寫意地球環(huán)境
——ICR5評介

■ 賈朋群

如果說實際探測是地球環(huán)境連續(xù)寫實照片的話，那么再分析無疑是地球環(huán)境的寫意繪畫，而每一次新產(chǎn)品的推出，無疑類似畫家撂筆，是學者們歸回和再出發(fā)的時候。這樣的循環(huán)往復，其魅力和追求之妙，就在于再分析產(chǎn)品與地球環(huán)境二者在神韻上的不斷契合！

在氣象界，再分析概念可以簡單地表述為“將最新的資料同化和模式應用于歷史觀測數(shù)據(jù)庫”，因為其產(chǎn)品能夠用格式化數(shù)據(jù)“再現(xiàn)”過去天氣和氣候演化，因此在研究和應用兩端都具有極高的價值。2017年11月13—17日在意大利羅馬舉辦的第5屆再分析國際會議（ICR5），吸引了全球35個國家和地區(qū)的250多位學者參加。會議圍繞再分析產(chǎn)品現(xiàn)狀和計劃、再分析觀測、再分析方法、再分析評估及相互比較和再分析應用等5個主題，進行了大會和墻報交流。會議通過安排大會和專題的特約發(fā)言，勾畫出全球在再分析領域圍繞會議主題取得的進展的脈絡和未來發(fā)展的方向。

1　再分析進入了新的發(fā)展時期

借助本次會議，特別是會議第一主題的討論，展示出目前世界上各主要機構推出的再分析產(chǎn)品有了極大的豐富，而未來的發(fā)展，則更加具有新意。例如，NASA預計將在2021年前后推出的再分析系統(tǒng)，將與大氣同化系統(tǒng)、S2S預報系統(tǒng)合并，鑄造下一代全新的面向地球系統(tǒng)的集再分析、季節(jié)預報和NWP于一體的綜合系統(tǒng)；而日本氣象廳將從2019年陸續(xù)推出的四分之三世紀（3Q）再分析，數(shù)據(jù)將始于1947年，從而使得再分析數(shù)據(jù)庫的時間長度延伸到3Q。再分析發(fā)展的過程和脈絡，與大會特約發(fā)言，來自ECMWF的Simmons對再分析的階段性的解讀有著密切的聯(lián)系：即再分析已經(jīng)從1990年代早期到中期的第一階段（最初的多年再分析）、隨后的第二階段（ERA-40等數(shù)十年再分析產(chǎn)品推出）和第三階段（ERA-Interim等精細化產(chǎn)品問世），進入到了多種高分辨和先進的多樣化再分析產(chǎn)品研發(fā)的第四個階段。而隨著再分析產(chǎn)品的日益強大，其用戶的分布也越來越廣泛（圖1）。

圖1　再分析產(chǎn)品ERA-Interim在全球的用戶分布

目前，再分析的第四個發(fā)展階段具有一些明顯的特征：1）在大氣再分析方面呈現(xiàn)出多樣性。一是日本的JRA-55C不再使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)，而NCEP CORe則拒絕輻射數(shù)據(jù)；二是MERRA-2中加入了氣溶膠，其他一些產(chǎn)品也從2003年開始，加入了化學反應氣體、氣溶膠和溫室氣體過程；三是再分析產(chǎn)品試圖更多地利用早期高空數(shù)據(jù)，一些區(qū)域再分析產(chǎn)品，如NARR、ASR、EURO4M / UERRA等也不斷涌現(xiàn)。2）在陸地、海洋和耦合再分析方面，一些新嘗試不斷出現(xiàn)。例如，陸地再分析中與大氣耦合用觀測而非模式降水、海浪再分析實現(xiàn)與大氣耦合、海洋環(huán)流再分析包括海冰和/或生物地球化學過程，以及大氣、海洋和陸地三方之間耦合等。這些改變和特征，再考慮到近年來氣候系統(tǒng)觀測初現(xiàn)的新進展，無疑都是再分析向氣候系統(tǒng)，乃至地球系統(tǒng)過渡的重要儲備。此外，中國氣象局計劃在2020年推出的CRA-40再分析產(chǎn)品，在會上受到極大關注。

2　新技術和新思路或許能讓再分析數(shù)據(jù)更可靠

關于再分析數(shù)據(jù)庫建設，一直以來有各種聲音，一種聲音是“各種再分析產(chǎn)品給出本質上不同甚至相反的趨勢，因此再分析產(chǎn)品尚不成熟”；而另一種聲音則認為“再分析是基于模式的產(chǎn)品，因此可以被認為相對于模式預測缺乏獨立性”。而更具有“殺傷力”的聲音則認為，“當兩種數(shù)據(jù)庫都可用的時候，優(yōu)先選擇觀測數(shù)據(jù)而非再分析”。針對最后一種聲音，至少來自會議的態(tài)度是明確的：“兩種數(shù)據(jù)都不會完美，而再分析不會更糟糕。”

實際上，很多新技術和新思路會讓再分析變得更強大。例如，德國學者在會上分析了地球重力衛(wèi)星（GRACE）和無線電掩星技術對地球系統(tǒng)大變率的觀測。2007年升空的美-德合作項目GRACE，改變了科學家審視地球水的流動和存儲的視角，發(fā)言者以區(qū)域陸地水平衡為例，指出全球陸地水存儲這類變量，因為涉及雪水、地表水、土壤水、地下水以及降雨、蒸發(fā)和徑流等過程，只能通過GRACE衛(wèi)星的探測，在一個層面下得到水平衡的改變，從而獲得該變量大變率事件的信息（圖2）。

日本學者則從另一個視角審視了如何前推再分析數(shù)據(jù)的可能手段。利用海洋沉積物、冰芯、洞穴堆積物等的同位素數(shù)據(jù)，加上樹輪和歷史文獻（圖3）信息，再分析數(shù)據(jù)的時間長度可以擴展到千年。針對一個點（38°N，135°E）1760—2000年再分析數(shù)據(jù)的初步結果表明，全球目前較為均勻地分布著眾多可以通過模式復制的和該點類似的點。可以預計，如果這些地點開展類似的研究，新的研究范式或許可以提供覆蓋全球主要地區(qū)的時間跨度更長的再分析數(shù)據(jù)庫。

3　再分析的未來

ICR系列國際會議始于1996年，那時再分析理念正在建立。之后，大約每5～6年召開的ICR2-ICR5（分別于2001，2006，2012和2017年召開），見證了再分析體系的不斷成長和完善，以及各種全球和區(qū)域再分析產(chǎn)品的推出，因產(chǎn)品的成熟而越來越多地應用于天氣氣候研究和決策中。

圖2　水循環(huán)分離的信號源（a）和GRACE及GPS衛(wèi)星探測（b）

圖3　日本歷史文獻中的天氣信息，或可被用來建設再分析數(shù)據(jù)庫

如本文前面所述，有了不斷完善和逐步精細化的實際觀測數(shù)據(jù)庫，為什么各國還在不斷投入再分析數(shù)據(jù)的研發(fā)，成為再分析界一個始終無法繞開的問題。ICR5的會議氛圍以及會議暴露出的未來再分析的發(fā)展趨勢，給了我們一個很好的啟示：如果說實際探測是地球環(huán)境連續(xù)寫實照片的話，那么再分析無疑是地球環(huán)境的寫意繪畫，而每一次新產(chǎn)品的推出，無疑類似畫家撂筆，是學者們歸回和再出發(fā)的時候。這樣的循環(huán)往復，其魅力和追求之妙，就在于再分析產(chǎn)品與地球環(huán)境二者在神韻上的不斷契合！