对九种卫星数据、再分析产品及重建产品所得的日海表净辐射值的评估及其不确定性估计

《Science of Remote Sensing》：Evaluation of the daily sea surface net radiation from nine satellite, reanalysis and reconstructed products and uncertainty estimates

海面净辐射（Rn）全球评估显示，九种产品（卫星、再分析、重建）存在显著差异，卫星产品J-OFURO3和CERES-4A表现最佳（R2=0.88-0.85，RMSD≈21-24 Wm?2），优于所有再分析产品（R2=0.34-0.72）。热带及极地海域偏差达13-60 Wm?2，NCEP R2误差最大。长时变率显示卫星产品与浮标数据一致性优于再分析产品，但存在2000年前数据源切换导致的趋势差异。建议用户结合应用场景谨慎选择产品，并加强极地及印度洋观测。

　　在当今全球气候变化研究中，海面全波段净辐射（Rn）是评估海洋与大气能量交换的关键参数。然而，目前对全球海面Rn估计产品的性能了解仍显不足。为解决这一问题，研究人员对九种日常平均的长期海面Rn产品进行了比较和评估，这些产品包括三种卫星产品（CERES-4A、J-OFURO3和GEWEX）、五种再分析产品（ERA-Interim、ERA5、JRA55、MERRA2和NCEP R2）以及一种重建产品（OAFlux+ISCCP）。研究使用了来自55个锚定浮标站的观测数据，这些浮标站点分布在热带和中纬度海洋区域（60°S-60°N）。研究发现，所有产品之间存在显著差异，尤其在热带和高纬度海洋区域，这种差异尤为明显。其中，J-OFURO3表现最佳，其R2值为0.88，均方根误差（RMSD）为21.88 Wm?2，偏差为0.28 Wm?2，而NCEP R2表现最差，R2值为0.34，RMSD为60.30 Wm?2，偏差为-13.11 Wm?2。此外，这些产品在印度洋区域的表现较差，而这种差异并未受到空间分辨率和时间段的影响。因此，研究人员建议用户在选择产品时应保持谨慎，因为每个产品都有其自身的优缺点。

海面全波段净辐射是海洋和大气之间能量交换的核心指标之一。它由净短波辐射（Rns）和净长波辐射（Rnl）组成，这两部分反映了太阳辐射和地球长波辐射在海面的净输入。太阳辐射的输入和反射，以及长波辐射的输入和发射，构成了Rn的主要组成部分。研究指出，海面Rn的估计对于理解海洋如何影响大气至关重要，因为它直接关系到全球的能量平衡和气候系统的变化。然而，由于获取长期的海面Rn测量数据存在困难，研究依赖于不同的数据源，如卫星、再分析、重建和船舶观测等。这些数据源生成的产品在精度和一致性方面存在显著差异，尤其是在高纬度和热带海洋区域。

在所有产品中，卫星产品通常表现优于再分析产品，这可能与它们的生成方法有关。卫星产品主要基于卫星观测数据，而再分析产品则通过将可用观测数据与大气模型结合，以获得最佳的大气和海面状态估计。重建产品通常结合不同数据源进行插值或其他方法处理，而船舶观测产品则通过参数化模型计算海面辐射通量，并通过插值生成网格数据。这种多样化的数据生成方式导致了不同产品之间的性能差异，特别是在某些特定的海洋区域。

研究还发现，海面Rn的长期趋势、变化和年平均值在不同产品之间存在显著差异，尤其是在2000年之前。因此，很难确定哪个产品更为可靠。尽管J-OFURO3和CERES-4A的不确定性相对较小，但它们的趋势变化在不同时间段内也有所不同。这表明，即使在高精度的海面Rn产品中，仍需进一步研究以提高其在不同区域和时间段的准确性。

在评估过程中，研究人员特别关注了不同产品的空间分辨率对评估结果的影响。通过将高分辨率产品重新插值到更粗的空间尺度，发现卫星产品在较细的空间分辨率下表现出较低的不确定性。这表明，空间分辨率对海面Rn估计的精度有重要影响，尤其是在较复杂的海洋环境中。此外，研究还指出，再分析产品在某些区域，如印度洋西部，表现出较大的不确定性，这可能与数据输入和模型参数化有关。

总体而言，这项研究揭示了当前海面Rn估计产品在精度和一致性方面的显著差异。卫星产品通常在这些方面表现优于再分析和重建产品，但其在某些区域（如印度洋）的表现仍然有限。研究建议，用户在选择产品时应结合具体应用需求和区域特点，同时，数据开发者应致力于改进这些产品的质量，以提高其在不同海洋区域和时间段的可靠性。此外，进一步增加锚定浮标站点，特别是在印度洋和南半球高纬度区域，将有助于更全面地评估这些产品，并推动相关研究的发展。