Aperçu

Ce document donne un aperçu des produits de neige de l'analyse rétrospective Modern-Era pour la recherche et les applications, version 2 (MERRA-2). MERRA-2 représente une réanalyse atmosphérique globale de troisième génération produite par le « Global Modeling and Assimilation Office » (GMAO) de la NASA. Elle débute en 1980 et remplace la réanalyse originale MERRA (Rienecker et coll., 2011) en utilisant une version améliorée du système d'assimilation de données « Goddard Earth Observing System Model, Version 5 » (GEOS-5). Outre l'assimilation des données météorologiques à l'aide d'une base de données satellitaires moderne, MERRA-2 comprend une analyse interactive des aérosols qui rétroagissent dans la circulation, utilise les observations de la NASA sur l'ozone stratosphérique et la température, et prend des mesures pour représenter les processus cryogéniques en incluant une représentation des couches de glace sur le Groenland et l'Antarctique.

Coordonnées du fournisseur

MERRA-2 est développé par le « Global Modeling and Assimilation Office » (GMAO) et produit par le programme MAP (« Modeling, Analysis and Prediction ») de la NASA.

Les questions relatives au téléchargement des données doivent être adressées au courriel d'aide de GES DISC : gsfc-help-disc@lists.nasa.gov.

Les questions scientifiques concernant les données MERRA-2 peuvent être envoyées par courriel à : merra-questions@lists.nasa.gov.

Lorsque vous contactez ces courriels (uniquement en anglais), fournissez des informations spécifiques et des liens vers les endroits où vous avez tenté de télécharger les données. Ils vous demandent également de vous familiariser d'abord avec la documentation existante (MERRA-2 : http://gmao.gsfc.nasa.gov/reanalysis/MERRA-2/docs/).

Licences et citations

Les données MERRA-2 sont disponibles gratuitement auprès du centre de services d'information sur les données (DISC) de « Goddard Earth Sciences » (GES). Notez que chaque collection de données MERRA-2 a un DOI citable qui devrait être utilisé dans les publications revues par des pairs.

La citation des données MERRA-2 comporte 2 étapes pour une citation complète :

(1) Choisissez d'abord la bonne variable ici.

Lorsque vous cliquez sur la bonne variable, vous accédez à une deuxième page web avec des onglets sur lesquels vous pouvez cliquer et qui comprennent : (1) les documents de documentation que vous devez citer, et (2) les informations de citation correcte de la variable. Vous avez besoin des deux types de citation.

Nom de la variable et unités :

L'épaisseur de neige et le stockage total de neige sont disponibles sous forme de produits horaires et moyennés mensuelles. Chaque collection de moyennes temporelles consiste en une séquence continue de données dont la moyenne est calculée sur l'intervalle indiqué et qui est horodatée avec l'heure centrale de l'intervalle. Pour les données horaires, par exemple, ces heures sont 00:30 GMT, 01:30 GMT, 02:30 GMT, etc. Les fichiers mensuels représentent les moyennes des mois du calendrier, en tenant compte des années bissextiles.

Ces variables sont disponibles dans la collection Land Surface Diagnostics (LSD). Dans la collection de variables LSD, toutes les données sont dérivées du modèle de terrain, et ne sont pas pondérées en fonction de la fraction de terrain à ce point de grille. Ces données sont fournies pour mieux calculer les bilans pour l'eau du sol et l'énergie des terres. LND ne concerne que les terres, tandis que toutes les autres collections sont représentatives de l'ensemble de la grille.

Dans MERRA-2, l'épaisseur de la neige (SNODP) est enregistrée comme l'épaisseur de la neige dans la partie couverte de neige seulement. La masse de neige (SNOMAS), quant à elle, est enregistrée par rapport à l'ensemble de la zone de la cellule de grille, y compris les parties couvertes et non couvertes de neige. L'épaisseur moyenne de la neige sur l'ensemble de la cellule de grille (y compris les parties couvertes et non couvertes de neige) peut être calculée en multipliant SNODP par FRSNO.

Plus largement, le document MERRA-2 File Specification contient une liste complète des jeux de données disponibles, ainsi qu'une description des grilles horizontale et verticale.

Couverture et résolution spatiales :

Les données MERRA-2 sont un jeu de données global. Toutes les variables sont fournies sur la même grille régulière horizontale de latitude-longitude qui compte 576 points dans la direction longitudinale et 361 points dans la direction latitudinale, ce qui correspond à une résolution de 0,625° × 0,5°.

Couverture et résolution temporelles :

Les données MERRA-2, sont disponibles de 1980 à aujourd'hui.

Les données de température à 2 m sont disponibles au pas de temps horaire et mensuel comme valeur instantanée.

Les données MERRA-2 sont mises à jour sur une base mensuelle (chaque nouveau mois est disponible approximativement entre le 15 et le 20 du mois suivant).

Informations sur les observations (nombre, homogénéité)

Comme toute autre variable climatique issue d'un produit de réanalyse, la température est potentiellement influencée par toutes les observations assimilées dans le produit. MERRA-2 assimile des observations conventionnelles et satellitaires.

Les observations conventionnelles comprennent des mesures en surface, en altitude et par avion. À partir des stations météorologiques terrestres de surface, seule la pression de surface est assimilée dans MERRA et MERRA-2. La température à 2 m des observations de surface n'est pas assimilée dans MERRA-2. Les stations de radiosondage peuvent contribuer à l'analyse de niveau inférieur (T, Qv, U, V). De même, les avions commerciaux peuvent fournir des données de niveau inférieur à l'ascension et à la descente (T, U, V). Il existe également des profileurs de vent (U, V). Sur l'océan, les navires et les bouées peuvent fournir PS, T, Qv, U et V.

Les observations spatiales comprennent les radiances satellitaires et les mesures satellitaires récupérées (« retrieved measurements » en anglais) des champs de température et d'humidité, ainsi que les observations satellitaires du vent (mesures satellitaires récupérées du vent en surface et en altitude). Les observations spatiales représentent la majorité du système d'observation mondial, et le pourcentage du système d'observation mondial qui est mesuré depuis l'espace est passé de 62 % en janvier 1980 à 88 % en décembre 2014. Les observations hyperspectrales modernes de radiance et de micro-ondes, ainsi que les ensembles de données sur l'ozone de la NASA et de la radio-occultation GPS sont maintenant assimilés dans MERRA-2.

Voir le mémo technique des observations MERRA-2 pour plus de détails (uniquement en anglais).

De plus, les précipitations de jauge ne sont pas assimilées par le système d'assimilation, MERRA-2 utilise des données de précipitations basées sur des observations comme forçage pour la paramétrisation de la surface terrestre. Cependant, les précipitations de forçage ne sont pas purement des observations de jauge, car elles se réduisent aux précipitations générées par le modèle MERRA-2 vers le pôle de 42,5° de latitude, et sont complètement des précipitations modélisées par MERRA-2 vers le pôle de 62,5°, donc au-dessus du nord du Canada.

Méthodologie

Comme toute autre réanalyse, les données de MERRA-2 sont fortement influencées par la méthodologie d'assimilation des données. MERRA-2 est actuellement produit avec le système d'assimilation de données GMAO/GEOS-5, version 5.12.4, qui incorpore le schéma d'analyse « Global Statistical Interpolation » (GSI) de Wu et coll. (2002). Le système utilise une version révisée du modèle atmosphérique global GEOS (Molod et coll., 2014). MERRA-2 est produite pour remplacer le produit de réanalyse MERRA (qui a été créé avec GEOS-5.2.0). Les détails du système MERRA-2, y compris les principaux changements par rapport au système MERRA, sont résumés dans la note de bureau no 10 du GMAO. La principale motivation du remplacement de MERRA par MERRA-2 est le fait que le système d'assimilation de données du MERRA a été gelé en 2008 et qu'il n'est pas capable d'ingérer plusieurs nouveaux types de données importants comme les nouveaux sondeurs micro-ondes et les instruments de radiance infrarouge hyperspectraux. Le système GEOS-5 assimile activement environ 2 × 106 observations pour chaque analyse, dont environ 7,5 × 105 données de radiance AIRS. Le flux d'entrée représente environ deux fois ce volume, mais en raison de ce grand volume, les données sont amincies en fonction de la grille d'analyse afin de réduire la charge de calcul. Les données sont également rejetées de l'analyse par des procédures de contrôle de la qualité.

Il y a un changement fondamental entre MERRA et MERRA-2 sur les surfaces terrestres. L'humidité du sol dans MERRA-2 est initialisée à l'aide d'un produit distinct de précipitation basé sur l'observation (variable PRECTOTCORR dans les collections "flx"). Cette approche améliore la représentation des propriétés de la surface terrestre et du ruissellement, et est similaire au schéma d'initialisation de l'humidité du sol développé pour MERRA-Land (Reichle et coll., 2011 ; Reichle, 2012 ; Reichle et Liu, 2014). Les précipitations de forçage sont principalement basées sur les observations des jauges seulement aux basses et moyennes latitudes, et se réduisent progressivement aux précipitations modélisées par MERRA-2 sur une plage zonale allant de 42,5° à 62,5° de latitude. Les précipitations de forçage sont entièrement composées des précipitations modélisées par MERRA-2 à partir de 62,5° vers le pôle.

MERRA-2 est produit sous forme de quatre flux de production, chacun des trois premiers couvrant environ un tiers de la période de MERRA-2, le quatrième flux commençant à quelques années du temps réel. Les conditions initiales pour les quatre flux de MERRA-2 ont été dérivées de MERRA avec une période de spin-up subséquente d'un an, qui n'a pas été publiée dans MERRA-2.

Informations concernant la qualité technique et scientifique

MERRA-2 remplace la réanalyse MERRA originale de la NASA (Rienecker et coll., 2011) en utilisant une version améliorée du système d'assimilation de données et du modèle de prévision. Elle est accompagnée d'une documentation technique complète (voir la section ci-dessous sur les références décrivant la méthodologie ou/et le jeu de données). Il intègre les observations des instruments satellitaires les plus récents, utilise un forçage des précipitations corrigé par les observations pour la surface terrestre, inclut les produits de l'ozone stratosphérique et assimile les aérosols interactifs et les émissions observées, variables dans le temps.

Une page Web contenant les réponses aux questions les plus fréquemment posées est disponible ici (uniquement en anglais): https://gmao.gsfc.nasa.gov/reanalysis/MERRA-2/FAQ/# .

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

Principales limitations générales :

• Des discontinuités se produisent dans les champs de conditions limites de la glace de mer et de la température de surface de la mer (TSM) qui affectent certaines analyses de séries chronologiques.
• Des discontinuités associées à des variations majeures du système d'observation se produisent.
• Les précipitations de forçage sont entièrement composées des précipitations modélisées par MERRA-2 au pôle de 62,5°. Il faut être prudent dans les études de bilan de masse car la différence entre les précipitations basées sur l'observation et celles générées par le modèle affectera le bilan hydrique lorsque les bilans terrestres et atmosphériques seront combinés. Plus généralement, on pense que les précipitations sont trop importantes au-dessus des océans polaires et qu'elles sont excessives au-dessus de la topographie élevée des latitudes tropicales.

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

Gelaro, R., W. McCarty, M. J. Suárez, R. Todling, A. Molod, L. Takacs, C. A. Randles, A. Darmenov, M. G. Bosilovich, R. Reichle, K. Wargan, L. Coy, R. Cullather, C. Draper, S. Akella, V. Buchard, A. Conaty, A. M. da Silva, W. Gu, G. Kim, R. Koster, R., Lucchesi, D. Merkova, J. E. Nielsen, G. Partyka, S. Pawson, W. Putman, M. Rienecker, S. D. Schubert, M. Sienkiewicz, et B. Zhao, 2017 : « The Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2), Journal of Climate », 30(14), 5419-5454. doi : 10.1175/JCLI-D-16-0758.1

L'« American Meteorological Society » possède une collection spéciale d'articles relatifs à MERRA-2. Cette collection (uniquement en anglais), coordonnée par Mike Bosilovich, est disponible sur http://journals.ametsoc.org/collection/MERRA2 .

Il existe plusieurs mémorandums techniques du GMAO qui documentent et évaluent différents aspects du système MERRA-2 (uniquement en anglais):

#43, Bosilovich et al. - MERRA-2 : Évaluation initiale du climat

#45, Randles et al. - L'assimilation des aérosols de MERRA-2

#46, McCarty et al. - Observations d'entrée MERRA-2 : Résumé et évaluation

Description du processus de correction de la précipitation avec des observations utilisé dans MERRA-2 :
Reichle, R., Q. Liu, R. Koster, C. Draper, S. Mahanama, et G. Partyka, 2017. « Land Surface Precipitation in MERRA-2. J. Clim. », doi:10.1175/JCLI-D-16-0570.1 Lien.

Description des changements du modèle GEOS-5 entre les systèmes MERRA et MERRA-2 :

Molod, A., L. Takacs, M. Suarez, et J. Bacmeister, 2015 : « Development of the GEOS-5 atmospheric general circulation model : evolution from MERRA to MERRA2, Geosci. Model Dev. », 8, 1339-1356, doi:10.5194/gmd-8-1339-2015. Lien.

Description de la contrainte de masse utilisée dans MERRA-2 :

Takacs, L. L., M. Suarez, et R. Todling, 2015 : « Maintaining Atmospheric Mass and Water Balance Within Reanalysis. ». NASA/TM-2014-104606, Vol. 37 Document.

Lien pour télécharger les données et format des données :

Les données MERRA-2 sont disponibles en ligne par l'intermédiaire du « Data and Information Services Center » (DISC) de « Goddard Earth Sciences » (GES) (http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/mdisc/). Toutes les données MERRA-2 sont organisées en collections de fichiers qui contiennent des champs ayant des caractéristiques communes. La température à 2 m et la température de la surface se trouvent dans les collections suivantes:

MERRA-2 tavg1_2d_lnd_Nx : Données horaires moyennes contenant les diagnostics de la surface terrestre.

MERRA-2 tavgM_2d_lnd_Nx : Données mensuelles moyennes dans le temps contenant le diagnostic de la surface terrestre.

Les fichiers de données MERRA-2 sont fournis en format netCDF-4. En raison de la taille de l'archive MERRA-2, la plupart des collections de produits sont comprimées avec une méthode de type GRIB qui est invisible pour l'utilisateur. Cette méthode dégrade la précision des données, mais tous les efforts ont été faits pour s'assurer que les différences entre le produit et les données originales, non dégradées, ne sont pas scientifiquement significatives.

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