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Evaluation of ERA-40 and ERA-interim re-analysis incoming surface shortwave radiation datasets with mesoscale remote sensing data

Träger-Chatterjee, Christine; Müller, Richard W.; Trentmann, Jörg; Bendix, Jörg

Meteorologische Zeitschrift Vol. 19 No. 6 (2010), p. 631 - 640

published: Dec 1, 2010

DOI: 10.1127/0941-2948/2010/0466

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Abstract

In this paper an evaluation of the European Center for Medium Range Forecasting 40-year re-analysis (ERA-40) and interim re-analysis (ERA-Interim) solar irradiation datasets is presented. The goal of the study is to evaluate the accuracy of the downward solar surface radiation fluxes of ERA-40 and ERA-Interim. A positive result of these examinations would justify the use of ERA-40 and ERA-Interim, respectively, to investigate long-term changes of anomaly patterns. Unlike other recent studies that operate on a global scale, this study concentrates on regional aspects of climate research. As reference, high-resolution remote sensing data derived from METEOSAT using the Heliosat method are used. The study area covers Germany and adjacent countries. Structures were found which indicate that ERA-40 does not properly represent cloud and fog occurrence. Especially during the solar season May, June, July (MJJ) large deviations of up to 40 and 60 W/m2, respectively, compared to the reference dataset were found. During the solar seasons of August, September, October (ASO) and November, December, January (NDJ) the deviations are negligible for both re-analysis datasets as well as for ERA-40 during the season of February, March, April (FMA). The results lead to the conclusion that in and around Germany, the accuracy of the parameter surface solar irradiation downward (ssrd) of ERA-40 and ERA-Interim re-analysis is limited, especially during the season of MJJ and in ERA-Interim also during the season of FMA.

Kurzfassung

In diesem Artikel wird eine Evaluierung des Datensatzes der bodennahen Globalstrahlung aus der 40-jährigen Re-analyse (ERA-40) und der Interim Re-Analyse (ERA-Interim) des Europäischen Zentrums für Mittelfristige Wettervorhersage vorgestellt. Ziel der Studie ist es, die Genauigkeit der am Erdboden einfallenden Solarstrahlung der ERA-40 und ERA-Interim Datensätze zu bewerten. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen ermöglichen es, die Qualität der entsprechenden Strahlungs-Datensätze aus ERA-40 und ERA-Interim zum Monitoring und der Analyse von zeitlichen und räumlichen Änderungen von Anomalien zu bewerten. Im Gegensatz zu anderen aktuellen Studien, in denen ähnliche Vergleiche auf der globalen Skala durchgeführt wurden, konzentriert sich die vorliegende Studie auf regionale Aspekte. Als Referenz werden räumlich-hochaufgelöste Fernerkundungsdaten des europäischen Wettersatelliten METEOSAT, abgeleitet mithilfe der Heliosat Methode, verwendet. Das Untersuchungsgebiet deckt Deutschland und angrenzende Länder ab. Es wurden Strukturen gefunden, die darauf hindeuten, dass ERA-40 das Auftreten von Wolken und Nebel nicht korrekt repräsentiert. Insbesondere in den Monaten mit der höchsten solaren Einstrahlung Mai, Juni, Juli (MJJ) (“solarer Sommer”) treten im Vergleich zum verwendeten Referenzdatensatz große Abweichungen von bis zu 40 bzw. 60 W/m2 auf. Während der solaren Jahreszeiten Herbst und Winter, August, September, Oktober (ASO) und November, Dezember, Januar (NDJ), sind die Abweichungen für beide untersuchten Re-analyse Datensätze vernachlässigbar, für ERA-40 sind die Abweichungen auch in den Monaten Februar, März, April (FMA) vernachlässigbar. Die Ergebnisse führen zu dem Schluss, dass die Genauigkeit der Globalstrahlung am Erdboden aus ERA-40 und ERA-Interim in und um Deutschland noch verbessert werden muss und die ERA Strahlungsdaten für die Ableitung und das Monitoring von Anomalien noch signifikante Fehler aufweisen. Dies gilt für beide Datensätze während der Jahreszeit MJJ und für ERA-Interim auch für die Jahreszeit FMA.