江苏省汛期强降水过程的延伸期预报试验

针对汛期延伸期降水预报问题,根据大气低频振荡特性,运用低频天气图预报方法,通过分析关键区低频天气系统(低频气旋和低频反气旋)的活动特征,建立低频系统与强降水过程间的对应关系,通过低频系统的活动特征来预报降水过程。在2011年7—9月江苏省延伸期强降水过程预报试验中,低频天气图预报方法的预报效果较好,且预报时效为10~30 d,可以在延伸期业务预报中加以应用。此外,还运用模式统计降尺度方法预报降水落区,为强降水过程的发生提供背景依据和参考信息,具有一定的实用意义。     

江苏省汛期强降水过程的延伸期预报试验

针对汛期延伸期降水预报问题,根据大气低频振荡特性,运用低频天气图预报方法,通过分析关键区低频天气系统(低频气旋和低频反气旋)的活动特征,建立低频系统与强降水过程间的对应关系,通过低频系统的活动特征来预报降水过程.在2011年7-9月江苏省延伸期强降水过程预报试验中,低频天气图预报方法的预报效果较好,且预报时效为10 ～30 d,可以在延伸期业务预报中加以应用.此外,还运用模式统计降尺度方法预报降水落区,为强降水过程的发生提供背景依据和参考信息,具有一定的实用意义.     

大气低频振荡与延伸期预报

为了能从大气低频振荡角度研究延伸期降水过程预报问题,引入了一种新的预报方法—低频天气图,并且分析了低频天气图的技术要点和技术方法。在低频天气图上,低频天气系统(低频气旋和低频反气旋),以及它们的活动特性可以被用来定性地确定南、北气流(暖、冷空气)的汇合,引起降水过程。2009年6~10月利用该方法进行上海地区延伸期降水过程预报表明,强降水过程预报效果较好,且预报时效为15~45天,可以在延伸期业务预报中应用。     

基于低频振荡特征的夏季江淮持续性降水延伸期预报方法

本文利用1981~2008年我国南方地区200站逐日降水量、NCEP再分析资料和NCEP气候预报系统 (CFS) 的模式回算数据, 针对降水低频信号, 分析了江淮地区夏季降水的延伸期可预报性, 并选取对江淮持续性强降水有显著影响的东亚环流指数作为预报因子, 以降水20~50天低频分量作为预报量, 进行了针对江淮地区夏季持续性强降水过程的延伸期预报试验。结果表明, 江淮地区夏季降水具有明显的20~50天周期的低频振荡特征。降水的20~50天低频振荡, 尤其是峰谷值位相的变化与实际降水集中期和中断期的交替有较好的关系, 研究20~50天降水低频分量的延伸预报, 对于江淮地区夏季持续性强降水过程的延伸预报有一定的指示意义。本文尝试提出一种基于大气环流低频信号和数值模式预报产品的动力与统计相结合的预报方法, 以期为江淮地区夏季持续性降水过程的延伸期预报提供参考。     

大范围持续性强降水过程与30～60 d低频降水的联系及其预报指数

研究低频振荡是目前开展强降水过程延伸期预报的有效途径。利用1981—2010年中国753站逐日的降水观测资料、NCEP/NCAR第二套再分析资料及实况天气图等资料,分析大范围持续性强降水过程与30～60 d低频降水的联系,并根据前期低频信号构造强降水过程预报指数。研究表明,(1) 大范围持续性强降水过程与低频降水紧密相联,低频降水对强降水过程有显著贡献。在30～60 d低频降水显著年,强降水过程均发生在低频降水峰值阶段;但对于低频降水而言,仅有56%的峰值阶段发生强降水过程。(2) 当低频降水峰值阶段发生强降水过程时,来自东北亚和南海的低频位势高度低值系统在长江中下游汇合,“南北高、中间低”的低频位势高度分布有利于低频气流强烈辐合,并在经向上形成两个完整的反向低频垂直环流圈,促进了上升运动发展,导致强降水过程发生;而对于低频降水峰值未发生强降水过程的情况,北方冷空气南下较弱,高纬度低频影响系统位置偏北,长江中下游附近表现为“南高北低”的低频位势高度分布和单圈垂直环流,不利于低频气流强烈辐合。(3) 综合高、中、低纬的前期低频信号构造了强降水过程预报指数,对延伸期(10～25 d)长江中下游大范围强降水过程预报具有参考价值。      

湖南省汛期强降水的30~60d低频振荡特征及延伸期预报指数研究

基于1986—2015年湖南逐日降水资料、同期美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)再分析资料,通过分析强低频振荡年的汛期强降水特征和低频环流场演变对强降水的影响,建立了湖南省汛期延伸期强降水过程预报指数。结果表明:(1)汛期33%的强降水过程均发生在具有显著30~60 d低频振荡的年份中,且大多位于低频降水峰值阶段。(2)通过对强低频振荡年进行合成发现,在活跃位相,南亚高压偏强偏东,副热带高压偏西偏强,这种环流配置导致中国南方大部分地区的高层环流为辐散,底层环流为辐合,有利于降水的产生。在中断位相,南亚高压呈东西带状分布且其位置偏西、强度偏弱,副热带高压偏东偏弱,使得向湖南地区输送水汽的西南气流减弱,进入降水中断期。(3)基于低频散度场不同位相的变化特征,选取了与低频降水相关的两个关键区,从而建立延伸期预报指数,该指数对低频降水显著年的强降水回报准确率能够达到73%。(4)前期4月黑潮的海温异常(SSTA)可作为湖南省强低频振荡年的预测指标。     

天气关键区大气低频波延伸期预报方法

针对上海地区强降水过程预报,根据大气低频振荡特性和使用Micaps 700 hPa位势高度场资料,提出了一种新的预报方法——“天气关键区大气低频波延伸期预报方法”,确定了天气关键区的范围和分析了天气关键区的低频变化特征。该方法的重点内容是天气关键区的低频波特征、各关键区低频气流辐合及其与降水过程的联系。2010年该方法在上海春季业务预报中取得了比较好的预报结果,尤其是对重大事件的预报服务。     

延伸期天气过程预报在线展示系统的设计与实现

近年来极端天气气候事件频发,对人民生产生活造成了严重影响,延伸期天气预报得到了空前的重视。随着低频天气图方法在全国的推广和普及,延伸期天气过程预报在我国各地得到了蓬勃开展。为了与过程预报的服务需求相适应,浙江省气候中心设计研发了延伸期天气过程预报在线展示系统。本文从设计思想、系统架构、未来设想3个方面对在线展示系统进行了详细介绍。该系统立足于以预报对象为导向的原则,设置了强降水过程和强降温过程2个栏目。强降水过程栏目涵盖预报与实况对比图形、预报文稿、动态评分表格、实况简述表格、实况详述表格5部分内容,强降温过程栏目展示内容与强降水过程栏目类似,但不包含动态评分表格。未来拟从强降温过程指标判别的合理性、强降温过程评分方案、拓展预报体系3个方面对系统功能进行改进和优化。     

延伸期天气过程预报的一种新方法——低频天气图

本文主要介绍低频天气图延伸期预报方法。低频天气图是一种不同于统计学预报方法、数值预报方法和天气学预报方法的延伸期天气过程预报的新方法,可以用于延伸期(10～30 天)天气过程预报。低频天气图的技术要点是大气低频系统(低频气旋和低频反气旋)及其相应的低频气流。低频天气图的天气学意义是能反映造成天气过程的天气系统的生消、维持和移动及其大气环流演变过程。其优越性在于其特性:时间上的周期性(30～50 天)、持续性和空间上的连续性、相似性以及地域上的准定常性,预报天气系统相对容易且时效长。2008～2012 年在上海市气候中心业务应用的结果表明,可以提前15～45 天预报上海地区的强降水过程。     

2011年江西汛期降水低频分量的延伸期预报试验

利用2011年2-8月逐日降水量序列及东亚地区850hPa经向风场资料建立多变量时滞回归(multivariable lagged regression, MLR)模型,对5-7月江西降水10-30d和50-70d低频分量分别进行延伸期逐日预报实验。结果表明：2011年江西降水存在显著的10-30d和50-70d的振荡周期。降水50-70d低频分量延伸期预报技巧明显优于10-30d低频分量延伸期预报技巧,平均预报技巧高达0.86。降水50-70d低频分量延伸期预报可准确预报降水低频位相的正负转换,能为江西延伸期强降水过程发生的时段预测提供预报信号。     

基于南海夏季风季节内振荡的降水延伸预报试验

利用代表南海夏季风季节内振荡特征的850 hPa纬向风EOF分解的前两个主成分,定义南海夏季风季节内振荡指数,并利用美国国家环境预测中心第2代气候预报系统 (NCEP Climate Forecast System Version 2, NCEP/CFSv2) 提供的1982—2009年逐日回算预报场计算了南海夏季风季节内振荡指数的预报值,用于我国南方地区持续性强降水的预报试验。试验结果表明:利用南海夏季风季节内振荡实时监测指数与模式直接预报降水量相结合的统计动力延伸预报方法,能够有效提高季节内降水分量的预报效果。同时,该方法能够避免末端数据损失,修正了对模式预报降水直接进行带通滤波而导致的负相关现象,并起到消除模式系统误差的作用。     

Hydro-climatic forecasting using sea surface temperatures: methodology and application for the southeast US

Sea surface temperatures (SSTs) are often used for the development of hydro-climatic variable forecasts based on teleconnection methods. Such methods rely on projections or linear combinations of teleconnection indices [e.g. El Niño-Southern Oscillation (ENSO)] and other predictor fields. This study introduces a new hydro-climatic forecasting method identifying SST “dipole” predictors motivated by major teleconnection patterns. An SST dipole is defined as a function of average SST anomalies over two oceanic areas of specific sizes and geographic locations. An optimization algorithm is developed to search for the most significant SST dipole predictors of an external hydro-climatic series based on the Gerrity Skill Score. The significant dipoles are cross-validated and used to generate multiple forecast values. The new method is applied to the forecasting of seasonal precipitation over the southeast US. Hindcasting results show that significant dipoles related to ENSO as well as other prominent patterns at different lead times can indeed be identified. The dipole method also compares favorably with existing statistical forecasting schemes with respect to multiple skill measures. Furthermore, an operational forecasting framework able to produce ensemble forecast traces and uncertainty intervals that can support regional water resources planning and management is also developed.     

长江三角洲梅汛期降水与大气环流季节内演变的关系及延伸期预报

基于1981—2020年长江三角洲(简称长三角)地区62个国家基本气象站的逐日降水量资料及NCEP/NCAR全球大气逐日再分析资料,分析了长三角地区梅汛期降水与前期大气环流季节内协同演变的关系,在此基础上利用改进的时空投影方法(STPM)构建了针对该地区梅汛期降水的延伸期预报模型.结果表明:(1)长三角地区梅汛期降水存...     

基于MJO的延伸预报

近10年来,2～4周的延伸预报成为天气和气候业务预报发展的一个方向。目前比较有效的方法是根据季节内振荡的传播,尤其是MJO振荡(30～60天周期)的传播来制作延伸期预报。国际上一些天气-气候预报中通过数年的业务试验已取得了初步结果。作者首先介绍了MJO振荡及季风的季节内振荡(MISO)特征,并从季节内振荡与中纬度相互作用的角度讨论了制作延伸预报的理论依据;进一步对延伸预报的可预报性、预报方法及国内外业务应用进展进行了综述,并以江淮梅雨为例探讨了我国延伸预报的可预报性及信号;最后阐述了延伸预报的发展趋势。     

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。     

月动力延伸预报产品在陕西月降水预测中的释用

应用1983-2005年国家动力气候模式产品,进行了月动力延伸预报产品解释应用预测试验。结果表明：月动力延伸预报产品解释应用对青藏高原东北侧的陕西地区月降水趋势有较好的预测能力,但夏、秋季PS评分较高,冬、春季PS评分较低,对大气环流季节突变月份预测的准确率具有不稳定性。     

Prediction skill of the Madden and Julian Oscillation in dynamical extended range forecasts

The Madden and Julian Oscillation (MJO) is the most prominent mode of intraseasonal variations in the tropical region. It plays an important role in climate variability and has a significant influence on medium-to-extended ranges weather forecasting in the tropics. This study examines the forecast skill of the oscillation in a set of recent dynamical extended range forecasts (DERF) experiments performed by the National Centers for Environmental Prediction (NCEP). The present DERF experiments were done with the reanalysis version of the medium range forecast (MRF) model and include 50-day forecasts, initialized once-a-day (0Z) with reanalyses fields, for the period between 1 January, 1985, and 31 December, 1989. The MRF model shows large mean errors in representing intraseasonal variations of the large-scale circulation, especially over the equatorial eastern Pacific Ocean. A diagnostic analysis has considered the different phases of the MJO and the associated forecast skill of the MRF model. Anomaly correlations on the order of 0.3 to 0.4 indicate that skillful forecasts extend out to 5 to 7 days lead-time. Furthermore, the results show a slight increase in the forecast skill for periods when convective anomalies associated with the MJO are intense. By removing the mean errors, the analysis shows systematic errors in the representation of the MJO with weaker than observed upper level zonal circulations. The examination of the climate run of the MRF model shows the existence of an intraseasonal oscillation, although less intense (50–70%) and with faster (nearly twice as fast) eastward propagation than the observed MJO. The results indicate that the MRF model likely has difficulty maintaining the MJO, which impacts its forecast. A discussion of future work to improve the representation of the MJO in dynamical models and assess its prediction is presented. Received: 28 December 1998 / Accepted: 27 September 1999     

基于季节内振荡的延伸预报试验

2～4周的延伸预报是近年来国际上天气和气候业务预报发展的一个重要方向。本文以江淮梅雨区降水为例, 在利用集合经验模态分解 (EEMD) 及多变量EOF方法获取梅雨区降水及其影响系统低频信号的基础上, 采用最优子集回归方法、 经验波传播 (EWP) 方法及全球海气耦合模式产品, 对梅雨季节内演变的延伸期预报方法进行了预报和试验, 以期为建立延伸期预报业务提供科学依据。试验结果表明: (1) 大气季节内振荡对梅雨区降水的延伸预报具有重要的应用价值, 可能是联系天气过程和异常的重要系统。(2) 通过EEMD方法提取前期降水演变及影响因子的季节内振荡信号, 采用最优子集回归统计学方法对梅雨区逐候降水量演变进行超前30天预报是有可能的。(3) EWP经验动力方法对热带ITCZ活跃异常的未来40天东传可能具有较好的预报效果, 还可能较好地预报出延伸期的梅雨区风场距平演变, 具有一定应用价值。(4) 全球海气耦合动力模式输出产品在延伸期环流形势趋势预报及20天左右的MJO指数预报方面有一定的参考价值。     

北半球夏季热带季节内振荡影响我国夏季降水的规律和预测方法

利用1979—2018年夏季逐日观测和再分析数据，对北半球夏季热带季节内振荡影响我国夏季降水的规律和预测方法开展了研究。首先，利用非传统滤波即异常相对倾向（Anomalous Relative Tendency，ART）方法获取了气象要素的次季节变化分量，并采用EOF分析方法提取了北半球夏季热带主要季节内振荡信号，结果表明向外长波辐射（Outgoing Longwave Radiation，OLR）异常相对倾向EOF前两个模态共同反映了北半球夏季起源于印度洋并向东和向北传播的、具有30~60 d周期的季节内振荡（Boreal Summer Intraseasonal Oscillation，BSISO）信号。回归分析表明，该季节内振荡信号能够导致当地及其北面地区低层风场和位势高度场异常，影响该地区及其北面地区的水汽辐合辐散，从而能引起我国尤其是我国南方地区季节内旱涝变化，并一定程度上反映了我国异常雨带的向北推进过程。而后，将提取的热带主要季节内振荡信号作为预测因子，将降水异常相对倾向作为先行预板对象，利用多元线性回归方法构建了我国夏季旬降水异常相对倾向的预报模型，将预报的旬降水异常相对倾向加上观测已知的降水近期背景距平，从而得到旬降水距平的预报结果。通过历史回报和交叉检验，评估了该模型对梅雨期我国江淮流域降水（包括2020年梅汛期异常降水）的次季节预测能力。