用于ENSO预测的一种广义典型混合回归模式及其预报试验

提出一种基于主分量典型相关分析（ＰＣ－ＣＣＡ）的广义典型混合回归模式，用于建立ＮＩＮＯ海区ＳＳＴ预报方案．该模式引入ＥＥＯＦ、ＰＲＥＳＳ准则和集成预报等技术思想，在优选物理因子，确定最佳模式参数的基础上，对ＮＩＮＯ海区海温指数所作的超前１—４季度预报试验取得优良效果．试验表明，该模式方案性能稳定，其总体预报技术水平已达到美国ＮＯＡＡ／ＮＷＳ／ＮＣＥＰ／气候诊断公报（ＣＰＣ）所用同类模式水平．而本模式方案预报同类产品所需因子数远少于ＣＰＣ方法。这就有可能为建立我国的ＥＮＳＯ业务监测系统提供有益的基础。     

ENSO循环与低纬度大气的正压和斜压运动

利用一个２层海洋模式和ＧＩＳＳＴ资料、ＮＣＥＰ再分析资料,对大气正压／斜压运动与ＥＳＮＯ循环之间的联系进行了研究。结果表明,在赤道中、东太平洋地区,大气斜压模在ＥＮＳＯ时间尺度上的变化位相略超前于正压模的变化,正压模的变化位相超前于ＳＳＴＡ变化,ＳＳＴＡ变化位相超前斜压模的变化位相。斜压纬向风异常与ＳＳＴＡ具有正相关关系（西太平洋西部相反）;正压模则与Ｎｉｎｏ３区海温异常有负相关关系（西太平洋西部     

前期ENSO事件对吉林省夏季降水的影响

利用太平洋海温、北半球５００ｈＰａ高度和吉林省夏季降水资料,研究了前期Ｎｉｎｏ－Ｃ区海温与吉林省夏季降水的关系。结果表明：前３年３—５月Ｎｉｎｏ—Ｃ区海温与吉林省夏季降水有密切关系,特别是在ＥＮＳＯ事件出现之后,厄尔尼诺年对应吉林省夏季多雨,而拉尼娜年对应吉林省夏季少雨。这种关系可用于进行吉林省夏季降水的预测。另外,通过对海一气相互作用、韵律关系的分析等,得出了前期海温对吉林省夏季降水的可能影响途径。     

青藏高原臭氧的ENSO

通过对臭氧卫星观测资料及大气环流资料的分析，研究了青藏高原上空臭氧年际变化中的 ＥＮＳＯ信号，并与同纬度无山区及赤道地区进行比较。研究指出：在 Ｅ１ Ｎｉｎｏ年（ＳＯＩ指数为负）青藏高原臭氧总量增加，在 Ｌａ Ｎｉｎａ年（ＳＯＩ指数为正）青藏高原臭氧总量减小。本文同时讨论了与ＥＮＳＯ事件有关的大气环流物质输送。     

中国科学院大气物理研究所短期气候预测系统的改进及其对1998年全国汛期旱涝形势的预测

通过引入改善了地表反照率参数化方案的中国科学院大气物理研究所（ＩＡＰ）大气环流模式,我们对ＩＡＰ短期气候距平预测系统（ＩＡＰＰＳＳＣＡ）中的大气模式部分进行了改进。利用改进前后的ＩＡＰＰＳＳＣＡ,我们对１９８０～１９９４共１５年中国夏季降水异常进行了集合预报检验,与实测结果比较表明,改进后的ＩＡＰＰＳＳＣＡ对江淮和华南地区的预报技巧与原先的系统相比只是有略微的提高,但对我国东北、华北、河套区域以及整个中国东部的预报技巧则比原系统有较大程度的提高,从而表明气候模式中陆面过程的正确表述可以提高模式气候预测的能力。利用改进的ＩＡＰＰＳＳＣＡ和ＩＡＰＥＮＳＯ预测系统提供的预测海温距平,我们对１９９８年中国夏季降水异常进行了预报（该预测３月份提供给有关单位）。今与实际情况比较表明,改进了的ＩＡＰＰＳＳＣＡ和ＩＡＰＥＮＳＯ预测系统耦合,对１９９８我国夏季旱涝形势的预测与实测基本相符,但强度较小,说明有一定预报能力,但也还有许多问题。     

ENSO对亚洲夏季风异常和我国夏季降水的影响

首先对ＥＮＳＯ过程中亚洲夏季风环流的变化进行了诊断分析，结果表明在Ｅｌ Ｎｉｎｏ事件和ＬａＮｉｎａ事件中亚洲夏季风系统各成员均发生不同程度的变化，甚至出现相反的变异特征。其中，对我国东部地区夏季降水进行了ＥＯＦ分析，并在此基础上分析了赤道太平洋ＳＳ－ＴＡ对我国东部地区夏季降水影响的区域和程度，该影响与ＥＮＳＯ循环的发展阶段密切相关，且在长江中下游地区和华南地区最为显著。     

Nino海区SSTA短期气候预测模型试验

采用奇异谱分析（ＳＳＡ）与自回归（ＡＲ）预测模型相结合的方案,对Ｎｉｎｏ海区平均ＳＳＴ逐月距平序列作自适应滤波意义下的超前预报。结果表明,对１９９７－１９９８年这次强ＥＮＳＯ事件的超前预报十分有效;利用相应的历史样本作三次强ＥＮＳＯ事件的回溯预报试验,发现均有较高可信度。可见,该方案预报技巧稳定,独立样本试验和实际预报试验都有很高的准确率。将ＳＳＡ－ＡＲ方案进一步完善,可望作为ＥＮＳＯ业务预报的有     

近百年来的ENSO事件及其强度

利用Ｎｉｎｏ３区、ＮｉｎｏＣ区海表温度序列及两个ＳＯＩ序列,同时考虑ＳＳＴ和ＳＯＩ建立了１８６７～１９９８年季分辨率的ＥＮＳＯ指数序列。根据ＥＮＳＯ指数序列,并参考Ｗｒｉｇｈｔ的ＳＯＩ指数及其它资料。确认了１８６７～１９９８年ＥＮＳＯ事件,共确定出３２次暖事件（正ＳＳＴ、负ＳＯＩ）及３２次冷事件（负ＳＳＴ、正ＳＯＩ）。对每次事件的强度分强、中、弱三等进行了评估。虽然１９８２／１９８３年暖事件的峰值最高,但从整个事件的平均强度来看,１９９７／１９９８年的暖事件则是１３０多年来最强的一次。近２０年是暖事件的多发期。     

一个热带太平洋上层海洋环流模式及其检验研究

为进行ＥＮＳＯ的模拟与预测,在中国科学院大气物理研究所原有的较低分辨率全球海洋环流模式的基础上,引入依赖于Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ数的垂直扩散方案和太阳短波辐射穿透的物理过程,发展了一个较高分辨率的热带太平洋上层海洋环流模式。利用该模式和１９８０～１９９５年大气强迫场的观测,进行了热带太平洋海温及环流的结构和演变的数值模拟研究,并利用美国国家环境预报中心（ＮＣＥＰ）的同时段的海洋同化分析,就海洋及其时间变化的三维特征,检验了模拟结果。首先,检验了该模式对ＥＮＳＯ事件的三维结构特征及其演变的模拟能力,结果表明：这１６年间所有冷暖事件的发生、发展和消亡均得到基本正确的模拟;海温异常的强度和结构特征与实况有偏差,尤其是次表层,距平量在赤道西太平洋和沿斜温层显著弱于实况;表层海温（ＳＳＴ）距平与实况较为接近,只是在日期变更线附近偏大。然后,强调海气耦合模式要成功预测ＥＮＳＯ,真正严峻的考验是海洋模式对次表层海洋的模拟能力,而不能仅仅满足于对ＳＳＴ的正确模拟。因此,为全面评估该海洋模式,探讨模式误差的原因,根据同化资料,找出年际变化和季节变化最显著的区域之后,检验了多年平均状态及其季节变化、年际变率及其季节变化等统计量。     

大气季节内振荡：其全球同步性及其与ENSO的关系

利用美国国家环境预报中心和大气研究中心的大气再分析资料，分析研究了大气季节内振荡的年际变化及其与ＥＮＳＯ的关系。揭示了全球不同纬度带之间存在着的大气季节内振荡年际变化的同步性，以及大气季节内振荡与海温和大气向外长波辐射之关系的复杂性。我们还发现大气季节内振荡与Ｎｉｎｏ３指数的关系存在年代际尺度的变化，即，这种关系有时强时弱的现象。     

IAP ENSO预测系统预报技巧的时间依赖性及对1999年La Nia事件的预测

利用IAP ENSO预测系统对1981年11月至1997年12月系统性回报实验的结果,分析了预报技巧的时间依赖性。结果表明：该预测系统对80年代的ENSO具有较强的预报能力,在Nino 3区接近0.8的预报相关技巧（预报与观测的相关系数）可达1年半左右,而对90年代的ENSO现象,预报技巧则较低,超前半年以上的预报仅在0.4左右;预报技巧具有季节依赖性,从春季到秋初开始的预报较好,高于0.5的技巧均可维持15个月以上,其中从7月到9月开始的预报,其高于0.6的相关技巧可达16个月;而从秋末和冬季开始的预报,其技巧衰减较快,预报5个月后降到了0.5以下。对1999年La Nia事件的实时预测总体上是成功的,即此次La NNia事件将维持到2000年;但未能预测出其在1999年春季以后再次加强的过程。对其未来变化趋势的预测显示,此次La Nia事件有可能于今年夏秋季结束。     

ENSO循环及相关研究综述

ENSO（El Nino ＆ South Oscillation）是热带海气相互作用的强信号,对全球气候异常有着重要影响。本文着重论述近几十年来ENSO循环与相关海一气系统相互作用的研究现状。首先从线性、非线性两方面阐述了ENSO循环的正负反馈机制;其次,详细论述了西太平洋暖池、热带大气环流和中高纬海一气系统与ENSO循环相互作用的物理过程和机制;最后,从统计预测和数值预测两方面对ENSO的预测现状进行了评述。     

Ensemble hindcasts of ENSO events over the past 120 years using a large number of ensembles

Based on an intermediate coupled model (ICM), a probabilistic ensemble prediction system (EPS) has been developed. The ensemble Kalman filter (EnKF) data assimilation approach is used for generating the initial ensemble conditions, and a linear, first-order Markov-Chain SST anomaly error model is embedded into the EPS to provide model-error perturbations. In this study, we perform ENSO retrospective forecasts over the 120 year period 1886–2005 using the EPS with 100 ensemble members and with initial conditi...     

LAP ENSO预测系统预报技巧的时间依赖性及对1999年La Nia事件的预测

利用LAPENSO预测系统对 1981年 11月至 1997年 12月系统性回报实验的结果 ,分析了预报技巧的时间依赖性。结果表明 :该预测系统对 80年代的ENSO具有较强的预报能力 ,在Nino 3区接近 0 8预报相关技巧 (预报与观测的相关系数 )可达到 1年半左右 ,而对 90年代的ENSO现象 ,预报技巧则较低 ,超前半年以上的预报仅在 0 4左右 ;预报技巧具有季节依赖性 ,从春季到秋初开始的预报较好 ,高于 0 5的技巧均可维持 15个月以上 ,其中从 7月到 9月开始的预报 ,其高于 0 6的相关技巧可达 16个月 ;而从秋末和冬季开始的预报 ,其技巧衰减较快 ,预报 5个月后降到 0 5以下。对 1999年LaNi na事件的实时预测总体上是成功的 ,即此次LaNI na事件将维持到 2 0 0 0年 ;但未能预测出其在 1999年春季以后再次加强的过程。对其未来变化趋势的预测显示 ,此次LaNi na事件有可能于今年夏秋季结束     

Impact of Subsurface Entrainment on ENSO Prediction: 1997-98 El Nino

Twenty-one-year hindcasts of sea surface temperature (SST) anomalies in the tropical Pacific were performed to validate the influence of ocean subsurface entrainment on SST prediction.A new hybrid coupled model was used that considered the entrainment of subsurface temperature anomalies into the sea surface.The results showed that predictions were improved significantly in the new coupled model.The predictive correlation skill increased by about 0.2 at a lead time of 9 months,and the root-mean-square (RMS) errors were decreased by nearly 0.2°C in general.A detailed analysis of the 1997-98 El Nio hindcast showed that the new model was able to predict the onset,peak (both time and amplitude),and decay of the 1997-98 strong El Nio event up to a lead time of one year,factors that are not represented well by many other forecast systems.This implies,in terms of prediction,that subsurface anomalies and their impact on the SST are one of the controlling factors in ENSO cycles.Improving the presentation of such effects in models would increase the forecast skill.     

Effect of Stochastic MJO Forcing on ENSO Predictability

Within the frame of the Zebiak-Cane model,the impact of the uncertainties of the Madden-Julian Oscillation(MJO) on ENSO predictability was studied using a parameterized stochastic representation of intraseasonal forcing.The results show that the uncertainties of MJO have little effect on the maximum prediction error for ENSO events caused by conditional nonlinear optimal perturbation(CNOP);compared to CNOP-type initial error,the model error caused by the uncertainties of MJO led to a smaller prediction uncertainty of ENSO,and its influence over the ENSO predictability was not significant.This result suggests that the initial error might be the main error source that produces uncertainty in ENSO prediction,which could provide a theoretical foundation for the data assimilation of the ENSO forecast.     

ENSO对中国夏季降水可预测性变化的研究

众多研究表明,ENSO对东亚夏季风尤其是中国夏季降水存在很大影响,已成为中国夏季降水首要的预测因子。传统的预测模型认为,当前期ENSO为暖位相状态时,夏季中国主要雨带位置偏南,长江流域降水偏多;反之,当前期ENSO为冷位相状态时,夏季中国主要雨带位置偏北,长江流域降水偏少。基于1951—2003年中国160站月平均降水资料和同时段的NOAA ERSST海表温度资料,讨论了中国夏季降水和前冬Nino3区海温关系的年代际变化。分析结果显示,近20年来二者相关性已大大衰减。作为中国夏季降水的主要预测指标,ENSO的指示意义也相应减弱。在1951—1974年,依据前冬Nino3区SSTA预测夏季降水符号准确率在67%以上的站数有43站,但在1980—2003年,同样准确率的站数只有15站。在前一个研究时段,这43站呈区域性分布于东北地区、黄河和长江流域,但后一个研究时段内的15站分布分散,不利于区域性预测。相关分析结果表明,在20世纪70年代中期之前,当前冬赤道东太平洋海温偏高时,华北和江南南部的多数测站夏季降水偏多,淮河流域降水偏少,同时梅雨开始偏晚。反之,当前冬赤道东太平洋海温偏低时,华北和江南南部夏季降水易偏少,淮河流域降水则偏多,同时梅雨开始偏早。但在20世纪80年代之后,上述对应关系较难成立。因此,在汛期预测业务中参考ENSO的作用时必须充分考虑年代际背景的差异。     

Application of the Analogue-Based Correction of Errors Method in ENSO Prediction

In this study, a method of analogue-based correction of errors（ACE） was introduced to improve El Ni？o-Southern Oscillation（ENSO） prediction produced by climate models. The ACE method is based on the hypothesis that the flow-dependent model prediction errors are to some degree similar under analogous historical climate states, and so the historical errors can be used to effectively reduce such flow-dependent errors. With this method, the unknown errors in current ENSO predictions can be empirically estimated by using the known prediction errors which are diagnosed by the same model based on historical analogue states. The authors first propose the basic idea for applying the ACE method to ENSO prediction and then establish an analogue-dynamical ENSO prediction system based on an operational climate prediction model. The authors present some experimental results which clearly show the possibility of correcting the flow-dependent errors in ENSO prediction, and thus the potential of applying the ACE method to operational ENSO prediction based on climate models.     

MSSA-SVD典型回归模型及其用于ENSO预报的试验

文中提出了一种基于多通道奇异谱分析 (MSSA)的广义典型混合回归模式。其基本思想是 ,利用MSSA SVD提取预报因子场和预报变量场的显著耦合振荡信号 ,对它们的前几个显著典型分布型建立多元线性统计气候预报模式。经对Nino海区各季海温距平所进行的短期气候预测试验表明 ,其预报效果优于其它统计预报方案 ,从而为探索ENSO预测方法提供了一种新的思路     

ENSO动力学与预测

发生在热带太平洋地区的ENSO现象是海气相互作用的集中表现,是年际气候变化中的最强信号.由于它的发生会在全球许多地区引起严重的气候异常,极大地影响着这些地区的工农业生产和人民生活,因此,对ENSO的机理及其预测的研究一直是大气海洋界的一个热点研究课题.中国科学院大气物理研究所在ENSO的机理及其预测等方面进行了大量的研究,取得了许多研究成果.作者将对中国科学院大气物理研究所在这方面的一些研究成果进行回顾和介绍.