Air-sea interaction over the Indian Ocean after El Nino
in JMA/MRI-CGCM seasonal forecast experiment
Tamaki Yasuda (tyasuda@mri-jma.go.jp)
Meteorological Research Institute
Japan Meteorological Agency
with
Yuhei Takaya (JMA),Yosuke Fujii, Satoshi Matsumoto,
Toshiyuki Nakaegawa, Masafumi Kamachi, and Tomoaki Ose (MRI)
JMA-Collar
mri-color
Predictability of the mean location of Typhoonformation in a seasonal prediction experiment with acoupled general circulation model
     Takaya, Y., T. Yasuda, T. Ose, and T. Nakaegawa
    Journal of Meteorological Society of Japan,
    2010,  88, 799-812.
Mean Latitude of TC Formation
latitude_gen_RSMC
latitude_gen_scat_RSMC
Reference : RMSC Tokyo Best Track
Region : 0-40N, 100E-180
Period : Jun.-Oct.
Correlation : 0.68 (1979-2006)
 
Best Track
Forecast
Cor : 0.68
60% range (6 members of 10)
N
S
Mean Longitude of TC Formation
longitude_gen_RSMC
Reference : RMSC Tokyo Best Track
Region : 0-40N, 100E-180
Period : Jun.-Oct.
Correlation : 0.53 (1979-2006)
 
longitude_gen_scat_RSMC
Best Track
Forecast
Cor : 0.53
60% range (6 members of 10)
W
E
Sea levelPressure
Precipitation
C:\Users\Yasuda\Desktop\acc_nwpac_01.jpg
1. Introduction
JJA Forecast skill of
 seasonal forecast experiment by JMA/MRI-CGCM
Initial: end of January
Initial: end of April
   Role of basin-wide Indian Ocean on atmospheric fields in thewestern North Pacific
         - SST warming in the Indian Ocean after El Nino
              (Klein et al. 1999, Xie et al. 2002, Lau and Nath 2003,
                                                                        Ohba and Ueda 2005, Du et al. 2009)
         - Zonal SST gradient between Pacific and Indian Ocean
               (Ohba and Ueda 2006)
         - Indian Ocean Capacitor effect (Xie et al. 2009, Chowdary et al. 2010)
Lag regression with NINO3.4SST(NDJ)
This study
  - Processes on SST warming in the Indian Ocean after El Nino
  - JMA/MRI-CGCM seasonal forecast experiment
Xie et al. (2009)
troposphere temp.
surface wind
rainfall
C:\Users\Yasuda\Desktop\corr_niosst_JJA_01.jpg
Correlation with JJA NIOSST in seasonal forecast experiment
NIO: North Indian Ocean (40-100E, 0-20N)
SLP
(shaded)
&
SurfaceWind
Precipitation
(shaded)
&
Troposphere
temperature
(contour)
Initial: end of January
Initial: end of April
NIOSST influences atmospheric pattern in JJA.
2. Seasonal forecast experiment in JMA/MRI-CGCM
WCRP/WGSIP Climate-system Historical Forecast Project CHFP
JMA/MRI-CGCM
- Now used as operational seasonal forecast system at JMA.
   - AGCM: JMA unified AGCM. Resolution: TL95L40
   - OGCM: Meteorological Research Institute Community Ocean Model
                                                                        (MRI.COM; Ishikawa et al. 2005)
      OGCM domain: 75S-75N (prescribed sea ice climatology)
         Resolution: 1deg(lon) x 0.3-1deg(lat),  vertical: 50 levels
   - Air-sea coupling time interval: 1hour
  - Monthly mean momentum and heat flux corrections
Experiment
   - 7-month forecast (10 member)
  - 1979-2006
      - 00Z and 12Z in the last 5 days of Jan, Apr., Jul., and Oct.    
Initial condition
    - atmosphere: JRA25/JCDAS(Onogi et al. 2007)
    - ocean: Meteorological Research Institute Ocean Assimilation System(MOVE-G/MRI.COM; Usui et al. 2006)
3. Prediction Skill for SST
fig5_color
 RMSE
 Anomaly Correlation
C:\Users\Yasuda\Desktop\skill_iosst.jpg
 Nino3.4
(190-60W, 5S-5N)
 Tropical Indian Ocean (TIO)
(40-100E, 20S-20N)
 North Indian Ocean (NIO)
(40-100E, 0-20N)
 lead time (month)
 Prediction skill for SST in the three key regions
skill_iosst_lead_fcstmo
 Anomaly Correlation
 Nino3.4
 Tropical Indian Ocean (TIO)
 North Indian Ocean (NIO)
This study:
Focus on the experimentsstarted from end of January
2009spr_fig1
2009spr_fig2_e
 El Nino Mature phase
Observed
JMA/MRI-CGCM
4. SST Relationship between ENSO and Indian Ocean
●Nino3.4SST
○TIOSST
NIOSST
thin: Observed (COBE-SST)
Bold: JMA/MRI-CGCM
Lag regression of zonal mean SST with NINO3.4SST(NDJ)
Lag correlation with Nino3.4SST(NDJ)
0.1
0.2
0.1
C:\Users\Yasuda\Desktop\2009spr_fig3_2_JRA25.jpg
2009spr_fig3_1_JRA25
Lag regression with NINO3.4SST(NDJ)
SST
 Z2020depth)
Feb.
Wind stress &
Wind stress curl
CI=5m
CI=10-8N/m3
 Mar.
Apr.
CI=0.1
 Net Surface Heat Flux
CI=4W/m2
Observed (COBE-SST, MOVE-G, JRA25)
Easterly anomly along Eq.and
Anticyclonic WSC anomaly
SST warming in theSouth Indian Oceam
Z20 anomaly and
Westward propagation
5. Warming in the South Indian Ocean during
 boreal winter and spring
(Xie et al. 2002, Du et al. 2009)
C:\Users\Yasuda\Desktop\2009spr_fig3_2.jpg
2009spr_fig3_1
SST
 Z20
Wind stress &
Wind stress curl
CI=5m
CI=10-8N/m3
CI=0.1
 Net Surface Heat Flux
CI=4W/m2
JMA/MRI-CGCM
Lag regression with NINO3.4SST(NDJ)
Easterly anomly along Eq.and
Anticyclonic WSC anomaly
SST warming in theSouth Indian Oceam
Z20 anomaly and
westward propagation
consistent with observation
Feb.
 Mar.
Apr.
glbz20_JANinit_clim
glbz20_move-g_clim_2
glbz20_move-g_clim_2
Z20 (20 depthclimatologycontour: CI=20m
Standard deviation (shaded)
 JMA/MRI-CGCM
Observed
 Feb.
 Mar.
(m)
 10S
corr_nino34sst_glbz20_long_JANinit_3
corr_nino34sst_glbz20_long_move-g_3
Observed
Lag regressions along 10S with NINO3.4SST(NDJ)
Z20 CI=4m
SST  CI=0.1
Net Surface Heat Flux
CI=4W/m2
Ekman pumping
CI=10-7m/s
JMA/MRI-CGCM
Net Surface Heat Flux
CI=4W/m2
Ekman pumping
CI=4x10-7m/s
SST  CI=0.1
Z20 CI=4m
 El Nino Mature Phase
 El Nino Mature Phase
corr_nino34sst_T10S_MOVE
corr_nino34sst_T10S_JANinit
Rag regression of temperature zonal section along 10S with NINO3.4SST(NDJ)
 JMA/MRI-CGCM
corr_nino34sst_T10S_MOVE_2
Observed
C.I.=0.5
Green: monthly mean
    temperature climatology
depth (m)
depth (m)
corr_nino34sst_glbz20_long_JANinit
corr_nino34sst_glbz20_long_move-g
Correlation between Z20 and SST along 10S
Observation
 JMA/MRI-CGCM
Shaded:95%confidential
 SST Warming in the South Indian Ocean during boreal winter and spring
Change in the Walker circulation associated with El Nino
Easterly wind anomaly along the equatorial Indian Ocean (IO)
Anticyclonic WSC anomaly in the southeastern IO
Generation and westward propagation of  thermocline depth anomaly
Thermocline dome in the western IO
Deepening of thermocline and related weakening of upwelling
SST warming in the southern IO
C:\Users\Yasuda\Desktop\2009spr_fig4_2_JRA25.jpg
2009spr_fig4_1_JRA25
SST
 Z20
Wind stress &
Wind stress curl
(CI=5m)
(CI=10-8N/m3)
(CI=0.1)
 Net Surface Heat Flux
(CI=4W/m2)
Observed
6. SST warming in the North Indian Ocean during
 boreal spring and summer
 
 
Summer Monsoon
Du et al. 2009
WES feedback
Kawamura etal. 2001
2009spr_fig4_3_JRA25
 Short Wave Radiation
 Latent Heat Flux
(CI=2W/m2)
 
 
anomaly
anomaly
Lag regression with NINO3.4SST(NDJ)
MA
MJ
 JA
 Feb
C:\Users\Yasuda\Desktop\2009spr_fig4_2.jpg
2009spr_fig4_1
SST
 Z20
(CI=5m)
MA
MJ
(CI=0.1)
 Net Surface Heat Flux
(CI=4W/m2)
 JA
 Feb
Summer Monsoon
anomaly
Positive WSCA
2009spr_fig4_3
 Short Wave Radiation
 Latent Heat Flux
(CI=2W/m2)
Wind stress &
Wind stress curl
(CI=10-8N/m3)
Lag regression with NINO3.4SST(NDJ)
 JMA/MRI-CGCM
No WES feedback
8. Summary
 - SST warming in the Indian Ocean after El Nino in the seasonal forecastexperiment of JMA/MRI-CGCM have been examined.
  - SST warming in the South Indian Ocean during boreal spring in CGCMis due to deeper thermocline anomaly induced by positive wind stress curlanomaly. However, area (period) of interaction between thermocline andSST is wider (longer) than observation.
 - In boreal spring, predicted wind anomaly does not induce WESfeedback that prevent SST warming in the western North Indian Ocean inthe observation. This is a reason for higher correlation between NIOSSTand NINO3.4SST(NDJ) than that in the observation.
  - Wind anomaly in boreal summer tend to weaken summer monsoon in thewestern North Indian Ocean. This reduces latent heat release to theatmosphere, maintaining positive SST anomaly in North Indian Ocean.
  - These results are consistent with studies based on the observation. Thiscould be one of causes that we got good forecast skill in the western NorthPacific  in boreal summer.
C:\Documents and Settings\Administrator\デスクトップ\201012indian\1yr\corr_nino34sst_niosst.jpg
C:\Documents and Settings\Administrator\デスクトップ\201012indian\1yr\corr_nino34sst_tiosst.jpg
 Tropical Indian Ocean (TIO)
 North Indian Ocean (NIO)