐射观测资料的准确度评估.应用气象学报, 2008, 19(3): 287-296. doi:  10.11898/1001-7313.20080304
    [26] 张红杰, 马清云, 吴焕萍, 等.气象降水分布图制作中的插值算法研究.气象, 2009, 35(11): 131-136. doi:  10.7519/j.issn.1000-0526.2009.11.017
    [27] 冯锦明, 赵天保, 张英娟.基于台站降水资料对不同空间内插方法的比较.气候与环境研究, 2004, 9(2):261-277. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QHYH200402003.htm
    [28] 赵天保, 符淙斌.中国区域ERA-40、NCEP-2再分析资料与观测资料的初步比较与分析.气候与环境研究, 2006, 11(1): 14-32. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QHYH200601001.htm
    [29] Shi X H, Xu X D, Xie L. Reliability analyses of anomalies of NCEP/NCAR reanalyzed wind speed and surface air temperature in climate change research in China. Acta Meteor Sinica, 2007, 21(3): 320-333. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-QXXW200703006.htm
    [30] 李晓文, 李维亮, 周秀骥.中国近30年太阳辐射状况研究.应用气象学报, 1998, 9(1):24-31. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=19980104&flag=1
    [31] 郑有飞, 关福来, 蔡子颖, 等.我国南方中东部地区地面太阳总辐射变化规律.应用气象学报, 2011, 22(3):312-320. doi:  10.11898/1001-7313.20110307
    [32] 杨羡敏, 曾燕, 邱新法, 等. 1960—2000年黄河流域太阳总辐射气候变化规律研究.应用气象学报, 2005, 16(2): 243-248. doi:  10.11898/1001-7313.20050230
    [33] 张运林, 秦伯强, 陈伟民, 等.太湖无锡地区太阳总辐射的气候学计算及特征分析.应用气象学报, 2003, 14(3): 339-347. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20030341&flag=1
    [34] 方之芳, 雷俊, 吕晓娜, 等.东亚地区500hPa位势高度场NCEP/NCAR再分析资料与ERA-40资料的比较.气象学报, 2010, 68(2): 270-276. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXXB201002013.htm
    [35] 周顺武, 张人禾.青藏高原地区上空NCEP/NCAR再分析温度和位势高度资料与观测资料的比较分析.气候与环境研究, 2009, 14(3): 284-292. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QHYH200903007.htm
    [36] 脱友才, 邓云, 梁瑞峰.山区水库水面气温与太阳辐射的修正及应用.应用气象学报, 2009, 20(2): 225-231. doi:  10.11898/1001-7313.20090212
  • 加载中
图(5) / 表 (2)
计量
  • 文章访问数:  3520
  • HTML全文浏览量:  937
  • PDF下载量:  4206
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-12-13
  • 修回日期:  2012-09-18
  • 刊出日期:  2012-12-31

目录

    /

    返回文章
    返回