东亚夏季风存在显著的年代际变化特征，其对中国夏季降水分布具有重要调控作用，直接影响国家经济和人民生命财产安全。因此，提升东亚夏季风的年代际预测技巧具有重要的科学意义和实用价值。影响年代际预测技巧的关键因素之一是初始化，它能将观测的内部变率融入到模式初值中。然而，海洋初始化在提高东亚夏季风预测技巧的重要作用很少有研究。
中国科学院大气物理研究所地球系统模拟与应用全国重点实验室博士生张伟涛（第一作者）、大气科学和地球流体力学数值模拟重点实验室和玉君副研究员（通讯作者）等近期在International Journal of Climatology上发表了题为“The Role of Ocean Initialization in Improving the Decadal Prediction Skill of East Asian Summer Monsoon”的研究论文。他们采用FGOALS-g2耦合模式和降维投影四维变分（DRP-4DVar）初始化方法，同化了海洋分析资料，并开展了年代际预测试验，取得了较高的东亚夏季风年代际预测技巧，并揭示了海洋初始化对东亚夏季风预测技巧改进的机制。
试验结果表明：（1）通过采用DRP-4DVar方法同化海洋资料构建的初值，FGOALS-g2年代际预测系统能够提高对东亚夏季风指数的年代际预测技巧，其预测能力优于CMIP5和CMIP6的同类年代际预测系统（图1）；（2）相比于未初始化试验，后报试验改进了中国东部夏季降水的年代际预测技巧；（3）东亚夏季风和降水预测技巧的提升可归因于太平洋年代际振荡（PDO）预测技巧的改进（图2）。机理研究表明：在PDO正位相期间，夏季“暖大陆（东亚）-冷海洋（西太平洋）”的海陆热力差异减小，导致东亚与西太平洋之间的海平面气压差减小。同时，热带太平洋海温异常增强了西太平洋副热带高压，并激发从热带西太平洋至东亚的太平洋-日本（PJ）遥相关型波列（图3），二者共同作用导致东亚出现偏北风异常，使得东亚夏季风减弱，华北地区水汽输送减少而江淮流域水汽辐合增强，最终导致华北地区降水减少和江淮流域降水增多。
本研究采用先进的耦合资料同化方法获取精确初始场，阐明了高质量海洋初值对东亚夏季风年代际预测技巧提高的重要性。该研究得到国家重点研发计划项目（2021YFC3101505）和国家自然科学基金（42230606、12241105和42005030）资助。
【论文信息】
Zhang, W.T., He, Y.J., Wang, B., Li, F.F. (2025). The Role of Ocean Initialization in Improving the Decadal Prediction Skill of East Asian Summer Monsoon. International Journal of Climatology. https://doi.org/10.1002/joc.8864
图1 FGOALS-g2以及CMIP5和CMIP6年代际预测系统后报试验的10年平均东亚夏季风指数与NCEP再分析资料的相关系数。红色为FGOALS-g2年代际预测系统采用10个集合成员及前3个集合成员的结果，橙色和蓝色分别代表CMIP5和CMIP6年代际预测系统前三个集合成员的结果。黑色虚线表示0.05显著性水平的相关系数临界值。
图2 10年平均PDO指数的时间序列。（a）HadISST分析资料、（b）未初始化试验和（c）后报试验10个成员集合平均。各试验与HadISST的相关系数标注于左上角，*表示相关系数达到0.05显著性水平。横坐标年份表示10年平均的中心年份，例如1970年代表从1966年起报的10年平均。
图3 10年平均低通滤波后的夏季平均850 hPa涡度异常回归到850 hPa涡度异常EOF分析的第一模态时间序列的PDO指数正位相减负位相的合成分析（填色，单位：）及850 hPa波活动通量异常（矢量，单位：）的合成分析。（a）ERA5再分析资料（b）未初始化试验（c）后报试验。打点区域表示差异达到0.1显著性水平。
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发表于 2025-4-27 12:02:57
