在天气预报（通常约两周的有效范围）与季节气候预测之间，2–6周的次季节尺度是国际公认的预测难点，却也是极端高温、寒潮、持续性降水等灾害风险防范从“临近应对”转向“提前部署”的关键窗口。中高纬大气季节内振荡（EISO）能够沿欧亚大陆上空的急流波导有组织地传播，持续调制温度、降水和大尺度环流异常，是我国及欧亚地区高影响天气的重要次季节可预报源。能否在实时业务预报中稳定捕捉这些信号，是检验次季节预测系统实际应用能力的关键。
前期研究中，IAP-CAS S2S预测团队通过敏感性试验发现，在初始化中引入更加完整的水汽信息，并合理扩大集合规模，可显著改善EISO主导传播模态的次季节预测。基于这些认识，团队于2024年8月完成IAP-CAS S2S预测系统升级并投入实时业务运行。升级版系统在初始化过程中引入更多水汽信息，同时采用二阶精确采样策略构建49个成员集合。与原有方法相比，新策略能够从模式内在变率中生成动力平衡、具有统计代表性的初始扰动，更充分地描述随大尺度流型变化的预测不确定性；其离线扰动设计还使集合规模可以灵活调整，而不额外增加业务预报积分本身的计算负担。
研究团队基于近两年的实时业务滚动预测资料，对升级版系统进行了系统检验，并与国际主要业务S2S系统在同一实时检验时段进行比较。结果显示，升级版IAP-CAS S2S系统对副热带急流东传模态（EISO-SJE）、极锋急流东传模态（EISO-PJE）和极锋急流西传模态（EISO-PJW）的有效预测上限分别达到12、14和19天，与同期表现最佳的业务系统仅相差0–1天（图1）。其中，EISO-PJW的有效预测上限达到同期最高水平的19天。三类模态的平均实时预测评分分别达到74.8、76.9和78.6，且低分预报个例明显减少。这表明，系统性能提升并非由少数容易预报的过程所贡献，而是体现在整体实时预测质量和稳定性上。
过程诊断进一步揭示了预测能力提升的动力学基础。升级版系统在欧亚副热带急流和极锋急流波导上的高层纬向风、经向风和位势高度误差均明显下降，改善尤其集中在急流入口和出口等波列发展、能量转换较为活跃的关键区域，并由初始时刻持续至第30个预报日（图2）。相关误差变化与水汽信息加入后引发的非绝热加热和辐散环流调整相一致，表明升级版系统不仅能够提供更准确的初始环流状态，还能在整个次季节预报时段维持更加真实的急流波导环境，为EISO的维持和传播提供更合理的大尺度动力背景。
集合预报的可靠性也获得了实质性提升。采用新的二阶精确采样集合扰动方案后，在第15个预报日，EISO-SJE、EISO-PJE和EISO-PJW的集合平均均方根误差与集合离散度之间的差值，分别由0.77、0.76和0.72大幅缩小至0.11、0.17和0.08。至第20个预报日，EISO-SJE和EISO-PJW的集合离散度已与实际预报误差近乎匹配；EISO-PJW在第30个预报日的离散度与误差之比达到0.99（图3）。该结果意味着，升级版系统不仅能够给出更加准确的集合平均预报，还能够更加真实地表达预测不确定性，为概率预报、极端事件风险研判和分级决策提供更可靠的依据。
该研究建立了从实时业务检验、急流波导过程诊断到集合可靠性评估的完整证据链，表明“针对性优化初始化与改进集合设计”是提升热带外实时次季节预测能力的有效技术路径。研究成果显著增强了我国自主S2S系统对中高纬关键可预报源的捕捉能力，为进一步提高我国延伸期高温、寒潮、持续性降水及复合极端事件的监测预测和风险服务能力，提供了重要的动力学基础与技术支撑。
研究得到国家重点研发计划（2024YFC3013100）、中国博士后科学基金项目（2024M753168、GZC20232598）等支持；数据处理和存储由地球系统数值模拟装置（EarthLab）提供支撑。
论文信息:
Zhu, T.*, He, Y., and Liu, Y. (2026). Improved real-time prediction of zonally propagating extratropical intraseasonal oscillations in the upgraded IAP-CAS S2S system. Frontiers in Climate, 8, 1909325. https://doi.org/10.3389/fclim.2026.1909325.
Zhu, T., Yang, J., Bao, Q., and Vitart, F. (2024). Boreal summer extratropical intraseasonal oscillation prediction in current subseasonal-to-seasonal operational models over Eurasia. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 129, e2024JD042015. https://doi.org/10.1029/2024JD042015.
图1 国际主要业务S2S系统对三类EISO模态的实时预测技巧。粗黑线为升级版IAP-CAS系统，插图为有效预测天数上限。
图2 升级前后IAP-CAS系统高空环流误差对比。第三列暖色表示升级版系统误差减小，白色点状区域通过99.9%置信水平检验；黑、绿等值线分别表示副热带急流与极锋急流波导位置。
图3 升级前后IAP-CAS系统集合离散度与集合平均误差的关系。黑线为集合平均误差，蓝线为集合离散度，两者越接近表示集合可靠性越高。
