黑潮延伸区海温预测的夏季预报障碍及其目标观测敏感区研究

This project will explore the predictability of sea surface temperature (SST) in the Kuroshio–Oyashio Extension (KOE) from the view of initial error growth. In particular, the project will investigate the spatial structure and evolutionary characteristics of the initial errors that could lead to summer prediction barrier in the prediction of KOE-SST and further analyze its main physical and dynamical mechanisms, basing on which the sensitive area of the predictions of KOE-SST can be studied. The project also studies the validity of the sensitivity area in improving initial field and then the forecast skill of KOE-SST, which finally helps to determine the area where we should perform target observation. The studies of these problems are not only favorable for further understanding the predictability of KOE-SST but also provides crucial theoretical basis for performing target observation and improving the forecast skill of KOE-SST.

本项目拟从初始误差增长的角度，探讨黑潮延伸区海表温度（SST）的可预报性问题，分析能够导致黑潮延伸区SST产生夏季预报障碍的最快增长初始误差的空间结构和演变特征，从动力学的角度探讨黑潮延伸区SST的误差增长机制及其物理本质，研究确定黑潮延伸区SST预测的目标观测敏感区，进而考察该敏感区在改善初始场质量和提高黑潮延伸区SST季节—年际预报技巧中的有效性。这些问题的研究，不仅有助于我们理解黑潮延伸区SST的可预报性问题，而且能够为黑潮延伸区目标观测的业务实施提供科学依据，对于提高黑潮延伸区海温的预报技巧具有重要的理论指导意义。

本项目从初始误差增长的角度，探讨了黑潮延伸区海表温度（KOE-SST）的可预报性问题。 第一，从初始误差增长动力学的角度揭示了KOE-SST的夏季预报障碍现象。结果表明，由海温初始误差引起的KOE-SSTA预报误差总在8–10月快速增长，并且能够导致显著的预报不确定性。我们把该可预报性特征称为KOE-SSTA冷/暖事件的“夏季预报障碍”。研究表明夏季预报障碍的产生是北太平洋气候态、KOE-SSTA冷/暖事件本身以及初始误差共同作用的结果。第二，揭示了KOE-SST可预报性的季节依赖性特征，即“夏低冬高”可预报性特征。研究结果表明KOE-SSTA冷/暖事件的误差发展表现出“夏增冬减”的特征，即预报误差在北半球夏半年增长，而在冬半年衰减，导致KOE-SSTA在夏季的可预报性偏低、冬季可预报性偏高。机制分析表明，海表潜热通量误差和海洋垂直温度平流误差在夏季促进SSTA误差增长而在冬季促进误差衰减，因而预报误差会表现出“夏增冬减”的发展特征。但是，夏半年的误差增长总量大于冬半年的误差衰减总量，这是由于非线性海洋垂直温度平流误差项在冬季有抑制误差衰减的作用。第三，从初始误差增长动力学的角度研究确定了KOE-SST预测的目标观测敏感区。在KOE-SSTA的季节预测试验中，在目标观测敏感区内增加观测能够显著地减弱甚至消除KOE-SSTA事件的夏季预报障碍现象，提高KOE-SSTA的季节预报技巧。此外，在年际—年代际预测试验中，在目标观测敏感区内增加观测能够有效地减小5年内的KOE-STA的年平均预报误差，并在一定程度上提高KOE-SSTA的年际—年代际尺度的预报技巧。优先在上述目标观测敏感区内增加观测，比在其它区域增加观测对KOE-SSTA预报技巧的改善效果更加显著。