成果评价编号: 中气科成评[2024]034

评价结果: 良好

成果名称: 高影响海气环境事件的耦合同化预测系统

完成单位: 河海大学、自然资源部第二海洋研究所、中国科学院大气物理研究所、国家海洋环境预报中心

成果形式: 基础研究类-新方法

研究领域: 基础研究

评价年份: 2024

完成人: 唐佑民、沈浙奇、郑飞、张蕴斐、李熠、谭晓晓、伍艳玲、李晓静、宋迅殊

成果简介: 该成果来源于国家重点研发计划,计划领域为全球变化及应对。高影响海-气环境事件是指能导致大范围、长时间的天气气候异常,并对经济、社会以及人民生命财产安全造成重大影响的一类海-气事件。在全球持续变暖背景下,这类事件在我国引发的气候灾害日趋频繁,造成的损失也日趋严重。目前国际上对这些事件的预测仍存在着很大的不确定性,实际预测能力较差。由此,本成果旨在基于我国自主研发的海气耦合气候模式,发展耦合框架下的高分辨率多源海洋观测资料同化系统,充分利用全球及区域高分辨率海洋观测资料,为耦合模式季节内到年代际尺度的气候预测提供初始化,并对耦合模式关键参数进行约束和优化,提高我国对高影响海-气环境事件的预报能力。
该成果基于我国自主研发的海气耦合模式开展全球和区域多源海洋观测资料(包括卫星遥感、Argo、浮潜标、XBT、船舶等)同化技术研究,突破耦合资料同化中海洋和大气之间的动力、热力平衡的关键技术问题,发展耦合模式框架下的参数估计和约束系统,研制具有业务化前景的高分辨率海洋模式的耦合同化系统,开展 MJO、IOD、ENSO和PDO等高影响海气环境事件的综合评估和预测示范应用。同化系统产生的再分析产品与国际主流再分析资料相当,在某些方面甚至更优。该系统对ENSO事件超前6个月的预报技巧在0.7以上,对IOD事件超前3个月的预报技巧在0.5以上,达到国际先进,甚至领先水平。其主要创新之处包含以下三个方面: 1.在同化预报方法方面:1)在全球耦合模式的同化系统中发展了参数估计的关键技术,通过对模式关键的垂向混合参数化方案的优化,改进了ENSO、IOD等高影响海气环境事件的预报水平;2)加入了西风爆发参数化方案,提高了对ENSO不对称性和多样性的模拟能力;3)发展了目标观测新方法,使用目标观测方法分析了导致高影响海洋-气环境事件预报误差最大的海洋变量和海洋敏感区,为我国海洋最优观测网的设计提供科学依据。 2.在同化预报系统方面:1)开展集合最优样本选取,确定随变量和纬度变化的局地化半径设置方案,有效避免了虚假相关导致的同化失败;2)发展海温偏差同化订正技术,显著改善了模式气候偏差,并实现了对多源海洋观测的有效同化及同化效果评估;3)提出海洋平均动力地形的适应性计算方法,改进了模式对高度计同化性能;4)发展了集合滤波器同化中关键的初始集合构成方案,通过同化模式气候态进行误差订正,改进了同化效果。 3.在高影响海气事件业务化预报方面:1)针对预报中心的业务化预报模式,将高影响环境事件IOD和ENSO的气候态奇异向量应用于相关集合预报,引入西风爆发参数化方案,提高了此类事件的预报技巧。
该成果开展了多源海洋观测资料耦合同化研究,发展了耦合模式框架下的参数估计和约束系统,研制了具有业务化前景的高分辨率海洋模式的耦合同化系统,开展了多尺度气候变率预测示范应用,填补了我国气候预测业务预报领域的空白,提升了我国自主地球系统模式的模拟和预测能力。 该成果目前已应用到国家海洋环境预报中心的气候预测系统中,实现了对多源海洋观测资料的同化和模式混合参数的优化,提升了国家海洋环境预报中心在海洋资料同化研究和业务应用领域的能力。对东亚季节气候变率、IOD、ENSO和PDO 等高影响海气环境事件均有较高的预测性能。其预测产品已应用于自然资源部组织的厄尔尼诺及汛期预测会商,并助力于重大活动的气候预测保障,服务于国家防灾减灾决策。例如,近5 年将厄尔尼诺和短期气候预测结果等决策建议上报中办/国办,目前已有6 次被采纳。其中的短期气候预测系统近几年受邀并圆满完成了包括国庆70 周年、建党 100 周年以及北京冬奥会等国家重大活动的气候预测保障。随着业务化运行的深入,该系统将可提高我国短期气候预测水平,增强我国在应对全球气候变化、增强气候防灾减灾、保障海洋活动、维护国防安全和海洋权益的手段和能力。