[论文解读] Inconsistencies between long-term trends in storminess derived from the 20CR reanalysis and observations

Oliver Krueger, Schenk, Frederik+2 more|Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Materialforschung und kustenforschung (The Helmholtz Center Geesthacht)|May 23, 2012

Oceanographic and Atmospheric Processes被引用 4

一句话总结

本研究利用一种成熟的基于气压的风暴指数，比较了20CR再分析数据与观测数据在东北大西洋地区长期风暴活动趋势的差异。研究发现存在显著不一致，特别是在20世纪上半叶，两者趋势相反，表明20CR可能因随时间推移观测资料同化数量增加而存在显著非均一性，从而限制了其在早期时期趋势分析中的可靠性。

ABSTRACT

Global atmospheric reanalyses have become a common tool for both the validation of climate models and diagnostic studies, such as assessing climate variability and long-term trends. Presently, the 20th Century Reanalysis (20CR), which assimilates only surface pressure reports, sea-ice, and sea surface temperature distributions, represents the longest global reanalysis dataset available covering the period from 1871 to the present. Currently, the 20CR dataset is extensively used for the assessment of climate variability and trends. Here, we compare the variability and long-term trends in Northeast Atlantic storminess derived from 20CR and from observations. A well established storm index derived from pressure observations over a relatively densely monitored marine area is used. It is found that both, variability and long-term trends derived from 20CR and from observations, are inconsistent. In particular, both time series show opposing trends during the first half of the 20th century. Only for the more recent periods both storm indices share a similar behavior. While the variability and long-term trend derived from the observations are supported by a number of independent data and analyses, the behavior shown by 20CR is quite different, indicating substantial inhomogeneities in the reanalysis most likely caused by the increasing number of observations assimilated into 20CR over time. The latter makes 20CR likely unsuitable for the identification of trends in storminess in the earlier part of the record at least over the Northeast Atlantic. Our results imply and reconfirm previous findings that care is needed in general, when global reanalyses are used to assess long-term changes.

研究动机与目标

• 评估20CR再分析在检测东北大西洋地区长期风暴活动趋势方面的可靠性。
• 将基于地面气压观测数据推导出的观测风暴活动趋势与20CR再分析数据推导出的趋势进行比较。
• 识别不一致性的潜在来源，特别是与随时间变化的观测覆盖范围相关的非均一性。
• 评估20CR在20世纪初气候趋势研究中是否可信。
• 重申在长期气候变异性与趋势评估中使用全球再分析数据时应保持谨慎。

提出的方法

• 本研究采用一种基于东北大西洋密集监测海域地面气压观测的成熟风暴指数。
• 将该观测风暴指数与1871年至今的20CR再分析数据推导出的风暴指数进行比较。
• 20CR再分析仅同化地面气压报告、海冰和海表温度数据，因此在长期全球覆盖方面具有独特性。
• 从两个数据集中生成风暴频率与强度的时间序列，并分析其年际变异性与长期趋势。
• 对1871–2000年期间，特别是20世纪上半叶，进行趋势与变异性模式的统计比较。
• 通过与独立数据及先前研究的一致性检验，验证观测趋势的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 从20CR再分析推导出的东北大西洋地区长期风暴活动趋势是否与基于观测数据推导出的趋势一致？
• RQ2 为何20CR再分析与观测数据在20世纪上半叶表现出相反的趋势？
• RQ3 随时间变化的观测覆盖范围变化在多大程度上影响了20CR在长期趋势检测中的可靠性？
• RQ4 20CR中的风暴活动趋势是否与独立观测和分析证据一致？
• RQ5 20CR能否被视为研究东北大西洋地区长期气候变异性与风暴活动趋势的可靠工具？

主要发现

• 在20世纪上半叶，20CR再分析与观测数据在风暴活动的长期趋势上表现出相反趋势，20CR显示下降趋势，而观测数据则显示上升趋势。
• 在近期（1950年以后）的时期，两个数据集在风暴活动变异性与趋势方面表现出相似行为，表明后期趋势趋于一致。
• 20世纪早期的不一致很可能是由于20CR再分析中随时间推移同化观测数量增加而引起的非均一性所致。
• 观测到的趋势得到了多个独立数据源和分析结果的支持，增强了观测记录的可信度。
• 因此，20CR再分析在东北大西洋早期记录中可能并不适合用于识别可靠的长期风暴活动趋势。
• 研究结果再次确认了在使用全球再分析数据，尤其是20CR，进行长期气候趋势评估时需保持谨慎。