北半球大范围寒潮低温事件的延伸期预报在我国冬季气象防灾减灾决策服务和重大活动气象保障服务中起着重要作用。然而延伸期预报仍是世界性难题。近年来，气象学家们将“窗口期”概念引入到延伸期预报中来。我们可以将延伸期可预报机会窗口认为是延伸期预报技巧显著提升的特定条件或特定时段。平流层变率是潜在的延伸期可预报性来源之一，其在冬季中高纬温度延伸期预报中的作用已开始得到越来越多的关注。是否存在某些平流层前兆信号，可以显著提升寒潮低温事件的延伸期预报技巧，从而形成延伸期预报机会窗口？这是一个有趣且重要的科学问题。
近期，中心虞越越副教授和管兆勇教授、中科院大气所博士研究生刘博文和任荣彩研究员、雷丁学院本科生杨钦兰和胡沐昕利用美国国家环境预测中心CFSv2模式1-45天实时预报资料，评估了该模式对北半球大范围低温事件的延伸期预报水平，并通过对比分析延伸期预报水平偏高和偏低的低温事件，指出了可能指示延伸期预报机会窗口的关键平流层环流信号（见表1）。在延伸期预报水平偏高的大范围低温事件发生之前的三周内，平流层往往出现向极地暖空气质量输送持续偏强信号（尤其是一波驱动部分），与之耦合的是对流层低层向南的多次冷空气爆发过程；而在延伸期预报水平偏低的大范围低温事件中平流层-对流层的冷暖空气输送过程几乎不耦合。此外，在高预报水平事件前一个月内的平流层环流和波动异常信号（尤其是一波波动的斜压不稳定性）的10-30天预报技巧显著高于低预报水平事件，说明模式对平流层信号的模拟和预报能力对对流层温度延伸期预报水平有着重要影响（图1）。
该研究提出了一系列可提升低温事件延伸期可预报性的关键平流层信号，为识别延伸期预报机会窗口提供了来自平流层的新依据。相关研究内容已在Journal of Geophysical Research: Atmospheres在线发表。
论文信息：
Yu, YY*, BW Liu, RC Ren, ZY Guan, QL Yang, MX Hu, 2022: Precursory Signals in the Stratospheric Meridional Mass Circulation for Mid-latitude Cold Air Outbreak Events of High and Low Sub-seasonal Predictability. J Geophys Res, https://doi.org/10.1029/2022JD036814
表1. 延伸期预报水平偏高和偏低的大范围低温事件所伴随的平流层环流信号特征
图1. CFSv2模式对延伸期预报水平偏高和偏低的低温事件发生前一个月内的平流层环流和波动异常信号的预报技巧