近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)大氣科學(xué)先進(jìn)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室(LACAR)利用基于國產(chǎn)神威海洋之光超算自主研發(fā)的全球?qū)α鹘馕瞿Ｊ剑_展了為期一個(gè)月的次季節(jié)尺度數(shù)值預(yù)報(bào)試驗(yàn)，成功預(yù)測了2020年日本及周邊地區(qū)的大范圍梅雨事件。進(jìn)一步結(jié)合國際耦合模式比較計(jì)劃，通過與全球變網(wǎng)格和傳統(tǒng)低分辨率試驗(yàn)進(jìn)行比較，深入探討了西太平洋赤道降雨過程對中高緯度地區(qū)環(huán)流及降雨的影響。研究成果以“Global convection-permitting model improves subseasonal forecast of plum rain around Japan”為題，近日發(fā)表于國際知名期刊 《Environmental Research Letters》。
梅雨是東亞地區(qū)夏季經(jīng)常出現(xiàn)的一種長時(shí)間大范圍降雨現(xiàn)象，主要分布在長江中下游地區(qū)、朝鮮半島以及日本九州島等地所在的緯度帶上。2020年，破紀(jì)錄的“暴力梅”不僅給我國江淮地區(qū)帶來了沉重的防汛壓力和嚴(yán)重破壞，同時(shí)也使日本九州島地區(qū)遭受了較為嚴(yán)重的梅雨災(zāi)害，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳詈蜕a(chǎn)活動(dòng)。此類降雨事件的次季節(jié)預(yù)報(bào)一直是學(xué)術(shù)研究和業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中的難點(diǎn)，難以滿足居民和應(yīng)急管理部門對中期天氣預(yù)報(bào)精度的需求。
研究團(tuán)隊(duì)前期在國產(chǎn)神威海洋之光超算上構(gòu)建了全球?qū)α鹘馕瞿Ｊ剑╥AMAS），并根據(jù)其硬件特征進(jìn)行了算法優(yōu)化，加速了計(jì)算速度和突破了海量數(shù)據(jù)讀寫瓶頸，使得全球?qū)α鹘馕龀叨?3公里分辨率)的月度預(yù)報(bào)成為可能。本研究通過開展多組不同分辨率的月度預(yù)報(bào)試驗(yàn)，探討了2020年夏季梅雨的可預(yù)報(bào)性。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用全球低分辨（60 公里）預(yù)報(bào)時(shí)，梅雨帶出現(xiàn)顯著北移偏差，區(qū)域加密至對流解析尺度也不能解決問題。進(jìn)一步分析表明，在較粗分辨率下，西北太平洋副熱帶高壓擴(kuò)張，導(dǎo)致降雨帶北移并減弱（圖1）。
圖1.(a)(b) 分別展示CMORPH和IMERG觀測數(shù)據(jù)的月平均降水量（2020年6月10日至7月10日）。(c)、(d) 和 (e) 分別展示來自 U60KM、V4KM 和 U3KM 預(yù)報(bào)的月平均降水量。圖中的藍(lán)色實(shí)線表示 ERA5(a, b)、U60KM (c)、V4KM (d) 和 U3KM (e) 中的 500 hPa 高度上的 588位勢什米線。（d）中橙色虛線橢圓曲線定義了 V4KM 網(wǎng)格中加密區(qū)域與過渡區(qū)之間的邊界。 (f)緯向平均（122°E 至 154°E）的月平均降水量的緯度分布。
更進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，全球?qū)α鹘馕瞿Ｊ侥軌蛴行Р蹲降匠嗟赖貐^(qū)的深對流, 并合理模擬出與觀測數(shù)據(jù)接近的西太平洋赤道地區(qū)的降雨過程及其環(huán)流形勢。這種合理的赤道降雨過程和環(huán)流場再現(xiàn)了副熱帶高壓的強(qiáng)度和位置，進(jìn)而影響到中緯度地區(qū)的環(huán)流，包括其下沉和上升位置，從而成功地預(yù)測了此次梅雨事件的強(qiáng)度和位置（圖2）。
圖 2.日本附近梅雨與熱帶降雨遙相關(guān)示意圖
本研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、安徽省自然科學(xué)基金以及中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)雙一流研究資金等項(xiàng)目的共同資助。同時(shí)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)高性能計(jì)算中心、青島超算中心提供了高性能計(jì)算支持。趙純教授和計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院安虹教授為共同通訊作者，博士研究生顧俊為第一作者。
論文信息：
Gu, Jun, Chun Zhao, Mingyue Xu, Jiawang Feng, Gudongze Li, Yongxuan Zhao, Xiaoyu Hao, Junshi Chen, and Hong An. 2024. “Global Convection-Permitting Model Improves Subseasonal Forecast of Plum Rain around Japan.” Environmental Research Letters 19 (10): 104021. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ad71e2.
論文鏈接：
Global convection-permitting model improves subseasonal forecast of plum rain around Japan - IOPscience
（地球和空間科學(xué)學(xué)院、科研部）
