Abstract. Framed within the Copernicus Climate Change Service (C3S) of the European Commission, the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) is producing an enhanced global dataset for the land component of the fifth generation of European ReAnalysis (ERA5), hereafter referred to as ERA5-Land. Once completed, the period covered will span from 1950 to the present, with continuous updates to support land monitoring applications. ERA5-Land describes the evolution of the water and energy cycles over land in a consistent manner over the production period, which, among others, could be used to analyse trends and anomalies. This is achieved through global high-resolution numerical integrations of the ECMWF land surface model driven by the downscaled meteorological forcing from the ERA5 climate reanalysis, including an elevation correction for the thermodynamic near-surface state. ERA5-Land shares with ERA5 most of the parameterizations that guarantees the use of the state-of-the-art land surface modelling applied to numerical weather prediction (NWP) models. A main advantage of ERA5-Land compared to ERA5 and the older ERA-Interim is the horizontal resolution, which is enhanced globally to 9 km compared to 31 km (ERA5) or 80 km (ERA-Interim), whereas the temporal resolution is hourly as in ERA5. Evaluation against independent in situ observations and global model or satellite-based reference datasets shows the added value of ERA5-Land in the description of the hydrological cycle, in particular with enhanced soil moisture and lake description, and an overall better agreement of river discharge estimations with available observations. However, ERA5-Land snow depth fields present a mixed performance when compared to those of ERA5, depending on geographical location and altitude. The description of the energy cycle shows comparable results with ERA5. Nevertheless, ERA5-Land reduces the global averaged root mean square error of the skin temperature, taking as reference MODIS data, mainly due to the contribution of coastal points where spatial resolution is important. Since January 2020, the ERA5-Land period available has extended from January 1981 to the near present, with a 2- to 3-month delay with respect to real time. The segment prior to 1981 is in production, aiming for a release of the whole dataset in summer/autumn 2021. The high spatial and temporal resolution of ERA5-Land, its extended period, and the consistency of the fields produced makes it a valuable dataset to support hydrological studies, to initialize NWP and climate models, and to support diverse applications dealing with water resource, land, and environmental management. The full ERA5-Land hourly (Muñoz-Sabater, 2019a) and monthly (Muñoz-Sabater, 2019b) averaged datasets presented in this paper are available through the C3S Climate Data Store at https://doi.org/10.24381/cds.e2161bac and https://doi.org/10.24381/cds.68d2bb30, respectively.

Abstract The extension of the ERA5 reanalysis back to 1950 supplements the previously published segment covering 1979 to the present. It features the assimilation of additional conventional observations, as well as improved use of early satellite data. The number of observations assimilated increases from 53,000 per day in early 1950 to 570,000 per day by the end of 1978. Accordingly, the quality of the reanalysis improves throughout the period, generally joining seamlessly with the segment covering 1979 to the present. The fidelity of the extension is illustrated by the accurate depiction of the North Sea storm of 1953, and the events leading to the first discovery of sudden stratospheric warmings in 1952. Time series of ERA5 global surface temperature anomalies show temperatures to be relatively stable from 1950 until the late 1970s, in agreement with the other contemporary full‐input reanalysis covering this period and with independent data sets, although there are significant differences in the accuracy of representing specific regions, Europe being well represented in the early period but Australia less so. The variability of ERA5 precipitation from month to month agrees well with observations for all continents, with correlations above 90% for most of Europe and generally in excess of 70% for North America, Asia and Australia. The evolution of upper air temperatures, humidities and winds shows smoothly varying behaviour, including tropospheric warming and stratospheric cooling, modulated by volcanic eruptions. The Quasi‐Biennial Oscillation is well represented throughout. Aspects to be improved upon in future reanalyses include the assimilation of tropical cyclone data, the spin‐up of soil moisture and stratospheric humidity, and the representation of surface temperatures over Australia.

ABSTRACT While seasonal outlooks have been operational for many years, until recently the extended‐range timescale referred to as subseasonal‐to‐seasonal ( S2S ) has received little attention. S2S prediction fills the gap between short‐range weather prediction and long‐range seasonal outlooks. Decisions in a range of sectors are made in this extended‐range lead time; therefore, there is a strong demand for this new generation of forecasts. International efforts are under way to identify key sources of predictability, improve forecast skill and operationalize aspects of S2S forecasts; however, challenges remain in advancing this new frontier. If S2S predictions are to be used effectively, it is important that, along with science advances, an effort is made to develop, communicate and apply these forecasts appropriately. In this study, the emerging operational S2S forecasts are presented to the wider weather and climate applications community by undertaking the first comprehensive review of sectoral applications of S2S predictions, including public health, disaster preparedness, water management, energy and agriculture. The value of applications‐relevant S2S predictions is explored, and the opportunities and challenges facing their uptake are highlighted. It is shown how social sciences can be integrated with S2S development, from communication to decision‐making and valuation of forecasts, to enhance the benefits of ‘climate services’ approaches for extended‐range forecasting. While S2S forecasting is at a relatively early stage of development, it is concluded that it presents a significant new window of opportunity that can be explored for application‐ready capabilities that could allow many sectors the opportunity to systematically plan on a new time horizon.

Abstract. The WFDE5 dataset has been generated using the WATCH Forcing Data (WFD) methodology applied to surface meteorological variables from the ERA5 reanalysis. The WFDEI dataset had previously been generated by applying the WFD methodology to ERA-Interim. The WFDE5 is provided at 0.5∘ spatial resolution but has higher temporal resolution (hourly) compared to WFDEI (3-hourly). It also has higher spatial variability since it was generated by aggregation of the higher-resolution ERA5 rather than by interpolation of the lower-resolution ERA-Interim data. Evaluation against meteorological observations at 13 globally distributed FLUXNET2015 sites shows that, on average, WFDE5 has lower mean absolute error and higher correlation than WFDEI for all variables. Bias-adjusted monthly precipitation totals of WFDE5 result in more plausible global hydrological water balance components when analysed in an uncalibrated hydrological model (WaterGAP) than with the use of raw ERA5 data for model forcing. The dataset, which can be downloaded from https://doi.org/10.24381/cds.20d54e34 (C3S, 2020b), is distributed by the Copernicus Climate Change Service (C3S) through its Climate Data Store (CDS, C3S, 2020a) and currently spans from the start of January 1979 to the end of 2018. The dataset has been produced using a number of CDS Toolbox applications, whose source code is available with the data – allowing users to regenerate part of the dataset or apply the same approach to other data. Future updates are expected spanning from 1950 to the most recent year. A sample of the complete dataset, which covers the whole of the year 2016, is accessible without registration to the CDS at https://doi.org/10.21957/935p-cj60 (Cucchi et al., 2020).

Abstract. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) assessments are the trusted source of scientific evidence for climate negotiations taking place under the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC). Evidence-based decision-making needs to be informed by up-to-date and timely information on key indicators of the state of the climate system and of the human influence on the global climate system. However, successive IPCC reports are published at intervals of 5–10 years, creating potential for an information gap between report cycles. We follow methods as close as possible to those used in the IPCC Sixth Assessment Report (AR6) Working Group One (WGI) report. We compile monitoring datasets to produce estimates for key climate indicators related to forcing of the climate system: emissions of greenhouse gases and short-lived climate forcers, greenhouse gas concentrations, radiative forcing, the Earth's energy imbalance, surface temperature changes, warming attributed to human activities, the remaining carbon budget, and estimates of global temperature extremes. The purpose of this effort, grounded in an open-data, open-science approach, is to make annually updated reliable global climate indicators available in the public domain (https://doi.org/10.5281/zenodo.11388387, Smith et al., 2024a). As they are traceable to IPCC report methods, they can be trusted by all parties involved in UNFCCC negotiations and help convey wider understanding of the latest knowledge of the climate system and its direction of travel. The indicators show that, for the 2014–2023 decade average, observed warming was 1.19 [1.06 to 1.30] °C, of which 1.19 [1.0 to 1.4] °C was human-induced. For the single-year average, human-induced warming reached 1.31 [1.1 to 1.7] °C in 2023 relative to 1850–1900. The best estimate is below the 2023-observed warming record of 1.43 [1.32 to 1.53] °C, indicating a substantial contribution of internal variability in the 2023 record. Human-induced warming has been increasing at a rate that is unprecedented in the instrumental record, reaching 0.26 [0.2–0.4] °C per decade over 2014–2023. This high rate of warming is caused by a combination of net greenhouse gas emissions being at a persistent high of 53±5.4 Gt CO2e yr−1 over the last decade, as well as reductions in the strength of aerosol cooling. Despite this, there is evidence that the rate of increase in CO2 emissions over the last decade has slowed compared to the 2000s, and depending on societal choices, a continued series of these annual updates over the critical 2020s decade could track a change of direction for some of the indicators presented here.

Abstract We provide a description and concise evaluation of the European Centre of Medium‐range Weather Forecasts Reanalysis v.5 (ERA5) global reanalysis from an additional extension back to 1940 that was released in March 2023, including its timely updates to the end of 2022. The ERA5 product from 1979 to end 2020 and a preliminary back extension from 1950 to 1978 have already been described elsewhere. The new back extension that spans 1940 to 1978 represents the official release and supersedes the preliminary product. Currently, the ERA5 data record extends over more than 83 years of hourly global three‐dimensional fields for many quantities that describe the global atmosphere, land surface, and ocean waves at a horizontal resolution of about 31 km. ERA5 relies on the ingestion of sub‐daily in‐situ and satellite observations, and the number of these increases from 17,000 per day in 1940 to 25 million per day by 2022. Accordingly, the quality of the reanalysis improves throughout the period. Over the Northern Hemisphere ERA5 generally provides a reliable representation of the synoptic situation from the early 1940s and provides long‐term variability that is in line with other datasets. Over the Southern Hemisphere, however, for the early period the description of ERA5 seems mainly statistical. Furthermore, there is a small deviation in surface temperature compared with reconstructions based on monthly aggregations of observations over land before 1946. For this period, the absence of upper air temperature observations reveals a model cold bias in the lower stratosphere. For the period from 1950 to 1978, the final release described here improves on the suboptimal treatment of International Best Track Archive for Climate Stewardship observations in the preliminary release, with, as a result, a much more homogeneous representation of tropical cyclones over the entire ERA5 record. Longer spin‐up periods also have a beneficial impact on soil moisture.

Climate re-analyses are generated by combining Earth system models with meteorological observations, using methods that are similar to those used for numerical weather prediction (NWP). Reanalysis datasets contain a wealth of information about past weather and the recent climate, in the form of multi-decadal time series for many geophysical variables on global grids. Several major NWP centres intermittently conduct reanalysis projects as part of their research and development activities. Reanalysis data have been widely used by the scientific community, especially in the Earth sciences, as evidenced by the very high number of citations of reanalysis products in the published literature. The quality and utility of reanalysis products have improved greatly over the years, mainly due to steady progress in modelling, Earth observation and data assimilation. At the same time, as society awakens to the real consequences of climate change, demand for reliable information about weather and climate has increased rapidly. Reanalysis data, together with other types of climate data, are now routinely used to assess past, present and future impacts of climate change in agriculture, water resources, energy, health, urban planning, transport and other sectors. Consequently, the community of reanalysis users is growing and becoming much more diverse, with experts in different domains, technical consultants, data scientists and many others who are climate-literate but may not be specialized in climate science. Having the needs and requirements of this new user community in mind, the Copernicus Climate Change Service (C3S; Buontempo et al., 2022) was designed to facilitate and support development of effective climate services based on high-quality, consistent, scientific data. The service focuses on simplifying access to data and enabling new applications for planners, policy makers and technical experts in the private and public spheres. The backbone of C3S is the Climate Data Store (CDS), which provides open and free access to a catalogue of more than 150 quality-controlled climate datasets, including observations, reanalysis products, climate predictions and climate projections. The CDS has currently more than 325,000 registered users from around the world, who collectively download and process more than 1 Petabyte of data every day. The most-used CDS dataset by far is the ERA5 reanalysis (Hersbach et al., 2020), produced and maintained by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF). ERA5 provides hourly estimates for a wide range of atmospheric, land and oceanic climate variables on a 31-km global grid, for the period from 1940 to present. The reanalysis continues to be extended forward in time, with daily updates made available to users within 5 days of real time. ERA5 is used by C3S to monitor essential climate variables such as air temperature, precipitation and sea ice and serves as a primary data source for numerous international media reports on climate. Users everywhere rely on ERA5 data as essential input for local adaptation and risk assessment activities. This special issue highlights the role of reanalysis in climate services. The papers selected provide a few notable examples of the wide variety of applications needed to address the impacts of climate change in key sectors of society. Three of the papers concern the energy sector. The topic of the paper by Fallon et al. (2023) is the transformation to sustainable energy systems, and how reanalysis data are used in risk assessments for planning and operation of reserve power infrastructure. Hunt and Bloomfield (2024) describe the use of hydrometeorological data from ERA5 to explore the potential of wind and solar energy across India. This application represents a major use case for atmospheric reanalyses, which provide the best available source of global information about wind and solar radiation. The Dubus et al. (2023) paper describes a service for the energy sector designed to provide climate impact indicators for electricity demand and supply from wind, solar and hydropower. The service is used for trend analysis, seasonal outlooks and future projections based on different energy mix scenarios in the long term. The Di Napoli et al. (2023) paper highlights the crucial role of reanalysis data in the health sector, in this case for monitoring and assessing the impacts of climate-related hazards on human mortality, labour capacity, physical activity, well-being, infectious disease transmission and food security and undernutrition. The paper describes the Lancet Countdown monitoring system for health indicators, which relies mainly on global reanalysis data for detailed information about heatwaves, precipitation extremes, wildfires, droughts, warming and impacts on ecosystems. Rapid changes in the Greenland cryosphere have greatly affected the local environment and the communities that depend on it. Melting of the Greenland ice sheet has major consequences for global sea level rise. The ability to monitor and understand those changes is paramount. The study by Box et al. (2023) provides a thorough analysis of the quality of available data on the Greenland icesheet and precipitation patterns from global and regional reanalysis data. The paper by Prudhomme et al. (2024) describes the development of global hydrological reanalyses, which are generated by combining physically based hydrological models with meteorological data from atmospheric reanalyses. Hydrological reanalyses are used to monitor land water resources and ocean dynamics, to improve our understanding of large-scale hydrological extreme fluctuations and for the development of early warning systems. They also provide long-term context for identification of extreme hydrological events, such as droughts and floods. Reanalysis has become an indispensable resource for climate monitoring, risk assessment and local adaptation activities, as illustrated with the papers in this special issue. In recognition of the crucial role of reanalysis for climate services, the World Meteorological Organization (WMO) has established a Lead Centre for coordination of assessment of multi climate reanalysis (LC-GCR), to be led by ECMWF. The result, we expect, will be further improvements in reanalysis quality, access and utility to the benefits of users around the world. Carlo Buontempo: Conceptualization; writing – review and editing. Chiara Cagnazzo: Conceptualization; writing – review and editing. Dick Dee: Conceptualization; writing – review and editing. The Copernicus Climate Change Service is funded by the European Union and implemented by ECMWF together with numerous public and private entities in Europe and elsewhere.