青藏高原区域资料同化研究

Due to the significant impacts of Tibet Plateau on regional and global climate, how to accurately simulate and predict hydrological cycles and then to study their relations to climate change become a challenging problem that has been paid much attention in the field of geoscience for a long time. Lack of observation and maximum errors in available reanalysis data over this area lead to uncertainties in simulations, predictions and mechanism studies for the area. To alleviate the above problem, the NFSC major research program “Change in the Tibet Plateau land-atmosphere coupled system and its effect on global climate” has been providing strong supports to studies on the assimilations of land surface and atmosphere in Tibet Plateau by granting key funds and breeding funds, and important progress has been achieved. However, there are still following deficiencies in the available research work in Tibet Plateau data assimilations: 1) land surface data assimilations are based on single-source measurements; 2) assimilations for land surface and those for atmosphere are performed separately, out of a multi-sphere coupled framework; and 3) multi-scale interactions between the region and globe are not considered. Therefore, this proposal plans to integrate, extend and promote the available research works on Tibet Plateau data assimilation based on the finished and under-study key and breeding funds, with the assimilation concept of multi-source, multi-sphere and multi-scale, and try to achieve high-level research works that are of innovation, foresight and integration.

青藏高原对区域和全球天气气候都有着重要的影响，如何准确地模拟和预测青藏高原水分循环，并进而研究其与气候变化的关系一直是地学界长久以来关注的焦点和难点问题。由于青藏高原观测匮乏，现有再分析数据在这一地区的误差最大，给该地区的模拟、预测和机理研究带来了不确定性。为此，基金委重大研究计划“青藏高原地-气耦合系统变化及其全球气候效应”专门部署和支持了关于青藏高原陆面和大气资料同化的重点项目和培育项目，并取得重要进展。然而，现有青藏高原区域的同化研究还存在如下不足：1）陆面同化主要基于单一来源的数据；2）陆面和大气的同化是分别开展的，没有在多圈层耦合框架下协同进行；3）没有考虑区域与全球的相互作用。因此，本项目拟在已执行的相关重点与培育项目的基础上，把分散在不同项目的研究成果集成为一个有机的整体，采用多源、多圈层和多尺度的同化理念来拓广和提升，取得创新性、前瞻性和集成性的成果。

整合了2006-2016年师春香等的逐小时0.0625°分辨率的大气强迫数据、卫星反演得到的逐小时地面入射太阳辐射以及洪阳等青藏高原多源联合反演得到的逐小时4-10km分辨率高精度降水产品，评估了该强迫数据和CLM陆面模式在青藏高原的适用性，生成青藏高原40个集合高时空分辨率（1h，0.25°）的十年（2006-2016年）的大气强迫数据。耦合CLM4和数据同化测试平台（DART）建立了全球多源多变量陆面数据同化系统原型，以此为基础搭建了青藏高原多传感器陆面资料同化系统，通过同化单项或组合的MODIS地表雪覆盖度、AMSR-E亮温、以及GRACE水储量变化等卫星产品，生成了包含40个集合的2003-2009共七年的青藏高原陆表再分析产品数据集。研制了基于DRP-4DVar的FGOALS-g2全球耦合数据同化系统，具备分别耦合同化全球海洋、大气和陆面再分析资料的能力，也具备在全球耦合同化框架下耦合同化青藏高原观测资料的能力。利用该耦合同化系统分别开展了针对海洋、陆面和大气的耦合循环同化试验，明显提高了年代际气候预测技巧，生成了同化分析数据集8套，包括：一套7年（2003-2009年）的青藏高原区域陆面资料同化分析数据集，一套61年（1945-2005年）全球海洋耦合同化分析数据集，一套59年（1958-2016年）全球大气耦合同化分析数据集，一套59年（1958-2016年）全球大气准强耦合分析融合数据集，一套基于全球耦合同化系统的59年（1958-2016年）青藏高原区域大气耦合同化分析数据集，一套36年（1980-2015年）全球陆面耦合同化分析数据集，一套36年（1980-2015年）全球陆面准强耦合分析融合数据集，一套基于全球耦合同化系统的36年（1980-2015年）青藏高原区域陆面耦合同化分析数据集。尤其，从耦合同化的角度验证了青藏高原对全球气候变化的影响。