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利用高分辨率耦合模式对北极气温和海冰预测的评估研究


近几十年来,在全球变暖的气候背景下,多个观测和再分析资料都表明,北极地区的表面气温在迅速升高,海冰减少也达到了前所未有的速度。这些显著的气候变化对生态环境和人类社会经济活动都带来了不容忽视的影响。因此,能够准确预测北极气候变化是当下亟待解决的重要问题。罗京佳教授和博士生常乐利用高分辨率耦合模式DePreSys3系统评估了北极地区1980-20142m气温和海冰覆盖在季节-年际尺度上的预测技巧,其最新研究成果发表在Journal of Climate上。

DePreSys3这一高分辨率模式能够很好地再现35年研究区间内北极地区2m气温和海冰覆盖分数的各目标季节气候态和方差,尽管空间分布上存在偏差,但整体表现良好。模式集合预报的结果在35年的历史回报实验中,提前16个月均可以表现出对北极地区气候异常的高预测技巧(图1),和前人对统计模式与低分辨率模式预测结果相比,该模式不仅在季节预报上有一定程度提高,且能够在16个月的预报时效里维持较高水平。这一高的预测技巧主要归因于该模式能够准确把握北极地区极强的变暖趋势和海冰缩减趋势,也就是说,北极复杂的海--气间的相互作用能很好地被模式物理过程再现。但去掉年代际趋势以后,预测技巧明显下降,尽管北极气候变化的内部变率难以预测,但我们的评估结果表明,ENSO所激发的气温偶极子分布是重要的可预测性来源之一(图2),这为进一步提高北极气候预测水平提供了潜在可能。

1 DePreSys3对北极平均的2m气温 (a) 和海冰覆盖 (b) 预测的异常相关系数技巧在逐目标季节的演变 (1980-2014)


2 去趋势后的冬季 (DJF) 2m气温在厄尔尼诺和拉尼娜年的集合平均预测 (a, c) 及再分析资料 (b, d) 合成场


论文信息

Chang L., Luo J.-J., Xue J. Q., Xu H. M., and Dunstone N., Prediction of Arctic Temperature and Sea Ice Using a High-Resolution Coupled Model. Journal of Climate, 2021; 34 (8):2905-2922.