【科研动态】 测绘科学与技术学院在南极最高点Dome A的近地表气温重建研究方面取得新进展

研究背景

南极作为地球上最寒冷的大陆，是全球气候系统的重要组成部分。随着全球气温上升，南极冰盖质量加速流失，导致海平面逐渐上升。研究表明，西南极地区气温显著升高，而东南极变化不显著。然而，由于现场观测时间短且空间分布稀疏，长期气温趋势的准确评估受限。Dome A作为南极最高点，是地球气候系统的重要冷空气源，但其气温记录稀缺，直到2005年才有自动气象站（AWS）的实测数据。再分析数据（如ERA5）提供了连续的气温时空记录，但因分辨率较低及全球特性而可能在局地存在偏差。因此，亟需发展偏差矫正的方法，根据有限的气象站实测数据，重建Dome A的长时序气温记录。

研究内容

本研究利用2002-2020年自动气象站（AWS）和ERA5再分析数据，首先分析Dome A处ERA5近地表气温的可靠性。结果表明，ERA5近地表气温相对于AWS存在明显系统误差（图1中虚线）。针对ERA5无法较好的说明Dome A的局地实际气温情况，本研究结合风速风向、总云量、皮肤温度、净短波辐射、净长波辐射等环境参数，利用随机森林模型降低ERA5相对AWS的气温差，并将时间作为变量输入模型，提高模型泛化能力。结果表明，经过随机森林校正后的ERA5气温误差明显减小，平均偏差从-0.53°C下降到0.01°C，RMSE和MAE平均值分别从4.85°C降至1.69°C，从3.89°C降至1.12°C。修正后的偏差为随机分布，而不是呈现规律分布（图1）。校正后的温度在准确度和精确度方面都有显著提高（图2）。

此外，我们对校正后的长时序气温数据进行趋势分析（图3）。研究表明，在42年间，Dome A地区经历了每十年0.10°C的缓慢变暖。在季节性气温变化中，春季显示出显著的升温趋势（每十年0.57°C），秋季和冬季未表现出显著变暖，而夏季则显示出轻微的降温趋势。

研究意义

本研究发展了一种机器学习方法，结合AWS实测数据修正了ERA5气温数据，提升了再分析数据在Dome A的局部精度，解决了长时间序列再分析数据的异常值修正和对极端温度捕捉不足的问题，重建的历史数据集为长期气温趋势分析提高可靠性。

发表信息

研究成果于2024年12月发表在《International Journal of Climatology》，题为“Reconstruction of 2 m air temperature from ERA5 reanalysis at Dome A, Antarctica”。中山大学测绘科学与技术学院极地与海洋遥感团队博士研究生吴怡凡为文章第一作者，团队核心骨干赵羲副教授为通讯作者，中国气象科学研究院全球变化与极地研究所张文千，硕士研究生江宇、张翼、李奕辰、陈昕为文章的合作作者。本研究受国家自然科学基金项目（42476257）、中国气象科学研究院基本科研业务费专项资金（2023Z015, 2023Z004, 2023Z025）的支持。（https://doi.org/10.1002/joc.8722）

联系方式

广东省珠海市唐家湾中山大学珠海校区

瀚林三号E316室

sges@mail.sysu.edu.cn

联系方式：0756-3668354

文案：吴怡凡

编辑：陶凯迪

初审：赵羲 王天星

审核：许粤

终审：陈华桂