Caio A. S. Coelho Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) Instituto Nacional de...

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Caio A. S. Coelho Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) [email protected] 1 st EUROBRISA workshop, Paraty, 17-19 March 2008 Deriving South America seasonal rainfall from upper level circulation predictions

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Caio A. S. CoelhoCentro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC)

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)[email protected]

1st EUROBRISA workshop, Paraty, 17-19 March 2008

Deriving South America seasonal rainfall from upper level circulation predictions

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Conceptual framework

)y(p

)x(p)x|y(p)y|x(p

i

iiiii

Data Assimilation “Forecast Assimilation”

)x(p

)y(p)y|x(p)x|y(p

f

fffff

Stephenson et al. (2005)

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Calibration and combination experiment

Common hindcast period: 1987-2005 (19 years)

y: observed rainfall (GPCP, Adler et al. 2003)x: predicted upper level (200 hPa) circulation

Use two EUROSIP model predictions: • ECMWF System 3• UK Met Office

Target season: DJFStart date: November (i.e. 1-month lead predictions for DJF)

NCEP/NCAR Reanalysis (Kalnay et al. 1996) is used to verify predicted upper level circulation

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dy

du

dx

dv

Upper level circulation

u: zonal windv: meridional wind: stream function

': zonal mean of

: perturbed (eddy) stream function

'

uv

)v,u(V

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Observed perturbed stream function

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ECMWF perturbed stream function

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UKMO perturbed stream function

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Perturbed stream function verification

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El Niño

Observed perturbed stream function anomaly

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La Niña

Observed perturbed stream function anomaly

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La Niña

El Niño

Observed perturbed stream function anomaly

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El Niño

ECMWF perturbed stream function anomaly

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La Niña

ECMWF perturbed stream function anomaly

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El Niño

La Niña

ECMWF perturbed stream function anomaly

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El Niño

UKMO perturbed stream function anomaly

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La Niña

UKMO perturbed stream function anomaly

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El Niño

La Niña

UKMO perturbed stream function anomaly

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Perturbed stream function anomaly verification

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)C,Y(N~Y b

)S),YY(G(N~Y|X o

Prior:

Likelihood:

Posterior:

),(~| DYNXY a

Calibration and combination procedure: Forecast Assimilation

qq:D

qn:Y

pn:X

qq:C q1:Yb

pp:S qn:Ya

Matrices

Stephenson et al. (2005)

Forecast assimilation uses first three leading MCA modes of the matrix YT X.

X: circulation predictions (ECMWF + UKMO)Y: DJF rainfall

)(

)()|()|(

Xp

YpYXpXYp

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Forecast Assimilation: First MCA mode

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Forecast Assimilation: Second MCA mode

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Forecast Assimilation: Third MCA mode

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Correlation between predicted and observed anomalies

Forecast AssimilationECMWF UKMO

Issued: November, Valid for DJF, Hindcast period: 1987-2005

Upper level circulation derived predictions obtained with forecast assimilation have comparable level of skill to indiv. model predictions

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ECMWF UKMO Forecast Assimilation

Ranked Probability Skill Score (tercile categories)

Issued: November, Valid for DJF, Hindcast period: 1987-2005

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Gerrity Score (tercile categories)

ECMWF UKMO Forecast Assimilation

Issued: November, Valid for DJF, Hindcast period: 1987-2005

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Issued: November, Valid for DJF, Hindcast period: 1987-2005

ROC Skill Score (positive or negative anomaly)

ECMWF UKMO Forecast Assimilation

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Issued: November, Valid for DJF, Hindcast period: 1987-2005

Reliability diagram (positive or negative anomaly)

ECMWF UKMO Forecast Assimilation

Forecast assimilation improves prediction reliability

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ROC plot (positive or negative anomaly)

Issued: November, Valid for DJF, Hindcast period: 1987-2005

ECMWF UKMO Forecast Assimilation

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Summary

• Forecast assimilation is a useful framework for exploring atmospheric teleconnections in seasonal forecasts

• ENSO atmospheric teleconnections is the main source of skill for South America rainfall predictions

• Combined and calibrated circulation derived predictions obtained with forecast assimilation have comparable level of skill to single model rainfall prediction

• Additional skill improvements can be investigated by including humidity predictions in the forecast assimilation procedure