Aperçu
Ce document fournit un aperçu des produits de neige d'ERA5-Land, dans le contexte du jeu de données plus large d'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 :
Plusieurs variables liées à la neige sont disponibles sous forme de sous-ensembles horaires et mensuels. Le tableau ci-dessous fournit plus de détails pour chacune d'entre elles et les noms utilisés dans ERA5.
| Nom | Unités | Description |
|---|---|---|
| Albédo de la neige | sans dimension | Il est défini comme la fraction du rayonnement solaire (ondes courtes) réfléchie par la neige, sur l'ensemble du spectre solaire, pour le rayonnement direct et diffus. Il s'agit d'une mesure de la réflectivité des cellules de la grille couvertes de neige. Les valeurs varient entre 0 et 1. Les valeurs varient entre 0 et 1. En général, la neige et la glace ont une réflectivité élevée avec des valeurs d'albédo de 0,8 et plus. |
| Couverture de neige | % | Il représente la fraction (0-1) de la cellule / maille occupée par la neige (similaire aux champs de couverture nuageuse d'ERA5). |
| Densité de la neige | kg m-3 | Masse de neige par mètre cube dans la couche de neige. Le modèle IFS (« Integrated Forecast System ») de l’ECMWF représente la neige comme une seule couche supplémentaire au-dessus du niveau de sol le plus élevé. La neige peut couvrir tout ou partie de la maille. |
| Épaisseur de la neige | mètres | Ce paramètre est fourni comme une variable instantanée. Il s'agit de la moyenne par boîte à gribes de l'épaisseur de la neige au sol (à l'exclusion de la neige sur la canopée). |
| Équivalent en eau de l'épaisseur de la neige | mètres d'équivalent eau | Profondeur de la neige de la zone enneigée d'une maille. Ses unités sont les mètres d'équivalent eau, il s'agit donc de la profondeur qu'aurait l'eau si la neige fondait et était répartie uniformément sur l'ensemble de la maille. Le système intégré de prévision de l’ECMWF représente la neige comme une seule couche supplémentaire au-dessus du niveau du sol le plus élevé. La neige peut couvrir tout ou partie de la maille. |
| Évaporation de la neige | m d'équivalent eau | Ce paramètre est une variable accumulée. Évaporation de la neige moyennée sur la maille (pour trouver le flux sur la neige, diviser par la fraction de neige). Cette variable est accumulée depuis le début du temps de prévision jusqu'à la fin de l'étape de prévision. |
| Chute de neige | m d'équivalent eau | Ce paramètre représente la neige accumulée qui tombe à la surface de la Terre. Il s'agit de la somme des chutes de neige à grande échelle et des chutes de neige par convection. Si la neige a fondu pendant la période au cours de laquelle cette variable a été accumulée, elle sera supérieure à l'épaisseur de la neige. Cette variable est la quantité totale d'eau accumulée depuis le début de la période de prévision jusqu'à la fin de l'étape de prévision. Les unités données mesurent la profondeur que l'eau aurait si la neige fondait et était répartie uniformément sur la maille. Il faut faire attention en comparant les variables du modèle avec les observations, parce que 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. |
| Fonte des neiges | m d'équivalent eau | Ce paramètre est la quantité d'eau accumulée qui a fondu de la neige dans la zone couverte de neige d'une maille. Le système intégré de prévision de l’ECMWF (IFS) représente la neige comme une seule couche supplémentaire au-dessus du niveau du sol le plus élevé. La neige peut couvrir tout ou partie de la maille. Ce paramètre est la profondeur d'eau qu'il y aurait si la neige fondue (de la zone enneigée d'une maille) était répartie uniformément sur toute la maille. Par exemple, si la moitié de la maille est couverte de neige avec une profondeur équivalente à l'eau de 0,02 m, ce paramètre aura une valeur de 0,01 m. Pour la réanalyse, la période d'accumulation est d'une heure se terminant à la date et à l'heure de validité. Pour les membres de l'ensemble, la moyenne de l'ensemble et l'écart de l'ensemble, la période d'accumulation est de 3 heures se terminant à la date et à l'heure de validité. |
Ces produits peuvent être trouvés en sélectionnant leur nom dans la catégorie neige 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. Dans ERA5-Land, elles sont accumulées du début de la prévision à la fin du pas de prévision.
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. Des données mensuelles sont également disponibles de 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 au 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 de documentation 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, notamment pour les modèles hydrologiques et les analyses des extrêmes sous-quotidiens. ERA5-Land utilise les forçages atmosphériques d'ERA5 qui assimilent la température de surface des stations.
Comme pour toutes les données sur grille, les valeurs observées des différents paramètres de la neige à l'échelle locale peuvent différer des valeurs fournies par l'ensemble des données sur grille, qui représentent un résumé statistique de la zone entourant un point de grille.
Plus important encore, dans les régions montagneuses au-dessus d'environ 1 500 m, l'épaisseur de neige d'ERA5 est irréaliste. En revanche, la masse et l'épaisseur de la neige d'ERA5-Land sont améliorées pour les montagnes des latitudes moyennes, bien que les estimations de l'épaisseur de la neige d'ERA5 correspondent mieux aux hauteurs des montagnes > 3300 m. Par continent, les champs de neige d'ERA5-Land montrent la plus grande habileté aux États-Unis sur les terrains montagneux complexes, ce qui implique que la température proche de la surface peut être plus précise. Dans l'ensemble, cependant, la compétence d'ERA5-Land pour la neige varie en fonction de la région géographique.
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.