两类厄尔尼诺事件的季节预报障碍研究取得新进展
21世纪以来厄尔尼诺-南方涛动事件(ENSO)的预报技巧并没有稳步提高。其原因一方面在于季节性预报障碍现象的干扰,另一方面,新型厄尔尼诺事件的出现也增加了ENSO的预报难度。前人对于厄尔尼诺事件季节预报障碍的研究,大多侧重于传统型厄尔尼诺即东太平洋型厄尔尼诺(EP-ElNi?o),对新型厄尔尼诺即中太平洋型厄尔尼诺(CP-ElNi?o)的研究较少。为此,我校智协飞教授团队和中科院大气所段晚锁研究员团队合作提出一种针对厄尔尼诺可预报性的资料分析方法,利用多个CMIP5模式的海温资料,对两类厄尔尼诺事件的季节预报障碍展开研究,并分析了导致造成季节预报障碍的初始误差在整个太平洋的分布结构。以博士生侯美夷为第一作者,段晚锁研究员和智协飞教授为通讯作者的论文《Season-dependentpredictabilitybarrierfortwotypesofElNi?orevealedbyanapproachtodataanalysisforpredictability》近日在国际期刊ClimateDynamics发表。论文网页截图?文章结果表明,中太平洋型厄尔尼诺事件(CP-ElNi?o)的预报会发生夏季预报障碍,而东太平洋型厄尔尼诺事件(EP-ElNi?o)的预报主要受到春季预报障碍的影响。通过对产生季节性预报障碍的海温初始误差进行分析,发现位于北太平洋维多利亚模态区域的初始误差对于CP-ElNi?o的强度预报具有重要影响,而位于赤道西太平洋次表层以及东南太平洋的初始误差对CP-ElNi?o的结构预报具有重要影响。对于EP-ElNi?o事件的预报来说,位于北太平洋维多利亚模态区域的初始误差更侧重于影响其结构的预报,而位于赤道西太平洋次表层以及东南太平洋的初始误差则更容易影响其强度的预报。综上所述,若要在预报中更好地区分两类ElNi?o事件,除了热带太平洋以外,我们还应该关注东南太平洋上层以及北太平洋维多利亚模态区域初始海温的准确性。该研究结果对于如何进行模式初始化,从而可以在预报中更加有效地区分两类ElNi?o事件具有重要意义。520个针对Nino4指数预报的预报误差月增长率。(a)CCSM4,(b)CESM1-BGC,(c)CMCC-CMS,(d)CNRM-CM5,(e)GFDL-CM3,and(f)GISS-E2-R。横轴表示预报个例,纵轴表示月份。导致CP-ElNi?o事件发生显着春季预报障碍的CP-Type-1型海温、海表风场误差(单位:℃、m/s)。(a)CCSM4,(b)CESM1-BGC,(c)CMCC-CMS,(d)CNRM-CM5,(e)GFDL-CM3,and(f)GISS-E2-R。第1-4行表示0m、55m、95m和135m的海洋深度,第5行表示海洋温度误差在5°S-5°N的纬向平均。所有阴影区域表示通过95%显着性t检验的合成误差。?论文网址:https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00382-019-04888-w
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智协飞教授团队提出的分级雨量BMA预报方法显着提高强降水预报水平
??利用贝叶斯模式平均方法(BayesianmodelAveraging,BMA)对数值预报结果进行集成处理,可以得到更优的预报结果。前人提出的传统的BMA方法对强降水预报效果不理想。为解决这一问题,智协飞教授团队近年来在传统BMA方法的基础上,提出了分级雨量BMA预报方法,显着提升了强降水预报能力。以博士生吉璐莹为第一作者,智协飞教授为通讯作者的论文《ProbabilisticPrecipitationForecastingoverEastAsiaUsingBayesianModelAveraging》已在国际期刊WeatherandForecasting发表。论文网页截图该研究利用全球交互式大集合预报(TIGGE)数据集提供的欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、美国国家环境预报中心(NCEP)和英国气象局(UKMO)3个集合预报中心的多成员、多预报时效的24h累积降水量集合预报资料,结合高分辨率中国降水融合产品,对东亚地区24h累积降水量进行分级雨量BMA概率预报。通过将24h累积降水量分为小于10mm(小雨)、10~25mm(中雨)和大于等于25mm(大雨及以上量级)三个量级,分别建立各个量级的BMA预报模型,研究发现,分级雨量BMA模型对强降水的确定性预报有明显改进,对中期预报和延伸期预报,此模型对小雨预报也有明显改善。另外,分级BMA模型提供的概率密度函数更加集中,表明概率预报技巧也优于传统BMA模型。论文结果:相对于原始集合预报的两种BMA确定性预报的ETS技巧评分随预报时效的变化?(a)>0.01mm;(b)0.01~9.9mm;(c)10~24.9mmand(d)≥25mm
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智协飞教授团队重建的北太平洋湍流热通量资料助推年代际气候变化研究
在研究年代际气候变化时,科学家面临一个比较大的困难就是观测资料的时间序列太短。在年代际气候变化中,北太平洋年代际涛动(PDO)是一个重要的模态,而北太平洋的海气相互作用对我国气候变化具有重要的影响。在海气相互作用中,湍流热通量是一个非常重要的物理量,它反映了海洋和大气之间的热量和水汽的交换。不过,目前所能获取的湍流热通量资料有限,不足以用于年代际气候变化的研究。为解决这一问题,智协飞教授团队近年来重建了基于观测的1921-2014年的长时间序列的湍流热通量资料。以博士生宋斌为第一作者,智协飞教授为通讯作者的论文《1921-2014北太平洋湍流热通量资料的重建》已在日本气象学会会刊发表。论文网页截图根据国际综合海洋大气数据集-国际海洋气象档案(ICOADS-IMMA)的海面温度、空气温度、风和湿度的观测数据,他们对观测资料进行了误差订正,利用COARE3.5算法计算了每个观测点的湍流热通量。并使用MFT分布把观测点资料插值到格点中,而对于有些缺测的区域,利用DINEOF方法对缺测部分进行了补缺。在对重建的湍流热通量进行评估时发现,重建资料在气候场、相关系数、变化趋势方面都和现有的资料比较吻合。在气候场中,重建的湍流热通量和其他几种资料的空间分布型一致,并且也能重现最大值出现在黑潮及延伸体区域这一重要物理特征;重建的湍流热通量和其他几种资料湍流热通量都存在比较好的相关性;而重建的湍流热通量和其他几种湍流热通量资料的变化趋势比较一致。在重建的湍流热通量资料和长时间序列的湍流热通量的对比中,重建的潜热通量和ERA-20C的潜热通量在北太平洋相关较好;而重建的潜热通量和20CR的潜热通量在北太平洋东部和西部相关较好,但在北太平洋中部则相关较差,这可能是由于两种资料所用的相对湿度不一致造成的。重建的感热通量和ERA-20C以及20CR的感热通量的相关都较好。另外,重建资料可以很好地重现北太平洋海气相互作用的主要特征,即在北太平洋大部分区域大气驱动海洋,而在副极地锋区则是海洋强迫大气。评估结果显示,重建的湍流热通量资料是可信的,可以为未来的北太平洋年代际尺度海气相互作用研究提供较为可靠的数据支撑。1974-2006年重建的湍流热通量资料和其他五种湍流热通量资料(OAFlux,NCEP,NOCS2.0,JRA-55及CORE2)的平均气候场的空间分布,正值代表从海洋指向大气(单位:Wm?2)。(a)重建的潜热通量;(b)OAFlux的潜热通量;(c)NCEP的潜热通量;(d)NOCS2.0的潜热通量;(e)JRA-55的潜热通量;(f)CORE2的潜热通量;(g)重建的感热通量;(h)OAFlux的感热通量;(i)NCEP的感热通量;(j)NOCS2.0的感热通量;(k)JRA-55的感热通量;(l)CORE2的感热通量。论文网址:https://doi.org/10.2151/jmsj.2019-050.
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