vfuzemlВестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. Vestnik of North-Eastern Federal University. Серия «Науки о Земле». Earth SciencesVestnik of North-Eastern Federal University Series "Earth Sciences"2587-8751Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова10.25587/2587-8751-2023-4-99-110vfuzeml-232Research ArticleФИЗИЧЕСКАЯ ГЕОГРАФИЯОценка точности реанализа GHCN-CAMS в расчетах внутригодового распределения температуры воздуха на территории Республики Саха (Якутия)Estimation of the accuracy of GHCN-CAMS reanalysis in calculations of the intra-annual distribution of air temperature in the territory of the Sakha Republic (Yakutia)ТананаевН. И.TananaevN. I.

Тананаев Никита Иванович – к.г.н., зав. лабораторией по изучению климата и экосистем северных регионов Института естественных наук ; в.н.с.  

Якутск

Tananaev Nikita Ivanovich – Candidate of Geographic Sciences, Head, Climate and Northern Regions Ecosystems Research Lab, Institute of Natural Sciences; Leading Researcher

Yakutsk

tanni@s-vfu.ruТимофеевМ. А.TimofeyevM. A.

Тимофеев Максим Аркадьевич – магистрант, инженер-исследователь, лаборатория по изучению климата и экосистем северных регионов 

Якутск

Timofeyev Maxim Arkadyevich – Master’s student, research engineer, Climate and Northern Regions Ecosystems Research Lab, Institute of Natural Sciences

Yakutsk

m.a.timofeev@s-vfu.ruСВФУ им. М.К. Аммосова; Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАНРоссияM. K. Ammosov North-Eastern Federal University; Melnikov Permafrost Institute SB RASRussian FederationСВФУ им. М.К. АммосоваРоссияM. K. Ammosov North-Eastern Federal UniversityRussian Federation2023201220230499110Copyright © Тананаев Н.И., Тимофеев М.А., 20232023Тананаев Н.И., Тимофеев М.А.Tananaev N.I., Timofeyev M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vnzsvfu.ru/jour/article/view/232

В данной работе выполнена оценка точности воспроизведения реанализом GHCN-CAMS внутригодового распределения температуры воздуха для исторического (1961-1990 гг.) и актуального (1991-2020 гг.) климатических периодов, в масштабе климатических норм сезонов и отдельных месяцев. Использованы данные по 86 метеостанциям на территории РС(Я), по которым имелись климатические ряды в обоих временных периодах. Проведено сравнение климатических норм метеостанций с данными реанализа GHCN-CAMS в соответствующих пикселях, а также их изменение между периодами. В качестве метрик схожести рассчитаны корень среднеквадратичной ошибки, коэффициент корреляции Пирсона и коэффициент конкордации Лина. Показано, что определённые для метеостанций и рассчитанные в модели реанализа GHCN-CAMS климатические нормы тесно связаны линейно, с коэффициентом корреляции больше 0.9; наибольшая точность отмечена для весенних месяцев. В то же время изменение климатических норм месяцев и сезонов между периодами реанализ воспроизводит значительно хуже, лучше остальных – для осени и зимы. Обобщены сведения о среднесезонной температуре воздуха на территории РС(Я) по данным реанализа GHCN-CAMS. В целом, модель GHCN-CAMS допустимо использовать для приложений, где требуется внутригодовое распределение температуры воздуха.

The accuracy of GHCN-CAMS reanalysis reproduction of the intra-annual air temperature distribution was assessed for the historical (1961-1990) and current (1991-2020) climatic periods, on the scale of climatic norms of seasons and individual months. Data on 86 meteorological stations on the territory of the Sakha Republic (Yakutia), for which climatic series in both time periods were available, were used. The climatic norms of meteorological stations for both periods, as well as their change between periods, were compared with the GHCN-CAMS reanalysis data in corresponding pixels. The root mean square error, Pearson correlation coefficient, and Lin's concordance coefficient were calculated as similarity metrics. Climatic norms for meteorological stations and calculated in the GHCN-CAMS reanalysis model are closely related linearly, with a correlation coefficient above 0.9, and the highest accuracy is observed for spring months. At the same time, the quality of reanalysis reconstruction of change in climatic norms for months and seasons between periods is significantly lower; the best reanalysis accuracy is for fall and winter, and significantly lower for summer. In general, the GHCN-CAMS model can be used for calculation and forecasting applications that require intra-annual air temperature distribution.

климат АрктикиРеспублика Саха (Якутия)климатический реанализGHCN-CAMSсреднемесячная температура воздухасреднесезонная температура воздухарегиональный климатматериалы метеонаблюденийArctic climateSakha Republic (Yakutia)climate reanalysisGHCN-CAMSmean monthly air temperaturemean seasonal air temperatureregional climatemeteorological observationsReferencesFan, Y. A global monthly land surface air temperature analysis for 1948–present / Y. Fan, H. van den Dool // Journal of Geophysical Research. – 2008. – V. 113. – D01103. DOI: 10.1029/2007JD008470.Fan, Y. A global monthly land surface air temperature analysis for 1948–present / Y. Fan, H. van den Dool // Journal of Geophysical Research. – 2008. – V. 113. – D01103. DOI: 10.1029/2007JD008470.Hersbach, H. ERA5 reanalysis is in production / H. Hersbach, D. Dee // ECMWF Newsletter. – 2016. – No. 147. URL : https://www.ecmwf.int/en/newsletter/147/news/era5-reanalysis-production (дата обращения : 02.11.2023). – Электронные данные : электронные.Hersbach, H. ERA5 reanalysis is in production / H. Hersbach, D. Dee // ECMWF Newsletter. – 2016. – No. 147. URL : https://www.ecmwf.int/en/newsletter/147/news/era5-reanalysis-production (data obrashcheniya : 02.11.2023). – Ehlektronnye dannye : ehlektronnye.Тананаев, Н. И. Подбор оптимальной модели климатического реанализа по среднегодовой температуре воздуха для территории Республики Саха (Якутия) / Н. И. Тананаев // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. Серия: Науки о Земле. – 2023. – № 2(30). – С. 88-101.Tananaev, N. I. Podbor optimal'noi modeli klimaticheskogo reanaliza po srednegodovoi temperature vozdukha dlya territorii Respubliki Sakha (Yakutiya) / N. I. Tananaev // Vestnik Severo-Vostochnogo federal'nogo universiteta im. M.K. Ammosova. Seriya: Nauki o Zemle. – 2023. – № 2(30). – S. 88-101.Mistry, M. N. Comparison of weather station and climate reanalysis data for modelling temperature-related mortality / M. N. Mistry, R. Schneider, P. Masselot, D. Royé [et al.] // Scientific Reports. – 2022. – Vol. 12. – 5178. DOI : 10.1038/s41598-022-09049-4.Mistry, M. N. Comparison of weather station and climate reanalysis data for modelling temperature-related mortality / M. N. Mistry, R. Schneider, P. Masselot, D. Royé [et al.] // Scientific Reports. – 2022. – Vol. 12. – 5178. DOI : 10.1038/s41598-022-09049-4.Бокучава, Д. Д. Анализ аномалий приземной температуры воздуха в Северном полушарии в течение ХХ века по данным наблюдений и реанализов / Д. Д. Бокучава, В. А. Семенов // Фундаментальная и прикладная климатология. – 2018. – Т. 1. – С. 28-51.Bokuchava, D. D. Analiz anomalii prizemnoi temperatury vozdukha v Severnom polusharii v techenie KHKH veka po dannym nablyudenii i reanalizov / D. D. Bokuchava, V. A. Semenov // Fundamental'naya i prikladnaya klimatologiya. – 2018. – T. 1. – S. 28-51.Демчев, Д. М. Верификация данных реанализов ERA-Interim и ERA5 о приповерхностной температуре воздуха в Арктике / Д. М. Демчев, М. Ю. Кулаков, А. П. Макштас [и др.] // Метеорология и гидрология. – 2020. – № 11. – С. 36-45Verifikatsiya dannykh reanalizov ERA-Interim i ERA5 o pripoverkhnostnoi temperature vozdukha v Arktike / D. M. Demchev, M. YU. Kulakov, A. P. Makshtas [i dr.] // Meteorologiya i gidrologiya. – 2020. – № 11. – S. 36-45Marshall, G. J. The accuracy of climate variability and trends across Arctic Fennoscandia in four reanalyses / G. J. Marshall, S. Kivinen, K. Julhä, R. M. Vignols [et al.] // International Journal of Climatology. – 2018. – Vol. 38. – P. 3878–3895. DOI : 10.1002/joc.5541.Marshall, G. J. The accuracy of climate variability and trends across Arctic Fennoscandia in four reanalyses / G. J. Marshall, S. Kivinen, K. Julhä, R. M. Vignols [et al.] // International Journal of Climatology. – 2018. – Vol. 38. – P. 3878–3895. DOI : 10.1002/joc.5541.Køltzow, M. Value of the Copernicus Arctic Regional Reanalysis (CARRA) in representing near-surface temperature and wind speed in the north-east European Arctic / M. Køltzow, H. Schyberg, E. Støylen, X. Yang // Polar Research. – 2022. – Vol. 41. DOI : 10.33265/polar.v41.8002.Køltzow, M. Value of the Copernicus Arctic Regional Reanalysis (CARRA) in representing near-surface temperature and wind speed in the north-east European Arctic / M. Køltzow, H. Schyberg, E. Støylen, X. Yang // Polar Research. – 2022. – Vol. 41. DOI : 10.33265/polar.v41.8002.Васильев, М. С. Сравнение приземной температуры воздуха в Якутии по данным реанализа и наземных наблюдений / М. С. Васильев, С. В. Николашкин, Р. Р. Каримов. – Текст : непосредственный // Вестник СВФУ. – 2014. – Т. 14. – №5. – С. 82–88.Vasil'ev, M. S. Sravnenie prizemnoi temperatury vozdukha v Yakutii po dannym reanaliza i nazemnykh nablyudenii / M. S. Vasil'ev, S. V. Nikolashkin, R. R. Karimov. – Tekst : neposredstvennyi // Vestnik SVFU. – 2014. – T. 14. – №5. – S. 82–88.Лобанов, В. А. Отклик климатических индикаторов на современное потепление климата в Республике Саха (Якутия) / В. А. Лобанов, К. С. Кириллина // Географический вестник. №4 (34). – 2017. – С. 112-122.Lobanov, V. A. Otklik klimaticheskikh indikatorov na sovremennoe poteplenie klimata v Respublike Sakha (Yakutiya) / V. A. Lobanov, K. S. Kirillina // Geograficheskii vestnik. №4 (34). – 2017. – S. 112-122.Гидрометцентр РФ. – URL : https://meteoinfo.ru/climatcities, свободный (дата обращения : 15.06.2023). – Электронные данные : электронные.Gidromettsentr RF. – URL : https://meteoinfo.ru/climatcities, svobodnyi (data obrashcheniya : 15.06.2023). – Ehlektronnye dannye : ehlektronnye.Температура воздуха (месячные данные) : база данных. ВНИИГМИ-МЦД, 2021. Данные в формате DAT. URL : http://aisori-m.meteo.ru/waisori/index.xhtml?idata=8 (дата обращения : 15.06.2023). Режим доступа: для зарегистрир. пользователей. – Электронные данные : электронные.Temperatura vozdukha (mesyachnye dannye) : baza dannykh. VNIIGMI-MTSD, 2021. Dannye v formate DAT. URL : http://aisori-m.meteo.ru/waisori/index.xhtml?idata=8 (data obrashcheniya : 15.06.2023). Rezhim dostupa: dlya zaregistrir. pol'zovatelei. – Ehlektronnye dannye : ehlektronnye.Погода и климат. – URL : http://www.pogodaiklimat.ru/history.php, свободный (дата обращения : 15.06.2023). – Электронные данные : электронные.Pogoda i klimat. – URL : http://www.pogodaiklimat.ru/history.php, svobodnyi (data obrashcheniya : 15.06.2023). – Ehlektronnye dannye : ehlektronnye.RStudio: Integrated Development for R, 2023.06.01 Build 524. 2023. RStudio, Inc., Boston, MA, USA. – URL: https://posit.co/products/open-source/rstudio. – Электронная программа : электронная.RStudio: Integrated Development for R, 2023.06.01 Build 524. 2023. RStudio, Inc., Boston, MA, USA. – URL: https://posit.co/products/open-source/rstudio. – Ehlektronnaya programma : ehlektronnaya.R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. – 2023. – URL : https://www.R-project.org/ (дата обращения: 17.10.2023). – Электронная программа : электронная.R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. – 2023. – URL : https://www.R-project.org/ (data obrashcheniya: 17.10.2023). – Ehlektronnaya programma : ehlektronnaya.QGIS Development Team, 2023. QGIS Geographic Information System. Open Source Geospatial Foundation Project. – URL : http://qgis.osgeo.org (дата обращения: 12.05.2023). – Электронная программа : электронная.QGIS Development Team, 2023. QGIS Geographic Information System. Open Source Geospatial Foundation Project. – URL : http://qgis.osgeo.org (data obrashcheniya: 12.05.2023). – Ehlektronnaya programma : ehlektronnaya.Hamner, B. Metrics: Evaluation Metrics for Machine Learning / B. Hamner, M. Frasco // R package version 0.1.4. – 2018. – URL : https://CRAN.R-project.org/package=Metrics (дата обращения : 15.06.2023).Hamner, B. Metrics: Evaluation Metrics for Machine Learning / B. Hamner, M. Frasco // R package version 0.1.4. – 2018. – URL : https://CRAN.R-project.org/package=Metrics (data obrashcheniya : 15.06.2023).Signorell, A. DescTools: Tools for Descriptive Statistics / A. Signorell // R package version 0.99.49. – 2023. – URL : https://CRAN.R-project.org/package=DescTools (дата обращения : 15.06.2023).Signorell, A. DescTools: Tools for Descriptive Statistics / A. Signorell // R package version 0.99.49. – 2023. – URL : https://CRAN.R-project.org/package=DescTools (data obrashcheniya : 15.06.2023).Научно-прикладной справочник «Климат России» : база данных. ВНИИГМИ-МЦД, 2022. Данные в формате CSV. – URL : http://aisori-m.meteo.ru/climsprn/faces/index1a.xhtml (дата обращения : 05.11.2023). Режим доступа: для зарегистрир. пользователей. – Электронные данные : электронные.Nauchno-prikladnoi spravochnik «Klimat RossiI» : baza dannykh. VNIIGMI-MTSD, 2022. Dannye v formate CSV. – URL : http://aisori-m.meteo.ru/climsprn/faces/index1a.xhtml (data obrashcheniya : 05.11.2023). Rezhim dostupa: dlya zaregistrir. pol'zovatelei. – Ehlektronnye dannye : ehlektronnye.Menne, M. The Global Historical Climatology Network Monthly Temperature Dataset, Version 4 / M. Menne, C. N. Williams, B. E. Gleason, J. J. Rennie [et al.]. – Текст : непосредственный // Journal of Climate. – 2018. – V. 31, Is. 24. – P. 9835–9854. – DOI : 10.1175/JCLI-D-18-0094.1.Menne, M. The Global Historical Climatology Network Monthly Temperature Dataset, Version 4 / M. Menne, C. N. Williams, B. E. Gleason, J. J. Rennie [et al.]. – Tekst : neposredstvennyi // Journal of Climate. – 2018. – V. 31, Is. 24. – P. 9835–9854. – DOI : 10.1175/JCLI-D-18-0094.1.Кириллина К. С. Разработка региональной климатической программы для Республики Саха (Якутия) / К. С. Кириллина. Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук. СПб., РГГМУ, 2017. – 118 с.Kirillina K. S. Razrabotka regional'noi klimaticheskoi programmy dlya Respubliki Sakha (Yakutiya) / K. S. Kirillina. Dissertatsiya na soiskanie uchenoi stepeni kandidata geograficheskikh nauk. SPb., RGGMU, 2017. – 118 s.Программный комплекс "Гидрорасчёты". URL : http://hydrotec.spb.ru/ (дата обращения : 05.11.2023).Programmnyi kompleks "Gidroraschety". URL : http://hydrotec.spb.ru/ (data obrashcheniya : 05.11.2023).Фибер Л. С. Современные изменения температуры воздуха на северо-западе европейской территории России / Л. С. Фибер // Выпускная квалификационная работа. СПб, РГГМУ, 2022. – 57 с. URL : http://elib.rshu.ru/files_books/pdf/rid_7679720e0e7e4c248aa616f50aa4d0b2.pdf (дата обращения : 03.11.2023).Fiber L. S. Sovremennye izmeneniya temperatury vozdukha na severo-zapade evropeiskoi territorii Rossii / L. S. Fiber // Vypusknaya kvalifikatsionnaya rabota. SPb, RGGMU, 2022. – 57 s. URL : http://elib.rshu.ru/files_books/pdf/rid_7679720e0e7e4c248aa616f50aa4d0b2.pdf (data obrashcheniya : 03.11.2023).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.