基于NUIST-CFS1.1的MJO可预测性和预测技巧研究
MJO是全球次季节至季节（S2S）尺度可预报性的重要来源，但其预测仍面临巨大挑战。我校博士伍继业，国家特聘专家罗京佳教授以及日本海洋研究开发机构（JAMSTEC）的Toshio Yamagata院士，Takeshi Doi最新的研究基于气海耦合模式和广泛使用的松弛逼近（nudging）方法，本研究探索了适宜的初始化和集合方案，旨在改进MJO预测。结果表明，采用扰动大气松弛系数的集合策略有助于产生充足的集合离散度，从而提高了预报技巧，尤其是针对弱MJO个例的预报。最终，建立了一个包含18个成员的次季节集合预报系统，命名为NUIST-CFS1.1。技巧评估表明，NUIST-CFS1.1能够将MJO的有效预报时效延长至24天，这已达到世界平均水平，但距离估算的潜在可预报性（约45天）仍有较大差距（图1）。
图 1NUIST-CFS1.1单个成员（黑色虚线）和集合平均（红色实线）对1983-2019年北半球冬季RMM指数预测的（a）BACC和（b）BRMSE。（a）和（b）中黑色横线分别表示BACC=0.5，BRMSE=。（b）中粉色虚横线表示基于自由耦合模拟试验（FCE）计算的模拟RMM指数和观测的BRMSE。（c）基于NUIST-CFS1.1中18成员估计的单个成员（蓝色虚线）和集合预测（蓝色实线）MJO可预测性BACC（BACC_P）曲线。柱状为BACC_P和实际预测BACC之差。
较长预报时效上的技巧受限对应着传播偏慢、强度偏弱的预报误差，这是由初始误差和模式自身缺陷共同导致的。后者与模式对MJO相关物理过程的刻画失真有关。模式低估了增强对流区的非绝热加热（主要由潜热释放贡献），且未能重现MJO结构内的对流抑制，这两者共同作用削弱了开尔文波和罗斯贝波。这导致水平风场偏弱，进而减少了MJO对流两侧的水平水汽平流。此外，被低估的开尔文波导致行星边界层（PBL）辐合不足，从而使得对MJO对流前方的边界层预湿过程模拟效果不佳（图2）。值得注意的是，常见的“干偏差”在本模式中并不存在，且水平水汽梯度的偏差可能对MJO传播的影响较小。未来亟需进一步改进涉及积云和边界层过程的模式物理方案。
图 2 基于（a）观测和（b）50年FCE数据的TEIO区域平均的20-100天带通滤波OLR距平Lag 0天回归的20-100天带通滤波赤道（10°N-10°S）平均比湿趋势（填色，单位：10-10 kg·kg-1·s-1），蓝色和红色虚线框分别表示MJO深对流的西侧（10°N-10°S, 40°-75°E）和东侧（10°N-10°S, 110°-150°E）区域，每张子图下面附着的为Lag 0天回归的20-100天赤道（10°N-10°S）平均的OLR距平（蓝线，单位：W·m-2）和850-400 hPa垂直平均比湿距平（红线，单位：g·kg-1）。基于（c）观测和（d）FCE数据的Lag 0天回归的对流层中层（850-400 hPa）平均水汽收支，蓝、红色柱状图分别表示对流西、东侧区域平均。
论文信息：
Wu J, Li Y, Luo J J, et al. Prediction and predictability of boreal winter MJO using a multi-member subseasonal to seasonal forecast system of NUIST (NUIST CFS 1.1)[J]. Climate Dynamics, 2024, 62(5): 3003-3026. https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-07047-4