東亞水環境可持續發展研究中心 (WEEA)

我中心王浩院士團隊發文對CMADS數據集進行系統評估及描述

發表時間:2018-11-01 18:18作者:張麗敏來源:WEEA
文章附图

  東亞水環境可持續發展研究中心主任王浩院士、孟現勇研究員、師春香研究員、吳壹平研究員及吉曉楠助理研究員在《Water》瑞士SCI刊物發表學術論文《SWAT模型中國大氣同化驅動數據集的建立及評估》。(Establishment and evaluation of China Meteorological Assimilation Driving Datasets for the SWAT model (CMADS)),評估了CMADS資料在中國應用的準確性。為目前應用廣泛的CMADS數據集提供了重要的數據描述及引用參考(圖1)。

S1.jpg   

图1 CMADS在中國地區相對濕度及風速驗證結果

  受到經濟、地質構造等多種客觀因素限制,東亞地區傳統觀測氣象臺站(如:降水、溫度、濕度、風速度、土壤溫度、土壤濕度)在整體上的分布密度較為稀疏,東亞地區大氣水文學科因為氣象數據的獲取受限而使得過去幾十年在各個領域的研究還不夠深入,即使東亞地區用戶可以使用現有已發布的各類再分析數據(如CFSR、NCEP等)對研究區進行氣候分析,但由於以上再分析產品在東亞大部分地區均未進行觀測站後期同化訂正,導致分析出來的結果往往和真實結果具有較大差異(如:CFSR降水數據在中國地區的夏季會出現嚴重高估現象)。近些年來,東亞範圍內的科學家們仍然努力通過建立野外監測站點獲取為數不多的氣象觀測數據,更多的資金投資在東亞地區大氣水文研究領域,以試圖縮小東亞地區大氣水文學和世界的科學距離。然而,由於研究人員在進行科學分析時使用的氣象輸入數據存在失真(如:采集失敗、數據缺測、存在異常值等),將導致研究結果可信度降低且由於輸入數據不同而得到了完全不同的結果,出現這種現象的重要原因之壹是缺少壹個統壹規程的、同化更多來源數據的、利用大量觀測站訂正後的,能讓公眾直接可以共享的氣象數據。

  東亞位於世界面積最大的亞洲地區,也是世界上人口密集度最大的區域(約15億人),東亞地區下墊面時空分異復雜,導致氣候差異巨大,該區域擁有被稱為“世界屋脊”的青藏高原,獨特的高原高山氣候深刻的影響著東亞周邊國家乃至全球氣候。近年來,隨著氣候不斷升溫,東亞地區面臨著旱澇時空分布不均、水資源汙染及短缺等多重壓力。與氣象站觀測的受限因素壹致,由於經濟、地形等多種客觀因素限制了東亞地區很難進行大範圍、長時段的高頻率水環境汙染及其他相關領域監測工作。針對以上面臨的多種困境,孟現勇博士在王浩院士指導下利用各類同化技術及大數據推算處理技術開發了SWAT模型中國大氣同化驅動場(CMADS),CMADS可為全世界用戶提供了高分辨率和高質量的氣象數據。應用CMADS可以顯著降低氣象輸入不確定性,提高非點源汙染建模的性能此外,研究人員還可以利用CMADs的高分辨率時間序列數據進行氣象數據的時空尺度分析。

      2018年10月1日,王浩院士及孟現勇研究員接受央視記者及北京時間記者采訪關於CMADS數據應用時,王浩院士表示:據反饋,CMADS數據集已在第二次全國汙染源普查農業源汙染物入水體負荷核算、國家水資源評價等多個國家級重大項目和科研機構得到了應用(图2)。目前該數據在全球範圍內已收到來自中國、韓國、美國、德國、俄羅斯、意大利、印度等多個國家近2000個團隊申請使用,數據瀏覽量超過2萬余次,國內外專家已相繼對該數據在SCI科學引用文獻中給予了高度評價(CMADS數據集在各大流域驗證結果請參见CMADS專刊[1])。孟現勇研究員認為:CMADS數據集在東亞為用戶開源建立了具有統壹數據規程(經緯度、高程)的數據,同壹個空間點的溫、壓、濕、風、降水、輻射、土壤溫濕度、降雪等要素不但可增強科研人員橫向對比結果,還將大幅度提高數據可信度並減少模式不確定性,大幅度減少下遊落地項目的實施風險。

S2.jpg

图2 CMADS數據集應用範圍


圖3 CMADS 負責人王浩院士和孟現勇研究員接受媒體采訪


  本篇論文的通訊作者及第壹作者分別為王浩(中國水利水電科學研究院)及孟現勇(中國農業大學&香港大學),論文第三作者師春香(國家氣象信息中心)、第四作者吳壹平(西安交通大學)、第五作者吉曉楠(中國科學院大學)。各位用戶在使用CMADS產品時請優先引用該文獻:Meng, X.; Wang, H.; Shi, C.; Wu, Y.; Ji, X.Establishment and Evaluation of the China Meteorological Assimilation Driving Datasets for the SWAT Model (CMADS). Water 2018, 10, 1555.


[1] CMADS專刊鏈接https://www.mdpi.com/journal/water/special_issues/CMADS

[2]本論文鏈接:http://www.mdpi.com/2073-4441/10/11/1555

[3]CMADS官網:http://www.cmads.org/