更高时空分辨率和更优质的数据——全球大气再分析数据集何以应用广泛
日前，中国气象局公布了2024年度高价值气象数据产品，国家气象信息中心“全球大气再分析产品（CMA-RA）V1.5”入选其中。 “大气再分析，将历史观测数据与数值模式结合，生成高时空分辨率、物理一致性的大气数据集。它能重现历史天气和气候状况，是研究气候变化、分析极端事件的数据基础，广泛应用于气象、水文、生态等领域。”国家气象信息中心高级工程师张涛向记者阐述了全球大气再分析业务的重要性及这一产品的性能，“具备再分析自主研制能力是一个国家气象核心竞争力的体现，能够有效降低对国外再分析产品的依赖，该产品是国际首套10公里级别的全球大气再分析产品，在时空分辨率和数据质量上具有显著优势。” 2021年，我国第一代全球大气/陆面再分析产品（CRA-40）自主研发成功，时间分辨率达6小时、水平分辨率达30公里，涵盖40年（1979年-2018年）全球大气再分析数据集，填补了我国在全球大气再分析领域的空白。此后，历经3年深耕，2024年，全球大气再分析产品（CMA-RA）升级迭代至V1.5，逐小时更新、水平分辨率达10公里，重现了自1979年以来从地面至55千米高度的全球三维大气状况，涵盖位势高度、温度、比湿、风等204个变量，能更精细地捕捉大气运动的时空特征。 张涛介绍，团队研发了集合成员初始化、集合与静态背景场误差权重优化、同化监视评估等关键技术。与CRA-40相比，500hPa位势高度误差降低22%，能够提供更精准的反映天气系统的演变。 其次，该产品实现更多国产常规与卫星资料的同化应用。团队通过研发长序列中国高空温度和卫星辐射率偏差订正、国产卫星资料同化应用等技术，实现了自1979年以来全球常规及116颗215种卫星资料的同化应用。 该产品在天气预报、气候预测、气候变化研究、灾害评估等气象领域具有广泛的应用价值。目前已服务地球科学、水利、农业、交通、金融等18个行业3600多个用户。 基于该数据集高精度、长序列的特点，其在支撑AI气象应用方面发挥着重要作用—该数据集为“人工智能天气预报大模型示范计划”提供大模型训练基准数据，已支撑了13家大模型的研发、运行及评估，实现AI预报大模型训练数据集国产替代。 国产数据集在支撑国家核心业务、促进技术创新和产业升级、国家核心竞争力的提升等方面将提供强有力的数据支撑，扮演着至关重要的角色。当前，该数据集已接入“天擎·实况”、气象中心远洋导航系统平台等，支撑重大天气过程监测；应用于三维智能网格预报、低空经济气象保障等国家级核心业务。 基于该数据集更精准的时空分辨率和广泛的卫星资料同化，其在支撑天气会商及重大活动保障方面也发挥了重要作用—该数据集已支撑“贝碧嘉”“派比安”等台风的会商以及成都大运会、杭州亚运会等重大活动保障。2024年在“天擎”总下载量已达938T，居高价值气象数据产品下载量排行榜第一名。 全球大气再分析产品涵盖数据资源广泛，基于此重建的数据除了能够应用于气象与气候领域外，其在农业、生态环境、水资源管理、能源、海洋与水文、公共卫生与健康、教育与科研、城市规划与应急管理等多个行业和领域也发挥着重要作用。在农业领域，再分析数据经过降尺度处理，提炼气温、降水、土壤湿度等关键气象要素数据，重构出高时空分辨率的农业气象数据产品，用于评估气候变化对农作物生长的影响，帮助优化种植策略，提高农业生产效率；在生态环境领域，其风要素数据经过污染模型模拟处理后，支持大气污染传输分析；在水资源管理中，再分析数据中的降水、蒸发、径流和土壤湿度数据可用于模拟水循环过程，为水资源分配和防洪抗旱提供科学依据。此外，再分析产品中100米高度风和短波辐射数据资源还为能源领域的风能和太阳能开发的选址提供长期气象数据支持，助力能源设施布局优化；在海洋与水文领域，它的洋面风场、降水等数据可用于海洋模式模拟方面研究和海洋灾害预警；在公共卫生与健康领域，再分析数据中的气温和湿度数据资源，通过统计分析和模型构建处理，可帮助分析气候变化对疾病传播的影响，为公共卫生决策提供支持。 “未来，我们将聚焦进一步提升数据精度和时空分辨率，优化同化技术和数值模式，以更充分地融合多源观测数据，提高数据的全面性和准确性。”张涛说，还将关注大气、海洋、陆面等多圈层过程的相互作用，研发海陆气冰多圈层耦合的再分析产品，满足更广泛的应用需求。
