Ошибка сезонных сумм осадков холодного периода по данным наземных наблюдений, ERA5 и IMERG на Европейской части России

Проведена оценка систематических погрешностей осадков холодного периода на Европейской части России (ЕЧР) по данным наземных наблюдений, реанализа ERA5 и спутникового продукта IMERG. Исследование охватывает период с 2002 по 2022 год и включает анализ 11 крупных речных бассейнов. В качестве эталонных значений использовались расчетные величины осадков, полученные из уравнения водного баланса с привлечением данных GRACE о изменениях влагозапасов, измерений речного стока и испарения по продукту GLEAM. Ключевым выводом работы является подтверждение систематического занижения сумм осадков холодного периода данными наземных наблюдений с использованием осадкомера Третьякова (с учетом поправки на смачивание). Однако величина этой ошибки оказалась существенно меньше, чем оценки, полученные по методике В.С. Голубева и применяемые во ВНИИГМИ-МЦД. В среднем занижение для бассейнов юга ЕЧР (Волга, Дон, Урал) составило -8.9%, а для бассейнов севера (Нева, Северная Двина, Мезень, Печора) — всего -1.9%. Это в 2.8 и 22 раза меньше, соответственно, по сравнению с предыдущими оценками (Богданова и др, 2002). Напротив, данные реанализа ERA5 демонстрируют устойчивое завышение осадков: в среднем на 9.4% по всем исследуемым бассейнам, с максимальными отклонениями до 29.6% (бассейн Невы). Спутниковый продукт IMERG также показал положительную систематическую ошибку (в среднем +5.2%), однако его главным недостатком является чрезвычайно высокая случайная ошибка (около 22% от слоя осадков), что делает его малопригодным для анализа осадков холодного периода на региональном уровне. Наименьшая средняя систематическая ошибка была характерна именно для IMERG, но высокая дисперсия и аномальные значения для отдельных лет существенно ограничивают его практическую применимость. Важным результатом является также демонстрация возможности использования среднемесячных данных GRACE для оценки изменений влагозапасов за холодный период без существенной потери точности. Расчеты, выполненные разными методами (только по GRACE и с привлечением водного баланса для интерполяции), показали высокую сходимость (коэффициент корреляция >0.966) и пренебрежимо малые различия в среднемноголетних значениях. Полученные результаты свидетельствуют о том, что для получения наиболее точной оценки осадков холодного периода на ЕЧР может быть целесообразно использование усредненных данных между наземными наблюдениями и реанализом ERA5, что позволяет взаимно компенсировать их систематические ошибки противоположного знака.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ (№ 24-17-00084). Обработка наземных наблюдений выполнена в рамках темы № FMWZ-2025-0003 Государственного задания ИВП РАН. Обработка данных IMERG выполнена в рамках темы № FMWZ-2025-0001 Государственного задания ИВП РАН.