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Optimale Beobachtungsorte zur Verbesserung der Vorhersage von Ereignissen in der Luft und im Meer

Das Verhältnis der Bahnprognosefehler zum Assimilieren ALLER verfügbaren Daten und Dropwindsonde-Daten gemäß CNOP-, FSV- und Random (Ran) -Richtlinien zum Assimilieren keiner Daten bei (a) 24 h und (b) 36 h unter Verwendung von MM5 für 20 Fälle. Positive (negative) Prozentsätze zeigen eine Verbesserung (Verschlechterung) an. Credit: © Science China Press Starke ozeanisch-atmosphärische Umwelteinflüsse wie El Niño-Southern Oscillation (ENSO), Dipol im Indischen Ozean (IOD), tropische Zyklone (TCs) und Kuroshio-Mäander (KLM) führen häufig zu erheblichen wirtschaftlichen Problemen und gesellschaftliche Verluste auf regionaler oder globaler Ebene. Das Verstehen und Vorhersagen derartiger Ereignisse hat sich in den letzten Jahrzehnten zu einem Schwerpunkt der ozeanischen und atmosphärischen Forschung entwickelt und wird dies voraussichtlich auch in absehbarer Zukunft tun. Um die Vorhersage dieser Ereignisse zu verbessern, sind zusätzliche Beobachtungen mit optimalem Design dringend erforderlich. Die Frage ist dann, wie ein solches optimales Design ermittelt werden kann, das genau das Ziel der Strategie der gezielten Beobachtung ist. Mu Mu (Chinesische Akademie der Wissenschaften) und Mitautoren haben die jüngsten Fortschritte bei der Ermittlung der optimalen Standorte für ENSO, IOD, TCs und KLM untersucht und ihre potenzielle Rolle bei der Optimierung von Beobachtungsnetzwerken und damit bei der Verbesserung der Prognosefähigkeit erörtert. Insbesondere schlugen sie einen fortgeschrittenen Ansatz der bedingten nichtlinearen optimalen Störung (CNOP) vor, um den optimalen Ort für eine gezielte Beobachtung zu bestimmen.

Diese Arbeit mit dem Titel "Zielbeobachtungen zur Verbesserung der Initialisierung der Vorhersage von hochwirksamen ozeanischen atmosphärischen Umweltereignissen" wurde in National Science Review, 2015, Vol. 2: 226-236 veröffentlicht.

In diesem Artikel werden die jüngsten Fortschritte bei gezielten Beobachtungen zur Verbesserung der Vorhersage von hochwirksamen ozeanisch-atmosphärischen Umweltereignissen, einschließlich ENSO, IOD, TCs und KLM, kurz erläutert. Es wird darauf hingewiesen, dass die aktuellen Beobachtungen nicht ausreichen, um hinreichend genaue Ausgangsbedingungen für die erfolgreiche Vorhersage dieser Ereignisse zu schaffen, und dass eine gezielte Beobachtungsstrategie zur Verbesserung und Optimierung der Beobachtungssysteme dringend erforderlich ist. Unter Berücksichtigung der Grenzen traditioneller Ansätze werden neue Techniken eingeführt, die entwickelt wurden, um die optimalen Orte für gezielte Beobachtungen bei Ereignissen mit hohem Einfluss zu ermitteln. Bei TCs scheint der CNOP-Ansatz anderen Methoden zur Ermittlung der optimalen Standorte für gezielte Beobachtungen überlegen zu sein (Abbildung 1). Während für ENSO die Ergebnisse verschiedener Methoden im Allgemeinen ähnlich sind, werden die optimalen Beobachtungsorte identifiziert. Angeregt durch die CNOP-Idee wurden die optimalen Anfangsfehler für IOD-Ereignisse durch einen Ensemble-Ansatz aufgedeckt, und die optimalen Orte für gezielte Beobachtungen wurden auf der Grundlage von Experimenten zur Vorhersage des perfekten Modells unter Verwendung eines komplexen ozeanisch-atmosphärisch gekoppelten Modells identifiziert (Abbildung 2). Außerdem werden die optimalen Standorte für gezielte Beobachtungen des KLM vorgestellt, wie dies durch den CNOP-Ansatz bestimmt wird. Insbesondere wird der Schluss gezogen, dass eine gezielte Beobachtungsstrategie ein effizienter und effektiver Ansatz ist, um die Vorhersagefähigkeit solcher Ereignisse mit hohem Einfluss zu verbessern, und Leitlinien für bestehende und geplante Beobachtungsnetzwerke, einschließlich TPOS-2020, bereitstellen wird.

Es wird klargestellt, dass trotz der großen Fortschritte viel mehr Arbeit erforderlich ist, um diese komplexen Ereignisse mit großer Auswirkung zu verstehen und die Instrumente der gezielten Beobachtung zu schärfen. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass der Erfolg einer gezielten Beobachtung von der Leistungsfähigkeit numerischer Modelle und verwandter Assimilationssysteme abhängt. Wenn ein Modell die wirkungsvollen Ereignisse aufgrund von Modellfehlern schlecht simuliert, kann es nicht in die Implementierung gezielter Beobachtungen zur Verbesserung der Anfangsbedingungen und letztendlich der Vorhersagefähigkeit übernommen werden. Auch wenn ein Assimilationssystem unzureichend ist, können die positiven Effekte einer gezielten Beobachtung nicht realisiert werden. Studien mit gezielten Beobachtungen sind daher eine Herausforderung.

Die unterirdische Komponente des Leitmodus der kombinierten empirischen orthogonalen Funktionen (CEOF) für Anfangsfehler, die einen signifikanten WPB mit den Anfangsmonaten (a) Juli (? 1) und (b) Juli (0) ("? 1") verursachen, bezeichnet die Jahr vor dem IOD-Jahr und "0" bedeutet das IOD-Jahr; Einheiten: ° C). Die mit A und B bezeichneten schwarzen Quadrate bezeichnen die Fläche von (5 ° S - 5 ° N, 85 ° - 105 ° E). Credit: © Science China Press Daher wird vorgeschlagen, die Forschung zur Modellentwicklung, zur Verbesserung der Assimilationssysteme und zur gezielten Beobachtung zusammenzuführen. Tatsächlich ist die Arbeit in diesem neuen Forschungsbereich bereits vielversprechend, und es wird erwartet, dass noch aufregendere Fortschritte in Sicht sind. Die Hoffnung ist daher, dass sich die Prognosefähigkeit für diese Ereignisse mit großen Auswirkungen bald erheblich verbessern wird, was wiederum Fortschritte bei der Katastrophenverhütung, dem Klimaschutz und der nachhaltigen sozioökonomischen Entwicklung ermöglichen wird.