马登–朱利安振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)作为热带季节内变率的主要模态,其准确预测对于提升次季节预测能力至关重要。然而,MJO具有多尺度演变特征和高度非线性动力过程,现有预测方法在捕捉其复杂时空结构方面仍存在不足。为此...马登–朱利安振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)作为热带季节内变率的主要模态,其准确预测对于提升次季节预测能力至关重要。然而,MJO具有多尺度演变特征和高度非线性动力过程,现有预测方法在捕捉其复杂时空结构方面仍存在不足。为此,本文提出了一种融合多模态数据与时空特征的MJO预测模型(Multimodal data and Integrated Spatiotemporal features for MJO prediction,MISM)。该模型以历史实时多变量MJO指数(Real-time Multivariate MJO index,RMM)和多个气象因子作为联合输入,通过压缩激励模块、卷积模块和Swin Transformer模块构建空间特征提取模块,并引入自回归注意力机制实现非线性时间序列建模。实验结果表明,MISM模型的预测技巧可延伸至30 d以上,并在25 d以上的长期预测阶段表现优于传统的动力学和统计学方法。此外,本文利用显著性图对气象因子贡献区域进行分析,结果显示西太平洋及印尼群岛在不同提前期均呈现较高敏感性,海洋区域贡献普遍强于陆地。水汽和海温异常在短期与中期作用更突出,而低层风场和对流活动在长期阶段贡献较强,高层环流则在各时效保持稳定影响,体现了模型对MJO演变机制的识别能力。展开更多
文摘马登–朱利安振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)作为热带季节内变率的主要模态,其准确预测对于提升次季节预测能力至关重要。然而,MJO具有多尺度演变特征和高度非线性动力过程,现有预测方法在捕捉其复杂时空结构方面仍存在不足。为此,本文提出了一种融合多模态数据与时空特征的MJO预测模型(Multimodal data and Integrated Spatiotemporal features for MJO prediction,MISM)。该模型以历史实时多变量MJO指数(Real-time Multivariate MJO index,RMM)和多个气象因子作为联合输入,通过压缩激励模块、卷积模块和Swin Transformer模块构建空间特征提取模块,并引入自回归注意力机制实现非线性时间序列建模。实验结果表明,MISM模型的预测技巧可延伸至30 d以上,并在25 d以上的长期预测阶段表现优于传统的动力学和统计学方法。此外,本文利用显著性图对气象因子贡献区域进行分析,结果显示西太平洋及印尼群岛在不同提前期均呈现较高敏感性,海洋区域贡献普遍强于陆地。水汽和海温异常在短期与中期作用更突出,而低层风场和对流活动在长期阶段贡献较强,高层环流则在各时效保持稳定影响,体现了模型对MJO演变机制的识别能力。
基金China National 973 project(2015CB453200)China National project(41575070)+7 种基金NSFC(41475084)OLR(N00014-16-12260)NRL(N00173-13-1-G902)Jiangsu NSF Key Project(BK20150062)Jiangsu Shuang-Chuang Team(R2014SCT001)Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions(PAPD)China Special Fund for Meteorological Research in the Public Interest(GYHY201306028)Colleges and Universities in Jiangsu Province Plans to Graduate Research and Innovation(CXLX13_486)
文摘利用1948—2011年NCEP等再分析资料,采用合成分析等方法对比分析了冬季(冬半年)热带西太平洋MJO(Madden-Julian Oscillation)活动强、弱年的环境场特征。结果表明,冬季热带西太平洋MJO的活动具有显著的年际和年代际变化。MJO活动强年,对流层低层在菲律宾以东洋面上空有异常气旋式环流,赤道东太平洋上空为较强的东风距平,赤道印度洋到赤道西太平洋上空是异常西风,西太平洋地区有较强辐合,从而导致热带西太平洋地区积云对流活动显著加强;而MJO活动弱年的环流特征相反。热带MJO以东传为主,有少量西传波动。在MJO活动强年,无论东传还是西传其时空谱值都显著大于MJO活动弱年,其中心频率较MJO活动弱年偏高。MJO活动的异常和海温及东亚冬季风紧密相连,在MJO活动强年,海平面气压和500 h Pa位势高度异常场表现为中高纬度的正异常和低纬地区的负异常,东亚冬季风活动偏强,中国大陆中部气温普遍偏低,同时,黄河以南长江以北地区降水偏多,而长江以南地区降水偏少;台湾附近海域受强东亚冬季风影响,海表温度偏低,东太平洋上海温距平呈现La Nia型的异常分布,而在MJO活动弱年上述特征基本相反。
