近日，地球系统科学系博士生和玉君在地球科学领域权威杂志“Geophysical Research Letters”发表题为“用一种新的初始化方法减小年代际预测中的初始冲击”（Reduction of initial shock in decadal predictions using a new initialization strategy）的论文。该论文采用王斌课题组自主发展的一种四维集合-变分混合同化方法：DRP-4DVar和气候系统模式FGOALS-g2，在国际上最早建立了基于四维集合-变分混合同化方法的耦合同化系统，该系统在国际上首次具备直接同化月平均海温和海盐观测资料的能力，在年代际预测试验中有效缓解了国际上久未解决的初始冲击问题。论文的通讯作者为清华大学地学系王斌教授。

初始冲击问题是指在进行年代际预测时起报后的前几年出现的从初始时刻的观测态向模式气候态迅速调整的过程，主要由模式的系统偏差以及初值与模式之间的不协调所导致。当采用观测值本身初始化时，由于模式偏差的存在以及所用同化方法性能的限制，预报结果会迅速从接近观测的初值向模式的气候态飘移，即所谓初始冲击问题。初始冲击会带来观测信息的衰减和有效传递，在一定程度上降低对年代际变率的预测技巧。目前国际上缓解初始冲击的方法有偏差订正和采用观测异常值初始化，但这两种方法都存在一定的缺陷，不能真正解决初始冲击问题。此外，目前国际上大部分气候模式采用简单向观测进行恢复的初始化方法，少数模式采用三维变分和集合的方法，这些方法都没有或者较少考虑模式约束，初值与模式的协调性差，极少数模式采用考虑模式约束的四维变分方法，主要因为耦合模式的伴随模式开发非常困难且计算量太大。

本研究将目前国际同化领域的前沿方法——四维集合变分混合同化方法应用于年代际预测的初始化中，能够在1个月的时间窗口内沿着耦合模式的预报轨迹最佳的拟合月平均观测资料。采用该方法完成了62年的循环同化试验，得到了更准确且与模式协调的初值，并基于该初值完成了9组从1961年开始每隔5年起报的10年后报试验。通过分析全球平均近地面气温距平的时间序列（图1）和3个定量衡量初始冲击的指标（趋势指标、标准差指标和均方根误差指标），本研究相比于第五次耦合模式比较计划（CMIP5）中各个模式的年代际后报结果而言，初始冲击是最小的之一。全球10年平均近地面气温距平的后报技巧相比于FGOALS-g2模式在CMIP5中采用简化三维变分进行初始化的后报试验和未经过初始化的20世纪历史模拟试验有显著提升，相比于CMIP5其它模式的后报试验也是最好的之一，尤其是去除线性趋势后，年代际变率的后报技巧的优势更加明显。

图1 全球平均近地面气温距平的时间序列，黑线为观测，彩线为后报试验，图a表示FGOALS-g2气候模式采用DRP-4DVar初始化方法的结果

博士生和玉君师从著名大气模式和资料同化专家王斌教授，是地学系五年级直博生，研究方向为耦合资料同化和年代际预测。该研究工作得到了国家重点基础研究发展计划（973）项目和国家自然科学基金重点项目的支持。

Geophysical Research Letters是地球科学领域权威杂志，2016-2017年最新影响因子为4.25。

文章链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017GL074028/full