国家气候中心多模式解释应用集成预测

多模式集合和降尺度技术是提升模式预测能力的有效工具。该文对国家气候中心多模式解释应用集成预测 (MODES) 技术与业务应用现状进行了综合介绍。MODES采用欧洲中期天气预报中心、东京气候中心、美国国家环境预报中心和中国气象局国家气候中心4个气候业务季节预测模式输出场,利用EOF迭代、变形的典型相关分析、最优子集回归和高相关回归集成4种统计降尺度方法以及等权平均、经典超级集合等集成方法进行全国月及季节降水和气温预测。目前对MODES进行了夏季回报检验和约1年的实时业务应用。回报检验和业务应用表明,MODES对气温有较好的预测能力 (月预测平均PS评分为76),对降水有一定预测技巧 (月预测平均PS评分为68),具有短期气候预测业务应用价值。     

基于多元线性回归算法的雾霾预测模型的研究

对乌鲁木齐市环境监测站2013—2015年冬季逐日AQI、PM_2.5、PM₁₀、SO_2、NO_2、CO、O_3数据进行相关分析,并利用MATLAB编程工具进行多元回归统计分析,建立了多元回归统计预测模型。对2015年1—3月乌鲁木齐雾霾天气进行预测试验,发现预测值与实际值有较好的拟合效果和预报效果。实验证明,在大气层结稳定的冬季将当天的大气污染物浓度作为因子,用多元线性回归算法建立预测模型对次日雾霾天气进行预测是一种有效的雾霾统计预报手段,本文试图用MATLAB编程工具建立动态多元回归预测模型,编写了自动预测系统软件,测试取得了较好的预测效果。     

月尺度动力模式产品解释应用系统及预测技巧

从短期气候预测业务面临的实际问题出发,针对月尺度气候预测,利用国家气候中心月动力延伸预报(DERF)模式资料,开发了集多种统计预测方法、多种解释应用技术于一体的业务系统。利用该系统的多种预测方法对广西88个站点2005-2008年6月降水距平百分率的独立样本检验结果表明:在解释应用方法中,基于模式输出统计假设方法(MOS)的预报结果优于完全预报法(PP);利用预测站点附近的环流关键区构建的预测因子预报效果最好;经验统计函数法(EOF)和动力与统计相结合的解释应用方法的预测准确率较高且较稳定;同时满足模式预测资料中预测因子和预测对象的高相关关系,以及再分析资料中预测因子和预测对象之间高相关关系确定关键区,并在此基础上建立预测模型的预测效果更佳。解释应用预测准确率一般都在70分以上,高于传统的物理统计预测结果。     

基于DERF的SD方法预测月降水和极端降水日数

针对动力气候模式对区域或更小空间尺度内的日降水预测技巧偏低的问题,应用最优子集回归 (OSR) 方法对国家气候中心业务化的月动力气候模式 (DERF) 输出的高度场、风场和海平面气压场进行降尺度处理用于降水预测,旨在提高预测准确率。1982—2006年交叉检验结果表明:OSR方法能显著提高降水预测技巧,其中11~40 d改善效果最为显著。在此基础上,应用一步法和两步法两种统计降尺度方法预测极端降水日数,交叉检验结果表明:两种方法均优于随机预测,冬季两步法预测技巧略高于一步法,夏季一步法略优于两步法。综合认为OSR,OSR结合随机天气发生器 (WG) 两种统计降尺度方法对月尺度降水或极端降水日数的预测均具有较高的技巧,可作为短期气候预测的重要参考信息。     

内蒙古沙尘暴的调查事实、气候预测因子分析和春季沙尘暴预测研究（上）

介绍了近46年（1961-2006年）内蒙古沙尘暴系统地调查和分析工作,给出了内蒙古春季沙尘暴发生日数频数和天气过程频数的统计定义,并在此定义的基础上,通过统计和分析给出了春季内蒙古沙尘暴的时空分布特征;介绍了影响下游京津地区的内蒙古沙尘暴的天气特征的一些分析结果;分析并筛选了对内蒙古春季沙尘暴具有预测意义的前期气候影响因子,并利用相关分析、多元逐步回归分析和EOF分解等方法对部分前期因子做了特征提取;采用特征值方法、模糊数学及群体评价方法设计了内蒙古春季沙尘暴预测模型和计算方法,并做了编程计算;给出了内蒙古春季沙尘暴的预测标准和预测正误的判别标准;将筛选出的具有较强预测信号的因子作为模型中使用的预测因子,设计了11组不同预测因子组合的回报试验,分析试验结果以确定较佳的组合;利用确定的较佳因子组合对1975-2007年逐年做了回报试验。并对逐年回报试验结果进行了POD和SS预报技巧评分。评分结果显示模型的预测效果良好,有望成为内蒙古春季沙尘暴预测的一个预测工具。     

中国夏季降水的组合统计降尺度模型预测研究

现阶段的动力气候模式尚不能满足东亚区域气候预测的实际需求,这就需要动力和统计相结合的方法,将动力模式中具有较高预测技巧的大尺度环流信息应用到降水等气象要素的统计预测模型当中,以改善后者预测效果。本文中所介绍的组合统计降尺度模型,可将动力气候模式预测的大尺度环流变量和前期观测的外强迫信号作为预测因子来预测中国夏季降水异常。交叉检验结果显示,组合统计降尺度预测模型的距平相关系数较原始模式结果有较大提高。在实时夏季降水预测中,2013～2018年平均的预测技巧相对较高,趋势异常综合检验（PS）评分平均为71.5分,特别是2015～2018年平均的PS评分预测技巧达到72.7分,总体上高于业务模式原始预测和业务发布预测的技巧。该组合统计降尺度模型预测性能稳定,为我国季节预测业务提供了一种有效参考。     

比利时作物长势监测系统在黑龙江省的应用研究

比利时作物长势监测系统(B—CGMS)已被移植成黑龙江省作物长势监测系统(H—CGMS)。这里介绍其中第二部分——移植和提高系统(由黑龙江省气象科学研究所研制)。文中列出了应用该系统作出的农作物产量预报。并利用气象指示仪成功描绘出遭到气候限制的地区。     

中国区域月气候预测方法和预测能力评估

利用我国台站降水和温度观测资料,评估了BCC_AGCM1.0月动力延伸预报的回算和预测、国家气候中心月气候预测业务统计方法、持续性预报以及业务发布预报对中国区域月气候要素的预测能力。结果表明,业务发布月平均温度和降水预测的技巧平均低于动力方法和统计方法的预测结果。温度的持续性预报和最优气候值统计方法预报技巧高于其它统计预报方法,考虑了综合相似特征的统计方法对降水预测有相对的优势。动力延伸预报的三种超前预报时间的预测结果总体高于统计方法,在月气候预测能力上具有明显优势。月尺度预测动力和统计方法评估的年际变化特征表明月降水和温度的可预报性一般在El Nio状态下较高,而在La Nia发生时偏低。     

统计方法在中国农业气象中的应用进展

统计学是目前农业气象工作中最有效并广泛应用的研究工具,农业气象统计比一般生物统计和气象统计有着更广泛的内容和应用更复杂的特点。统计方法被广泛应用于农业气象试验数据处理与监测评估和农业气象预报中,其中有统计假设检验、分布函数、相关和回归分析、聚类分析、小波分析、经验正交函数分解、灰色关联分析、时间序列分析、人工神经网络等,每种统计方法都有自身的优点和不足。统计方法在农业气象中的运用,取得了许多成果,但也存在不足。今后,应结合农作物生长发育的机理,深入理解各种统计方法的数学原理,加强统计方法应用的规范性,以减少应用统计方法解决农业气象研究问题中常出现的简单照搬、应用盲目的现象;应强化假设检验在农业气象试验数据分析方面的应用、概率密度和分布函数的适用性等方面的研究,加强相关和回归分析方法应用的数据独立性检验,注意灰色关联分析法、人工神经网络法和回归分析法等不同预测方法应用结果的比较,为统计方法在农业气象中的规范化应用提供参考。     

用SPSS建立自贡水稻产量年景预测模型

本文运用农业气象统计基本原理和方法,在计算上采用界面友好的SPSS统计软件,建立了自贡水稻产量的年景定量预测模型.经统计和应用检验,该模型具有较高的信度和实用性,可作为水稻产量定量预报的有效工具之一,为农业生产管理和农产品流通贸易提供前瞻性决策依据.     

桂林降雪天气分析与预报

通过对桂林最近２０ａ降雪过程的统计分析，得出桂林降雪天气的环流特征和相关要素，找出预报降雪的天气形势和预报指标，最后结合现有数值产品资料的检验应用，归纳降雪天气预报思路。     

卫星云图,雷达数字化回波图在预报徐州暴雨中的应用

本文使用历史暴雨天气过程的卫星云图资料,进行数字处理,统计归纳,并结合雷达数字化资料和天气分析、数值预报产品、能量场分析,总结出一些以卫星资料为主,能使用于日常短期到短时预报暴雨的结论。     

华北地区地基GPS天顶总延迟观测的质量控制和同化应用研究

地基GPS天顶总延迟由于其解算误差来源少于目前广泛应用的可降水量资料,其同化应用将会为数值预报初值场更好地提供大气信息。面向同化应用的天顶总延迟观测质量控制方案的研发将会有效推进该资料在中国数值预报中的广泛应用。基于2013-2014年华北地区天顶总延迟观测资料,发展了一套针对数值预报同化应用的天顶总延迟观测质量控制方案。该方案从测站稳定性和解算精度、离群值、系统偏差及标准差等考察点切入,从不同角度检查和标记出致使观测序列统计特性偏离高斯分布特征的样本。质量控制后序列统计特征量更接近三维变分系统对观测资料的性质假设,表明了所建立质量控制方案的合理性。基于北京市气象局数值预报业务系统BJ-RUC开展了连续11 d的快速更新循环预报试验。评估结果表明：同化质控后天顶总延迟试验的降水预报效果明显优于同化未质控天顶总延迟试验,表明所建立质量控制方案的有效性。同化质控后天顶总延迟试验的降水预报效果优于未同化GPS资料试验,表明天顶总延迟资料的同化应用可以有效提升预报系统的降水预报效果,特别是在无探空资料参加同化的预报时次;同化质控后天顶总延迟资料试验的降水预报效果也优于同化可降水量的试验,表明使用天顶总延迟资料代替可降水量资料在数值预报业务中开展同化应用是可行的。在天顶总延迟观测质量控制方案研发和同化应用得到了一些有意义的结果,有助于推进该观测资料在数值预报科研和业务中的应用,为提升预报性能提供技术支撑。     

周口市夏季暴雨特征及其预报

利用1970～2000年31年历史天气图资料，分析了周口市夏季暴雨的基本特征和主要天气形势。采用统计分型，分别找出低槽型、切变线型、台风倒槽型暴雨的24h预报指标。     

2003年冬季空气质量趋势预测方法

使用短期气候趋势预报原理与短期空气质量预报相结合的方法，根据1～7月的气候特征（背景）、天气形势以及各种相关气象要素统计分析，对冬季采暖期空气质量进行综合预报。利用上述方法对2003年度（2003．11～2004．3）冬季采暖期空气质量进行了试预测。即：在2003年冬季气候预测的基础上，通过统计分析2003冬季相似年份的天气形势、污染气象条件，确定污染潜势和气象参数。并运用现业务使用的污染物浓度预报方程，计算冬季各月的逐日空气污染物（SO2、NO2、PM10）的浓度。最后综合2003年冬季气候特征预测和日空气质量计算结果，做出冬季空气污染趋势预报。     

河南省强对流天气诊断分析预报系统

强对流预报是天气预报的难点,为了提高预报强对流、特别是预报区域性强对流天气的预报能力,应用河南省1995—2004年的气象观测资料作分析样本,并计算多个大气动力和热力学参数。经过统计分析、诊断分析,选择预报能力强、指示性好的大气动力或热力学参数作为强对流天气的预报因子,采用加权集成建立预报方程。应用计算机技术自动实现从数据采集、物理参数计算、预报因子临界值判别、诊断预报方程运算,到以MICAPS图形方式输出预报结果,建立了河南省区域强对流天气预报系统。该系统为预报员提供了一种科学客观的参考依据,在近两年的业务运行中取得了比较理想的预报效果,提升了河南省强对流天气的预报能力。     

营口地区数值预报降水产品定量检验和预报指标研究

选取2010年8月至2011年7月天气在线、日本传真图、美国全球预报系统（以下简称GFS）、以及T639等数值预报降水预报产品,采用统计学方法和天气学方法,按照预报时效、预报降水量级、影响系统等不同方面对营口地区的降水预报产品进行检验分析,以便更好的利用数值产品做好降水预报,提高营口地区的降水预报准确率。结果表明：从整体角度看各种数值预报产品预报准确率随时间变化逐渐降低,但天气在线和GFS预报效果相对较好且稳定,日本传真图次之,T639稳定性最差;各种数值预报产品均存在预报偏小的情况,特别是对暴雨的预报效果均不太理想,稳定性差、量级偏小;小雨量级降水空报和漏报明显;各种数值预报产品对高空槽和冷涡漏报情况较明显,主要为小雨量级。     

统计降尺度方法在青海省冬季最低温度预测中的应用

利用2003-2007年国家气象中心T213L31全球中期数值预报模式逐日输出产品与青海地区25个气象站的观测数据作为试验资料, 利用相关系数和逐步回归进行因子选择, 并以单隐层神经网络和多元回归作为降尺度方法进行对比研究, 用2003-2006年间的11月1日～次年3月1日的资料作为训练样本, 以数值预报产品和前一日观测的最低温度作为因子, 建立青海省25个气候站的冬季最低温度的24, 48, 72 h预报模型, 并且以2006年12月和2007年的1、 2月作为24, 48, 72 h逐日最低温度预报试验时段。试验表明, 对于青海地区来说, 青海北部地区的预报命中率总体好于南部高原地区; 在4种对比方案中, 以选择数值预报资料结合前一日地面观测的最低温度作为主要因子的方法相对较优, 随着预报时效的延长, 24 h历史实况的作用逐渐减弱; 对于所有台站来说, 这4种方案各有优缺点, 没有一种方案可以完全代替其他所有方案; 在实际业务运行中, 对不同的台站应采用不同的预报方案进行实际业务预报。     

沙尘天气定量分级方法研究与应用

利用已有的关于能见度与沙尘浓度统计反演关系的研究成果,对沙尘天气进行了定量分级研究.利用2004、2005年春季3～5月沙尘天气地面气象观测资料,采用沙尘天气的强度分类与反演的沙尘浓度分级的统计方法,建立了不同沙尘天气(扬沙、沙尘暴和强沙尘暴)对应的沙尘浓度等级,并通过对2006年沙尘天气的实例分析,验证了该种分级方法的可用性.通过由能见度反演的观测结果与沙尘数值预报模式的对比分析,探讨了沙尘数值预报业务模式产品的天气学释用方法,建立了不同强度沙尘天气与沙尘数值模式输出的浓度之间的定量分级关系.     

影响广西的孟湾风暴

统计分析了1973年以来影响广西的孟湾风暴天气气候情况及环流特征,总结出该类天气演变的一般规律及预报着眼点,为提高天气预报准确率提供有益参考。