基于CINDY外场观测数据与模式数值试验的MJO产生机理研究

To understand the generation mechanisms of MJO, we need more "realistic" observational data sets and models with better skill on the MJO simulation. The observation is the basic to reveal the generating processes and the model is a method for the generation mechanisms verification. Studies have shown that, influenced by the research method, observational data, model bias and so on, generation mechanisms of MJO is still controversial, the effects from mid-latitude and tropical equatorial modes are both uncertain. To collect more observational data sets, Cooperative Indian Ocean Experiment on Intraseasonal Variability in Year 2011 (CINDY2011) endorsed by WCRP/CLIVAR took place. The aim of the field experiment CINDY2011 is to collect in-situ atmospheric and oceanic data to study the initiation process of MJO over the equatorial Indian Ocean and improve the understanding and the forecast skill of MJO. Through the comparison of multiple observation and reanalysis data sets during CINDY2011, data dependence on features of MJO can be tested firstly. Further, the precursor signal and dynamic/ thermodynamic process of MJO will be revealed by diagnostic analysis. On this basis, sensitivity numerical experiments using the ECHAM are used to discuss the key factors affecting the MJO generation process and comparing the relative importance of extra-tropical, tropical, upstream, downstream and local forcing and the MJO generation mechanisms during will CINDY2011 will be studied. This project will contribute to provide scientific basis for improving MJO monitoring level and short term climate prediction ability.

深入理解热带大气季节内振荡（MJO）的产生机理，对于进行MJO预测至关重要，这需要基于观测数据和气候模式两方面开展研究。其中，观测数据是揭示MJO产生过程的事实基础，数值模式是验证MJO产生机理的重要手段。但受研究方法、资料误差、模式性能等影响，MJO的产生机理尚具争议。本项目拟利用由WCRP/CLIVAR组织发起的热带印度洋外场实验（CINDY2011）期间多套观测数据，并辅之以高分辨率再分析资料，通过水汽、热量和动量的收支诊断，揭示MJO事件产生的前兆信号和物理过程。在此基础上，利用ECHAM模式设计敏感性实验，检验影响MJO产生过程的关键因子及其地理位置和时间尺度，定量比较热带外与热带强迫，以及热带地区上游、下游与局地强迫的相对重要性，从而揭示CINDY2011期间MJO事件的产生机理及其异同之处。通过项目研究，有望为提升MJO初始期信号的监测水平和短期气候的预测能力提供科学依据。

项目从CINDY外场观测数据分析与模式数值试验的MJO产生机理研究两方面开展工作。首先，利用外场观测数据以及多套再分析资料讨论CINDY2011/ DYNAMO期间热带印度洋地区MJO事件产生机理。第二，以MJO事件产生的影响因子为主要预报因子，基于MJO统计预报模型实现了MJO实时监测预测，并在IMPRESS预测系统进行业务化应用。第三，检验评估了BCC气候模式不同版本对MJO的模拟性能，讨论了MJO模拟偏差的成因，并进行了初步改进试验。最后，选取BCC版本模式开展MJO事件产生的前兆信号和动力热力过程的试验研究，验证观测结论。主要内容概括如下：.1）在CINDY2011/DYNAMO实验期间，在MJO事件中，对流产生关键地区对流层低层出现水平暖平流有利于上升运动产生；上升运动异常和纬向东风异常分别通过低频水汽的垂直输送和水平输送导致比湿显著增长，有利于对流不稳定并最终导致对流产生。 .2）以MJO事件产生的影响因子为主要预报因子，引入国际上的前沿方法，通过采用非传统滤波方法，以时空投影统计模型（STPM）为基础，实现了MJO指数、OLR场和U850风场的实时监测预测，并在IMPRESS预测系统进行业务化应用。.3）利用BCC发展的四个模式版本试验结果，包括BCC_AGCM 2.1与BCC_AGCM 2.2、BCC-CSM1.1和BCC-CSM1.1m的历史气候模拟试验结果，与观测和再分析资料进行对比分析，讨论了MJO模拟偏差的成因，选取试验用模式版本。.4）选取BCC版本模式开展MJO事件产生的前兆信号和动力热力过程的试验研究，将模式中对流层中低层的U、V、Q、T分别滤去季节内变率后继续积分，对比CTL试验结果分别讨论季节内风场、水汽和温度场对西印度洋MJO事件的影响，验证观测结论。