全球大气再分析及其在中国的适用性

摘要

再分析基于物理模式对观测空白区域进行时间和空间插值，并提供未观测变量的估计，解决了观测站点稀疏且分布不规则的问题。为了提高精度，目前主流的全球大气再分析都同化尽可能多的观测数据，即全输入大气再分析。虽然模式和同化方法固定不变，但是观测系统一直在变，主要变化有现代探空观测的引用(20世纪50年代以来)以及卫星观测(1979年以来),以及地基和卫星观测仪器的更新换代。这些都会对大气再分析产品造成不均一性误差。因此，有关再分析能否用于气候变化研究的争议不断，也催生了稀疏输入再分析，比如20世纪再分析。为了降低观测系统演变的影响，稀疏输入再分析仅同化气压等少量地面观测，可使再分析延伸至19世纪中期。全球大气再分析地表分析产品是应用最为广泛的数据，但现有全球大气再分析系统在进行地表分析时差异显著。欧洲中期天气预报中心和日本气象厅再分析同化了地面站气温和湿度观测，后者进一步同化了陆面风速观测，美国的再分析系列都没有同化地面气温、湿度和风速观测，这使得美国的再分析与地面观测相比，一致性更低，而欧洲和日本再分析一致性更高。现在所有全球大气再分析都没有包含陆面地表覆盖和土地利用以及植被生长的年际变化，限制了其对地表变量的估计精度。本文梳理了欧洲、美国、日本和中国全球大气再分析的历史演进以及它们的地表分析产品在中国的适用性。

关键词

大气再分析 / 陆面再分析 / 数据同化 / 气候变化 / ERA5 / JRA-3Q

基金资助

国家重点研发计划项目（2022YFF0801302）; 国家自然科学基金重点项目（41930970）