耦合模式中的海洋资料同化在东亚夏季风年代际变化机理研究中的应用

The East Asian summer monsoon (EASM) is an important atmospheric system and its decadal transitions and the associated shifts in rainfall patterns in China such as the "wetter-South-drier-North" phenomenon, significantly affect the social and economic development in China. However, most climate models, for example, the Atmospheric Model Intercomparison Project (AMIP)-type simulations and the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP)-type simulations, fail to simulate the variation patterns, leaving the mechanisms responsible for these shifts still open to dispute. In our previous study, We developed a quasi-coupled data assimilation system in which ocean observations are employed to constrain ocean fields of a coupled climate model (CAS-ESM-C) through a global ocean data assimilation scheme. Using this system, we reasonably reproduce the observed decadal variations of the EASM in the past 30 years. In this project, we are devoted to investigate the influence of regional oceans (e.g. North Pacific, Indian Ocean and North Atlantic) on the decadal shifts of EASM using this system, by constraining the oceanic fields of different regions. The results of this project could improve our understanding of the mechanism responsible for EASM decadal shifts, providing theoretical basis for the decadal prediction of EASM.

东亚夏季风（EASM）是东亚地区重要的大气环流系统，其年代际变化及其所引发的中国东部降水异常（如“南涝北旱”），会对国民经济造成严重影响。然而，大多数气候模式均不能合理地模拟出EASM在过去几十年里的年代际转换，使得EASM年代际变化的机理存在很大争议。申请人将海洋资料同化系统应用于中科院地球系统模式中，发展了一套准耦合同化系统。该系统在不加入外强迫的情况下，通过同化全球观测海温，合理地模拟了EASM近30年的年代际变化。基于此，本项目拟进一步开展更长时间的全球和分区海温同化试验。分别将不同区域（如北太平洋、印度洋、北大西洋等）的海温同化到耦合模式中，探究各个区域海温变化对EASM年代际变化的不同贡献及其影响途径。本项目的成果将加深我们对EASM年代际变化机理的理解，为年代际预测提供理论依据。

东亚夏季风（EASM）是东亚地区重要的大气环流系统，其年际和年代际变化及其所引发的中国东部汛期降水异常，会对国民经济造成严重影响。然而，大多数气候模式均不能合理地模拟出 EASM在过去几十年里的年代际转换，使得EASM年代际变化的机理存在很大争议。本项目利用基于中科院地球系统模式的耦合同化系统，开展了从1900年至今的连续海温同化试验，以及分海盆同化试验（具体分为北太平洋，赤道太平洋，北大西洋，印度洋等）。基于以上试验，系统分析了耦合同化系统对东亚夏季风气候态、年际变率和年代际变化的模拟能力。本研究发现，仅同化海表温度对于约束耦合模式的海温演变尚显不足，因此进一步地加入了海表高度同化，以便于更好的约束次表层海温的演变。结果表明，增加海表高度计同化后，模拟的ENSO指数以及上层400m热含量的时间演变，都较之仅同化海表温度时有明显改进。为了更好的开展东亚夏季风区汛期降水预测，本项目将同化试验的结果用于开展对东亚夏季风的年际预测试验，为基于中科院地球系统模式的集合预测提供耦合的初始场。预测试验包括：过去几十年对东亚夏季风区的季节预测回报试验以及最近三年的实时预测，并参与了实际的业务预测会商。