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《中国科学院研究生院(大气物理研究所)》 2006年
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Zebiak-Cane ENSO预报模式的可预报性问题研究

徐辉  
【摘要】: 本文把条件非线性最优扰动方法(CNOP)应用到中等复杂程度的ENSO动力耦合模式-Zebiak-Cane模式(ZC模式),研究ENSO事件的可预报性问题。 用程序对程序的方法,编写了双精度ZC模式的切线性模式和伴随模式,完成了相关的检验工作,并对给定的目标函数,通过了梯度检验,建立了ZC模式的一套完整的非线性优化系统。 通过计算以气候平均态为基态的CNOP,研究了ENSO事件的最优前期征兆问题。结果表明:CNOP(局部CNOP)描述了最容易发展成El Ni?o (La Ni?a)事件的前期征兆。当热带太平洋SST距平表现为东“正”西“负”(东“负”西“正”)的偶极子型,斜温层深度距平表现为赤道太平洋下沉(抬升)时,这样的CNOP (局部CNOP)型初始距平模态最容易发展成El Ni?o(La Ni?a)事件,并且这种空间结构对优化的初始时间及时间跨度的依赖不明显。非线性在ENSO事件的发展过程中起着重要作用,SST距平的非线性平流项促进El Ni?o事件的发展,而抑制La Ni?a事件的发展,次表层温度参数化的非线性也极大地抑制了La Ni?a事件的发展,使得El Ni?o事件和La Ni?a事件在强度和持续时间上存在明显的不对称性。 通过计算以ENSO事件为基态的CNOP,研究了ENSO事件的最大预报误差问题。结果表明:在La Ni?a事件向El Ni?o事件的过渡期预报El Ni?o事件时,初始误差对预报结果的不确定性影响最大。由于初始误差的增长,对于中性或弱El Ni?o事件,容易出现El Ni?o事件空报的情况,对于中等或强El Ni?o事件,预报结果容易低估真实El Ni?o事件的强度。在目前实际的观测精度下,用ZC模式预报ENSO事件时,一般会出现中性情况、弱和极端强El Ni?o事件难报的情况,这个数值分析结果与ZC模式对近20年来3次实际El Ni?o事件的预报效果非常一致。 在最大预报误差工作的基础上,从初始误差增长的角度,考察了ZC模式的“春季”预报障碍问题。结果表明:El Ni?o事件的“春季”预报障碍,实际上是El Ni?o增长期的预报障碍。在一定大小的初始误差范围内, CNOP类型的初始误差,最容易导致预报障碍现象出现。另一方面,存在相当多的与CNOP不同类型的初始误差,虽然在初始时刻的“大小”与CNOP相当,但或者其随时
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