东亚动力学气候预测中积雪作用的评估及初始化方案研究

About the contribution of snow condition to seasonal climate prediction, many studies focused on statistical prediction. This study will explore the importance of snow conditions on dynamical climate prediction, and establish snow initialization scheme suitable for climate model.The persistence of snow anomalies over Northern hemisphere will be investigated firstly by using several snow datasets. Then ,by using AGCMs, a series of enemsble hindcast experiments will be carried out, and quantitive evaluate will be performed by analyzing the hindcasted results to investigate the climate predictability caused by snow anomalies; Third, incorperate with IAP AGCM4.0, two snow initilization scheme will be designed to get a better snow initial conditions; By conducting a series of hindcast experiments, the climate predictability over East Asian caused by snow initial condition will be discussed and the snow initialization scheme more suitable for IAP AGCM4.0 will be established; Finally, the effective of snow initialization scheme will be validated through typical cases studies, and the understanding for the influencing mechanism of snow on East Asia climate will be deepened. Above-mentioned results can provide proof and pratical method for further improve short-term climate prediction in East Asia.

积雪在短期气候预测中的作用，前人着眼点大都放在统计预测方面，本研究拟从气候预测的另一方法—动力学方法出发，探讨积雪在东亚动力学气候预测中的作用，并建立适合于气候模式的积雪初始化方案。本研究将首先利用统计方法对多种积雪资料进行分析，给出北半球积雪异常持续特征的区域分布特征及季节依赖性；其次利用气候模式进行多组集合后报试验，定量评估气候模式中作为边界条件的积雪对东亚汛期气候预报潜力的影响；然后结合高分辨率气候模式IAP AGCM4.0，设计两种初始化方案获取积雪初值，并利用考虑“真实”积雪初值的模式后报结果系统评估积雪初值对东亚汛期气候预测能力的影响，最终建立适合于IAP AGCM4.0的积雪初始化方案；最后通过典型年份分析，进一步检验初始化方案的有效性，并深化积雪对东亚气候影响机制的理解。本项目研究将为进一步提高东亚地区短期气候预测的准确度提供依据和实践方法。

鉴于积雪对东亚地区汛期气候的重要影响，其已成为短期气候预测需要考虑的重要因子之一。但积雪在短期气候预测中的作用，前人着眼点大都放在统计预测方面，本项目则从动力学气候预测角度出发，揭示了积雪在东亚动力学气候预测中的作用，并建立了适合于气候模式的积雪初始化方案。. 本研究首先对收集到的多种长时间序列积雪资料进行统计分析，给出北半球积雪异常持续特征的区域分布特征及季节依赖性，发现从冬到春整个欧亚大陆雪水当量具有很好的延续性，其通过冷却效应对环流产生的持续影响也较长，这为在气候预测系统中考虑积雪的初始化过程提供合理的理论依据。. 其次利用气候模式进行多组集合后报试验，定量评估气候模式中作为边界条件的积雪对东亚汛期气候预报潜力的影响，发现欧亚大陆积雪模拟水平的改善能提高欧亚大陆中高纬环流场的可预报性，进而我国汛期气候的可预报能力也得以提高，此研究提升了积雪对东亚区域可预报性影响的认识，加深欧亚大陆积雪对东亚汛期气候影响机制的理解，也表明积雪模拟水平改进的必要性。. 利用气候模式的后报结果评估了模式对欧亚积雪的可预报能力，发现提前1月预测的春季欧亚中高纬积雪的年际异常具有较高的预报技巧，这对东亚夏季降水异常的准确预测是非常有用的，但模式对高原区域积雪的模拟能力较低，表明引入合理的积雪初始化的必要性。. 结合高分辨率气候模式IAP AGCM4，建立了适合于该模式的积雪初始化方案，并系统评估积雪初值的影响，发现引入基于标准化异常方法的积雪初始化方案后，高原区域春季积雪的预测能力有明显改进，进而导致夏季中高纬环流场和我国汛期降水预报技巧的提高，个例分析同样表明了此积雪初始化方案的有效性。将积雪初始化方案应用于2019年实时气候预测，结果表明考虑高原积雪初值后，模式对2019年夏季中国区域降水的预测能力有显著改进。此研究为进一步提高东亚地区短期气候预测的准确度提供了实践方法。