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CESM集合预测系统开展实时预测

刘婷   2020-11-23

      以自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点研究室作为依托单位,在国家自然科学基金委重大项目“ENSO的变异机理和可预测性研究”(41690120)以及国家自然科学基金委重点项目“近135年印度洋偶极子集合预报试验及可预报性研究”(41530961)和科技部重点研发项目“高影响海—气环境事件预报模式的高分辨率海洋资料同化系统研发”(2017YFA0604202)联合资助下研发的全球耦合模式(CESM)集合预报系统取得重要进展。课题组刘婷、宋迅殊、沈浙奇、李晓静和高艳秋等骨干成员在3年时间内完成了系统同化、集合和预报模块的设置、试验和评价工作,该系统是目前海洋二所首个全球耦合模式季节气候预报系统,可以开展全球海洋—大气要素的季节预报。该系统已于2020年9月开始发布印度洋偶极子(IOD)和厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)的实时预报。

      该系统包含CESM动力模式、同化系统和集合预报系统3大模块。同化系统是在海洋环境预报中心业务化同化系统的基础上,改进了海洋同化模块次表层Nudging系数、增加了大气模式低层风场同化模块,有效地改进了预报初始场的质量。集合预报构造采用气候相关奇异向量最优扰动方法(Climatically relevant singular vectors,简称CSVs,Kleeman et al. 2003;Tang et al. 2006),扰动次表层海温产生20个集合成员。过去一个多世纪的回报试验结果表明:该系统印度洋偶极子指数(DMI)和Niño3.4指数的预报技巧已与国际主流预测模式水平相当,能够分别提前4个月和10个月提供有效的IOD和ENSO预报(相关系数>0.5)。

      2020年11月的最新预报结果显示,未来一年热带印度洋地区的IOD事件一直处于中性状态。太平洋地区的拉尼娜事件将进一步发展并在冬季形成一次中等强度的拉尼娜事件。该次拉尼娜事件在次年6月转变成中性事件的可能性较大。

                           

                

图1 CESM集合系统2020年11月起报的IOD(上)和ENSO(下)确定性预报结果

图2 CESM集合系统2020年11月起报的IOD(上)和ENSO(下)概率预报结果

参考文献:

[1]      Kleeman R., Y. Tang, and A. Moore, 2003: The calculation of climatically relevant singular vectors in the presence of weather noise. J. Atmos. Sci., 60, 2856–2867.

[2]      Tang Y., R. Kleeman, and S. Miller, 2006: ENSO predictability of a fully coupled GCM model using singular vector analysis. J. Climate, 19, 3361-3377.

[3]      Liu T., Tang YM., Song XS. et al. 2020: ENSO predictability in the CESM model from 1880 to 2017. Submitted to J. Climate.

[4]      Song XS., Li XJ., Zhang SW., et.al. 2020: A new nudging scheme for the current operational climate prediction system in National Marine Environmental Forecasting Center of China. Submitted to Science China Earth Sciences.

[5]      Song XS., Tang YM., Liu T., et al. 2020: IOD prediction skill in the past 138 years using a CESM ensemble prediction system. In prepare.