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。     

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。     

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。     

低频天气图预报方法的思索

对当前国内推广应用低频天气图延伸期天气过程预报方法需要思考和探索的几个问题：气象服务需求、完善技术方法、今后如何发展等提出了一些见解,供推广应用低频天气图延伸期天气过程预报方法的有关省市自治区业务单位思索。     

低频天气图在陕西汛期降水预报中的应用

利用陕西省2008—2013年5—9月日降水资料及NCEP 500hPa的u、v风场资料,基于低频天气图的预报原理,统计降水时段500hPa风场上低频气旋和反气旋的空间分型、位置和出现次数,归纳出影响降水过程的9个高影响区,以及不同低频气旋和反气旋的配置类型与降水过程间的联系,通过低频系统的活动特征来预报降水过程。在2013—2015年陕西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10~30d,可以在延伸期预报业务中加以应用。     

大气低频系统与华南强降水过程的研究

使用NCEP/NCAR格点资料和华南地区主要站的降水资料,根据华南地区汛期强降水过程的大气低频系统(低频气旋和低频反气旋)的地理位置和相互配置,建立了华南地区汛期(4—9月)大气低频系统延伸期(10~30天)强降水过程预测模型,并在2013—2014年汛期值班应用。结果表明,该模型可以提前10~30天预报华南地区强降水过程。该模型准确预测了2014年华南入汛的首场强降水过程,此次过程在低频天气图上反映明显。同时,还对低频和非低频天气系统的天气学、动力学意义进行了分析,指出低频系统能反映出非低频系统,二者是相互联系的,都反映出南、北气流在华南地区的辐合,从而引起强降水过程,而且二者都与斜压能量转换和低频波列的活动有关。     

延伸期干旱、沙尘暴过程低频方法预报系统简介

对延伸期干旱、沙尘暴过程低频预报系统的整体框架、子模块构成和功能、预报方法、操作步骤及应用情况进行详细介绍。该系统主要有干旱、沙尘暴过程低频方法预报2个子系统,各子系统包括低频天气图、关键区低频曲线2种预报方法。目前中国气象局兰州干旱气象研究所已使用该系统对西北地区东部的干旱过程和沙尘暴过程进行预报,就沙尘暴预报效果来说,2012年预报准确率达到75％,2011年和2013年的预报准确率均达到67％,预报时效达到8～31 d。而对干旱过程的预报效果,2012年预报准确率达80％,2011、2013年分别达75％、67％,预报时效达6～30 d。     

利用经验正交函数绘制低频天气图的研究

根据NCEP/NCAR1再分析资料及GFS模式资料,利用经验正交函数分解及Morlet小波变换方法,制作EOF低频天气图。与Butterworth滤波方法提前设定低频周期不同,该方法遵从大气自身的时-频变化特征,能够及时调整显著周期,提取研究时段的主要低频振荡。跟踪分析表明:EOF低频天气图上的低频系统的准周期性和准定常性都较为稳定,能够反映大气环流的主要特性。比较而言,在EOF低频天气图上,中低纬地区的主要低频系统的位置及气流的辐合区更接近实际大气的主要特征。而Butterworth低频图对中高纬低频系统的刻画能力更强。可综合两种低频图的特点加以利用。另外,利用GFS模式的预报场获取未来1~10 d的EOF低频预报图,将其用于延伸期预报,可增长低频天气图方法的预报时效。     

低频天气系统特征及其与陕西初夏多少雨时段的关系

应用低频滤波方法分析大气的低频振荡 ,并绘制成低频天气图 ,分析了大气低频天气系统特征及其与陕西初夏多少雨时段的关系。指出 :当河套附近有低频气旋生成或有低频气旋移经该地区时 ,预计未来陕西省将转为多雨时段 ;当河套附近有低频反气旋生成或有低频反气旋移经该地区时 ,则未来陕西将转为少雨的干旱时段。     

低频天气图方法在四川盆地夏季延伸期强降水预报中的应用

利用四川盆地2008~2013年夏季降水量资料以及500hPa风场资料,基于低频天气图方法,通过分析影响四川盆地强降水过程的500h Pa低频天气系统的活动规律,对强降水时段对应的低频风序列做经验正交分解,分析低频系统的主要空间分布型及其流场配置。统计降水时段对应的低频系统空间位置、分布及持续出现频数,划分出与预测区域降水过程密切关联的8个低频关键区,主要包括中低纬的西太平洋副热带高压及台风的主要活动区(1)、南海附近地区(2)、阿拉伯海和孟加拉湾附近地区(3),中高纬的蒙古至河套附近地区(5)和青藏高原及其以北的低频系统集中区域(6)这五个活跃关键区。计算各关键区低频系统历史周期发现低纬关键区(1、2、3)以及高原关键区(6)低频系统的周期都较短,而中高纬关键区(4、5、7、8)低频系统的周期相对较长。建立预测区域强降水过程的低频图预测模型。用此方法对2013年四川盆地延伸期强降水过程进行预报试验,发现预测6~7月上中旬的强降水过程效果较好,但对盛夏高温连晴伏旱时段(7月下旬8月)的预报能力有所下降。      

2011年长江中下游梅雨期强降水延伸期集合预报性能初探

针对2011年长江中下游旱涝转换时期的环流形势、强降雨期间的四次强降雨过程对欧洲中心集合预报进行了预报性能初步分析。结果表明：集合平均预报对延伸期预报时效内的大尺度环流调整具有较好的预报性能,预报提前时效可达10~15 d。对强降水过程期间主要影响系统的预报在不同预报时效具有较好的稳定性。随着预报时效的临近,集合预报各个成员对天气系统预报的发散度逐渐减小。长江中下游强降水的发生与低层850 hPa较大的风速有密切关联,集合预报给出的延伸期预报时效内大风速出现的小概率预报信息是有意义的,可以为延伸期强降雨过程预报提供参考。     

热带气旋影响下浙江省强降水过程延伸期预报研究

利用2000—2011年NCEP/NCAR水平风场逐日再分析资料以及浙江省逐日降水量资料,基于低频天气图工具,识别出3种与浙江省台风强降水过程相对应的典型低频大气环流型。通过合成分析,划分了与C型环流场和C+SN型环流场相适配的天气关键区。进而结合历史个例,研究了台风强降水期间关键区内低频系统的活动特征,初步建立了热带气旋影响下浙江省强降水过程预报模型,并提出依据模型开展延伸期过程预报的基本思路。对2012年的回报结果表明,模型表现出较好的性能,并针对强降水过程延伸期预报中需要解决的问题,提出了若干思考与建议。     

中高纬度大气低频模态研究进展

大气低频模态是导致中高纬地区季节及气候变化的主要因素,加强低频模态动力机制的认识对于提高短期气候预测水平具有十分重要的科研意义和应用价值。由于中高纬大气低频环流本身的复杂性,关于其动力机制的研究仍然是大气动力学中重点难点问题。本文简单回顾了激发维持低频模态的前两种机制,即:外源强迫、气流的纬向非均匀性对大气低频模态的影响。从观测事实和模式结果出发,着重介绍了瞬变波与基本气流相互作用激发维持低频模态的第三种机制,且详细阐述了线性假设条件下,瞬变波与基本气流相互作用的动力机制。本文最后针对瞬变波与基本气流相互作用研究中一些尚未解决的问题进行了讨论。     

天气预报的业务技术进展

该文总结回顾了中央气象台近年来的天气预报业务技术进展。天气预报质量的历史演变显示了预报业务水平的提高, 这种业务能力的提高既反映了预报技术的发展, 也带来了天气预报业务的变化。对业务天气预报中各种预报技术应用进展的分析表明:数值预报在天气预报业务能力提高中发挥着重要的基础性作用; 同时, 基于对不同尺度天气影响系统发展演变过程深入认识的基础上, 天气学的预报方法依然是预报业务中的重要技术方法; 动力诊断预报已成为灾害性天气预报中的重要手段之一, 数值预报产品的解释应用是实现气象要素精细定量预报的技术途径。     

2011年3—5月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为了更好地应用T639模式中期预报产品,对2011年3—5月T639模式96小时预报产品进行了天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行了对比分析。结果表明：三种模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式次之。另外,选取了2011年4月28-30日的沙尘天气个例进行分析,发现日本模式对于引发此次沙尘天气的地面高压系统的中期预报指示意义最好。     

2013年3—5月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为了更好地应用T639模式中期预报产品,对2013年3—5月T639模式中期预报时效产品进行了天气学检验,并与:ECMWF、日本模式进行了对比分析。结果表明:三家模式均对亚洲环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。综合看来,ECMWF模式对主要系统及气象要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式次之。另外,选取了2013年3月8—9日的沙尘天气过程进行检验,发现ECMWF模式对于引发此次沙尘天气的地面高压系统中期预报指示意义最好。     

2010年3—5月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为更好地应用T639模式中期预报产品,对2010年3—5月T639模式96小时预报产品进行了天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行了对比分析。结果表明:三种模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式次之。另外,选取了2010年3月19—22日的沙尘天气个例进行分析,发现日本模式对于引发此次沙尘天气的地面强风的中期预报指示意义最好。     

基于聚类天气分型的KNN方法在风预报中的应用

以模式识别和相似预报思想为基础, 建立基于自组织神经网络 (SOM) 的聚类天气分型和交叉验证的K最近邻域非参数估计仿真模型 (KNN)。该模型首先以自组织神经网络技术对西北地区的高空流场和高度场进行聚类分型, 针对不同天气形势下的历史样本, 通过交叉检验, 分别寻求各类天气型下的最佳K组合。为了验证聚类天气分型对KNN方法的影响, 使用2003—2006年冬半年T213数值预报产品和宁夏日最大风速资料, 同时建立了宁夏冬半年日最大风速≥6 m/s天气分型和未分型的KNN预报模型, 并对2007年1—5月进行了预报试验, 预报评估结果表明:天气分型后的预报模型总体上降低了预报空报率, 提高了预报准确率, 特别是某些类天气型, 提高幅度更大, 为分类相似预报开拓了思路。