■ 賈朋群

如果說實(shí)際探測是地球環(huán)境連續(xù)寫實(shí)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(xué)者們歸回和再出發(fā)的時(shí)候。這樣的循環(huán)往復(fù)，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(yīng)用于歷史觀測數(shù)據(jù)庫”，因?yàn)槠洚a(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(yīng)用兩端都具有極高的價(jià)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(huì)議（ICR5），吸引了全球35個(gè)國家和地區(qū)的250多位學(xué)者參加。會(huì)議圍繞再分析產(chǎn)品現(xiàn)狀和計(jì)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(yīng)用等5個(gè)主題，進(jìn)行了大會(huì)和墻報(bào)交流。會(huì)議通過安排大會(huì)和專題的特約發(fā)言，勾畫出全球在再分析領(lǐng)域圍繞會(huì)議主題取得的進(jìn)展的脈絡(luò)和未來發(fā)展的方向。

1　再分析進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期

借助本次會(huì)議，特別是會(huì)議第一主題的討論，展示出目前世界上各主要機(jī)構(gòu)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(yù)計(jì)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(yù)報(bào)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(yù)報(bào)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(jì)（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(shí)間長度延伸到3Q。再分析發(fā)展的過程和脈絡(luò)，與大會(huì)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(xì)化產(chǎn)品問世），進(jìn)入到了多種高分辨和先進(jìn)的多樣化再分析產(chǎn)品研發(fā)的第四個(gè)階段。而隨著再分析產(chǎn)品的日益強(qiáng)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(gè)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(xué)反應(yīng)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(shí)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(xué)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(jìn)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(chǔ)備。此外，中國氣象局計(jì)劃在2020年推出的CRA-40再分析產(chǎn)品，在會(huì)上受到極大關(guān)注。

2　新技術(shù)和新思路或許能讓再分析數(shù)據(jù)更可靠

關(guān)于再分析數(shù)據(jù)庫建設(shè)，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(zhì)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(rèn)為“再分析是基于模式的產(chǎn)品，因此可以被認(rèn)為相對于模式預(yù)測缺乏獨(dú)立性”。而更具有“殺傷力”的聲音則認(rèn)為，“當(dāng)兩種數(shù)據(jù)庫都可用的時(shí)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(huì)議的態(tài)度是明確的：“兩種數(shù)據(jù)都不會(huì)完美，而再分析不會(huì)更糟糕。”

實(shí)際上，很多新技術(shù)和新思路會(huì)讓再分析變得更強(qiáng)大。例如，德國學(xué)者在會(huì)上分析了地球重力衛(wèi)星（GRACE）和無線電掩星技術(shù)對地球系統(tǒng)大變率的觀測。2007年升空的美-德合作項(xiàng)目GRACE，改變了科學(xué)家審視地球水的流動(dòng)和存儲(chǔ)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(chǔ)這類變量，因?yàn)樯婕把┧?、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(gè)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(xué)者則從另一個(gè)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?cái)?shù)據(jù)，加上樹輪和歷史文獻(xiàn)（圖3）信息，再分析數(shù)據(jù)的時(shí)間長度可以擴(kuò)展到千年。針對一個(gè)點(diǎn)（38°N，135°E）1760—2000年再分析數(shù)據(jù)的初步結(jié)果表明，全球目前較為均勻地分布著眾多可以通過模式復(fù)制的和該點(diǎn)類似的點(diǎn)。可以預(yù)計(jì)，如果這些地點(diǎn)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(shí)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(huì)議始于1996年，那時(shí)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(yīng)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(xiàn)中的天氣信息，或可被用來建設(shè)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(xì)化的實(shí)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(gè)始終無法繞開的問題。ICR5的會(huì)議氛圍以及會(huì)議暴露出的未來再分析的發(fā)展趨勢，給了我們一個(gè)很好的啟示：如果說實(shí)際探測是地球環(huán)境連續(xù)寫實(shí)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(xué)者們歸回和再出發(fā)的時(shí)候。這樣的循環(huán)往復(fù)，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！