Återanalyser för atmosfären

Återanalyser produceras med hjälp av observationer och en väderprognosmodell och ger användaren information för platser och tidpunkter där det inte finns observationer. Information om atmosfärens tillstånd innehåller bland annat temperatur, nederbörd, vind och lufttryck under en period och i ett rutnät över ett geografiskt område.

Varför behövs återanalyser?

Observationer av temperatur, vind, tryck, fuktighet, moln och andra variabler sker på ett begränsat antal platser, men ibland finns det behov av att veta vad som händer mellan dessa observationsplatser. Dessutom kan det finnas luckor i tid i en observationsserie. Både luckor i tid och rum fyller man med en återanalys och får på så sätt ett komplett dataset utan luckor i tid eller rum.

Exempelvis finns det användare som vill veta hur vädret var vid en viss tidpunkt eller som behöver klimatstatistik för till exempel nederbörd, vindar vid marken eller högre upp och extremvindar. Klimatstatistiken behövs inte bara vid observationsplatser utan var som helst i tid och rum. En återanalys kan även vara utgångspunkt för mer finskaliga modeller eller användas för att validera hur bra klimatmodeller representerar dagens klimat och dess variationer.
 

Återanalyser produceras med hjälp av observationer och en väderprognosmodell

För att skapa en återanalys behövs observationer och en väderprognosmodell. Det finns olika slags observationer som kan matas in i systemet för återanalys. Till exempel kan mätningar från flygplan, ballonger, havsbojar och fartyg kombineras med traditionella markobservationer och moderna satellitdata. Generellt försöker man använda så många observationer som möjligt.

Väderläget analyseras med hjälp av dataassimilering som använder fysikaliska samband mellan olika variabler såsom tryck och vind eller temperatur och tryck. På så sätt kan en observation av enbart tryck påverka även vind inom ett visst område.

Med hjälp av de statistiska och fysikaliska sambanden beräknas värden på ett tätt och regelbundet rutnät av punkter (från tiotals kilometer till någon kilometer mellan punkterna), som sedan blir startvärden för en numerisk prognosmodell. Prognoserna baseras på matematiska och fysikaliska modeller där temperatur, vind, tryck, fuktighet, moln och andra variabler representeras i rutnätet i rum och stegvis i tid.

En återanalys är alltså en metod för att få det bästa av två världar, nämligen regelbundna dataset i tid och rum från modeller som successivt rättas upp med information från observationer.

En återanalys är en kombination av observationer och modellberäknad data. I filmen beskrivs hur en återanalys för atmosfären produceras.
Källa: Smhi

 

Prognosmodell
Principskiss över hur observationer löpande matas in (dataassimileringen) i prognosmodellen (som står för atmosfärsfysiken). Förstora Bild

Återanalys använder ett oförändrat modellsystem

Väderprognosmodeller liksom analysmetoder förbättras ständigt och får allt högre upplösning. Denna stegvisa utveckling gör dem olämpliga för studier av klimatvariationer och trender. Istället har man, vid ett visst tillfälle, tagit ett välfungerande analys- och prognossystem och återanalyserat historiska observationer för exempelvis de senaste 50 åren.

Ett oförändrat modellsystem ger möjlighet att se klimattendenser och naturliga variationer eftersom man har eliminerat modelländringar. Detta kallas för återanalys, se bilden nedan.

Det finns globala återanalyser från till exempel NCEP i USA, JMA i Japan eller ECMWF i Europa. SMHI har i flera omgångar utfört regionala återanalyser med högre upplösning. Exempel på detta är inom EU-projektet EURO4M där perioden 1979-2014 återanalyserades med 22 km gridupplösning och i EU-projektet UERRA där perioden 1961 - juli 2019 beräknades med 11 km gridupplösning. Nu bidrar SMHI med återanalyser med 5,5 km gridupplösning till Copernicus Climate Change Services där all data finns tillgänglig för allmänheten.

Hemsida för Copernicus återanalys för Europa

flow1
Principskiss över hur observationer (överst) löpande matas in i prognosmodellen (som står för atmosfärsfysiken) vilket resulterar i en så kallad återanalys av atmosfärens tillstånd dag för dag över många år. Förstora Bild