DYNAMO国际观测计划期间MJO对流触发的动力机理分析及多模式比较

The Intraseasonal Oscillation (ISO; aka Madden-Julian Oscillation (MJO)) is the most prominent mode of intraseasonal variability in the tropics. As it exerts great influences upon the weather and climate systems in tropics, understanding its initiation mechanism is the key to increasing the capability of extended-range weather forecasting. This proposal aims to use both the multi-agencies sponsored DYNAMO/CINDY2011 field campaign data plus new-generation high-resolution reanalysis data, and conduct numerical experiments to investigate the initiation mechanisms of MJO. This proposal consists of three major tasks. 1）we propose to analyze the precursor dynamic and thermodynamic processes prior to MJO initiation in the western Indian Ocean, with a special focus on the role of high-frequency eddies in MJO initiation during the DYNAMO campaign period. 2）we will develop intercomparison metrics to systematically evaluate operational and research model performance in hindcasts of the MJO events during the campaign period and to identify the source of model errors. 3）we will examine at what lead time the models are able to predict each of individual MJO events. Our strategy is to diagnose observed dynamic and thermodynamic precursor signals and examine how well the models capture these precursor signals. A special attention will be paid to low-level moistening and extratropical perturbations that trigger MJO convection. For models that captured the observed moistening and triggering processes, we will further conduct sensitivity experiments to investigate the relative importance of each processes in triggering the MJOs.

季节内振荡（MJO）为热带大气季节内尺度变化最主要的模态，其对热带的天气和气候变化具有显著影响，了解MJO的触发机制是提高延伸期预报能力的关键。本项目拟利用国际大型观测计划DYNAMO/CINDY2011的数据和新一代高分辨率再分析资料，结合数值试验，对季节内振荡的触发机制进行研究。主要包含三个目标：1）分析西印度洋MJO触发前的动力和热力信号，尤其是高频天气尺度扰动在MJO触发过程中所起的作用。2）发展模式评估的综合指标，系统评估国际上主要业务预报模式在DYNAMO/CINDY2011期间回报试验中对MJO模拟的能力，了解模式模拟偏差的可能来源。3）开展敏感性数值试验，揭示前期动力和热力信号、遥强迫和局地过程、高频和低频扰动等对MJO触发的相对贡献。

季节内振荡（MJO）作为全球热带地区大气内最主要的季节内尺度变化模态，是延伸期（10-30天）天气预报的主要因子。由于MJO对热带的天气和气候变化具有显著影响，因此了解MJO的触发机制是提高预报能力的关键。本项目利用国际大型观测计划DYNAMO/CINDY2011的数据和新一代高分辨率再分析资料，结合数值试验，对季节内振荡的触发机制进行了研究。项目主要取得以下研究成果：1）在DYNAMO观测活动期间，从10月中旬到12月中旬发生了两个强烈的MJO活动（分别称为MJO I和MJO II）。使用多个观测数据（ERA-Interim，ECMWF final analysis和NASA MERRA），我们揭示了在西印度洋上触发MJO对流的具体过程。结果发现在MJO I生成的10天前，一个显著的大尺度上升运动异常出现在西印度洋上的对流层低层。这一季节内垂直运动异常归因于北印度洋上一个气旋性涡旋异常引起的暖平流异常。MJO II生成前有一个低层的比湿异常。这一对流层低层的增湿过程归因于赤道印度洋上东风异常引起的平均水汽平流。2）利用最新的多模式比较计划资料（GASS/MJOTF），研究了气候模式对MJO东移的模拟存在差异的根本原因。利用垂直积分的湿静力能（MSE）进行诊断，发现在“好”模式组中MSE倾向相对于MJO对流中心存在明显的东正西负特征，而在“差”模式组中MSE倾向的纬向不对称特征几乎不存在。两组模式中MSE倾向的差异主要是由于模拟的MSE垂直平流和水平平流不同引起的。通过指定大气非绝热加热的垂直廓线开展了一系列敏感性试验，试验结果表明MJO对流尾部的层状云加热是引起垂直速度异常关于MJO对流东西不对称的根本原因。因此，模式能否模拟出真实的层状云结构是决定模式能否模拟出MJO东移的重要原因。3）分析向外长波辐射和ERA-I再分析资料发现北半球夏季季节内振荡（BSISO）存在年际变化，热带西太平洋BSISO强度的年际变化强于热带印度洋。强BSISO年与太平洋El Niño型海温异常有关，该地区存在着异常的东风切变和加强的背景场水汽条件。敏感性试验结果表明背景场水汽的变化在调节BSISO强度时起主要作用，背景场的垂直切变也起到一定作用。