本站讯 近日，国际知名学术期刊Journal of Climate（《气候杂志》）在线发表题为“An Assessment of Convergence of Climate Reanalyses from Two Coupled Data Assimilation Systems with Identical High-Efficiently Filtering”（两个基于相同高效滤波算法耦合同化系统的气候再分析收敛性评估）的学术成果，该成果由学校“筑峰人才工程”第一层次教授张绍晴领衔的多模式耦合同化再分析研究团队合作完成。
耦合资料同化是用地球系统模式进行观测数据整合和预报初始化的过程，在气候科学研究中起着至关重要的作用。其原理是用耦合模式的动力学和物理学规律提取观测信息形成规则网格点上的物理变量分布，据此分析地球气候系统历史状态的演变，进而探究各种气候现象发生的物理机制，并开展对它们的可预报性研究。当模式和观测系统更新时，二者相结合的过程将被重复，从而产生地球气候系统历史状态演变的“再分析”。地球气候科学的发展，就是“再分析”推动物理机制和可预报性认知进步，继而又发起新的“再分析”的过程。由于数值模式动力过程和物理参数化方案以及观测系统本身的不完善，模式模拟结果与现实世界总是存在系统性差异，即使是再分析，也存在较大的不确定性。
传统的耦合同化算法由于计算昂贵和信息抽取尺度单一等局限性，之前形成的再分析具有时间短、不同模式对大西洋经向翻转环流（AMOC）等重要模态分析发散等特点。研究团队首先基于2个独立的国际流行耦合模式，即通用地球系统模式CESM和第二代耦合模式CM2，研发了两套高效计算的多尺度耦合同化系统，通过对大气海洋多源观测资料和深海温盐气候态的同化，建立了两个多年代（1979-2018）的耦合试验再分析数据集，首先检测基于不同模式同化观测信息所得结果的一致性，然后从海洋热含量变化和大西洋经向翻转环流两方面对两套系统进行系统性评估。结果表明，两个耦合同化在重建主要气候模态及变率（如ENSO、PDO等）的同时，其产生的AMOC平均态具有一致性（图1），关键断面处的质量输运变率与观测结果基本吻合（图2）。
该研究首次将相同多尺度同化手段和观测资料约束应用于两个相互独立的耦合模式，产生两套气候变率收敛于观测结果的耦合再分析数据集，强调了多尺度耦合同化与深海模式偏差约束对重建历史气候变率的重要性。同时，研究成果也为正在研发的高分辨率耦合资料同化再分析系统进一步奠定了基础，助推天气气候无缝隙可预报性研究的发展，是气候再分析领域的一个突破性进展。
上述研究成果由物理海洋教育部重点实验室科研博士后江应境博士和卢绿博士为共同第一作者，张绍晴教授担任通讯作者，联合多位专家学者共同合作完成。研究获得国家重点研发计划（2022YFE0106400）、国家自然科学基金项目（41830964）和青岛市博士后应用研究项目等资助。
图1.本研究中用CESM-CDA和CM2-CDA两个耦合同化系统获得相象的大西洋经向翻转环流（AMOC）平均态分布，与其它模式和同化试验获得发散的AMOC平均态分布比较图。
图2.大西洋不同断面的经向输运估计值与观测的比较。
通讯员：侯霞
文章链接：https://doi.org/10.1175/JCLI-D-23-0423.1
编辑：刘莅
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