基于MM5模式的精细化MOS温度预报

利用2002年9月到2003年8月MM5模式每隔1 h的站点基本要素预报场和物理量诊断场资料,以及相应时段内宁夏25个测站的温度自记观测资料,同时采用多元线性和逐步回归2种MOS统计方法,预报宁夏25个测站48 h逐时温度。通过对2004年6月至2005年5月的预报效果检验,结果表明:MOS方法对宁夏48 h逐时温度有较强的预报能力,当天气形势变化较平稳时,MOS预报结果稳定,平均绝对误差控制在2℃之内;当有明显的冷空气活动时,误差变率起伏波动较大,预报结果不稳定,但与原MM5模式直接输出结果相比,MOS预报水平有明显提高,24 h极端温度TS评分个别月接近甚至超过预报员。     

精细化MOS相对湿度预报方法研究

利用2003年5~9月MM5模式每隔1 h的站点基本要素预报场和物理量诊断场资料,以及相应时段内宁夏25个测站的相对湿度自记观测资料,同时采用多元线性和逐步回归2种MOS统计方法,预报宁夏25个测站5~9月48 h逐时相对湿度。对2004年夏季6~8月预报效果检验表明:MOS方法制作宁夏48 h逐时相对湿度预报结果是可用的或是可参考的;2种MOS统计方法预报结果相近,逐步回归方法比多元线性方法预报效果稍好,08:00预报误差明显低于20:00;当天气形势变化较平稳时,MOS预报结果稳定,平均绝对误差控制在10%左右;当有明显的变温等特殊天气时,误差变率起伏波动大,预报结果不稳定。     

风的精细化MOS预报方法研究

利用MM5模式的站点输出产品,采用多元线性和逐步回归的MOS统计方法,预报宁夏25个测站48 h逐时风速、风向,通过对2004年6月~2005年4月近一年的预报效果检验,结果表明:该方法对逐时风速有较强的预报能力,对逐时风向有一定的预报能力,但尚未达到可用程度,还有待于进一步的改进,但都较原MM5模式预报水平有了显著的提高。     

基于WRF模式输出统计的逐时太阳总辐射预报初探

基于WRF(weather research and forecasting model)模式逐时输出结果,设计了逐时太阳总辐射的模式输出统计(model output statistics,MOS)预报流程。主要包括:对逐时观测序列进行低通滤波再除以天文辐射,对模式输出因子的筛选和降维,以及建立MOS预报方程,并对2009年1月、4月、8月和10月武汉站逐时太阳总辐射进行预报试验。结果表明,该方案在各月预报相对稳定,拟合和预报效果均较为理想,可使平均绝对百分比误差控制在20%～30%,相对均方根误差控制在30%～40%,相对模式直接预报辐射改进了50%左右。由此可见,通过对模式输出进行解释应用,可以有效提高辐射预报的准确率。此外,客观分析所得的气温、云量、露点、比湿、相对湿度、地面气压等13个模式输出因子可以作为各地区建立MOS辐射预报方程的参考因子。     

基于ECMWF细网格产品的一种优化BP-MOS气温预报方法

基于ECMWF细网格模式输出产品,以一种优化的BP-MOS模型预测1~7 d日最高和最低气温,并对比该方法和ECMWF细网格的2 m温度输出产品以及线性MOS方法的预报效果。结果表明:在预报因子处理时,考虑云量、风、湿度等对气温变化的"过程"影响能有效提高预报准确率;ECMWF细网格2 m温度产品在短期3 d内均方根误差均在2℃以内,但中期时段预报效果明显低于MOS方法;由于线性MOS模型预报存在不稳定现象,而BP神经网络的非线性映射关系使其在容错性方面优势明显,因此优化的BP-MOS模型预测效果良好。     

局地二分类MOS方程的预报稳定性检验

MOS预报方法主要是从数值模式输出的形势预报和物理量预报资料中筛选预报因子,建立统计预报方程,制作气象要素预报。由一定的样本资料建立的MOS方程,有的预报效果与拟合效果无多大差别,有的预报效果显著低于拟合效果,这就是MOS方程的预报稳定性问题。一个MOS方程,如果预报效果与拟合效果差异不显著,就认为方程的预报性能稳定。如果预报效果显著低于拟合效果,则认为方程的预报性能不稳定。下面介绍一个判断三分类MOS方程预     

美国模式输出统计预报十年简介

模式输出统计(model output statistics)方法简称MOS。MOS是1972年由美国气象学家Glahn和Lowry提出来的一种气象要素预报的动力统计方法。十年来MOS方法得到迅速发展,已经成为美国各种气象要素预报的主要方法,用以制作指导预报。美国地方气象台在国家中心发布的MOS指导预报的基础上,利用最新实况(除了常规观测资料外还包括卫星和雷达观测资料),同时应用简单平流模式制作18小时以内本地气象要素的MOS预报。许多国家的业务预报也普遍采用MOS方法。本文将着重介绍美国MOS预报的进展。     

模式输出统计预报方法 (连载之四) 第四章 国外MOS预报

第一节国外 MOS 预报概况模式输出统计方法简称 MOS(译音模斯)是由 Glahn 和 Lowry 在1972年提出来的,十年来 MOS 方法发展很快,已经成为美国要素预报的主要预报方法,用它制作指导预报。现在 MOS 方法已推广于日本、法国、加拿大、苏联……等许多国家,成为主要业务预报方法。     

模式输出统计预报(连载之三) 第三章 MOS方法中的统计方法

模式输出统计预报的技术,包括如何应用数值预报和采用什么样的统计方法,在第一章着重讲了为什么要发展模式输出统计预报,第二章谈了数值预报的概况,这一章将介绍模式输出中采用的一些统计方法,特别是在地方模式中经常采用的统计方法。第一节:聚类分析在第一章中我们讲了在搞地方 MOS 时采用分类可以提高 MOS 质量,在这将介绍MOS 方法中可以采用的分类方法——聚类分析。     

中国MOS预报的进展

美国Glahn和Lowry在1972年提出MOS预报,它逐步取代完全预报成为美国国家气象中心的指导预报,最近十二年MOS预报发展很快,成为许多国家的业务预报方法。 我国MOS方法起步并不晚,上海台1978年引进MOS方法并投入业务使用,吉林1979年利用传真图的模式输出发展了地方MOS方法,该方法适合广大台站和第三世界应用。国家气象局1982年决定在广大台站推广MOS方法,1982年秋由吉林、江苏、陕西、广东四省组成地方MOS科研组,到1983年末全国有25个省、市、自治区不同程度开展了MOS方法或PP(完全预报)方法。我国的地方MOS方法有中国特色,比较注意吸收预报员经验,并且采用多种统计模型,经实践证明地方MOS效果较好。吉林在1981年将中期MOS预报投入业务使用,现在已有十个省、市、自治区开展了中期MOS方法或PP方法,而美国目前中期业务预报仍靠PP方法。 经调研证明我国已具备全面推广MOS方法的条件,应作出规划积极推广MOS方法。     

基于数值预报及上级指导产品的本地气温MOS预报方法

利用恩施基准站2008—2011年地面实测资料、数值预报产品、上级台站指导产品,采用M(数值模式预报)、E(天气学经验)、D(诊断分析)相结合的方法(简称MED),从气温变化的影响因素如大气稳定度、温度平流、水汽条件等设计具有物理意义的预报因子。或根据需要进行因子的组合叠加利用,并将指导产品直接作为预报因子。利用常规统计预报方法(逐步回归),将高、低温实况作为预报对象来建立地方气温预报模式。结果表明:将天空状况进行分型后建立地方气温MOS预报模型,并对应高低温一般出现时间段来选取数值预报产品因子进行预报,对本地气温预报质量的提高有积极的意义;模型建立过程中,综合采用了MED相结合的方法,并应用了数值预报再加工因子,考虑了天气系统变化对气温的影响,增强了数值预报的解释应用能力;参考客观数值模式产品、上级业务部门指导产品相结合的综合MOS预报方法,建立地方气温MOS预报是提高本地天气预报准确率的有效尝试。检验结果也表明,本地气温MOS预报效果较好,明显高于指导预报,已较好应用于实际业务中。     

重庆市动力气候模式产品降尺度应用检验评估分析

应用多种动力气候模式降尺度解释应用技术,经过2004~2008年的回算检验和2009年以来的业务应用,结果表明其对重庆市区域的月平均气温和降水量有较好的预测能力,MOS和PP两大类方法中,分别用逐步回归、相似离度和最短距离相似等建模方法,用车比雪夫多项式,涡度,动态区域,EOF和R方程等5种不同构建因子方案得出的预测结果Ps评分(中国气象局预测业务定量评分标准)显示,重庆市动力气候模式解释应用方法的预测能力超过了中国气象局的目标考核要求(降水≥60%,温度≥65%)。月降水量预测最佳方案是PP-回归-涡度和PP-回归-区域,月气温预测最佳方案是MOS-回归-涡度和MOS-回归-车氏。降水和气温预测效果最好月和最差月平均Ps评分差值分别达到14.5%和21.8%,表明预测效果存在明显的月际差异。由2006年3月个例分析可见,降尺度解释应用技术对月尺度气温降水正负距平空间分布形态有较好的预测能力。      

MOS方法在短时要素预报中的应用与检验

通过对MM5数值预报产品的释用,将MOS统计方法应用到短时要素预报中,综合利用MM5数值预报产品、自动站实况数据和雷达数据等资料,建立降水和温度的4 h预报模型;降水作为不连续变量,将其通过建立降水可能函数的方法转化为连续变量,利用统计预报方法,可以达到定量预报的目的。通过对4140个时次的样本进行检验。结果表明：MOS预报结果较MM5直接输出结果整体有所改进,当数值模式误差较大时,统计方法显示出一定的优势;降水预报检验结果显示,TS评分为65%,预报正确率PC为91%。降水明显的样本(3 h雨量>5 mm)平均误差在8 mm以内,弱降水样本(3 h雨量<3 mm)平均误差在1 mm以内,预报方程对非雨日样本的整体预报效果较好,优于MM5模式预报,预报正确率高达98%,但对流性降水仍是预报难点;对于温度预报,20-08时段误差较小、平均在1.0℃以内,而11-17时、误差平均在1.5℃左右,但经过误差的季节订正,可以控制在1.0℃左右。     

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。     

我国短期气候预测技术进展

经过近60年的发展,我国短期气候预测技术和方法也有了长足进步。近年来,一些新的预报技术和机理认识不断应用于短期气候预测业务。ARGO海洋观测资料的使用大大提高了业务模式的预测技巧,新一代气候预测模式系统已经投入准业务化运行,研发了多种模式降尺度释用技术,多模式气候预测产品解释应用集成系统(MODES)和动力-统计结合的季节预测系统(FODAS)逐渐应用于业务中,大气季节内振荡(MJO)逐步在延伸期预报中得到应用。近年来,对全球海洋、北极海冰、欧亚积雪、南半球环流系统对东亚季风影响的新认识也不断引入到短期气候预测业务中。这些新技术和新认识的应用极大提高了我国短期气候预测的业务能力。     

基于交叉验证技术的KNN方法在降水预报中的试验

利用2003—2005年4—9月国家气象中心T213的数值预报产品,通过动力诊断,从大量数值预报因子中提取不同层次、不同时效与降水关系较好的多个因子,使用K最邻近域（KNN）方法,制作不同代表站点的晴雨预报和大于或等于10 mm的降水预报试验。在搜索K邻近域的过程中,考虑天气事件出现的概率不同,而分别求取有天气事件的正样本K+值和无天气事件的负样本K-值,使该方法选择的最邻近域中的K值取得更为合理。利用交叉验证的方法,对历史资料依次选取部分样本作为预报测试集,通过预测结果的检验评分,选取获得最大准确率和最大概括率的K+和K-作为最佳邻近域的组合。确定了最优K值后,反算历史样本,通过比较,得到某站出现降水天气事件的预报判别值,在一定程度上减少了预报的空报率。经过对2006年4—9月的预报试验,改进后的KNN方法使24,48 h的晴雨预报和大于或等于10 mm降水预报的TS评分大多数高于未改进前的,也高于T213模式本身的降水预报和MOS方法动力统计释用的降水预报,特别是克服了模式降水预报和MOS方法预报中空报率较高的现象,达到了较好的预报效果。     

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     

三种气温预报产品黑龙江省预报效果检验

利用T639模式预报产品和黑龙江省83个国家气象站气温实况观测资料,采用最优预报因子方法选取预报因子,应用多元回归方法建立逐站日最高气温和日最低气温的MOS预报方程; 对MOS、中央气象台指导预报（SCMOC）和T639三种气温预报产品的日最高气温和日最低气温预报效果进行对比检验分析,并用EOF方法检验预报与实况的时空变化特征一致性。结果表明: 与实况的时空变化一致性方面,MOS和SCMOC较好,T639略差; 预报效果方面,MOS和SCMOC对日最高气温和日最低气温的2 ℃预报准确率普遍高于T639,MOS的预报准确率在日最高气温方面高于SCMOC,在日最低气温方面低于SCMOC; MOS对T639气温预报产品改善效果明显,尤其对冬季日最低气温的预报改善效果十分显著; MOS较T639气温预报改善效果与T639模式预报效果呈负相关关系,主要表现为,MOS预报改善效果在T639预报准确率低的山区明显优于平原,在春、夏季,预报准确率较低的日最高气温明显优于日最低气温,在冬季,预报准确率较低的日最低气温优于日最高气温; MOS气温预报方法的预报性能较理想,SCMOC对黑龙江省预报难度较大的日最低气温预报效果较好。     

匹配域投影降尺度方法在黄河流域夏季降水预测中的应用

文章采用黄河流域夏季降水数据和BCC-CGCM模式资料,利用匹配域投影降尺度方法对黄河流域夏季降水进行预测,得到以下结论:(1)交叉验证期,匹配域投影降尺度方法对黄河流域夏季降水的预测效果要好于原始模式预测,且较模式直接输出的要素预测稳定;分月预测比夏季整体预测效果要好。(2)匹配域投影降尺度方法对各个区域的预测能力不同,在夏季(6—8月)预测中,预测较好区域比较分散,而分月预测中,预测较好的区域比较集中。月份不同,降尺度方法对于不同地区的预测能力也不同。(3)2009—2013年的独立样本检验表明,匹配域投影降尺度方法对于黄河流域夏季降水的预测效果要明显好于模式直接输出的要素预测。尤其6和7月的降尺度预测较模式直接输出的要素预测有较大提高。     

动力延伸预报产品在广西月降水预报中的应用

利用1958—2005年NCEP/NCAR再分析资料和2003—2005年国家气候中心的动力延伸预报产品, 运用自然正交函数展开 (EOF) 求取预报关键区内的空间特征向量及其时间系数, 结合相似离度方法查找与预报月份相似的个例, 进而作出广西月降水量预报。独立样本试验证明, 利用动力延伸预报产品制作的区域月降水预报比利用前期实况高度距平场相关区域制作的预报效果更好。