东亚季风区年际-年代际气候变率机理与预测研究

项目名称：东亚季风区年际-年代际气候变率机理

与预测研究

首席科学家：刘征宇北京大学

起止年限：2012.1至2016.8

依托部门：中国科学院中国气象局国家自然科

学基金委员会江苏省科技厅

一、关键科学问题及研究内容

拟解决的关键问题

综上所述，我们认为对年际-年代际变率的机理及其可预报性值得深入细致的研究。对东亚年际-年代际气候变化而言，我们特别关注以下问题：•东亚季风年际-年代际气候变率机理及预测；

•复杂海气耦合模式的最优初值化；

•复杂海气耦合模式的参数最优化；

•全球变化背景下东亚气候变率与全球年际-年代际模态的关系。

主要研究内容

本项目将利用多个海气耦合模式，结合最新的统计-动力分析方法，通过改进耦合气候模式初值化过程，对东亚季风区年际-年代际气候变化进行机制与预测研究，有效提高年际-年代际气候预测能力。具体而言，

•首先利用现有的观测及代用资料，结合统计-动力分析方法，通过系统性的敏感性试验，对年际-年代际变率机理进行深入研究；

•其次采用EnKF方案改进模式初值，寻找最优海气耦合模式参数，并结合多模式集成方法，对年际-年代际气候变率进行可预报性研究，最终实

现东亚季风区气候的年际-年代际预测，提高年际-年代际气候预测水平。

二、预期目标

本项目将积聚北京大学、中国科学院大气物理研究所、国家气候中心、南京信息工程大学及中国气象科学研究院等多方力量，通过深入系统的研究，加深对东亚季风区年际-年代际气候变率机理的理解，力图在五年内建立一个具有较高预报技巧的东亚季风区的年际-年代际气候预测系统，为中国年际-年代际气候预测的深入研究奠定坚实的基础，同时培养一批气候预测方面的青年科学家。

本项目计划在5年内达成目标。刘征宇教授将负责项目的整体进程。刘征宇与杨海军教授将领导北京大学-气科院团队利用FOAM对耦合模式的初值和参数优化进行研究，并与气候中心团队合作用BCC-CSM预报进行初步研究。段晚锁研究员将领导中科院大气所团队利用IAP-FGOALS对年际-年代际变率及其与CO2 增温进行模拟及预报研究。李清泉研究员将领导国家气候中心-扬州大学团队进行各种统计及非线性分析研究。智协飞将领导南京信息工程大学团队对模式结果及海气相互作用进行多模式集成分析。

在5年之内，将完成把EnKF整合到FOAM、IAP-FGOALS及BCC-CSM模式。在FOAM模式中完成所有EnKF_ap试验，综合所有敏感性实验，进行深入分析及诊断研究。比较所有预报方案，初步完成一个最优年际-年代际预测系统。

每年我们将组织两次国内学术讨论会，一次国际学术讨论会。

预期研究成果：

•初步建立一个具有较高预报技巧的东亚季风区的年际-年代际气候预测系统；•按时提供报告，包括年度报告和总体报告；

发表学术论文40-60篇，其中SCI论文40篇，在国际著名刊物发表论文20篇。

三、研究方案

本项目将研究年际-年代际变率的机理及可预报性，特别强调把二者结合起来研究，即利用可预报性来理解年际-年代变率机制，通过对机制的理解来提高可预报性。本项目将同时采用3个不同的耦合模式，模式结果可以相互比较，增强说服力。且3个模式最终可进行多模式超级集合预报。

机理研究：利用先进的统计方法，结合模式敏感性试验，理解全球年际-年代际气候变率的机理及其对东亚气候影响的机理。

预报研究：采用几种不同的集合预报方案。总体方针是，首先研究理想模式情况下的可预报性，然后再探讨真实情况下的可预报性。对一个模式，我们将用张弛法得到首次猜测值，然后利用EnKF进一步改善初始条件。再利用EnKF_ap 减少模式误差，同时进一步减少模式初值误差，从而改善预报。最后，可把几个模式整合起来就形成了一个多模式超级集合预报，争取再进一步提高预报准确性。

预报及模式的验证：耦合模式初值优化方案的好坏及模式参数优化的好坏将由后报试验结果来评定。具体来说，我们将用1950-2000年左右的海洋、大气资料在每年初对耦合模式进行初值化，然后进行10-30年预报。这几十个预报结果将与观测的年际-年代际变率进行比较，应该足以判断一个初值化的好坏。优化参数的模式的结果，可以先与观测的平均气候场大致比较。然后，再用其年际-年代际后报结果来判断其好坏：即优化了参数的模式的后报结果应该好于未优化参数模式的后报。这样，我们的研究结果能最有效与国家需求密切结合。

四、年度计划

2012：敏感性实验，分析与诊断研究；完成FOAM和IAP模式的张弛法的试验，把EnKF整合到FOAM模式。

2013：敏感性实验，分析与诊断研究；完成FOAM模式EnKF试验；把EnKF 整合进IAP-FGOALS模式。

2014：敏感性实验，分析与诊断研究；在FOAM中测试EnKF_ap；完成IAP-FGOALS模式EnKF试验；把EnKF整合进BCC-CSM模式。

2015：敏感性实验，分析与诊断研究；完成FOAM模式EnKF_ap试验；完成BCC-CSM模式EnKF试验。

2016：综合敏感性实验，分析及诊断研究；比较所有预报方案，初步完成一个最优年际-年代际预测系统。

每年我们将组织两次国内学术讨论会，一次国际学术讨论会。