ERL编辑优选：北极海冰厚度预测亟需加强
文章介绍
通讯作者：
- 杨清华，中山大学大气科学学院/南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）
研究背景：
全球变化背景下，北极海冰在近十多年来快速减少，并多次刷新历史低值。这为人类北极海上活动提供了机遇，但也对极地海冰预测提出了更高的要求。在此背景下，世界气象组织(WMO)于2013年启动了为期十年的极地预测计划（PPP）,目的是显著提高从小时到季节时间尺度的极地预测能力。极地预测年(YOPP)是PPP的核心行动，旨在通过加密观测、数值模拟与验证等方式提升极地预测水平。YOPP海冰预测数据集作为YOPP的重要成果之一，代表了当前的极地海冰预测现状水平。海冰厚度是重要的海冰参数之一，但目前仍缺乏针对YOPP海冰厚度预测数据的系统性评估。
研究内容：
综合可获取的卫星观测和现场观测海冰厚度数据集，系统性评估了YOPP预测数据集的海冰厚度预测表现。特别是，创新性地使用了国际上最新发布的基于CryoSat-2卫星的全季节北极海冰厚度遥感数据（Landy等，2022），以及迄今为止人类最大规模的北极科考计划-气候多学科漂流冰站（MOSAiC）浮标观测数据。研究结果表明，YOPP海冰厚度预测数据有较大的初始误差（图1a-b），且初始误差在不同季节有较大差异（图1d-f）；与初始误差相比，未来15天内的预测误差变化较小（图1c，f）。
图 1.（a）现场观测海冰厚度数据，（b）YOPP海冰数据初始误差，（c）YOPP海冰厚度预测误差统计随预测时长的变化，（d-e）聚类分析得到的两类海冰厚度误差分布，（f）两类海冰厚度误差部分在不同月份的相对显著程度。
为进一步评价当前业务预测对海冰厚度的初始场分析能力，对比分析了YOPP海冰厚度分析场与国际主流的海冰厚度模式数据集的差异。基于误差分解的研究结果表明，相对于国际主流的海冰厚度模式数据集，YOPP海冰厚度分析场仍有较大误差（图2a-c），其中在波弗特海区的误差主要来源于较大的平均值与方差估计误差（图2d-e），在中央海区的误差主要来源于较大的协方差估计误差（图2f）。
图 2. （a）基于MOSAiC浮标观测的YOPP冰厚分析场误差（橙色圆点）、PIOMAS误差（蓝色圆点）、TOPAZ4误差（绿色圆点）、NAOSIM误差（黄色圆点）；（b）基于MOSAiC浮标观测数据的泰勒图；（c）基于CryoSat-2卫星反演冰厚的YOPP海冰厚度分析场与多源海冰厚度模式估算数据均方根误差的差异；（d）-（f）：均方根误差分解项，依次为：误差平方的差异，方差的差异，协方差差异的负二倍
本研究表明不同于相对成熟的海冰水平范围预测，当前的北极海冰厚度预测水平仍存在较大不足，呼吁加强卫星观测海冰厚度数据的资料同化应用研究，以改善业务预报中心北极海冰厚度的模式分析质量，进而提升北极海冰厚度预测能力。
作者介绍
杨清华 教授
中山大学大气科学学院/南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）
- 杨清华，中山大学大气科学学院教授，南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）主任助理。主要从事极地海冰和气候预测研究。
期刊介绍
- 2022年影响因子：6.7 Citescore: 10.1
- Environmental Research Letters（ERL）以金色开放获取模式出版，作者可选择将原始数据作为补充资料与文章一起发表。所有研究人员可以免费获取这些研究成果。ERL汇聚了关注环境变化及其应对的研究团体和政策制定团体的意见，涵盖了环境科学的所有方面，出版研究快报、综述文章、观点和社论。ERL顺应了环境科学的跨学科发表的趋势，反映了该领域相关的方法、工具和评估战略，得到了来自不同领域的广泛贡献。