Aperçu

Ce document fournit un aperçu des précipitations totales d'ERA5-Land, dans le contexte de l'ensemble plus vaste de données ERA5-Land. ERA5-Land est une variante pour de la composante terrestre de la réanalyse atmosphérique globale ERA5 utilisant une résolution spatiale plus fine et incluant une série d'améliorations la rendant plus précise pour tous les types d'applications terrestres. ERA5-Land est produit par l’ECMWF encadré par le Service des changements climatiques de Copernicus (C3S). Les données couvrent une période allant de janvier 1950 à aujourd'hui. Elles fournissent des données horaires pour de nombreux paramètres atmosphériques et de la surface terrestre proches de la surface.

Coordonnées du fournisseur

ERA5-Land est produit par le Service des changements climatiques de Copernicus (C3S) à l’ECMWF.

Support aux utilisateurs de Copernicus (copernicus-support@ecmwf.int (externe à C3S)).

Licences

Licence : Copernicus (Les informations sur l'accord de licence peuvent être trouvées ici ou ici).

Jeu de données doit être cité comme : Muñoz Sabater, J., (2019) : « ERA5-Land hourly data from 1981 to present. Copernicus Climate Change Service (C3S) Climate Data Store (CDS). (Accessed on < DD-MMM-YYYY >), 10.24381/cds.e2161bac ».

Nom de la variable et unités :

Les précipitations totales d'ERA5-Land sur le nord du Canada sont l'objet de ce document. Cette variable est disponible en sous-ensembles horaires et mensuels. Le tableau ci-dessous fournit les unités et les détails sur la variable.

La précipitation totale peut être trouvée en sélectionnant son nom dans le tableau avec les paramètres sur les pages ci-dessous :

- données horaires de 1950 à aujourd'hui,

- données moyennes mensuelles de 1981 à aujourd'hui.

Note : La convention pour les accumulations utilisée dans ERA5-Land diffère de celle utilisée dans ERA5. Dans ERA5-Land, elles sont accumulées depuis le début de la prévision jusqu'à la fin du pas de prévision. Ainsi, l'heure 00 UTC du jour 'd' donne la valeur de l'accumulation totale pour le jour précédent 'd-1'. Il convient d'être prudent lors de l'utilisation de fonctions CDO comme 'daysum' ou tout autre opérateur équivalent pour calculer des sommes journalières.

Le ECMWF fournit une table de conversion pour les variables accumulées (précipitations/flux totaux) pour ERA5-Land et ERA5. La table montre comment les variables accumulées provenant d'un certain nombre de jeux de données C3S et ECMWF doivent être traitées pour obtenir des valeurs pour une heure, un jour, un mois et une année. Dans la documentation, 'les précipitations totales' et 'le rayonnement solaire' sont utilisés à titre d'illustration, mais le même traitement devrait être appliqué à toutes les variables de précipitation et de flux radiatif.

Couverture et résolution spatiales :

ERA5-Land est un jeu de données global sur la surface terrestre. Les données atmosphériques sont disponibles sur une grille régulière de latitude-longitude à une résolution de 0,1o x 0,1o (convertie à partir d’une grille gaussienne native à une grille d'environ 9 km x 9 km), et sur 4 couches de surface. Les océans ont été masqués et des données sont disponibles sur les masses terrestres et les lacs intérieurs.

Couverture et résolution temporelles :

Les données ERA5-Land sont disponibles de 1950 à aujourd'hui au pas de temps horaire. Les données au pas de temps mensuel sont disponibles pour la période 1981 à aujourd'hui (l'extension arrière 1950 - 1980 est prévue pour être disponible en 2022).

Les mises à jour des données ERA5-Land sont effectuées de manière synchrone avec les mises à jour ERA5, avec un retard d'environ 2 à 3 mois sur le temps réel.

Informations sur les observations (nombre, homogénéité)

ERA5-Land n'est pas directement influencé par les observations, mais plutôt indirectement par les forçages atmosphériques d'ERA5. L'assimilation de données d'ERA5 utilise des observations pour plusieures les quantités géophysiques à partir d'environ 0,75 million d'observations par jour en 1979 et d'environ 24 millions en 2018. La 2D-OI utilise des observations de surface. La documentation technique en ligne (uniquement en anglais) fournit des tableaux avec les observations satellitaires et in-situ utilisées comme entrée dans ERA5. De plus amples détails peuvent également être trouvés dans le document ERA5 précédemment présenté dans ce document.

Méthodologie

ERA5-Land est produit dans le cadre d'une simulation unique de la composante terrestre pilotée par la réanalyse climatique ERA5, sans couplage avec le module atmosphérique du système intégré de prévision (IFS) de l’ECMWF et sans assimilation de données. Le forçage de la basse atmosphère est fourni par la réanalyse ERA5, avec une correction supplémentaire du gradient vertical. Le cœur d'ERA5-Land est le « Tiled ECMWF Scheme for Surface Exchanges over Land » incorporant l'hydrologie de la surface terrestre (H-TESSEL). Comme il fonctionne sans assimilation de données, il est abordable sur le plan informatique pour des mises à jour relativement rapides. Par exemple, si des améliorations significatives du modèle de surface terrestre sont mises en œuvre, l'ensemble ou une partie du jeu de données peut être retraité dans une période relativement courte. Les mises à jour sont possibles dans le cas où des jeux de données auxiliaires améliorés sont utilisés comme entrée pour la production.

La production d'ERA5-Land n'est pas réalisée comme un seul segment continu, mais plutôt comme trois segments : Segment-1 (à partir de 2001), Segment-2 (1981-2000), et Segment-3 (1950-1980). Cela permet une production en parallèle des données, ce qui permet un accès plus rapide aux données, et parce que les forçages atmosphériques utilisés par ERA5-Land sont dérivés d'ERA5, ce qui nécessite un segment ERA5 complet correspondant. Chaque flux est initialisé avec divers champs météorologiques d'ERA5 (température, précipitation, humidité, radiation, etc.). Alors que ERA5-Land n'assimile pas directement les observations, celles-ci sont introduites via les forçages atmosphériques d'ERA5. Ces forçages sont ajustés à l'aide des gradiens dérivés d'ERA5 avant d'être intégrés au modèle de surface de l’ECMWF « Carbon Hydrology-Tiled ECMWF Scheme for Surface Exchanges over Land » (CHTESSEL). Cela se fait par cycles de 24 heures, générant des sorties horaires et l'évolution de l'état de la surface terrestre et des flux d'eau et d'énergie. Pour plus de détails sur le système d'assimilation utilisé pour obtenir les forçages atmosphériques de l'ERA5, veuillez consulter le document ERA5 présenté dans ce document.

Estimation de l'incertitude : Actuellement, les estimations d'incertitude des variables ERA5-Land sont celles correspondant à ERA5. L'estimation de l'incertitude d'ERA5 est échantillonnée par un ensemble d'assimilation de données (EDA) de 10 membres à plus basse résolution qui fournit des estimations de l'erreur de fond pour le système déterministe d'assimilation de données 4D-Var du HRES. La méthode d'analyse est la même pour chaque membre de l'EDA et suit celle du HRES. Chaque membre (sauf le contrôle) est exécuté avec différentes perturbations aléatoires ajoutées aux observations. De même, les tendances physiques du modèle sont perturbées dans les prévisions courtes qui relient les fenêtres d'analyse ultérieures. La moyenne et l'écart de l'ensemble ont été pré-calculés pour des raisons de commodité. Ces estimations d'incertitude sont étroitement liées au contenu en information du système d'observation disponible, qui a considérablement évolué au fil du temps. Elles indiquent également les zones sensibles dépendant du débit. Pour faciliter de nombreuses applications climatiques, les moyennes mensuelles ont également été précalculées, bien que les moyennes mensuelles ne soient pas disponibles pour la moyenne et la dispersion de l'ensemble.

Le plan initial était d'appliquer la même méthodologie que pour ERA5-Land afin de fournir une estimation des champs d'incertitude, comme cela a été fait pour ERA5. Cependant, l'incertitude a été estimée comme étant extrêmement faible, et aurait attribué un niveau de confiance irréaliste aux variables d'ERA5-Land. Il est donc recommandé d'utiliser les estimations d'incertitude correspondantes d'ERA5 pour le moment, jusqu'à ce que d'autres études soient effectuées.

Informations concernant la qualité technique et scientifique

ERA5-Land représente l'un des produits de la dernière réanalyse atmosphérique globale produite par le Service des changements climatiques de Copernicus à l'ECMWF. Elle est archivée à un pas de temps plus court (horaire), a une résolution spatiale fine, utilise un système d'assimilation plus avancé et inclut plus de sources de données que les versions précédentes (par exemple, ERA-Interim-Land). Il est accompagné d'une documentation technique complète et de deux documents scientifique principaux. Une liste des "problèmes connus" est tenue à jour dans la documentation en ligne (https://confluence.ecmwf.int/display/CKB/ERA5-Land%3A+data+documentation).

Informations sur le modèle de surface terrestre : Le modèle de surface terrestre de l'ERA5-Land était opérationnel en 2018 avec le cycle de modèle IFS 45r1. Bien que la plupart des changements par rapport à l'IFS Cy41R2 utilisé dans ERA5 soient principalement techniques, quelques améliorations ont été apportées à divers domaines : 1) la paramétrisation de la conductivité thermique du sol a été mise à jour pour prendre en compte la composante glace des sols gelés, 2) la conservation de l'équilibre sol-eau a été corrigée et améliorée, et 3) la pluie sur la neige est désormais prise en compte et n'est pas accumulée dans le manteau neigeux. De plus, un bug existant dans IFS Cy41R2, qui affecte les calculs de flux d'évapotranspiration potentielle (ETP) sur les forêts et les déserts, a été corrigé dans ERA5-Land, et contrairement à ERA5, ERA5-Land ETP est un jeu de données disponible. Cependant, la ETP est maintenant déterminée en supposant un type de végétation de cultures et aucune contrainte d'humidité du sol. Ces hypothèses ne sont pas toujours réalistes, et la ETP doit donc être utilisée avec précaution. Il est peu probable que cela affecte la température ERA5-Land à 2 m dans le nord du Canada, mais l'utilisateur doit être conscient de la raison de cette mise à jour. De plus amples informations sur le modèle de surface terrestre CHTESSEL utilisé dans ERA5-Land peuvent être trouvées dans Muñoz-Sabater et coll. (2021, preprint).

Contraintes et atouts pour l’application dans le nord du Canada

ERA5-Land est une réanalyse de la surface terrestre plus récente et il existe peu d'évaluations scientifiques du jeu de données consacrées spécifiquement au nord du Canada. Cependant, il faut noter que dans le nord du Canada, il n'y a actuellement aucun enregistrement sous-quotidien sur une longue période historique pour de nombreuses stations météorologiques. Les données de réanalyse à sortie horaire comblent cette lacune et, avec une calibration appropriées (mise à l'échelle), elles pourraient être précieuses, en particulier pour les analyses sousquotidiennes des phénomènes extrêmes. Le schéma d'hydrologie de surface amélioré à haute résolution d'ERA5-Land intègre le ruissellement et le drainage de surface avec des dépendances fonctionnelles sur l'orographie et la texture du sol, respectivement.

Les unités de précipitation sont la profondeur en mètres, qui correspond à la profondeur qu'aurait l'eau si elle était répartie uniformément sur la maille. Il faut être prudent lors de la comparaison des variables du modèle avec les observations, car les observations sont souvent locales à un point particulier dans l'espace et le temps, plutôt que de représenter des moyennes sur une maille du modèle et un pas de temps du modèle.

Comme toutes les réanalyses, les changements dans les quantités et les types de données d'observation qui sont assimilées peuvent avoir un impact négatif sur les tendances ou la variabilité. Il convient d'être prudent lors de l'analyse des tendances ou de la variabilité.

Références aux documents décrivant la méthodologie ou/et le jeu de données

Muñoz Sabater, J., 2019 : « ERA5-Land hourly data from 1981 to present. Copernicus Climate Change Service (C3S) Climate Data Store (CDS). (Accessed on < DD-Month-YYYY >), https://doi.org/10.24381/cds.e2161bac ».

Muñoz-Sabater, J., E. Dutra, A. Agustí-Panareda, C. Albergel, G. Arduini, G., Balsamo, S. Boussetta, M. Choulga, S. Harrigan, H. Hersbach, B. Martens, D. G. Miralles, M. Piles, N. J. Rodríguez-Fernández, E. Zsoter, C. Buontempo, et J.-N. Thépaut, 2021 : « ERA5-Land : A state-of-the-art global reanalysis dataset for land applications. Earth System Science Data », 13(9), 4349-4383. https://doi.org/10.5194/essd-2021-82

Hersbach, H., B .Bell, P. Berrisford, S. Hirahara, A. Horányi, J. Muñoz-Sabater, J. Nicolas, C. Peubey, R. Radu, D. Schepers, A. Simmons, C. Soci, S. Abdalla, X. Abellan, G. Balsamo, P. Bechtold, G. Biavati, J. Bidlot, M. Bonavita, G. Chiara, P. Dahlgren, D. Dee, M. Diamantakis, R. Dragani, J. Flemming, R. Forbes, M. Fuentes, A. Geer, L. Haimberger, S. Healy, R.J. Hogan, E. Hólm, M. Janisková, S. Keeley, P. Laloyaux, P. Lopez, C. Lupu, G. Radnoti, P. Rosnay, I. Rozum, F. Vamborg, S. Villaume, et J.-.N. Thépaut, 2020 : « The ERA5 global reanalysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society », 146(730), 1999-2049. https://doi.org/10.1002/qj.3803.

Lien pour télécharger les données et format des données :

Accès aux données : Copernicus | ECMWF (nécessite une connexion)

ERA5-Land est disponible en formats GRIB et NetCDF.

Lien pour télécharger des données horaires et mensuelles sur Copernicus :

- données horaires de 1950 à aujourd'hui,

- données moyennes mensuelles de 1981 à aujourd'hui

Publications comprenant l'évaluation de l'ensemble des données ou la comparaison avec d'autres données au Canada.