Атмосферный реанализ (также: метеорологический реанализ и климатический реанализ ) — это проект ассимиляции метеорологических и климатических данных , целью которого является ассимиляция исторических данных наблюдений за атмосферой, охватывающих длительный период, с использованием единой последовательной схемы ассимиляции (или «анализа») повсюду.
В оперативном численном прогнозировании погоды прогностические модели используются для прогнозирования будущих состояний атмосферы на основе того, как климатическая система развивается со временем по сравнению с исходным состоянием. Исходное состояние, предоставляемое в качестве входных данных для прогноза, должно состоять из значений данных для ряда «прогностических» метеорологических полей, то есть тех полей, которые определяют будущее развитие модели. Требуются пространственно изменяющиеся поля в форме, используемой моделью, например, в каждой точке пересечения регулярной сетки кругов долготы и широты, а исходные данные должны быть действительными в один момент времени, соответствующий настоящему или недавнему прошлому. Напротив, доступные данные наблюдений обычно не включают все прогностические поля модели и могут включать другие дополнительные поля; эти данные также имеют пространственное распределение, отличное от сетки прогнозной модели, действительны в течение определенного диапазона времени, а не одного времени, а также подвержены ошибкам наблюдений. Поэтому метод ассимиляции данных используется для проведения анализа исходного состояния, которое наилучшим образом соответствует числовой модели имеющимся данным с учетом ошибок в модели и данных.
Помимо инициализации оперативных прогнозов, сами анализы являются ценным инструментом для последующих метеорологических и климатологических исследований. Однако набор данных оперативного анализа, то есть данные анализа, которые использовались для прогнозов в реальном времени, обычно страдают от несогласованности, если он охватывает какой-либо длительный период времени, поскольку системы оперативного анализа часто совершенствуются. Проект повторного анализа включает в себя повторную обработку данных наблюдений за длительный исторический период с использованием последовательной современной системы анализа для создания набора данных, который можно использовать для метеорологических и климатологических исследований.
В различных исследованиях используются данные реанализа для воспроизведения других климатических переменных с помощью моделей «черного ящика» (например, переменных состояния моря [1] ).
Примеры наборов данных реанализа включают повторный анализ ECMWF , [2] Ретроспективный анализ современной эпохи для исследований и приложений, версия 2 (MERRA-2), [3] и повторный анализ NCEP/NCAR , [4] и JRA-2. 25 [5] [6] повторный анализ, проведенный Японским метеорологическим агентством. В дополнение к этим глобальным проектам реанализа, существуют также региональные реанализы с высоким разрешением для различных регионов, например, для Северной Америки, [7] Европы [8] или Австралии. [9] Такие региональные повторные анализы обычно основаны на региональной модели прогнозирования погоды и используют граничные условия из глобального реанализа. [10]
Проект реанализа ECMWF — это проект метеорологического реанализа , осуществляемый Европейским центром среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF). Первый продукт реанализа, ERA-15, проводил повторные анализы в течение примерно 15 лет, с декабря 1978 года по февраль 1994 года. Второй продукт, ERA-40 (первоначально задуманный как 40-летний реанализ), начинается в 1957 году (Международный геофизический год ) и охватывает период от 45 лет до 2002 года. В качестве предшественника пересмотренного продукта расширенного реанализа, который заменит ERA-40, ECMWF выпустил ERA-Interim, который охватывает период с 1979 по 2019 год. Недавно ECMWF выпустил новый продукт для реанализа ERA5 как часть Службы по изменению климата Коперника. Этот продукт имеет более высокое пространственное разрешение (31 км) и охватывает период с 1979 года по настоящее время. Продление до 1940 года стало доступно в 2023 году. [11]
Помимо повторного анализа всех старых данных с использованием согласованной системы, при повторном анализе также используется большое количество архивных данных, которые были недоступны при первоначальном анализе. Это позволяет корректировать многие исторические карты, нарисованные от руки, где оценка объектов была обычным явлением в областях с разреженностью данных. Также имеется возможность создавать новые карты уровней атмосферы, которые до недавнего времени широко не использовались.Хотя повторный анализ часто можно считать лучшей оценкой многих переменных (таких как ветер [12] и температура ) атмосферы, к его использованию следует относиться с осторожностью. [13] Деградация, замена или модификация приборов (например, спутников ), а также изменения в методах наблюдения (например, наземные , на высоте ) могут привести к ошибкам. [14] Не все данные реанализа ограничены наблюдениями: некоторые типы данных, такие как осадки (в зависимости от реанализа) и приземная эвапотранспирация (по которым глобальные наблюдения просто не существуют), получаются путем запуска (предположительно более новых) общей циркуляции или Модели ЧПП . Известно, что повторные анализы не сохраняют влагу. [15]