ارزیابی بخار آب ‏قابل‏ بارش داده‏ های ERA-Interim و NCEP-NCAR با رادیوسوند برای ایستگاه شیراز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار بخش مهندسی آب و مرکز پژوهش‌های جوی اقیانوسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، ایران

2 بخش آب دانشکده کشاورزی شیراز

چکیده

بخار آب نقش مهمی در ترازمندی رطوبتی جو و نیز فرآیند بارش در لایه پایینی وردسپهر ایفا می‌کند. در این مطالعه، روند تغییرات بخار آب قابل بارش که جمع بخار آب در لایه‌های مختلف می‏باشد، با استفاده از داده‏های رادیوسوند برای ایستگاه همدیدی شیراز برای دوره ۲۰۱۷‌-‌۱۹۹۰ تحلیل شده است. همچنین داده‏های بازتحلیل پایگاه داده NCEP-NCAR و ERA- Interim از مرکز ECMWF دریافت و جهت مقایسه مورد استفاده قرار گرفتند. با استفاده از آماره آزمون من-کندال، روند معنی‌داری در بخار آب قابل بارش داده‏های رادیوسوند و ECMWF  برای تمامی ماه‏ها (به جز داده‏های رادیوسوند در ماه اوت) مشاهد نشد. روند بخار آب قابل بارش داده‏های رادیوسوند برای بیش‌تر ماه‌ها کاهشی و غیرمعنی‌دار می‏باشد. اما آزمون‌های شیب خط و من-کندال هر دو نشان دادند که روند سالانه داده‌های NCEP-NCAR  معنی‌دار و افزایشی است. نرخ کاهشی و افزایشی بخار آب قابل بارش داده‌های رادیوسوند و NCEP-NCAR به ترتیب 29/0 و 52/0 میلی‏متر در هر دهه است. برای تمامی ماه‏ها (به جز آوریل)، بین داده‏های رادیوسوند و ERA- Interim یک همبستگی مثبت در سطح معنی‌داری %۵ وجود دارد. اما ضریب همبستگی پیرسون برای NCEP-NCAR برای هیچ یک از ماه‌ها معنی‌دار نیست. تفاوت میانگین داده‏های بخار آب قابل بارش ERA- Interim و NCEP-NCAR به ترتیب کم برآوردی و بیش برآوردی را نشان می‏دهند. جذر میانگین مربعات خطا میان داده‌های رادیوسوند و ERA- Interim به طور کلی کم‌تر از NCEP-NCAR است. در مجموع، داده‌های ERA- Interim  دقت بالاتری دارند و با داده‏های رادیوسوند سازگارتر می‏باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Comparison of precipitable water vapor data of ERA-Interim and NCEP-NCAR with radiosonde observations (Case study: Shiraz Station)

نویسندگان [English]

  • امین شیروانی 1
  • Hasan Nuroozi 2
1 Associate professor, Water department and atmospheric ocean reserch center, College of agriculture, University of Shiraz, Shiraz, Iran
2 M.Sc. Student in Agricultural Meteorology, Water department, College of agriculture, University of Shiraz, Shiraz, Iran
چکیده [English]

Water vapor plays an important role in the atmospheric water balance and precipitation formation process in the lower troposphere. In this study, trend of the total precipitable water vapor (TPWV) which is column-integrated water vapor, is analyzed using radiosonde data of synoptic Shiraz station during the period 1990-2017. Besides, the TPWV data from the ERA- Interim of the ECMWF and NCEP-NCAR reanalysis datasets were retrived and used for comparison. The Mann Kendall (M-K) test, showed no significant trend in TPW data for both Radiosonde and ECMWF data for all months, except for Radiosonde data of August. Generally a non-significant decreasing trend in radiosonde time series of TPWV was observed for most of months. However, both linear regression and M-K tests showed a significant increasing trend in annual TPW of NCEP-NCAR data. The rate of decrease and increase in PW for Radiosonde and NCEP-NCAR data are 0.29 and 0.52 mm per decade, respectively. For all months (except April), there is a positive significant Pearson correlation between Radiosonde TPW series and ERA- Interim at 5% significance level. However, the Pearson correlation coefficients were not significant for NCEP-NCAR. The root mean square error of PWV data and ERA- Interim is generally smaller than NCEP-NCAR. The latter, showed an overestimation comparing to radiosonde. In general, ERA- Interim data has higher accuracy and more agreement with observed Radiosonde data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Atmospheric moisture
  • Radiosonde
  • Reanalysis Data
  • Trend

Asakereh, H., Doostkamian, M. 2014. Tempo-spatial changes of perceptible water in the atmosphere of Iran. Iran Water Resources Research, 10(29): 72- 86.

Asakereh, H., Doustkamian, M., Qaemi, H. 2015. Analysis of anomalies and perceptible water cycles in Iran atmosphere. Physical Geography Research Quarterly, 46(4): 444- 453.

Chen, B., Liu, Z. 2016. Global water vapor variability and trend from the latest 36 year (1979 to 2014) data of ECMWF and NCEP reanalyses, radiosonde, GPS, and microwave satellite. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 121(19), DOI: 10.1002/2016JD024917.

Dee, D. P., Uppala, S. M., Simmons, A., Berrisford, P., Poli, P., Kobayashi, S., . . . Bauer, d. P. 2011. The ERA‐Interim reanalysis: Configuration and performance of the data assimilation system. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 137(656): 553-597.

Ferrare, R., Brasseur, L., Clayton, M., Turner, D., Remer, L., Gao, B. C. 2002. Evaluation of TERRA aerosol and water vapor measurements using ARM SGP data. In American Meteorological Society 11th Conference on Atmospheric Radiation, Ogden, Utah, pp. 3-7.

Jiang, J., Zhou, T., Zhang, W. 2019. Evaluation of satellite and reanalysis precipitable water vapor datasets against radiosonde observations in Central Asia. Earth and Space Science,     DOI: 10.1029/2019EA000654.

Kalnay, E. Kanamitsu, M., Kistler, R., Collins, W., Deaven, D., Gandin, L., Iredell, M., Saha, S., White, G., Woollen, J., Zhu, Y., Leetmaa, A., Reynolds, R., Chelliah, M., Ebisuzaki, W., Higgins, W., Janowiak, J., Mo, K. C., Ropelewski, C., Wang, J., Jenne, R.,  Joseph, D. 1996. The NCEP/NCAR 40-Year reanalysis project: Bulletin of the American Meteorological Society, 77: 437- 471.

Kuo, Y. H., Schreiner, W., Wang, J., Rossiter, D., Zhang, Y. 2005. Comparison of GPS radio occultation soundings with radiosondes. Geophysical Research Letters, 32(5), DOI:10.1029/2004GL021443.

Liu, Z., Chen, B., Chan, S. T., Cao, Y., Gao, Y., Zhang, K., Nichol, J. 2015. Analysis and modelling of water vapor and temperature changes in Hong Kong using a 40‐year radiosonde record: 1973–2012. International Journal of Climatology, 35(3): 462-474.

Nilsson, T., Elgered, G. 2008. Long‐term trends in the atmospheric water vapor content estimated from ground‐based GPS data. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 113(D19), DOI: 10.1029/2008JD010110.

Shirvani, A. 2015. Change point analysis of mean annual air temperature in Iran.  Atmospheric Research, 160: 91-98.

Shirvani, A. 2017. Change in annual precipitation in the northwest of Iran. Meteorological Applications, 24: 211-218.

Trenberth, K. E., Fasullo, J., Smith, L. 2005. Trends and variability in column-integrated atmospheric water vapor. Climate Dynamics, 24(7-8): 741-758.

Trenberth, K. E., Fasullo, J. T., Kiehl, J. 2009. Earth's global energy budget. Bulletin of the American Meteorological Society, 90(3): 311-324.

Uppala, Sakari M., P. W. Kållberg, A. J. Simmons, U. Andrae, V. Da Costa Bechtold, M. Fiorino, J. K. Gibson et al. 2005. The ERA‐40 re‐analysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society: A journal of the atmospheric sciences, applied meteorology and physical oceanography, 131(612): 2961-3012.

Vey, S., Dietrich, R., Rülke, A., Fritsche, M., Steigenberger, P., Rothacher, M. 2010. Validation of precipitable water vapor within the NCEP/DOE reanalysis using global GPS observations  from  one  decade.  Journal  of Climate, 23(7): 1675-1695.

Wagner, T., Beirle, S., Grzegorski, M., Platt, U. 2006.  Global trends 1996–2003 of total column precipitable water observed by Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) on ERS-2 and their relation to near-surface temperature. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 111(D12), DOI: 10.1029/2005JD006523.

Xie, B., Zhang, Q., Ying, Y. 2011. Trends in precipitable water and relative humidity in China: 1979–2005. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 50(10): 1985-1994.