与非线性区域预测方法结合的月延伸预报试验Ⅰ:纬向平均环流的预报

为克服数值模式普遍存在的纬向平均环流预报误差,文中在36a NCEP/NCAR再分析高度场资料的基础上,应用非线性时空序列预测理论的局域近似法构建了200,300,500和700hPa4个等压面上的月尺度逐候纬向平均高度距平场非线性动力学区域预报模型.对1996年12个月所做的预报试验表明,无论是南、北半球中高纬度地区还是低纬度地区,非线性模型的候纬向平均高度预报结果均优于持续性预报、气候预报和T42L9模式动力预报.用非线性结果对T42L9模式月平均高度场预报结果进行订正,则使该谱模式系统性预报误差显著减少,也大大减少了其预报高度场的均方根误差,相应地,高度场距平相关评分也有一定程度的提高,表明纬向平均高度的非线性预报比谱模式动力预报包含了更多的有用信息.     

与非线性区域预测方法结合的月延伸预报试验I:纬向平均环流的预报

为克服数值模式普遍存在的纬向平均环流预报误差 ,文中在 3 6aNCEP/NCAR再分析高度场资料的基础上 ,应用非线性时空序列预测理论的局域近似法构建了 2 0 0 ,3 0 0 ,50 0和 70 0hPa 4个等压面上的月尺度逐候纬向平均高度距平场非线性动力学区域预报模型。对 1996年 12个月所做的预报试验表明 ,无论是南、北半球中高纬度地区还是低纬度地区 ,非线性模型的候纬向平均高度预报结果均优于持续性预报、气候预报和T 42L9模式动力预报。用非线性结果对T42L9模式月平均高度场预报结果进行订正 ,则使该谱模式系统性预报误差显著减少 ,也大大减少了其预报高度场的均方根误差 ,相应地 ,高度场距平相关评分也有一定程度的提高 ,表明纬向平均高度的非线性预报比谱模式动力预报包含了更多的有用信息     

纬向平均环流预报的系统性误差及其改进

大量的月预报实例分析表明,纬向平均环流(本指高度场纬向平均分量)存在明显的系统性预报误差,且在总误差中占有可观的份额。国内外其它模式也存在类似的现象。为克服这一困难,本尝试了“结合”(hybrid)的途径。应用重构相空间理论和非线性时空序列预测方法,在大量历史资料的基础上,构造了月尺度逐侯纬向平均高度场(零波分量)距平场的非线性预报模型。然后,将非线性预报和谱模式动力预报结合起来,即将非线性预报结果转化为模式需要的颅报量,再在模式积分过程中的每一步取代其相应部分,实施过程订正。初步试验结果表明,这种途样合效地减少了模式纬向环流的预报误差;特别是通过非线性波流相互作用,还改善了部分波动分量的预报。     

与非线性区域预测方法结合的月延伸预报试验Ⅱ:对波动分量预报的改进

在文献[1]的基础上,设计了将逐候纬向平均高度距平场非线性动力学区域预报和T42L9谱模式动力延伸预报结合的方案,即将非线性预报结果转化为模式的静力扣除谱系数,然后在模式积分过程中的每一步取代其相应部分,实施过程订正.多个例试验结果表明,这种途径在减少了模式纬向环流的预报误差的同时,还通过非线性波流相互作用,改善了部分波动分量的预报.另外部分个例的形势场预报也得到较明显的改善.     

与非线性区域预测方法结合的月延伸预报试验II:对波动分量预报的改进

在文献 [1]的基础上 ,设计了将逐候纬向平均高度距平场非线性动力学区域预报和T42L9谱模式动力延伸预报结合的方案 ,即将非线性预报结果转化为模式的静力扣除谱系数 ,然后在模式积分过程中的每一步取代其相应部分 ,实施过程订正。多个例试验结果表明 ,这种途径在减少了模式纬向环流的预报误差的同时 ,还通过非线性波流相互作用 ,改善了部分波动分量的预报。另外部分个例的形势场预报也得到较明显的改善     

月动力延伸预报产品在三峡工程建设服务中的应用

用3种客观评分方法对国家气候中心为三峡库区提供的月动力延伸预报产品（500hPa位势高度场）进行了全面评估，结果表明，延伸预报月平均环流场预报准确率明显高于持续性预报和气候预报，有一定的预报技巧，对三峡工程气象服务有参考价值，从动力统计相结合的角度出发，利用推导的月降水距平与月环流场的关系，建立了三峡库区代表站点月降水距平预报议程，利用月动力延伸预报的500hPa高度场和实际降水场资料反演出月降水距平预报方程的系数，经过1999年降水预报试验，证明效果较好。     

基于T213集合预报的延伸期产品释用方法及初步试验

基于T213集合预报系统2008年1月中国及附近区域500 hPa高度和850 hPa温度的1~15 d预报资料,构建延伸期产品释用方法,通过对逐日11~15 d预报资料做集合平均和后向衰减权重系数滑动平均,进而得到延伸期(11~15 d)候平均和候距平预报,并对预报效果进行检验,结果表明:对11~15 d预报场做集合平均和后向衰减权重系数滑动平均均能降低预报误差,改善整体预报效果。由此得到的500 hPa高度场和850 hPa温度场11~1 5 d候平均预报误差与逐日控制预报第5d的水平相当,候距平相关系数均接近0.6,整体而言效果较好,具备一定的应用价值。500 hPa高度场和850 hPa温度场11~15 d候距平预报在中国大陆地区位相准确率均较高,东南沿海和东北部分地区稍差,且850 hPa温度场的位相准确率整体高于500 hPa高度场。候距平预报对延伸期(11~15 d)的大范围持续性异常距平具有较强的捕捉能力,对异常距平出现的范围和分布、强距平中心的位置的预报均较好,但强度整体偏弱。     

亚洲夏季风系统成员与西太平洋副高的相关特征分析

利用500hPa月平均高度距平场派生出涡度变化、经向风切变、纬向风切变等变量场。从1958～2001年6月500hPa月平均高度距平场及其派生变量场中选取预报因子,并将各个场中的因子分别作EOF分解,得到浓缩了初选因子变量大部分信息的综合预报因子,用以建立同月的广西月降水量的BP神经网络预报模型。进而利用2002～2005年月动力延伸集合预报产品及其派生变量,对广西6月降水量作BP神经网络降尺度释用预报。作为对比试验,以相同的预报量,从1957～2000年5～12月及1958～2001年1～4月500hPa月平均高度距平场中选取预报因子,并作相同处理,建立前期综合因子的广西6月降水量BP神经网络预报模型。独立样本试验结果表明,利用同期综合因子建立的BP神经网络降尺度预报模型的拟合精度优于利用前期综合因子建立的预报模型,但预报效果依赖于月动力延伸集合预报产品。     

DERF产品在江西汛期降水预测中的释用

利用T63月动力延伸预报DERF模式输出的北半球500hPa位势高度场资料和江西省83站逐月降水量实况资料,运用EOF迭代方法对江西省2005-2009年汛期4-6月逐月降水距平百分率进行解释应用预测试验.结果表明,预测模型对江西汛期降水趋势预测的评估效果比较好.月降水距平百分率的预测Ps评分总体平均为72%,平均距平...     

月动力延伸预报产品在阿勒泰地区预报中的应用检验

利用2005年7月—2009年12月阿勒泰地区7个气象观测站逐月和旬的降水和温度实况资料、国家气候中心制作的月动力延伸预测模式的图形资料,采用预报评分法(P)和距平符号异同评分法对内插预测结果进行检验。结果表明:月动力延伸预报产品对各月温度距平同号率要明显高于降水距平百分率预报与实况同号率,对各月温度距平的预报评分比较稳定,而对各月降水距平百分率的预报评分差异较大。     

T63 月延伸预报在西南区域短期气候预测中的应用研究

利用国家气候中心1996、1997年1~12月T63模式所作的500 hPa　70次月延伸预报产品和1966~1996年ECMWF的500 hPa旬平均高度场以及西南区域月气温和月雨量场资料,建立了用T63动力产品预测西南区域月要素场的一种完全预报（PP）的动力-统计关系。并对西南区域1996年2月至1998年1月逐月气温和降水进行了预报试验。结果表明,这种利用动力延伸集合预报产品制作西南区域月要素场预报的动力与统计相结合的释用方法具有明显的预报能力。     

Monthly Extended Predicting Experiments with Nonlinear Regional Prediction.PartⅠ:Prediction of Zonal Mean Flow

Systematic errors have recently been founded to be distinct in the zonal mean component forecasts, which account for a large portion of the total monthly-mean forecast errors. To overcome the difficulty of numerical model, the monthly pentad-riean nonlinear dynamic regional prediction models of the zonal mean geopotential height at 200, 300, 500, and 700 hPa based on a large number of historical data (NCEP/NCAR reanalysis data) were constituted by employing the local approximation of the phase space reconstruction theory and nonlinear spatio-temporal series prediction method. The 12-month forecast experiments of 1996 indicated that the results of the nonlinear model are better than those of the persistent, climatic prediction, and T42L9 model either over the high- and mid-latitude areas of the Northern and Southern Hemispheres or the tropical area. The root-mean-square of the monthly-mean height of T42L9 model was considerably decreased with a change of 30.4%, 26.6%, 82.6%, and 39.4%, respectively, over the high- and mid-latitudes of the Northern Hemisphere, over the high- and mid-latitudes of the Southern Hemisphere, over the tropics and over the globe, and also the corresponding anomaly correlation coefficients over the four areas were respectively increased by 0.306-0.312, 0.304-0.429, 0.739-0.746, and 0.360-0.400 (averagely a relative change of 11.0% over the globe) by nonlinear correction after integration, implying that the forecasts given by nonlinear model include more useful information than those of T42L9 model.     

集合方法在月动力预报信息提取中的应用

本工作将集合方法应用于提取月动力预报有用信息。利用中国气象局国家气候中心Ｔ６３Ｌ１６全球谱模式的５００百帕高度场月集合预报产品（集合成员数为８个，初始场的选取采用滞后方法（ＬＡＦ），即相邻两天的００００，０６００，１２００和１８００ＧＭＴ的初始化资料），就１９９７年１月至５月共１５次预报，分析了集合预报成员间的离散度与预报评分（距平相关系数和均方根误差）的关系，研究了用集合各成员预报离散度作为各个成员逐日预报的权重对月预报效果的影响。结果表明集合预报成员的离散度与预报评分有显著的相关，是有效预报长度Ｎ的一个很好估计；用离散度作为权重平均的月预报高度距平相关系数明显高于算术平均和线性权重，此外个例分析表明月平均环流及其异常的预报得到明显的提高。     

Monthly Extended Predicting Experiments with Nonlinear Regional Prediction. Part I: Prediction of Zonal Mean Flow

Systematic errors have recently been founded to be distinct in the zonal mean component forecasts,which account for a large portion of the total monthly-mean forecast errors. To overcome the difficulty of numerical model, the monthly pentad-mean nonlinear dynamic regional prediction models of the zonal mean geopotential height at 200, 300, 500, and 700 hPa based on a large number of historical data (NCEP/NCAR reanalysis data) were constituted by employing the local approximation of the phase space reconstruction theory and nonlinear spatio-temporal series prediction method. The 12-month forecast experiments of 1996 indicated that the results of the nonlinear model are better than those of the persistent, climatic prediction,and T42L9 model either over the high- and mid-latitude areas of the Northern and Southern Hemispheres or the tropical area. The root-mean-square of the monthly-mean height of T42L9 model was considerably decreased with a change of 30.4%, 26.6%, 82.6%, and 39.4%, respectively, over the high- and mid-latitudes of the Northern Hemisphere, over the high- and mid-latitudes of the Southern Hemisphere, over the tropics and over the globe, and also the corresponding anomaly correlation coe cients over the four areas were respectively increased by 0.306-0.312, 0.304-0.429, 0.739-0.746, and 0.360-0.400 (averagely a relative change of 11.0% over the globe) by nonlinear correction after integration, implying that the forecasts given by nonlinear model include more useful information than those of T42L9 model.     

降尺度技术在月降水预报中的应用

着重介绍月动力延伸数值预报模拟技巧较高的大气环流在局域降水方面的降尺度（downscaling）应用。克服动力降尺度和统计降尺度技术的缺点，从动力与统计相结合的角度，给出月尺度大气环流与局地降水之间的关系，该联系有清楚的动力学背景和天气学意义。120个月的历史实况资料回报试验证明了该关系的合理性。T63/NCC月动力延伸形势场集合预报进行中国降水的降尺度应用亦取得了较好的结果。     

基于集合预报产品的降尺度降水预报试验

利用降水距平百分率的降尺度预报方法和1951-2008 NCEP资料及我国降水资料,建立了降水距平百分率的预报模型,基于T106L19模式的月动力延伸集合预报结果,进行了2007-2009年3 a的预报试验和效果检验.结果表明,基于集合预报产品的统计降尺度方法对降水距平百分率的预报技巧高于模式降水的预报技巧;500 hPa月平均高度场的预报技巧直接影响到降水距平百分率的预报技巧,平均环流的预报技巧越高,降水距平百分率的预报技巧越高;无论集合成员数为多少,集合预报的结果都明显优于控制预报,随着集合成员数的增多,预报技巧呈增大的趋势;我国降水具有显著的季节性和区域性,以江淮地区的降水距平百分率预报技巧最高,华南地区的预报技巧其次.     

Progress in Predictability Studies in China （2003-2006）

Since the last International Union of Geodesy and Geophysics General Assembly(2003),predictability studies in China have made significant progress.For dynamic forecasts,two novel approaches of conditional nonlinear optimal perturbation and nonlinear local Lyapunov exponents were proposed to cope with the predictability problems of weather and climate,which are superior to the corresponding linear theory.A possible mechanism for the"spring predictability barrier"phenomenon for the El Ni(?)o-Southern Oscillation (ENSO)was provided based on a theoretical model.To improve the forecast skill of an intermediate coupled ENSO model,a new initialization scheme was developed,and its applicability was illustrated by hindcast experiments.Using the reconstruction phase space theory and the spatio-temporal series predictive method, Chinese scientists also proposed a new approach to improve dynamical extended range(monthly)prediction and successfully applied it to the monthly-scale predictability of short-term climate variations.In statistical forecasts,it was found that the effects of sea surface temperature on precipitation in China have obvious spatial and temporal distribution features,and that summer precipitation patterns over east China are closely related to the northern atmospheric circulation.For ensemble forecasts,a new initial perturbation method was used to forecast heavy rain in Guangdong and Fujian Provinces on 8 June 1998.Additionally, the ensemble forecast approach was also used for the prediction of a tropical typhoons.A new downscaling model consisting of dynamical and statistical methods was provided to improve the prediction of the monthly mean precipitation.This new downsealing model showed a relatively higher score than the issued operational forecast.     

集合预报产品释用方法的研究

提出一种动力与统计相结合的集合预报产品的动力统计释用方法，该方法从大尺度大气动力学方程组出发，考虑中期旬尺度的大气环流特征，采用简单的斜压模式，推导出旬降水距平百分率与旬环流形势场的关系，从而建立了旬降水距平百分率预报方程，与相当正压的月降水距平百分率预报方程相比，更符合常规天气预报业务中对实际大气的动力学和天气学意义的考虑，试报结果表明，动力与统计相结合的方法对旬尺度动力延伸集合预报产品的释用具有明显的效果。