北太平洋海温可预报性的季节依赖性及其误差增长动力学

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中文摘要：本文从初始误差增长动力学的角度探讨了与太平洋年代际振荡(PDO)密切相关的北太平洋海温的可预报性问题，并进一步研究了目标观测初值敏感区在北太平洋海温预测中的有效性。本论文主要结论如下: 第一，从初始误差增长动力学的角度揭示了北太平洋海温的夏季预报障碍现象。首先利用观测资料和快速海洋大气模式(FOAM)的数据，对比分析了与PDO模态密切相关的北太平洋海表温度距平(PDO-related SSTA)的统计特征及其夏季持续性障碍现象。然后利用FOAM模式从初始误差增长动力学的角度研究了PDO-related SSTA冷/暖事件的可预报性。结果表明，由海温初始误差引起的PDO-related 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PDO-related SSTA冷/暖事件的“夏季预报障碍”。机制分析表明，夏季显著的海表潜热通量误差和海洋垂直温度平流误差是导致PDO-related SSTA误差在该季节快速增长并发生夏季预报障碍的主要原因，而且这两项误差的形成与风应力误差的发展密切相关。此外，研究表明夏季预报障碍的产生是北太平洋气候态、PDO-related SSTA冷/暖事件本身以及初始误差共同作用的结果。北太平洋地区的大气场对海温的强迫作用在夏秋季最弱，为PDO-related SSTA误差在夏季的快速增长提供了有利的气候态背景场。同时，夏季预报障碍的发生对于PDO-related SSTA冷/暖事件本身具有明显的依赖性，而且只有具有特定空间结构的初始误差才能导致显著的夏季预报障碍现象。第二，揭示了北太平洋海温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PDO-related 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PDO-related 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北太平洋海温预测的目标观测敏感区。在PDO-related 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PDO-related SSTA事件的夏季预报障碍现象，提高PDO-related 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PDO-related SSTA的年平均预报误差，并在一定程度上提高PDO-related 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PDO-related SSTA预报技巧的改善效果更加显著。

作者：

武于洁

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关键词：

北太平洋海温可预报性季节依赖性误差增长动力学

授予学位：

博士

学科专业：

大气科学；气象学

导师：

段晚锁

学位年度：

2015

学位授予单位：

中国科学院大学

语种：

中文

中图分类号：