青藏高原陆面再分析关键技术及数据集

As the third pole of the earth, Tibet exert great impact on the Asian monsoon, East Asian atmospheric circulation, formation of severe weather and global climate change through its surface heat and hydrological cycle. Due to the rare observation sites, the studies about Tibet mainly relied on the reanalysis data. However, the quality of these reanalysis data in the Tibetan Plateau is poor, especially for precipitation and soil moisture. As a result, it is very necessary to develop a set of reliable land surface reanalysis data with high spatiotemporal resolution on the Tibetan plateau to support basic researches. This project will force the detail which can not be observed directly, through introducing covariance and dynamic constraints in multiple grid variational assimilation method based on basic data collecting and analyzing and system developing and integrating, in order to improve the fusion results of atmosphere forcing data on the Tibetan Plateau with poor observation. With the help of the advanced variational assimilation method of PODEn4DAVR, the land data assimilation system will be built on The Tibetan Plateau to assimilate both soil moisture and temperature. In addition, it will assimilate the state variables and model parameters to provide a land surface state variable and model parameter datasets with higher accuracy. And initially land surface reanalysis datasets of the Tibetan Plateau and its surrounding areas will be built for more than 20 years in the past.

青藏高原作为地球的第三极，其地表热力和水分循环过程，对亚洲季风、东亚大气环流、灾害性天气的形成以及全球气候变化均有重大影响。由于观测站点稀少，青藏高原相关研究主要依靠国外开发的再分析资料，但在青藏高原地区，这些资料质量较差，尤其是降水与土壤湿度等可信度较低。因此迫切需要研制一套时空分辨率高、质量可靠的青藏高原区域陆面再分析资料，为相关的基础研究提供数据支撑。本项目拟以基础资料的搜集整理、理论分析、系统发展和集成为基本手段，通过在多重网格变分同化方法中引入协方差和动力约束条件，强迫出部分观测信息不能描述的细节，改善青藏高原地区观测稀少情况下大气驱动融合效果；借助多陆面模式集合分析技术建立青藏高原陆面数据再分析系统，并初步构建20年以上的青藏高原及周边地区陆面再分析数据集。

青藏高原作为地球的第三极，其地表热力和水分循环过程，对亚洲季风、东亚大气环流、灾害性天气的形成以及全球气候变化均有重大影响，迫切需要研制一套时空分辨率高、质量可靠的青藏高原区域陆面再分析资料，为相关的基础研究提供数据支撑。本项目充分利用中国气象局站点观测资料（2020年达到近7万站）、中国风云卫星及国外卫星数据以及数值模式产品等，在多项关键技术中取得突破性进展，创新性地建成了国内唯一实时业务运行的青藏高原及周边区域陆面数据同化业务系统，在中国气象局国家气象信息中心实现了业务运行，实时输出高时效（1h）、高分辨率（6.25km/1km（实时））、高质量的逐小时近地面气温、湿度、气压、风、降水、辐射、地表温度、土壤湿度、土壤温度等格点产品，填补了国内空白，历史序列达到22年（温压湿风序列长度达到41年）。针对降水要素，发展了基于中国风云静止与极轨卫星以及近10颗国际极轨卫星微波降水信息的多卫星降水集成技术和多源降水数据融合技术，并重点针对冬季固态降水观测存在的问题研发了人工观测日降水时间降尺度技术和降水相态识别方法。针对地面入射太阳辐射要素，发展了太阳辐射卫星反演技术、太阳辐射站点观测模拟技术和太阳辐射融合技术。针对近地面温压湿风气象要素，发展了基于变分分析的近地面气象要素观测时间降尺度技术和多源融合技术。针对地表温度、土壤温湿度等陆面要素，发展了多陆面模式模拟与集成技术。基于高性能并行计算、业务系统自动化调度等技术实现了本项目研究成果向业务转化。研究成果可直接应用于青藏高原地-气耦合系统数值模拟、地-气相互作用等研究，为数值模式结果验证与评估、青藏高原陆地水循环和陆气相互作用等相关的基础研究提供数据支撑。同时本项目成果也应用到智能网格融合实况研制中，及时有效地支撑了中国气象局智能网格预报业务改革。另外本项目研制的历史与实时产品为多家用户单位、商业公司开展旅游、交通、农业、能源等服务业务提供了高质量数据支撑。