Madden-Julian Oscillation(MJO)是热带大气季节内振荡最显著的模态,表现为沿赤道向东移动的行星尺度对流-环流耦合体。它对全球天气和气候异常具有显著影响,是延伸期天气预报最重要的可预报性来源。然而,当前动力模式对MJO的预测技巧十分有限,这严重制约了全球天气的延伸期预报水平。因此,如何进一步提升动力模式对MJO的预测技巧、进而改善次季节的预测能力成为亟待解决的问题。
找出影响动力模式中MJO预测技巧的关键因子是未来改进MJO预测水平的重要基础。以往研究大多预先设定某个可能的影响因子,然后通过评估该因子变化下MJO预测技巧的差异,来推断该预设因子的重要性。我院王璐教授团队提出了一种新的研究方案,即从评估不同MJO事件预报技巧差异的角度入手,筛选出影响MJO预报技巧的关键信号。和传统研究方案相比,新方案无需预设任何影响因子,从而减小了研究结果的主观性。
研究利用国际“次季节至季节预报计划”(S2S)提供的多套模式回报试验数据,针对预报初始时刻对流出现在东印度洋的MJO事件进行了分析。结果表明,不同MJO事件的预测技巧评分与MJO对流的持续性和传播距离显著相关(图1):高技巧事件中MJO对流持续性较强、传播距离偏长,而低技巧事件中MJO对流持续性较差、传播距离偏短。MJO对流的持续性和传播性与初始时刻的季节内对流异常有关:高技巧和低技巧事件相比,印度洋有较强的活跃对流,同时西太平洋伴随明显的抑制对流。进一步发现,印度洋海温以及平流层准两年振荡(QBO)的协同作用是影响MJO预测技巧的关键(图2)。高技巧事件往往对应印度洋暖海温异常和QBO的东风位相。印度洋的异常暖海温通过激发大气低层的对流不稳定,加强印度洋上空的对流活动,同时QBO东风位相通过削弱大气高层的静力稳定度,促进海洋性大陆上空的对流发展;二者均有利于MJO对流的维持和进一步东传。
以上研究拓展并加深了对制约MJO预测技巧关键因子的认识,同时为未来提升次季节的预报水平提供了新的线索。相关成果发表在《Journal of Climate》,受到国家自然科学基金基础科学中心项目“气候系统预测研究中心”(42088101)的资助。
图1 高技巧MJO事件(上)和低技巧MJO事件(下)中季节内OLR异常(15°S-15°N平均)的时间-纬向演变图:(a,b)观测和(c,d)预测结果
图2 不同背景场下的MJO预报技巧对比:(左)印度洋暖海温异常减去冷海温异常,(中)QBO东风位相减去西风位相,(右)印度洋暖海温异常叠加QBO东风位相减去印度洋冷海温异常叠加QBO西风位相
文章信息:
Zhou X., L. Wang*, P-C Hsu, T. Li and B. Xiang, 2024: Understanding the Factors Controlling MJO Prediction Skill across Events. Journal of Climate, 37, 5323–5336, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-23-0635.1