多模式集合MJO预报研究——实际技巧评估和基于信息论的可预报性研究

Madden-Julian Oscillation (MJO), as one of the frontier topics in current atmospheric and oceanic research, has important impact on various scales in weather and climate systems. The prediction of MJO has crucial scientific significance. Accurate prediction of MJO is of great value. On one hand, it benefits the prediction of atmospheric circulation and weather in the tropics. On the other hand, it ensures the accuracy of the extended-range prediction. However, the prediction of MJO is influenced by both the initial conditions and the boundary forcings, which leads to the intraseasonal prediction more challenging. What’s more, the study of MJO prediction is of great importance. First, it is the need to maintain our international competitiveness in the field of intraseasonal prediction. Second, it is an demand for safeguarding the development of the national economy. Therefore, in this project, we use the S2S multi-model ensemble prediction database to analyze the practical skills of MJO prediction. And the information-based theory is used to estimate the potential predictability of MJO, Moreover, the prediction’s dependency on the initial conditions and its seasonal characteristics are also investigated. Finally, the most predictable mode of MJO is calculated, and the feasibility of improving MJO prediction by introducing a new index is discussed.

热带季节内振荡（MJO）对全球各尺度的大气海洋现象都能产生影响，是当前大气、海洋的前沿研究热点之一。MJO的预报具有非常重要的科学意义，准确预报MJO具有重要的价值，一方面能够为热带地区的大气环流和天气现象提供准确的预测，另一方面也确保了延伸期预报的准确性。然而，其变化是由初始条件和边界强迫共同影响的，从而导致该尺度上的预报更具挑战性。对MJO的预报开展研究，是保持我国在季节内气候预报领域的国际竞争力的需要；是保障我国国民经济发展的需求。本项目拟利用次季节到季节（S2S）多模式集合预报数据库，分析MJO预报的实际预报技巧，重点采用信息熵方法估算MJO的潜在可预报率，并考察实际技巧和潜在可预报率的初始条件依赖性及季节性等特征。最后，通过计算MJO的最可预报模态，探讨将其作为新的MJO预报指数，提高MJO预报技巧的可行性。

热带季节内振荡（MJO）对全球各尺度的大气海洋现象都能产生影响，是当前大气、海洋的前沿研究热点之一。许多极端天气现象被证明与MJO密切相关，因此MJO的准确预报具有重要的科学意义和社会价值。然而，其变化是由初始条件和边界强迫共同影响的，从而导致该尺度上的预报更具挑战性。对MJO的预报开展研究，是保持我国在季节内气候预报领域的国际竞争力的需要，也是保障我国国民经济发展的需求。.本项目利用次季节到季节（S2S）多模式集合预报数据库，评估了MJO预报的实际预报技巧和潜在可预报性，并考察了二者对于初始条件和季节的敏感性和依赖性等特征，探讨了热带季节内变率的最可预报模态，为热带季节内变率预报提供了一种新的更可预报的目标。.研究表明，如果以距平相关系数ACC为0.5作为有效预报技巧的阈值，S2S各模式的MJO实际预报时效为8-32天；各模式预报普遍低估了MJO的振幅强度，且预报的MJO传播速度偏慢；当初始起报时间为冬季和MJO为强信号时，MJO的实际预报技巧较高。集合预报的集合离散度与均方根误差越接近，集合预报的技巧也就越高。构建多模式集合能有效提高MJO的预报技巧，但所包含模式本身要有一定的离散度，且各模式差别不能过大。.S2S不同模式的MJO潜在可预报性有很大差异，但均远高于各自的实际预报技巧，因此各模式对MJO的预报还有很大的提升空间。与信息熵方法相比，信噪比方法低估了MJO的潜在可预报性。与实际预报技巧不同，MJO的潜在可预报性对初始起报时MJO信号的强弱和季节不敏感。.热带季节内OLR的最可预报模态是一个西印度洋-海洋大陆-赤道中太平洋的三极子模态，且后两者可预报性更高。通过风蒸发-海表温度反馈和Bjerknes反馈增强的热带海气相互作用，导致了最可预报模态的分布特征。该模态的实际预报时效能够达到约50天，是目前MJO实际预报时效的两倍，从而为热带季节内变率的预报提供了一个新的更可预报的目标。