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全球气候变化研究不断深化的过程中,研究需求与气象资料匮乏的矛盾日益突出。新疆气象站点稀疏且分布不均,高精度时空气象数据缺乏,基于数据同化的再分析资料,可成为解决这一问题的有效途径。
本文利用1962~2011年新疆地区70个气象站点的观测资料和CFSR、ERA-Interim和MERRA3套高时空分辨的再分析数据,分别从温度场和降水场对3套再分析数据表征新疆温度和降水的适用性进行评估,以期为今后这3套高分辨率的再分析数据在新疆地区的使用提供参考。
在温度场,本文首先采用Mann-Kendall趋势检验和突变检测法,对站点1962~2011年气温进行趋势分析和突变检验;然后,通过相关分析、距平分析等统计分析方法评估3套再分析数据在新疆地区的适用性;最后,利用EOF方法分析1979~2008年新疆地区气温变化的时空格局。在降水场,将3套再分析数据分别与1979~2007年新疆气象观测数据和日本气象厅高分辨率亚洲陆地降水数据(APHRO)进行数理统计分析,并在此基础上分析了降水偏差和海拔的相关性。得到了以下主要结论:
(1)50个用于趋势检验和突变检测的站点中有49个站点在95%置信水平上呈显著增温的趋势,同时有40个站点发生了突变,且30个站点突变发生在1985-1996年。
(2)3套再分析数据与观测数据描述的气温年际变化趋势一致,其中CFSR、ERA-Interim与观测数据的相关性达到极显著水平(P<0.001); CFSR、ERA-Interim和MERRA对气温的模拟偏差分别为-0.78、-1.94和1.26℃,3套再分数据同观测数据大部分站点相关系数大于0.5,距平标准化均方根误差小于1,具有较好的可信度,且平原区可信度高于山区;1979~2008年,观测数据、CFSR和ERA-Interim年均、春、夏和秋季温度呈显著地增加趋势(P<0.05),冬季变化未达显著。
(3)3套再分析数据EOF第一模态的结果在空间上具有一致性,温度变化的空间格局与纬度密切相关,且北疆比南疆气温变化更剧烈。
(4)3套再分析数据可有效表征新疆大部分地区年内降水的时空分布特征,夏季降水偏差小于100%;但未能捕捉到夏季降水的长期趋势。
(5) CFSR、MERRA与APHRO的降水偏差和高程存在显著的相关性,这为订正降水偏差提供了理论依据和技术支撑。