国家级区域集合预报系统研发和性能检验

该文简要介绍了中国气象局国家气象中心研发的区域中尺度集合预报系统主要技术特点:在初值扰动技术方面,通过研究中国地区中尺度模式预报误差快速增长特点、中国地形地貌特征与观测资料的分布情况,研发适合于中尺度模式的增长模繁殖法扰动技术构造初值场;分析数值模式物理过程参数化方案内在的不确定性以及对强对流天气和近地面要素预报的差异,确定多物理过程扰动技术方案。解决全球集合预报扰动信息向中尺度集合预报输入的关键技术,实现中尺度区域集合预报系统与全球中期集合预报系统的嵌套。在模式后处理方面,解决中尺度集合预报结果的偏差订正技术;开发满足多种需求的多要素、多层次概率预报产品和概率预报检验产品。在世界天气研究计划"2008年北京奥运会中尺度集合预报研究开发项目"3年实时预报试验比较评价中,中国气象局国家气象中心区域中尺度集合预报系统总体预报能力与国外同类系统相当。     

一次降雪过程的中尺度模式(MM5)站点预报试验

本文利用中尺度数值预报模式(MM5)进行业务预报试验。对2002年12月6日前后一次降水过程进行应用分析，重点对阳泉市站点预报进行对比检验，得出该模式在站点有无降雪、降雪量级及降雪起报、结束时间等方面具有重要参考价值的结论，对于进一步开发降水预报精细产品有重要意义。     

湖北省乡镇温度预报方法初探

为了提高精细站点温度预报水平,本文在中尺度模式精细化温度预报的基础上,结合MOS分县客观预报结果,采用带海拔高度的距离权重温度插值方法,经过灰色预测模型修正温度预报误差,对湖北省717个四要素自动观测站的72小时内日高低温度进行了精细化预报,并且利用乡镇自动站温度观测进行了检验。结果显示：对于没有历史观测资料的站点,采用此预报方法,预报效果明显高于模式预报结果,基本接近客观预报方法,可以进行业务应用。对湖北的四要素自动观测站温度检验的结果还表明：鄂西北的预报误差最大,江汉平原的预报效果最好;从分月预报情况来看,高低温度都是夏季和初秋预报效果最好,低温预报冬春季预报效果最差,湖北各个区域趋势基本都一致,而高温的预报却没有一致的趋势。     

2004年主汛期各数值预报模式定量降水预报评估

随着数值预报技术的飞速发展, 模式定量降水预报已成为天气预报业务工作中的主要参考依据。本文对目前在国家气象中心应用的3个业务运行模式T213L31, HLAFS0.25, 华北中尺度模式MM5和德国模式及日本模式的降水预报产品进行了季节空间分布、区域时间序列演变及统计检验, 试图从空间、时间及统计方面对降水预报产品的预报性能进行综合评估。检验结果表明:目前的数值预报模式对短期时效内定量降水预报均具有一定的空间预报能力, 但强降水中心位置有一定的偏差; 从时间序列演变检验来看, 模式对区域强降水过程的发展趋势具有较强的预报能力, 但降水量预报与实况有一定的差距; 从累加统计评分检验结果来看, 模式短期时效的预报性能差别不大, 全球模式在小中雨预报方面有一定优势, 其中日本模式的综合预报性能最好, 大雨以上量级的预报则是国内的模式有一定的优势, 其中华北中尺度MM5模式, T213L31模式各有所长, 但均存在预报量和预报区偏大问题。     

辽宁中尺度数值模式产品和 T213产品对比检验分析

利用国家级的气象预报产品质量客观检验评价系统,对辽宁中尺度模式预报MM5和T213数值预报的结果分别进行检验分析.检验类型分为历史资料检验和实时资料检验,检验要素包括地面降水、气温和高空500 hPa环流.检验结果显示,对于降水、气温的预报MM5模式预报检验结果优于T213数值预报,而对于500 hPa环流的检验结果T213更可信.     

2002年7～9月数值预报产品广西降水预报检验

应用高斯权重插值法,以站点方式对2002年后汛期(7～9月)国内外三种数值预报产品如T213全球谱模式、日本细网格模式、广州中尺度模式的降水预报能力进行检验分析。结果表明,这三种数值预报产品对分县分级降水预报均有一定的预报能力,大雨以下:24h预报广州中尺度模式效果最好,而48h效果最好的是日本预报;大雨以上:24h首推日本预报,48h预报T213全球谱模式优于其它。     

WRF模式产品精细化预报初探

以新一代中尺度模式WRF模式产品为基础,将各乡镇站点转换成平面坐标,通过反距离加权法插值得到精细化预报要素值。采用GIS系统对各乡镇预报要素进行地图、表格、时序图方式显示,可以直观、精确的得到WRF精细化预报产品。通过个例分析,表明WRF精细化雨量预报在时间、空间、量级上与实况基本一致,对于过程降水、对流性降水的降水趋势、降水分布及过程技术总结都具有一定的指导意义,做到了WRF模式产品与GIS相结合,将预报产品精细化到乡镇。     

北京地区中尺度数值业务预报的客观检验

对北京地区中尺度数值天气预报客观检验系统的框架和方法进行了详细的介绍，分析了北京地区冬季（2001年11月1日~2002年2月28日）主要预报要素的客观检验结果，在此基础上给出北京地区冬季中尺度数值预报业务的误差特征，并根据检验结果定性地分析了模式预报系统性和非系统性误差的可能来源。结果表明，模式地形的强迫作用是地面和对流层低层预报系统性误差的重要来源；测站高空预报要素的非系统性误差显著，初始时刻存在的误差在积分过程中被进一步放大；对北京 (54511) 单站地面要素预报的检验结果发现，2-m温度预报冬季整体偏低。在系统性误差为主要误差分量时对模式的平均误差进行订正能有效地提高温度预报的准确率。     

基于EOF分解的中期平均气温距平客观预报方法

本文通过将500 hPa高度、850 hPa温度、海平面气压的预报与历史要素场进行EOF分解,并假定EOF分解空间函数(即特征向量)是基本稳定的,建立以EOF分解主分量系列的时间系数、预报站点附近基本要素值的时间序列与预报站点平均气温距平的多元线性逐步回归预报方程,结合ECMWF集合预报数值产品,生成全国范围未来10 d平均气温距平客观预报产品投入业务应用,并采用同号率方法检验。结果表明,客观预报产品在检验时段内,同号率平均值为0.77,明显高于ECMWF集合预报模式2 m温度直接计算得出的同类产品同号率0.63;该客观预报产品不仅在分布范围上,同时在距平幅度上预报效果均较好。此外,相关分析也证明同号率方法在检验中期时效气温距平预报中有其合理性。     

2002年7～9月数值预报产品广西降水预报检验

应用高斯权重插值法，以站点方式对2002年后汛期(7～9月)国内外三种数值预报产品如T213全球谱模式、日本细网格模式、广州中尺度模式的降水预报能力进行检验分析。结果表明，这三种数值预报产品对分县分级降水预报均有一定的预报能力，大雨以下：24h预报广州中尺度模式效果最好，而48h效果最好的是日本预报；大雨以上：24h首推日本预报，48h预报T213全球谱模式优于其它。     

基于慢特征分析的哈尔滨市气温预测研究

慢特征分析方法(Slow Feature Analysis,SFA)是从已知的非平稳时间序列中提取缓变信息的有效方法。本文首先通过Logistic非平稳时间序列模型对SFA方法提取慢特征信息的能力进行了检验,然后以哈尔滨市为黑龙江省代表站,对月气温距平序列进行慢特征信号提取及预测研究。结果表明:慢特征分析方法可以有效地提取哈尔滨市气温距平序列中的慢特征信号。提取的慢特征信号能够反映原序列的变化趋势、极值等信息。拟合和预测试验表明,与平稳性模型相比,引入SFA信号后的气温预测模型可以在一定程度上提高预测能力,改善预测效果。对近48个月独立样本预测也得到相同结论。     

澳门单站气象资料变化趋势的预报模型之比较

以澳门单站年和四季降水和温度两个气象要素的气象资料(1952~2001年)为主要研究对象,利用3种统计预报模型(谐波分析外推模型、开环门限自回归模型和主分量因子的逐步回归模型)进行拟合及试报,对澳门的降水及温度的变化做较深入的分析及预测,比较3种统计预报模型在研究澳门单站气象资料的变化趋势中的优劣。结果发现,3种预报模型在预报年和四季平均气温的方面都比较理想,但对降水量变化序列做拟合及试报则差异较大。总体而言,气候场的主分量逐步回归法对相同的气候资料建模做拟合及试报,结果拟合率是三者中最高的,复相关为0.821~0.911,预报效果除秋季较差外,其余都非常好。     

基于数理统计方法的降水量预测模型建立及应用

降水量是一个随机事件,但在一个相当长的时间段内又有一定的规律性。由于降水过程存在高度随机性和不确定性,很难用物理成因等方法来确定某一时段确切的降水量值。在国内具有代表性的权马尔科夫链预测降水量方法的基础上,结合数理统计的知识,提出了一种改进的预测降水量思路,即对原始降水量序列进行3 a滑动平均,并考虑序列间的相关程度,以减弱原始序列的随机因素,用新序列进行降水量预测的方法,并对北京、延安等5个站点的降水量序列进行了应用检验。检验结果表明,除了在极端年份(如岢岚站点2006年,偏关站点2006、2009年均为枯水年)时预测有较大误差外,其余年份的预测结果比较令人满意,总体上合格率达到80%。由于权马尔科夫链模型建立时在统计学基础上利用了降水量序列的均值和均方差,预测值是在一定概率条件下趋向于某一状态,而极端条件发生的概率较小,因此在预测极端条件时会出现较大误差。     

中国近50a气候变化复杂性分析

分析了我国气温和降水量变化的兰帕尔－齐夫复杂度空间分布特征，结果表明，平均而言，我国平均气温和降水量变化的复杂度约为10－11，小于随机序列的复杂度13，年平衡气温变化序列的复杂度最小，秋季平均气温变化序列的复杂度最大，季节和年平均气温序列的复杂度小于月平均气温变化序列的复杂度，月总降水量变化序列的复杂度为西部，北部大于南部和东部，我国东南沿海地区气候要素变化的复杂度最大。     

南京地区霾预报方法试验研究

支持向量机(SVM)方法是基于统计学理论的一种新的机器学习方法,对解决小样本条件下的非线性问题非常有效.利用2004～2007年南京站的逐日常规观测资料以及同期南京市环境质量监测点的逐日污染物浓度资料,使用SVM分类和回归方法分别建立了南京地区霾日分类预报模型和有霾日14时(北京时间,下同)能见度预报模型.预报试验结果...     

气象要素时间序列的演化建模分析与短期气候预测

以武汉站(5~9月)汛期降水量观测数据序列为例,将这类具有明显的不规则性(混沌特征)时间序列分解为宏观气候尺度周期的波动部分和迭加其上的微观气候尺度周期的波动部分,分别采用演化建模方法和自然基小波方法模拟逼近。特别强调由演化建模方法得到的非线性常微分方程较之传统的线性建模具有更好的分析预测能力。     

中国三峡地区汛期降水量的正态性研究

为了分析三峡地区降水量序列的正态性和谱结构,对降水量的常见各种变换进行试验性研究。试验包括单站降水量、降水量的平方根、立方根和Γ分布概率值等非线性变换,以及级别变换。研究区域多站平均降水量、区域降水量的主分量、区域降水量的非线性变换后的主分量和区域降水量的级别变换后的主分量等序列。研究发现三峡地区单站降水量的各种变换不改变序列原始谱结构,仅影响概率分布的偏度和峰度,使其较好地遵从正态分布,其中以Γ分布的变换以及级别变换在分布的偏度上为最好。 区域降水量的各种变换的综合指数(区域平均值和主分量)正态性及谱结构分析表明,除区域平均值变换后不改变原单站序列的谱结构外,主分量的综合指数能改变原单站序列的谱结构,同时也影响概率分布的偏度和峰度,使其能较好地遵从正态分布。其中以降水量的立方根和Γ分布概率变换以及级别变换,在分布的偏度上有较好的效果。     

中国地区NCEP再分析资料与台站观测的地表温度差异及其影响

作为时间序列非线性的一个重要指标,从NCEP再分析得到日气温异常的时间不可逆性(TI)与观测站的相比几乎一致地被高估了.因为非线性与可预报性/极端事件之间有着密切的关系,除了高估的TI外,这些大气测度也可能被高估.本文结果表明:NCEP再分析的日最低和最高气温异常序列的内在可预报性,预报技巧和极端事件发生次数也几乎一致被高估.而且,这些高估的测度与高估的TI只存在微弱的相关性,这表明利用NCEP再分析研究可预测性和极端事件时,需要仔细考虑其质量对结论的可能影响.     

黑龙江省年降水量和年平均气温序列均一性检验

采用SNHT方法和台站历史沿革信息对黑龙江省62个地面观测站1961～2006年年降水量和年平均气温序列进行了均一性检验。结果表明：台站迁移、仪器更换等是造成黑龙江省年降水量序列非均一性的主要原因;年平均气温序列非均一性主要是由于仪器更换、台站迁移、观测时制变化等原因引起。     

Computation of extreme ice drift velocities on the northeastern shelf of Sakhalin Island from radar measurements

The technology ofthe method of joint probabilities ofthe tidal and residual (de-tided) components developed to estimate the possible sea level fluctuations [1, 10] and modified to calculate rare extreme total sea current velocities [8], is applied to compute ice drift velocity on the northeastern shelf of Sakhalin Island. The initial data are the hourly series of the drift velocity vector obtained from radar observations at Odoptu coastal station (1986-1996, during the whole ice season) and at the Molikpaq drilling platform (in May in 1999, 2000, 2003, 2005, and 2006). The distribution of the tidal component was determined by the prediction of the corresponding series for 19 years that is possible due to the stability of characteristics of the tidal drift. The distribution of the residual component was estimated by combining all de-tided series for the entire time period. The obtained estimates of total ice drift velocities of rare occurrence are in good agreement with those presented in [8] and can be used for designing facilities for the extraction and transportation of hydrocarbons on the northeastern shelf of Sakhalin Island.