Сравнительный анализ многолетних распределений горизонтальных потоков водяного пара по данным реанализов ERA5 и MERRA2, а также спутникового радиотепловидения

Потоки водяного пара являются одной из важных компонент энерго- и массообмена атмосферы. Экстремальные высокие потоки водяного пара (скрытого тепла) способны формировать опасные погодные явления разных масштабов. Основным средством изучения переноса водяного пара на крупном региональном и глобальном масштабах являются глобальные реанализы, ассимилирующие спутниковые и другие наблюдения в численных моделях атмосферной циркуляции. Однако, в оценках потоков водяного пара разных реанализов встречаются существенные расхождения, и ни один из них не обеспечивает точного замыкания балансового уравнения по атмосферной влаге. Таким образом, актуален сравнительный анализ информации реанализов по потокам водяного пара для выявления областей наименее надежных оценок и, по возможности, сопоставление с расчетами атмосферной динамики по независимым методикам, к которым можно, в частности, отнести спутниковое радиотепловидение.
В настоящем исследовании проведена оценка расхождений между глобальными полями горизонтальных потоков водяного пара (их зональных и меридиональных компонент) по данным реанализов ERA5 и MERRA2 за 2013 – 2020 годы, дополненная сравнением с расчетами по методике спутникового радиотепловидения на основе информации измерений спутниковых микроволновых радиометров серии SSMIS. Для разделения вкладов ошибок в оценку массы водяного пара и скорости воздушного потока проанализированы по отдельности восстановленные поля интегрального влагосодержания атмосферы (ИВА) и эффективной горизонтальной скорости переноса (отношение вертикально интегрированного потока водяного пара к интегральному влагосодержанию атмосферы). Для сравнения всех величин выбраны три статистических показателя: средняя разница между переменными (систематическое смещение), среднеквадратический разброс разницы и коэффициент корреляции Пирсона исходных значений переменных. Статистические показатели рассчитаны для каждого узла глобальной координатной сетки за весь доступный временной интервал. Из-за того, что данные MERRA2 обладают более грубым разрешением, чем ERA5 и SSMIS, данные последних двух были агрегированы на сетку MERRA2 для прямого сопоставления. Для сравнения ERA5 и спутникового радиотепловидения использована сетка исходного разрешения в 0,25 градуса.
В работе приведены и обсуждены некоторые отличия оценок MERRA2 от ERA5 и спутникового радиотепловидения. В частности, показаны более высокие величины ИВА по данным MERRA2 по сравнению с ERA5 и SSMIS, причем максимальные расхождения выявлены в районе Индостана и Юго-Восточной Азии в период действия летнего муссона. При этом СКО разницы оценок ИВА по спутниковому радиотепловидению и реанализам выше, чем между двумя реанализами. Значительные отличия в оценке потоков наблюдаются, в частности, над территориями со сложным горным рельефом, например, в горах Южной Америки.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИКИ РАН (тема «Эмиссия», госрегистрация № 125111112878-8).