本文選題：延伸期預報 + 可預報性��； 參考：《蘭州大學》2017年博士論文

【摘要】：延伸期預報的可預報性主要來自初始條件的記憶和海氣相互作用兩個方面,因此研究兩者對延伸期預報可預報性的貢獻十分重要。數(shù)值模式是延伸期預報的重要工具,鑒于目前初始條件和海氣相互作用對延伸期預報的貢獻認識不充分,大氣環(huán)流模式與海氣耦合模式對于延伸期預報的性能優(yōu)劣也尚無定論。國家氣候中心(NCC/CMA,National Climate Center of China Meteorological Administration)動力延伸期預報基于大氣環(huán)流模式(BCC_AGCM,Beijing Climate Center atmospheric general circulation model)和基于同樣大氣分量模式的氣候系統(tǒng)模式(BCC_CSM,Beijing Climate Center climate system Model)開展,因此,利用國家氣候中心業(yè)務第二代大氣環(huán)流模式和氣候系統(tǒng)模式,綜合評估大氣環(huán)流模式和海氣耦合模式開展延伸期預報的優(yōu)缺點,認識亞澳季風區(qū)(AAM,Asian-Australian monsoon region)的延伸期可預報源,這方面的探索為實際預測業(yè)務提供一定的指示意義和參考價值。本文首先評估了海氣耦合模式對海溫與大氣環(huán)流的預報技巧,考察了模式的海洋分量和大氣分量的預測性能;其次通過數(shù)值實驗一方面評估了大氣環(huán)流模式的預報能力,另一方面分析了初始條件的記憶與海溫異常強迫對延伸期預報的相對作用;再次通過對比評估兩套歷史回報數(shù)據(jù),分析了北半球大氣環(huán)流對海氣相互作用的響應時間,研究了海氣相互作用對延伸期可預報性的貢獻及其作用機制;最后對亞澳季風區(qū)的可預報模態(tài)進行了分析,并探討了海氣相互作用對亞澳季風區(qū)可預報模態(tài)及可預報性的影響,揭示了北半球關鍵地區(qū)尤其是亞澳季風區(qū)的主要可預報性來源,為延伸期預報的發(fā)展和改進奠定了基礎。本文主要結論如下:(1)利用國家氣候中心氣候系統(tǒng)模式的汛期歷史回報數(shù)據(jù)集,評估了模式夏季中低緯度海表面溫度(Sea Surface Temperature,SST)的預測能力。結果表明:該模式對夏季中低緯海溫具有一定的預測能力,且在低緯地區(qū)的預測技巧尤為出色。對太平洋、熱帶印度洋和北大西洋三個關鍵區(qū)進一步分析發(fā)現(xiàn),該模式對不同海區(qū)海溫的預測能力有所不同,預測技巧與前冬的ENSO狀態(tài)密切相關。此外,該模式對夏季海溫的預測技巧依賴于超前時間,預測技巧在大部分情形下超前1個月的預測技巧相對更高。(2)分析了夏季長江中下游地區(qū)大氣水汽含量以及水汽輸送特征,對該地區(qū)水汽輸送與長江中下游降水及夏季風之間的配置關系進行了研究。在對模式海溫評估的基礎上,進一步對模式的水汽輸送預測能力進行了評估,并對造成模式誤差的可能原因進行了分析。模式對于長江中下游水汽輸送的預測偏差與夏季風的預測偏差有關,且模式對于弱季風年的預測能力要強于季風強年。(3)研究了(大氣)初值與(海溫)邊值對全球不同區(qū)域延伸期預報的相對作用。模式預測技巧在3周以內強烈依賴于初值。在相同的邊值條件強迫下,不同初值在月內尺度上的預測技巧差異非常明顯,且在更長的時間尺度上,初值仍然能夠提供一定的預測信息。從全球來看,邊值強迫對預測技巧的影響從一周左右開始。在延伸期尺度上,邊值強迫主要作用的區(qū)域為低緯度區(qū)域,且對500hPa高度場的影響更為穩(wěn)定,在該區(qū)域第5候以后有較為明顯的改進。(4)分析了海氣相互作用對北半球熱帶外地區(qū)可預報性的貢獻。利用國家氣候中心的大氣模式和耦合模式回報數(shù)據(jù)。在完美模式的假定下,評估了海氣相互作用對北半球熱帶外地區(qū)可預報性的影響。結果表明,包含海氣相互作用的耦合模式相對于大氣模式可預報性更高。在7月海氣相互作用對可預報性的貢獻更大。耦合模式逐日的可預報性達到16-18天,而大氣模式在1月、4月和7月為10-11天,10月為7-8天,表明海氣相互作用能將大氣模式的可預報性延長1周左右。耦合模式和大氣模式均在20天左右誤差達到飽和,暗示逐日可預報性仍不超過三周。(5)探討了海氣相互作用對亞澳季風區(qū)的可預報模態(tài)以及可預報性的貢獻。結果表明,海氣相互作用可以顯著減小亞澳季風區(qū)的預報誤差,暖池區(qū)域海溫是該區(qū)域重要的可預報性來源,在該地區(qū)海溫異常顯著時,使得模式誤差減小。使用MSN EOF(Maximum signal-to-noise empirical orthogonal function)方法提取兩個模式的最可預報模態(tài),前兩個主要模態(tài)都在西北太平洋區(qū)域存在顯著的異常中心。模式中第一模態(tài)受到中太平洋海溫顯著影響與觀測不符,導致模式模擬的模態(tài)解釋方差明顯大于觀測;第二模態(tài)與暖池區(qū)域的海氣相互作用存在顯著相關,耦合模式的模擬能力要明顯高于大氣模式。耦合模式第二模態(tài)的模擬能力也顯著優(yōu)于第一模態(tài)。綜上所述,對于國家氣候中心大氣環(huán)流模式來說,在不考慮海氣相互作用的情況下,延伸期可預報性在3周以內主要來自于大氣初始條件的記憶,而在一周左右開始受到海溫異常的影響;在加入海氣相互作用之后,對比大氣環(huán)流模式,國家氣候中心海氣耦合模式的可預報性明顯高于前者,海氣相互作用能將大氣模式的可預報性延長1周左右。說明包含海氣相互作用的海氣耦合模式在延伸期尺度具有更高可預報性,是延伸期預報未來發(fā)展的方向。
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【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P732.4

【參考文獻】

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本文編號：1926328