Реанализ атмосферы
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( апрель 2010 г. ) |
Атмосферный реанализ (также: метеорологический реанализ и климатический реанализ ) — это проект ассимиляции метеорологических и климатических данных , целью которого является ассимиляция исторических данных атмосферных наблюдений, охватывающих длительный период, с использованием единой последовательной схемы ассимиляции (или «анализа») повсюду.
Оперативный анализ данных
[ редактировать ]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. Начальное 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. Техника Поэтому ассимиляция данных используется для проведения анализа исходного состояния, которое наилучшим образом соответствует числовой модели имеющимся данным с учетом ошибок в модели и данных.
Использование
[ редактировать ]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, состояния моря переменные [1] ).
Примеры
[ редактировать ]Примеры наборов данных реанализа включают повторный анализ ЕЦСПП , [2] Ретроспективный анализ исследований и приложений современной эпохи, версия 2 (MERRA-2), [3] и повторный анализ NCEP/NCAR , [4] и JRA-25 [5] [6] повторный анализ, проведенный Японским метеорологическим агентством. В дополнение к этим глобальным проектам реанализа существуют также мероприятия по региональному реанализу с высоким разрешением для различных регионов, например, для Северной Америки, [7] Европа [8] или Австралия. [9] Такие региональные повторные анализы обычно основаны на региональной модели прогнозирования погоды и используют граничные условия из глобального реанализа. [10]
Повторный анализ ЕЦСПП
[ редактировать ]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 45 лет до 2002 года. В качестве предшественника пересмотренного продукта расширенного реанализа, который заменит ERA-40, ЕЦСПП выпустил ERA-Interim, который охватывает период с 1979 по 2019 год.Недавно ЕЦСПП выпустил новый продукт реанализа ERA5 в рамках службы Copernicus Climate Change Services. 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, на которых 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.Реанализ NCEP/NCAR
[ редактировать ]Осторожность в использовании
[ редактировать ]Хотя часто повторный анализ можно рассматривать как лучшую оценку многих переменных (например, ветра [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 , с высоты ) могут привести к ошибкам. [14] Не все данные реанализа ограничены наблюдениями: некоторые типы данных, такие как осадки (в зависимости от реанализа) и приземная эвапотранспирация (для которых глобальные наблюдения просто не существуют), получаются путем запуска (предположительно более новых) общей циркуляции или ЧПП моделей . Известно, что повторные анализы не сохраняют влагу. [15]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перес, диджей; Юппа, К.; Кавалларо, Л.; Кансельер, А.; Фоти, Э. (01 октября 2015 г.). «Значительное расширение рекордов высоты волн с помощью нейронных сетей и повторного анализа данных о ветре». Моделирование океана . 94 : 128–140. Бибкод : 2015OcMod..94..128P . дои : 10.1016/j.ocemod.2015.08.002 .
- ^ Уппала, С. и соавторы, 2005: Повторный анализ ERA-40. Кварта. Дж. Рой. Метеор. Соц., 131, 2961–3012. doi:10.1256/qj.04.176
- ^ Геларо, Р. и соавторы, 2017: Ретроспективный анализ современной эпохи для исследований и приложений, версия 2 (MERRA-2). Дж. Климат, 30, 5419-5454, [1]
- ^ Калнай, Э. и соавторы, 1996: 40-летний проект повторного анализа NCEP/NCAR. Бык. амер. Метеор. Соц., 77, 437–471. [[doi:10.1175/1520-0477(1996)077%3C0437:TNYRP%3E2.0.CO;2]]
- ^ JRA-25
- ^ Оноги К. и соавторы, 2007: Реанализ JRA-25. Дж. Метеор. Соц. Япония, 85, 369–432.
- ^ Месингер Ф. и соавторы, 2006, Региональный реанализ Северной Америки. Бык. амер. Метеор. Соц. doi:10.1175/BAMS-87-3-343
- ^ Боллмейер, К., Келлер, Дж. Д., Ольвайн, К., Валь, С., Крюэлл, С., Фридерихс, П., Хенсе, А., Койне, Дж., Кнайфель, С., Пшайдт, И., Редл С. и Стейнке С.: На пути к региональному реанализу высокого разрешения для европейского домена CORDEX, QJR Meteorol. Соц., 141, 1–15, 2015, doi:10.1002/qj.2486
- ^ Су, Ч.-Х., Эйзенберг, Н., Стейнле, П., Якоб, Д., Фокс-Хьюз, П., Уайт, СиДжей, Ренни, С., Франклин, К., Дарси, И., и Чжу, Х., 2019: BARRA v1.0: Региональный реанализ атмосферы с высоким разрешением Бюро метеорологии для Австралии, Geosci. Модель Дев., 12, 2049–2068, doi:10.5194/gmd-12-2049-2019
- ^ Кайзер-Вайс, А.К., Борше, М., Нирманн, Д., Каспар, Ф. Луссана, К., Изотта, Ф., ван ден Бесселаар, Э., ван дер Шриер, Г. и Унден, П. : Добавленная ценность региональных реанализов для климатологических применений, Environmental Research Communications, 2019. DOI: 10.1088/2515-7620/ab2ec3
- ^ «Теперь доступны ежечасные снимки погоды и климата с 1940 года» . ЕЦСПП . Проверено 26 марта 2023 г.
- ^ Кайзер-Вайс А.К., Каспар Ф., Хин В., Борше М., Тан, ДГХ, Поли П., Обрегон А. и Грегоу Х., 2015: Сравнение регионального и глобального реанализа приземные ветры по станционным наблюдениям над Германией, Адв. наук. Рез., 12, 187-198, doi:10.5194/asr-12-187-2015
- ^ Паркер, WS, 2016: Повторный анализ и наблюдения: в чем разница? Бык. амер. Метеор. Соц., 97, 1565–1572, doi:10.1175/BAMS-D-14-00226.1
- ^ Тренберт, К.Э., Д.П. Степаньяк, Дж. В. Харрелл и М. Фиорино, 2001: Качество повторных анализов в тропиках. Дж. Климат, 14, 1499–1510. [[doi:10.1175/1520-0442(2001)014%3C1499:QORITT%3E2.0.CO;2]]
- ^ Нигам, С. и А. Руис-Баррадас, 2006: Сезонная изменчивость гидроклимата в Северной Америке в глобальных и региональных повторных анализах и моделированиях AMIP: различное представление. Дж. Климат, 19, 815–837. дои: 10.1175/JCLI3635.1
Читая о конкретных повторных анализах
[ редактировать ]- Калнай, Э. и соавторы, 1996: 40-летний проект повторного анализа NCEP/NCAR . Бык. амер. Метеор. Соц., 77, 437–471.
- Канамицу, М., В. Эбисузаки, Дж. Вулен, С.-К. Ян, Дж. Дж. Хнило, М. Фиорино и Г. Л. Поттер, 2002: Повторный анализ AMIP-II NCEP-DOE (R-2). Бык. амер. Метеор. Соц., 83, 1631–1643.
- Мезингер Ф. и соавторы, 2006: Региональный реанализ Северной Америки . Бык. амер. Метеор. Соц., 87, 343–360, http://dx.doi.org/10.1175/BAMS-87-3-343 .
- Уппала С. и соавторы, 2005: ERA-40 Повторный анализ . Кварта. Дж. Рой. Метеор. Соц., 131, 2961–3012, https://doi.org/10.1256/qj.04.176 .
- Херсбах, Х., Белл, Б., Беррисфорд, П., Хирахара, С., Хораньи, А., Муньос-Сабатер, Дж., Николас, Дж., Пьюби, К., Раду, Р., Шеперс, Д. ., Симмонс А., Сочи Дж., Абдалла С., Абеллан Х., Бальзамо Г., Бехтольд П., Биавати Г., Бидло Ж., Бонавита М., Де Кьяра, Г., Дальгрен П., Ди Д., Диамантакис М., Драгани Р., Флемминг Дж., Форбс Р., Фуэнтес М., Гир А., Хаймбергер Л., Хили, С., Хоган, Р.Дж., Холм, Э.А., Янискова, М., Кили, С., Лалояо, П., Лопес, П., Радноти, Г., Росней, П.Д., Розум, И., Вамборг, Ф., Вийом С., Тепо Ж.-Н., 2020: Глобальный реанализ ERA5 . QJR Meteorol Soc, https://doi.org/10.1002/qj.3803 .
- Оноги К. и соавторы, 2007: Реанализ JRA-25 . Дж. Метеор. Соц. Япония, 85, 369–432, https://doi.org/10.2151/jmsj.85.369 .
- Каспар Ф., Нирманн Д., Борше М., Фидлер С., Келлер Дж., Поттаст Р., Рёш Т., Шпангель Т. и Тинц Б., 2020: Региональная атмосфера деятельность по повторному анализу в Deutscher Wetterdienst: обзор результатов оценки и примеров применения с акцентом на возобновляемые источники энергии, Adv. наук. Рез., 17, 115–128, https://doi.org/10.5194/asr-17-115-2020 .
- Хатиби, А.; Краутер, С. Валидация и эффективность набора спутниковых метеорологических данных MERRA-2 для применения в солнечной и ветровой энергии. Энергии 2021, 14, 882. https://doi.org/10.3390/en14040882 .