Preliminary Study on SST Forecast Skill Associated with the 1982/83 EI Niño Process, Using Coupled Model Data Assimilation

ABSTRACT

A previous study by Rosati et al. (1997) has concluded that the specification of an adequate thermocline structure along the equatorial Pacific ocean is most crucial for El Niño forecasts. In that paper, the oceanic initial condition was generated by a data assimilation (DA) system (Derber and Rosati, 1989). However, the initial condition for the atmospheric part was taken from the National Meteorological Center's (NMC) operational analysis, which was simply attached to the oceanic part for the coupled model forecasts.

In the present paper, both the atmospheric and oceanic initial conditions are generated by a coupled DA system applied to a coupled air-sea general circulation model (GCM). The assimilation for the ocean is performed by the same system as mentioned above, in which the SST (sea surface temperature) and the subsurface temperatures are injected into a 15 vertical level oceanic GCM. The Upper boundary condition, such as surface wind stress, is specified by the atmospheric DA. The assimilation for the atmosphere is performed by the continuous injection method of Stern and Ploshay (1992), using an 18 vertical level atmospheric GCM. The lower boundary condition, such as SST, is specified by the oceanic DA. The coupled model assimilations are carried out by switching the DA processes alternately every 6 hours between the ocean and the atmosphere.

The emphases of this study are: firstly, the effect of coupled air-sea model DA on the performance of subsequent forecasts; secondly, the impact of the coupled assimilation on improvement of the “spin-up” behaviour of forecasts, i.e. to see whether a smooth start to the forecast is achieved by the coupled model DA process; and thirdly, investigation of the effect that the “spring barrier” has on predictability in the coupled GCM system. Preliminary results indicate that, in order to answer these questions, ensemble forecasts are necessary. Besides, the coupled assimilation could be important in improving the overall behaviour of El Niño and La Niña forecasts.

RÉSUMÉ

Une étude antérieure de Rosati et al. (1955) a opiné que la prévision du El Niño dépend grandement de la spécification d'une structure thermocline adéquate sur l'océan Pacifique équatorial. Dans cette étude, la condition initiale océanique utilisait le système d'assimilation des données (DA) de Derber et Rosati (1989). Toutefois, la condition initiale de la partie atmosphérique était constituée de l'analyse règulière du NMC (National Meteorological center) qui était simplement rattachée à la partie océanique pour les prévisions du modèle couplé.

Ici les conditions initiales, tant atmosphériques qu'océaniques, sont générées par un système DA couplé appliqué à un modèle de circulation générale (GCM) couplé air-mer. L'assimilation pour l'océan est effectuée par le même système que ci-dessus, dans lequel la température superficielle de la mer (SST) et les températures sous la surface sont injectées dans un GCM océanique à 15 niveaux verticaux. La condition à la couche limite supérieure, p. ex. la force d'entraînement du vent de surface, est déterminée par le système DA atmosphérique. L'assimilation pour l'atmosphère est accomplie par la méthode d'injection continue de Stern et Ploshay (1992), utilisant un GCM atmosphérique de 18 niveaux verticaux, Les conditions à la limite inférieure, telle que la SST, sont déterminées par le système DA océanique. Les assimilations du modèle couplé sont effectuées en enclenchant alternativement les processus d'assimilation de l'océan et de l'atmosphère à toutes les six heures.

L'étude porte surtout sur: l'effet du modèle avec système DA couplé air-mer sur la performance des prévisions subséquentes; l'impact de l'assimilation couplée sur l'amélioration du comportement de départ des prévisions (p. ex., un départ doux de la prévision résulte-t'il du système DA du modèle couplé); l'investigation de l'effet que la «barrière printannière» a sur la prévision dans le système de GCM couplé. Les premiers résultats indiquent que des prévisions d'ensembles sont nécessaires afin de répondre à ces questions. En outre, l'assimilation couplée pourrait être importante pour améliorer le comportement général de la prévision du El Niño et de LA Niña.