近135年印度洋偶极子集合预报试验及可预报性研究

This proposal aims at studying the predictability of the Indian Ocean Dipole （IOD）, including actuial prediction skill and potential predictability. This is implemented by constructing a long-term ensemble hindcast of the past 135 years from 1881-2015, using two coupled general circulation models and optimal pertubation techniques, inialized using the historic sea surface temperature dataset. One model is GFDL version 2p1 and the other is NCAR CESM,both well recognized and used in seasoanl prediction community. By analyzing the ensemble hindcast, we can have a good understanding to IOD predictability, such as its dependence with seasons (seasoanl barrier)and decades.Further, applying the recently developed framework of potential predictability based on information theory, we expect to explore some important problems about the IOD potential predictability, including its quantitative estimate, the precursors to control its variation, and the detection of the regions that are the most sensitive to the prediction error growth. This proposed project can result in important and robust findings about IOD predictabilty, and help better understand the IOD predictability, providing the theoretical and scientific guide to the operational prediction system being developed in China.

通过同化长期的历史海表温度资料，应用最优扰动方法，我们构造过去135年（1881-2015）印度洋偶极子（IOD）的集合预报试验。所采用的模式是最先进的两个全球耦合模式，一个是GFDL的version 2p1 (GFDL-CM2p1)，另外一个是CESM。通过系统分析过去135年的后报试验结果，考察IOD实际预报率的重要特征，如预报率的年代际变化和季节预报障碍，诊断和分析其内在物理机制。进一步，应用最近发展起来的基于信息论的可预报性理论框架，系统地研究IOD可预报性许多重要问题，如最大的潜在预报率和控制预报率的前兆因子。并根据目标观测理论，确定最优误差敏感区。通过项目的实施，我们将对印度洋偶极子的预报率有系统地认识，为我国建立印度洋业务化监测和预报系统提供科学依据和理论指导。

印度洋偶极子（IOD）是热带印度洋最显著的年际变率，对世界许多地区，包括印度洋、东非和澳大利亚东南部的周边地区，以及我国的天气气候异常都有重要影响。IOD的预报研究近年来一直是海洋大气科学的前沿课题，也是提高我国中长期气候预报能力的关键。该项目使用耦合模式和最近发展的可预报性理论框架，在数值模拟、资料分析、过程诊断等方面开展了大量基础性工作。通过5年的研究，获得的主要成果如下: .（1）偶极子指数DMI的有效预报时效为3-4个月，而西极子有效预报时效相对较长为6个月；强的IOD事件通常预报技巧更高；预报的正、负IOD事件比中性事件更可靠，IOD预报存在一个较强的冬季预报障碍现象；.（2）IOD的可预报性有年代际变化，这种年代际变化主要是由ENSO-IOD关系的年代际变化引起的，IOD的预报技巧主要受到ENSO所引起信号的影响。.（3）垂直温度平流误差项和潜热通量误差项最有利于IOD预报误差在冬季快速发展，而潜热通量误差项最有利于预报误差在夏季快速发展。IOD的冬季预报障碍发生与ENSO有关，但夏季预报障碍与ENSO关系不大；.（4）IOD的潜在可预报性远高于实际预报技巧。潜在可预报性主要是由IOD信号决定的。潜在可预报性也存在冬季预报障碍现象，主要是信号成分较弱所导致。信号成分的季节变化与IOD的季节锁相性基本一致，在北半球秋季达到最大而在北半球冬季迅速衰减； .（5）确定了IOD在热带印度洋上的目标观测敏感区-热带东印度洋次表层，如果优先在目标观测敏感区增加观测，可以减弱冬季预报障碍现象，提高IOD预报技巧。.以上成果主要以论文形式发表，发表和接收相关科技论文28篇，其中SCI论文26篇，包括JGR、GRL和CD等刊物论文。通过项目的实施，对印度洋偶极子的可预报性有了系统的认识，为我国建立印度洋业务化监测和预报系统提供了科学依据和理论指导。