青藏高原区域多源资料同化及再分析资料集的构建

The proposed effort entitled “multi-source data assimilation and establishment of reanalysis over Tibetan Plateau (TP)” will provide an important fundamental data record for studying the change of TP land-atmosphere coupled system and its impact on global climate change. To date， a reanalysis dataset produced by China is still missing. We propose to investigate atmospheric data assimilation of satellite remote sensing， conventional and field experimental observations over TP， establish a TP reanalysis data set. Given TP’s complicated surface conditions (e.g.， forest， meadow， desert， glacier， snow， lake， frozen soil， etc.)， frequent occurrences of cloud and precipitation， and rapid changes of terrain height near the TP boundary， we will overcome several major challenges for assimilating satellite observations over TP， which is more than 98% of total available observations. Improving the surface emissivity model for an effective assimilation of surface-sensitive channels; quantifying biases of different types of satellite data; testing appropriate bias correction and quality control algorithms; developing effective cloud detection methods for clear-sky data assimilation; and investigating developing new techniques for cloudy radiance assimilation. This project will contribute significantly not only to the study of the change of TP land-atmosphere coupled system， but also to the understanding of the impacts of the interactions among TP， monsoon and air-sea interaction on decadal climate change.

青藏高原区域多源资料同化及再分析资料集的构建可为研究青藏高原地－气耦合系统变化及其全球气候效应提供重要的基础数据。迄今为止，涵盖青藏高原区域的我国自己的资料再分析至今还是个空缺。项目拟综合卫星遥感、常规台站和场地观测资料，开展青藏高原及其周边区域多源资料同化研究，构建青藏高原区域再分析资料集。针对青藏高原复杂的下垫面分布(如森林、草甸、荒漠、冰川、积雪、湖泊和冻土等)，频繁出现的对流云和降水事件，高原边界急剧变化的地形高度等特点，充分发挥占观测资料总量98％以上的卫星资料的作用。主要挑战包括改进地表发射率模式的精度，以便有效地同化受地表影响的窗区通道卫星资料；定量估计不同卫星资料的偏差；建立合理的偏差订正和质量控制方法；发展晴空资料同化所需的云检测新方案；探讨和发展云辐射资料同化新技术。为深入理解青藏高原地－气耦合系统变化、高原－季风－海气相互作用对年代际气候变化的影响提供重要参考。

气象资料缺乏一直是我国青藏高原地区天气气候研究所面临的重要难题之一，虽然多个国家已经研制了全球再分析资料集，但是研究表明全球再分析资料集在青藏高原地区都存在较大的误差。本项目正是以建立青藏高原区域再分析资料集为目标，开展了青藏高原及其周边地区的卫星资料同化技术研究。围绕卫星资料在高原应用的关键问题，项目从卫星资料的误差订正、高原卫星资料同化关键技术和青藏高原区域再分析资料集构建这三个方面开展了细致研究。在卫星资料误差订正方面，我们针对高原陡峭地形特征，进行了提高定位精度、优化噪音滤除、改进陆面发射率模式，提高了陆地地区卫星资料的观测和模拟精度；评估了我国风云3C卫星的多种资料在高原地区的精确度，分析了卫星资料不同处理方法对资料气候稳定性的影响，开发了针对不同卫星资料的陆地云检测方法，为卫星资料的在高原上空的有效同化建立了资料基础。在卫星资料同化关键技术方面也进行了多项有创新性的研究，针对高层通道对高原地区大气观测的重要性，提出了高层通道同化权重修正方法，微波温度计和湿度计协同同化方案，明确了极轨卫星晨昏轨道对高原地区卫星资料覆盖率的重要影响，模式层顶对高层通道同化的重要作用，另外对于具有高垂直分辨率特征的GPS掩星资料和高时空分辨率的静止卫星资料同化技术也进行了多方面的研究。在卫星资料和同化技术改进的基础上，项目进行了青藏高原区域再分析资料集构建的研究，并建立了1年的区域再分析资料，通过个例比较和长时间的序列检验，结果表明表明青藏高原区域再分析资料能够很好的再现高原地区的主要天气系统的结构和强度气候特征，对温度和水汽的季节变化能力也有很好的再现能力。另外利用项目收集的长期卫星资料集，研究人员研究了青藏高原地区大气温度和边界层高度的气候变化趋势，分析了云和降水对卫星资料气候趋势的影响。基于长期卫星资料集的气候研究结果为再分析资料集的检验和气候应用研究提供了经验。