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热带季节内振荡与ENSO可预报性

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作者:彭跃华等 著

出版日期:2021-07-13

ISBN:978-7-5210-0331-4

装帧:平装

页数:172

版次:B1

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内容简介

本书的研究用到了一些不同于其他研究的方法, 其中条件非线性最优扰动(Condi⁃tional Nonlinear Optimal Perturbation, CNOP) 方法是本书有关ENSO 可预报性研究的主要方法。穆穆院士等2003年提出的CNOP 是指给定物理约束条件的具有最大非线性发展的一类初始扰动, 它既可以用来研究最容易导致某一天气或气候事件的初始异常,又可以用来研究对预报结果具有最大影响的一类初始误差, 这两个问题是天气和气候可预报性研究中的两个关键问题。因此, CNOP 在有关初始场的可预报性问题研究中具有重要作用。笔者2009年在穆穆院士课题组客座开始研究ENSO 可预报性和MJO 影响及其模拟的相关问题, 通过一年客座和随后几年的努力取得了一些成果, 借助国家自然科学基金青年基金项目(编号41404062) 的资助, 本书对此进行了总结。

目录

 上篇 热带季节内振荡和ENSO 基础

章热带大气季节内振荡 ……(3)

.1  热带大气季节内变化的基本时空分布……(3)

.2  热带大气季节内振荡的基本特征……(5)

..1  热带大气季节内振荡的地域特征 ……(5)

..2  热带大气季节内振荡的波谱特征 ……(6)

..3  热带大气季节内振荡的传播特征 ……(7)

..4  热带大气季节内振荡的结构特征 ……(9)

.3  大气季节内振荡与热带大气环流的初步关系 …(12)

..1  大气季节内振荡和 ENSO 的初步关系 ……(12)

..2  大气季节内振荡与低纬环流的关系 ……(14)

..3  亚洲季风的30~50 d振荡 ……(16)

  ENSO 的经典理论———海气相互作用 …(21)

.1  ENSO 及其对热带大气的影响……(21)

..1  厄尔尼诺El Niñ……(21)

..2  南方涛动 ……(22)

..3  南方涛动与赤道海面温度变化的关系 …(26)

..4  ENSO 的影响……(27)

.2  热带海气作用与中纬度环流的遥相关 ……(33)

..1  海温距平场 ……(34)

..2  海平面气压SLP距平场 ……(35)

..3  风场位势高度场和温度场距平场 ……

  BCC⁃CSM模式和 FGOALS 模式对 MJO 的模拟能力比较……………… (39)

.1  引言 ……(39)

..1  季节内振荡的研究意义 ……(39)

..2  季节内振荡及其数值模拟的研究现状 ……(40)

..3  本章内容 ……(44)

.2  BCC⁃CSM 模式和 FGOALS 模式简介 ……(44)

..1  BCC⁃CSM 模式简介 ……(44)

..2  FGOALS 模式简介 ……(45)

.3  耦合模式比较计划(CMIP)和试验方案介绍 ……(46)

..1  CMIP 简介……(46)

..2  试验方案介绍 ……(47)

.4  从时间序列分析比较两模式对 MJO 的模拟能力 ……(48)

..1  BCC⁃CSM 模式对 MJO 模拟的时间序列分析……(48)

..2  FGOALS 模式对 MJO 模拟的时间序列分析 ……(51)

..3  对两模式时间序列分析的总结 ……(54)

.5  从空间分布诊断比较两模式对 MJO 的模拟能力 ……(54)

..1  BCC⁃CSM 模式对 MJO 空间分布的模拟分析……54)

..2  FGOALS 模式对 MJO 空间分布的模拟分析 ……(56)

..3  对两模式空间分布的比较总结 ……(57)

.6  本章小结 ……(58)

下篇MJO ENSO 可预报性的影响研究

  MJO ENSO 可预报性研究进展 ……(61)

.1  研究意义 ……(61)

.2  国内外研究进展 ……(63)

..1  MJO ENSO 关系的争论 ……(63)

..2  ENSO 可预报性研究的内容……(65)

..3  国际上研究 ENSO 可预报性的主要方法 ……(66)

..4  条件非线性最优扰动方法的相关应用 ……(67)

.3  本书拟研究的主要内容和后续章节安排 ……(68)

  Zebiak⁃Cane 模式CNOP 方法和试验方案 ……(69)

.1  Zebiak⁃Cane 模式 ……(69)

..1  ZC 大气模式 ……(69)

..2  ZC 海洋模式 ……(70)

..3  耦合方案 ……(72)

..4  ZC 模式对 ENSO 的模拟和预报 ……(72)

.2  条件非线性最优扰动 (CNOP)方法 ……(74)

.3  本研究试验方案 ……(76)

..1  MJO 不确定性作为模式误差来源的构想 ……(76)

..2  试验方案 ……(77)

章参数化的 MJO 不确定性对 ENSO 事件最大预报误差的影响 ……

.1  引言 ……(80)

.2  ZC⁃M模式的获得 ……(81)

..1  MJO 的参数化 ……(81)

..2  MJO 插入模式后的结果及筛选 ……(82)

.3  Niño 3 指数的演变发展 ……(83)

..1  弱事件的结果 ……(83)

..2  强事件的结果 ……(84)

..3  有关初始误差的进一步讨论 ……(87)

.4  误差的空间结构情况 ……(88)

..1  初始误差空间结构 ……(88)

..2  误差发展的空间结构对比 ……(88)

..3  预报误差空间结构的发展 ……(90)

.5  本章小结 ……(91)

章参数化的 MJO 不确定性对 ENSO 事件春季可预报性障碍的影响 ……(93)

.1  引言 ……(93)

.2  误差发展的季节依赖性 ……(96)

..1  初始误差发展的季节增长率 ……(96)

..2  模式误差发展的季节增长率 ……(98)

..3  联合误差发展的季节增长率 ……(101)

.3  直方图对比分析 ……(103)

..1  8 次事件集合平均的误差增长率 ……(103)

..2  Niño 3 指数预报误差 ……(108)

.4  MJO 强度加大后的误差发展……(109)

..1  误差增长率和 Niño3结果举例 ……(109)

..2  误差增长率的直方图对比分析 ……(110)

..3  有关 MJO 强度的进一步讨论 ……(111)

.5  本章小结 ……(112)

章用实际观测资料研究MJO 不确定性对ENSO 最大预报误差和春季可预报性障碍的影响……(114)

.1  引言 ……(114)

.2  ZC⁃M模式的获得……(115)

..1  资料及其连续小波分析 ……(115)

..2  MJO 提取的方法……(117)

..3  MJO 风应力的提取……(118)

.3  观测的 MJO ENSO 最大预报误差的影响……(120)

..1  Niño 3 指数的演变发展 ……(120)

..2  误差发展的空间结构对比 ……(121)

.4  观测的 MJO ENSO 春季可预报性障碍的影响……(122)

..1  误差的季节增长率及 Niño 3 指数预报误差……(122)

精彩书摘

ENSO 是全球海气相互作用中年际尺度最显著的现象, 而MJO ( Madden⁃Julian Oscillation) 则是热带地区最主要的季节内振荡现象。ENSO 和MJO 的活动异常对全球天气气候的变化都有很大的影响。研究表明, 关于MJO 与ENSO 有一定的关系, MJO 可能激发El Niño 事件, 反过来, El Niño 事件又影响MJO 的大尺度特征及传播; 但也有观点认为MJO 的年际变化与El Niño事件的相关性非常弱。近年来的研究倾向于MJO 的变化与ENSO 存在明显关系, 例如MJO 通过风应力驱动海洋Kelvin 波而对EI Niño 事件造成影响,也有研究从观测和模式结果的分析认为, MJO 对ENSO 的影响是一种随机强迫作用, 本书也把MJO 作为随机强迫研究其对ENSO 可预报性的影响。研究ENSO 的可预报性不仅对理解ENSO 的发生、发展具有重要的科学意义, 而且为提高热带太平洋气候变率及全球天气和气候异常事件的预报技巧提供重要的理论依据。穆穆院士课题组近十几年不断从事这方面研究,为ENSO 可预报性的几个关键问题提供了意义明显的解决方法和逐渐清晰的认识理解, 尤其提出的条件非线性最优扰动( Conditional Nonlinear OptimalPerturbation, CNOP) 方法首先被应用于ENSO 可预报性的研究, 用来寻找ENSO 事件的最优前期征兆和探讨春季可预报性障碍问题, 近年该方法进一步被用于实际天气气候预测中, 如目标观测敏感区的研究, 获得了有特色的成果, 为提高数值天气预报和气候预测的预报技巧提供了新思路。彭跃华从2009 年在该课题组之下开始研究ENSO 可预报性和MJO 影响及其模拟的相关问题, 取得了一些有益的结果, 同时得到了国家自然科学基金青年基金项目的资助, 本书是这方面的一个总结。

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