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行业专项成果综述-气候数据时空分析关键技术及网格化产品的研发应用

发布者:张岳   来源:   发布时间:2020/10/29 11:13:57   标签:   浏览次数:2002

项目编号GYHY201406016

研究周期2014年1月-2017年12月

国拨经费208万元

项目负责人】李庆祥

项目骨干成员】王劲峰、徐成东、王朋岭、彭嘉栋、孙超、杨溯、许艳、赵琦、朱晨、霍庆、胡茂桂、魏超、崔妍、李庆雷、江慧、杨燕茹

项目承担单位国家气象信息中心

项目协作单位】中国科学院地理科学与资源研究所、国家气候中心、湖南省气候中心

主要研究成果

本项目基于最优线性无偏估计(BLUE)的P-BSHADE统计模型对不同气候要素进行优化完善和效果分析,就气候数据集研制过程一系列的技术环节开展针对性研究,形成一套气候数据时空分析处理技术方法体系;完善发展了中国首套“全球陆地均一化气温和降水数据集及其元数据”,并基于新梳理的中国地面观测气候资料,应用上述技术方法体系,研制一系列高分辨的中国区域气候数据网格化产品和全球关键要素(气温、降水)网格化产品,并开展各类网格化产品的误差分析评估;建立全球陆地气温和降水资料实时更新流程,实现实时历史气候资料产品一体化更新流程原型系统构建,形成可用于气候监测的全球陆地气温和降水业务产品,开展上述关键要素网格化产品在核心气候业务服务工作中的具体应用,建立数据产品应用示范机制。主要研究成果如下:

1)发展完善中国首套“全球陆地均一化气温和降水数据集及其元数据数据”,并在业务内网发布。为提高我国在全球气候监测检测的话语权,基于全球多个数据源的质量状况、均一化状况、要素完整性以及更新等因素,开展多源数据整合和重复站点判定技术攻关,形成全球陆地气温和降水基础数据产品,图1是全球陆地气温产品站点的空间分布及对应数据长度,其总站数较美国GHCN-V3增加119%,较NMIC旧版数据集增加226%,百年序列增加1159条。在全球元数据严重匮乏的情况下,发展多方法统计检验和多尺度、多变量相互验证的均一化思路,并通过最高、最低和平均气温对于断点的敏感性不同及订正量方向是否一致等物理关系,解决了气温要素内部不协调性的问题,实现WMO站气温和降水均一化检验覆盖率分别达到76%71%,完成的全球陆地均一化气温和降水数据集于201512月在业务内网上发布,为大幅提升我国在全球气候监测领域的自主化水平提供坚实的数据支撑。

2)建立一套先进的气候数据时空分析关键技术方法体系。基于全球及中国地面气温资料,总结对比现有的气象插值方法,发展基于最优线性无偏估计(BLUE)的P-BSHADE模型方法进行气温等气象资料缺失值的插补,以及用于气象数据格网插值。同时,应用基于空间回归检验的概率时空方法(SRT-PS)进行气象资料的质量评价,对于每个记录都标定一个定量的不确定性,形成一套气候数据时空分析处理技术方法体系。

3)建立一系列全球及中国地面高分辨率和高质量气温和降水网格化产品。利用P-BSHADE模型,对全球1900-2016年月平均气温分别进行了0.25°*0.25°和5°*5°的网格插值,所采用的基础数据集在亚洲地区的站点达到3033个(中国部分约800多站),比同类产品ghcn-v31176个站点和CRUTEM4836个站点均增加了150%以上;通过与其他插值方法进行对比,表明P-BSHADE估计误差的RMSE约为1℃,明显低于其他常规方法(图2);利用薄盘样条插值软件,并通过对比分析 GPCC SPHEREMAP CRU ADW 插值方法,建立了 1900 年以来全球陆地降水月值 0.5°*0.5°网格化数据集,与国际优秀产品的全球平均相关系数达0.88以上(表1),抽样误差不低于国际同类产品;采用薄盘光滑样条方法对中国1951-2016年日平均气温、日最高和最低气温及日降水均进行了0.5°*0.5°的网格插值,并完成产品的误差分析评估。 

成果应用情况

该项目完成的一系列数据产品在《气候系统监测诊断年报(2015 年)》和《东亚季风年鉴(2015 年)》(中国东部雨带演变)、《中国气候变化监测公报》、《中国气候变化蓝皮书》、和《中国气候》(高原气候章节)等核心气候业务年报和专著编制工作中得到应用,提升了对全球尤其是中国境外区域降水监测业务能力,并形成对中国近百年气温变化监测业务产品的有益补充,相关成果可有效提升我国全球陆地气温变化监测自主化水平和时效性。其在业务方面的主要应用如下:

1)通过建立全球陆地气温和降水资料实时更新流程,实现实时历史气候资料产品一体化更新流程原型系统构建,形成可用于气候监测的全球陆地气温和降水业务产品,实现与美国等发达国家同步发布全球气温监测序列,基于该产品揭示2015年上半年和全年全球表面平均气温和陆地平均气温均创新高的结论,通过中国气象局气候变化中心组织的专家论证,并在《中国气象报》上发表。

2)开展全球格点气温月值数据产品在中国、全球及亚洲区域地表平均气温(SAT)变化监测中的应用,构建1901-2019年中国、亚洲和全球地表月、季节和年平均气温距平序列,并完成准业务化运行, 提升了近百年全球及亚洲区域地表气温变化监测的自主化水平,并形成对现行中国百年气温变化监测业务的有益补充,尤其对 20 世纪 50 年代和 20 世纪上半叶中国地面气温观测资料稀缺时段,可为准确评估 20 世纪初以来中国区域升温速率及其与同期全球平均水平的关系提供基础信息支撑。

3)开展全球陆地降水月值格点数据产品、中国地面降水格点数据集和全球陆地降水日值整合数据集等降水数据产品在全球、“一带一路”沿线国家(图3)、 巴西巴拉那河流域和中国东部地区等降水实况监测与长期变化趋势分析中的示范应用,有效提升全球尤其是中国境外区域降水监测业务能力和服务水平。

    除业务上的应用外,该项目完成的一系列气候数据产品及阶段成果在陕北地区生态气候变化分析(贵阳生态文明国际论坛材料)、 巴西和巴拉那河流域降水特征分析材料(三峡总公司)等决策与公众气候服务中得到实际应用;也被应用到清华大学地球系统科学研究中心、中国科学院新疆生态与地理研究所、中国气象科学研究院、中国气象局乌鲁木齐沙漠所等不同单位的研究工作中,大大降低了相关研究的不确定性水平。

 

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