發(fā)現(xiàn)流入日本的大氣河流的早期可預(yù)測(cè)性熱帶變化的預(yù)測(cè)性能是關(guān)鍵

新聞發(fā)布會(huì)2025.04.25

國(guó)立研究開(kāi)發(fā)法人海洋研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)

1 .發(fā)表要點(diǎn)

在日本，被稱為大氣河的豐富水蒸氣的流入是帶來(lái)暴雨的原因之一。 如果能早期預(yù)測(cè)大氣河流，就可以減少暴雨造成的風(fēng)水災(zāi)害。

季節(jié)預(yù)測(cè)模型SINTEX-F2^※1使用驗(yàn)證了大氣河流流入日本的季節(jié)性頻率是否可以預(yù)測(cè)。 結(jié)果表明，最多可以預(yù)測(cè)7個(gè)多月前大氣河流到來(lái)的頻率。

大氣河流的季節(jié)性行為會(huì)改變太平洋高氣壓熱帶波動(dòng)^※2的遠(yuǎn)程影響，通過(guò)捕捉該機(jī)制可以對(duì)大氣河流進(jìn)行早期預(yù)測(cè)。 因此，能夠高精度預(yù)測(cè)熱帶變動(dòng)的數(shù)值模型很有可能能夠早期預(yù)測(cè)大氣河流。

圖1本研究所發(fā)現(xiàn)的能夠預(yù)測(cè)大氣河流季節(jié)的機(jī)制模式圖

夏季大氣河流的變化受到來(lái)自日本西南方向的控制水蒸氣流動(dòng)的太平洋高氣壓的影響，但太平洋高氣壓受到菲律賓附近海面水溫決定的積云對(duì)流活動(dòng)的遠(yuǎn)程影響。 由于該海面水溫和遠(yuǎn)程影響與厄爾尼諾和印度洋偶極子模式等時(shí)間空間尺度的大氣候變化有關(guān)，本來(lái)很難預(yù)測(cè)的大氣河流可以早期預(yù)測(cè)。

用語(yǔ)解說(shuō)

※1

SINTEX-F2

日歐共同研究開(kāi)發(fā)的季節(jié)預(yù)測(cè)模型。 由大氣海洋耦合模型構(gòu)成，對(duì)厄爾尼諾、印度洋偶極子現(xiàn)象的預(yù)測(cè)顯示出較高的精度。

※2

熱帶波動(dòng)

是指厄爾尼諾、印度洋偶極子現(xiàn)象等由大氣-海洋相互作用引起的大氣-海洋大規(guī)模循環(huán)場(chǎng)的變化。

2 .概要

國(guó)立研究開(kāi)發(fā)法人海洋研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(理事長(zhǎng)大和裕幸，以下稱為“JAMSTEC”。 ) APP應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室主任研究員馬場(chǎng)雄也利用季節(jié)預(yù)測(cè)模型SINTEX-F2，對(duì)導(dǎo)致日本暴雨的大氣河流(流入日本上空的豐富水蒸氣的流動(dòng))能否早期預(yù)測(cè)，以及其季節(jié)可預(yù)測(cè)性，由JAMSTEC擁有的超級(jí)計(jì)算機(jī)

驗(yàn)證的結(jié)果表明，最多可以預(yù)測(cè)7個(gè)多月前大氣河流流入日本的季節(jié)性頻率。 另外，大氣河流的變化受到了位于日本東南的太平洋高氣壓和東南亞發(fā)生的熱帶變動(dòng)的影響，季節(jié)預(yù)測(cè)模型通過(guò)很好地把握這些因素，表明大氣河流是可以預(yù)測(cè)的。 本研究的成果展示了大氣河流的早期可預(yù)測(cè)性及其背景機(jī)制，暗示了即使使用一般的數(shù)值預(yù)報(bào)模型也可以早期預(yù)測(cè)大氣河流，期待將來(lái)對(duì)減少日本大氣河流帶來(lái)的暴雨災(zāi)害做出貢獻(xiàn)。

另外，本研究得到了JSPS科研經(jīng)費(fèi)24K07146的資助。

本成果于4月24日(日本時(shí)間)刊登在“Atmospheric Science Letters”上。

論文信息

標(biāo)題

seasonal prediction of atmospheric rivers in the western north Pacific using a seasonal prediction model

作者馬場(chǎng)雄也¹

所屬

1. JAMSTEC增值信息創(chuàng)生部門APP應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室

DOI10.1002/asl.1299

3 .背景

日本夏季暴雨集中發(fā)生，為了減少暴雨造成的風(fēng)水災(zāi)害，一直尋求盡早且正確地預(yù)測(cè)暴雨的技術(shù)。 然而，早期預(yù)測(cè)暴雨在技術(shù)上還存在諸多課題，至今仍被認(rèn)為難以早期預(yù)測(cè)。

日本因?yàn)閹讉€(gè)大氣現(xiàn)象而發(fā)生了暴雨。 其中，近年來(lái)被稱為“大氣之河”的、在日本引起暴雨的、來(lái)自日本西南方向的豐富的水蒸氣流動(dòng)備受矚目。 據(jù)指出，根據(jù)研究，日本發(fā)生的極端暴雨的7成左右是由大氣河流引起的。 因此，如果能早期預(yù)測(cè)這條大氣河流，就可以期待盡早察覺(jué)暴雨發(fā)生的危險(xiǎn)性，減少風(fēng)水災(zāi)害。

大氣河流在北美西海岸也作為冬天帶來(lái)暴雨的現(xiàn)象而聞名。 最近一項(xiàng)著眼于北美的研究顯示，大氣河流到來(lái)的頻率最多可以在9個(gè)月前預(yù)測(cè)。 這暗示著日本也有可能提前預(yù)測(cè)大氣河流。 但是，在以往的研究中，為什么大氣河流能如此迅速地預(yù)測(cè)呢？雖然推測(cè)熱帶海面水溫的預(yù)測(cè)會(huì)影響大氣河流的預(yù)測(cè)，但理由尚不清楚。

本研究以以上背景為基礎(chǔ)，利用由JAMSTEC開(kāi)發(fā)的季節(jié)預(yù)測(cè)模型，對(duì)能否早期預(yù)測(cè)來(lái)到日本的大氣河流進(jìn)行了驗(yàn)證。 另外，如果可以預(yù)測(cè)的話，為了明確是什么原因?qū)е驴梢灶A(yù)測(cè)，進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析。

4 .成果

使用季節(jié)預(yù)測(cè)模型，以2001-2020年間為對(duì)象，進(jìn)行了每個(gè)季節(jié)12個(gè)月的再預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)。 然后，用預(yù)測(cè)模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)驗(yàn)證了預(yù)測(cè)的大氣河流與再分析數(shù)據(jù)有多一致。

圖2(a )顯示了與來(lái)日本的大氣河流季節(jié)性發(fā)生頻率相關(guān)的被稱為異常相關(guān)系數(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。 這意味著相關(guān)系數(shù)很高，超過(guò)某個(gè)值時(shí)可以預(yù)測(cè)該時(shí)期大氣河流的行為。 例如，從1月開(kāi)始預(yù)測(cè)的情況下，可以知道夏天大氣河來(lái)的頻率是多是少，可以從7個(gè)月前開(kāi)始預(yù)測(cè)(圖中①的期間)。 另外，從10月開(kāi)始預(yù)測(cè)的情況下，第二年夏天，7個(gè)月以上的大氣河流的發(fā)生頻率也可以預(yù)測(cè)(圖中②的期間)。

對(duì)于一周內(nèi)大氣河流登陸日本的頻率，我們進(jìn)一步細(xì)致地調(diào)查了季節(jié)預(yù)測(cè)模型能預(yù)測(cè)多少，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與先行研究進(jìn)行的北美大氣河流預(yù)測(cè)相比，可以以更高的精度進(jìn)行預(yù)測(cè)(參考文獻(xiàn)1 )圖2(b )）。

根據(jù)以上內(nèi)容可知，在本研究中使用的季節(jié)預(yù)測(cè)模型中，能夠以高精度捕捉大氣河流的行為。 像這樣，在日本所在的西北太平洋對(duì)大氣河流的可預(yù)測(cè)性進(jìn)行調(diào)查的研究還是第一次。 本研究與北美的研究相比，能夠以相對(duì)較高的精度預(yù)測(cè)大氣河流的變化，因此推測(cè)與北美相比地域特征對(duì)預(yù)測(cè)精度產(chǎn)生了影響。

圖2從再預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)中得到的大氣河流季節(jié)可預(yù)測(cè)性

( a )表示的是用對(duì)再分析數(shù)據(jù)的異常相關(guān)系數(shù)表示的、日本西南部大氣河流發(fā)生頻率和強(qiáng)度的可預(yù)測(cè)性。 如果可以從預(yù)測(cè)開(kāi)始時(shí)期(橫軸)到預(yù)測(cè)目標(biāo)時(shí)期(縱軸，斜線部分相當(dāng)于夏季)通過(guò)數(shù)值模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，則會(huì)顯示出較高的相關(guān)系數(shù)。 此外，當(dāng)相關(guān)系數(shù)超過(guò)閾值時(shí)，不僅使用初始數(shù)據(jù)，而且還使用數(shù)值模型，這表示無(wú)法進(jìn)行預(yù)測(cè)(在圖中用圖示出)。 ( b )表示用布萊恩技能得分表示的、日本西南部各區(qū)域大氣河流的每周登陸頻率預(yù)測(cè)精度。 0.2級(jí)分別相當(dāng)于一周內(nèi)，0次、12次、37次大氣河流登陸的現(xiàn)象。 在關(guān)注北美西海岸的既往研究中，這些得分在0.1以下左右。 黑白條分別相當(dāng)于從1月4月開(kāi)始預(yù)測(cè)時(shí)的得分。

另外，通常在日本所處的中緯度帶大氣的變化是混沌的，大氣的時(shí)間尺度與海洋相比非常短，像本研究這樣，從超過(guò)3個(gè)月的很長(zhǎng)時(shí)間前開(kāi)始預(yù)測(cè)大氣的變化被認(rèn)為是不可能的。 也就是說(shuō)，如果這么久以前就能預(yù)測(cè)大氣河流的話，那應(yīng)該是有什么理由的。 由于超過(guò)3個(gè)月的大氣·海洋變動(dòng)多來(lái)源于海洋，因此針對(duì)可以預(yù)測(cè)大氣河流時(shí)的大氣和海洋的變動(dòng)，調(diào)查了哪些成分相互關(guān)聯(lián)。

圖3 (左)夏季大氣河流流入日本時(shí)海面水溫(顏色，K/% )和海面氣壓(灰色線，Pa/% )對(duì)大氣河流發(fā)生頻率的回歸分析、(右)夏季海面氣壓的主分析分析(黑色線，hPa )及海面氣壓和海面水溫的回歸分析 回歸分析顯示海面水溫和海面氣壓對(duì)大氣河流發(fā)生頻率的響應(yīng)。 主分析分析顯示了夏季占支配地位的海面氣壓模式和與該模式有很強(qiáng)相關(guān)性的海面水溫模式。

圖3表示的是6~8月期間大氣河流進(jìn)入日本時(shí)海面水溫和海面氣壓的關(guān)系。 比較預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和再分析數(shù)據(jù)，可以看出日本東南有太平洋高氣壓，同時(shí)菲律賓周邊海面水溫高且海面氣壓低。 這表明在東南亞地區(qū)有強(qiáng)(弱)對(duì)流活動(dòng)的話，太平洋高氣壓會(huì)變強(qiáng)(弱)，會(huì)影響大氣河流的變化。

該海面水溫和海面氣壓的變化與Pacific-Japan(PJ )模式這一熱帶變動(dòng)影響中緯度大氣變化的遠(yuǎn)程連接(遠(yuǎn)程影響)模式一致。 因此，大氣河流的季節(jié)性行為通過(guò)該P(yáng)J模式受到了熱帶波動(dòng)的影響，表明熱帶波動(dòng)的預(yù)測(cè)精度對(duì)大氣河流的季節(jié)預(yù)測(cè)很重要。 實(shí)際上，通過(guò)調(diào)查這個(gè)季節(jié)預(yù)測(cè)模型是否能捕捉到厄爾尼諾、印度洋偶極子現(xiàn)象等熱帶變動(dòng)，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)技能會(huì)顯示出良好的結(jié)果。

五.今后展望

本研究使用了JAMSTEC開(kāi)發(fā)的季節(jié)預(yù)測(cè)模型，但大氣河流的可預(yù)測(cè)性和背景機(jī)制具有普遍性。 因此，納入海洋模型的一般數(shù)值預(yù)報(bào)模型也有可能實(shí)現(xiàn)大氣河流的早期預(yù)測(cè)。 今后，包括與其他機(jī)構(gòu)的合作在內(nèi)，將探索大氣河流的早期預(yù)測(cè)能否和每天的天氣預(yù)報(bào)一樣實(shí)現(xiàn)，也就是說(shuō)能否進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)。 如果能夠進(jìn)行這樣的預(yù)測(cè)，就可以降低由大氣河流引起的暴雨造成的風(fēng)水災(zāi)害。 另外，由于熱帶變動(dòng)預(yù)測(cè)精度會(huì)影響大氣河流的季節(jié)預(yù)測(cè)的精度，因此通過(guò)引入將觀測(cè)數(shù)據(jù)編入預(yù)測(cè)初期的海洋數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)同化方法、更高精度地捕捉熱帶積云對(duì)流活動(dòng)的云模型等更準(zhǔn)確地捕捉熱帶變動(dòng)的技術(shù)，可以更高精度地預(yù)測(cè)大氣河流

本研究的咨詢方式

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