近日，中國科學技術大學大氣科學先進計算實驗室(LACAR)利用基于國產神威海洋之光超算自主研發的全球對流解析模式，開展了為期一個月的次季節尺度數值預報試驗，成功預測了2020年日本及周邊地區的大范圍梅雨事件。進一步結合國際耦合模式比較計劃，通過與全球變網格和傳統低分辨率試驗進行比較，深入探討了西太平洋赤道降雨過程對中高緯度地區環流及降雨的影響。研究成果以“Global convection-permitting model improves subseasonal forecast of plum rain around Japan”為題，近日發表于國際知名期刊 《Environmental Research Letters》。

梅雨是東亞地區夏季經常出現的一種長時間大范圍降雨現象，主要分布在長江中下游地區、朝鮮半島以及日本九州島等地所在的緯度帶上。2020年，破紀錄的“暴力梅”不僅給我國江淮地區帶來了沉重的防汛壓力和嚴重破壞，同時也使日本九州島地區遭受了較為嚴重的梅雨災害，嚴重影響了當地居民的生活和生產活動。此類降雨事件的次季節預報一直是學術研究和業務預報中的難點，難以滿足居民和應急管理部門對中期天氣預報精度的需求。

研究團隊前期在國產神威海洋之光超算上構建了全球對流解析模式（iAMAS），并根據其硬件特征進行了算法優化，加速了計算速度和突破了海量數據讀寫瓶頸，使得全球對流解析尺度(3公里分辨率)的月度預報成為可能。本研究通過開展多組不同分辨率的月度預報試驗，探討了2020年夏季梅雨的可預報性。研究發現，當使用全球低分辨（60 公里）預報時，梅雨帶出現顯著北移偏差，區域加密至對流解析尺度也不能解決問題。進一步分析表明，在較粗分辨率下，西北太平洋副熱帶高壓擴張，導致降雨帶北移并減弱（圖1）。

圖1.(a)(b) 分別展示CMORPH和IMERG觀測數據的月平均降水量（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 預報的月平均降水量。圖中的藍色實線表示 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 網格中加密區域與過渡區之間的邊界。 (f)緯向平均（122°E 至 154°E）的月平均降水量的緯度分布。

更進一步的研究發現，全球對流解析模式能夠有效捕捉到赤道地區的深對流, 并合理模擬出與觀測數據接近的西太平洋赤道地區的降雨過程及其環流形勢。這種合理的赤道降雨過程和環流場再現了副熱帶高壓的強度和位置，進而影響到中緯度地區的環流，包括其下沉和上升位置，從而成功地預測了此次梅雨事件的強度和位置（圖2）。

圖 2.日本附近梅雨與熱帶降雨遙相關示意圖

本研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項、安徽省自然科學基金以及中國科學技術大學雙一流研究資金等項目的共同資助。同時中國科學技術大學高性能計算中心、青島超算中心提供了高性能計算支持。趙純教授和計算機科學學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

（地球和空間科學學院、科研部）