JGR Atmospheres和GRL联合特刊:衔接天气与气候的S2S预测

06/18 00:00
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JGR AtmospheresGRL联合专题特刊Bridging Weather and Climate: Subseasonal-to-Seasonal (S2S) Prediction展示了在弥合短期天气预报和长期气候预测之间的差距方面的最新研究进展。



传统的天气预报告诉我们未来24小时乃至两周内可能发生什么,而气候预测告诉我们在未来几个季节可能发生什么。直至近期,天气预报和气候预测之间仍有差距,这使我们无法确定今后两周到两个月之间的时段内会发生什么。天气(最多2周)和气候(一个季节或更长)之间的时间窗口被称为“次季节(subseasonal)”。


针对次季节时间窗口从而弥合天气和气候预测之间的差距的预测工作称为次季节至季节(subseasonal-to-seasonal, S2S)预测1


获取这个未来时段内关于地球系统(大气、海洋、陆地和海冰)的更准确的信息将对社会产生巨大价值。

龙卷风在未来2到8周内发生的频率有多高是S2S预测的一个任务。

图片来源:NOAA


S2S预测是一项新兴但发展迅速的工作2。它包括了解地球系统可被预测的程度(可预测性),优化现有观测数据的使用,填补观测盲点,改进预测工具,主要是被称为数字预测模型的巨型计算机代码。


AGU专题特刊Bridging Weather and Climate: sub - season -to- season (S2S) Prediction汇集了发表在JGR AtmospheresGRL上的相关研究论文,提供了关于S2S预测的最新见解。以下列举出其中一些研究成果。


上图示意了为在次季节到季节时间尺度上进行准确预报所需要的诸多大气现象和数值模拟考虑。

资料来源: Lang et al. [2020], Figure 1

有很多已知的S2S可预测性来源,包括热带太平洋的厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)3、热带印度洋和太平洋的Madden-Julian涛动(MJO)4平流层准两年振荡(QBO)5极地涡旋6、海冰和土壤湿度。特刊中的文章探讨了它们对S2S预测能力的影响,控制其影响的物理过程,以及预测模型捕捉这些影响的能力。


MJO形成时热带印度洋上空的云层。

图片来源:Owen Hsieh

许多现象的预测都受这些影响[Garfinkel et al., 2018; Jucker and Reichler, 2018; Wang et al., 2018; Albers and Newman, 2019; Butler et al., 2019; Cox et al., 2019; Jenney et al., 2019a; Jenney et al., 2019b; Jia et al., 2019; Lee et al., 2019; Quinting and Vitar, 2019; Zampieri et al., 2019; Zheng and Chang, 2019; Stone et al., 2019; Minami and Takaya, 2020; Rao et al., 2020; Son et al., 2020; Toms et al., 2020],其中包括热带气旋、龙卷风、热浪、闪电等高影响事件,是部分研究的热点(Baggett et al., 2018; Chang and Wang, 2018; Pasquier et al., 2019; Tippett and Koshak, 2018; Yang et al., 2018; Gao et al., 2019; Gensini et al., 2019; Miller and Wang, 2019; Wulff and Domeisen, 2019)


从特刊中的研究成果可以清楚地看出,不能孤立地研究可预测性的来源。正是它们的组合效应以及它们与其他慢变现象(海面温度、平均气流、季风、阻塞事件)的相互作用,决定了许多现象的可预测性和预测能力 [Karpechko et al., 2018; Xiang et al., 2019; Barnes et al., 2019; Byrne et al., 2019; Dias and Kiladis, 2019; Feng and Lin, 2019; Garfinkel et al., 2019; Hagos et al., 2019; Karmakar and Misra, 2019; Lee et al. 2019;  Zheng et al., 2019; Rao et al. 2019; Gadouali et al., 2020] 以系统和全面的方式研究S2S可预测性来源的单独效应和组合效应仍然是一个挑战。


一般认为,当预测提前期超过传统的天气时间尺度(2周)时,初始条件对预测能力的影响将会减少,而模型代表关键物理过程的能力将会对预测能力产生影响。然而,特刊中的一些文章指出,即便在S2S时间尺度上,预测能力也敏感地依赖于初始条件(土壤湿度、地面积雪、海冰、水汽、平流层条件、MJO)的质量 [Dirmeyer et al., 2018; Zampieri et al., 2018; Choi and Son, 2019; DeFlorio et al., 2019; Li et al., 2019; Wang et al., 2019; Wei et al., 2019; Wu et al., 2019; Martin et. al., 2020; Molod et al., 2020]这一发现要求我们更多地关注观测结果,以及通过数据同化对预测模型的输入。这也提出了在S2S预测研究中使用全局再分析产品初始化模型而没有自身数据同化能力时的一个重要警告。


特刊中的文章表明,衡量S2S预测能力高度依赖于所使用的度量指标[Wang et al., 2018; Kim et al., 2019]。有各种各样的变量及其代理和指标可以用来衡量预测能力。对于同一个模型,一个指标可能显示S2S预测有多好(可熟练预报长达45天),另一个指标则可能显示S2S预测有多差(不足10天)。通过主观选择来衡量“熟练的”或“有用的”预测(例如,预测与观测之间的相关性为0.5),或者通过降低标准(例如,与持续的预测或气候学相比),这种武断的情况会变得更糟。最终有用的预测应该通过最终用户的视角来考量。


这一系列文章只是S2S预测研究的冰山一角。这是一组很有价值的研究论文,提供了新的知识和工具,并确定了许多有趣的进一步研究方向。


以上英文原文发表于:AGU Eos,中文翻译仅供参考。

原文标题:Bridging the Gap Between Weather and Climate Predictions

原文链接:

https://eos.org/editors-vox/bridging-the-gap-between-weather-and-climate-predictions

作者:

Chidong Zhang 

(chidongzhang@yahoo.com;  0000-0001-9708-1561), Editor, JGR: Atmospheres

引用:

Zhang, C. (2020), Bridging the gap between weather and climate predictions, Eos, 101, https://doi.org/10.1029/2020EO144729. Published on 08 June 2020.

Text © 2020. The authors. CC BY-NC-ND 3.0

如无特别注明,文中图片均受版权保护。未经版权所有人许可,不得重复使用。

本文仅代表作者观点,不代表AGU、Eos或其任何附属机构的观点。


特刊详情



扫码访问特刊所有文章

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/toc/10.1002/(ISSN)2169-8996.BRIDGE1


扩展阅读:




1. The sub-seasonal to seasonal prediction project (S2S) and the prediction of extreme events: https://www.nature.com/articles/s41612-018-0013-0

2. Bridging the Weather-to-Climate Prediction Gap:

https://eos.org/science-updates/bridging-the-weather-to-climate-prediction-gap

3. What is ENSO?

https://www.weather.gov/mhx/ensowhat

4. What is the MJO, and why do we care?

https://www.climate.gov/news-features/blogs/enso/what-mjo-and-why-do-we-care

5. QBO: Quasi-Biennial Oscillation:

https://climatedataguide.ucar.edu/climate-data/qbo-quasi-biennial-oscillation

6. The science behind the polar vortex: You might want to put on a sweater:

https://www.noaa.gov/multimedia/infographic/science-behind-polar-vortex-you-might-want-to-put-on-sweater


关于期刊

JGR Atmospheres 发表能促进和改善我们对大气特性和过程的理解的原创研究文章,包括大气与地球系统其他组成部分的相互作用,以及它们在气候变化中的作用


2018年影响因子:3.63

5年影响因子:4.42

从投稿到一审意见的中位数时间:55天

关于期刊

Geophysical Research Letters (GRL) 发表对地球科学主要领域的科学进展进行研究的具备高影响力、创新性和时效性的文章。本期刊的论文为通讯稿长度的短篇文章,要求能在相关学科或整个地球科学领域产生直接而广泛的影响。


2018年影响因子:  4.58

5年影响因子:         4.91

从投稿到一审意见的中位数时间:31天



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本文分享自微信公众号 - 气象学家(Meteorologist2019)。
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