STUDY ON CANONICAL AUTOREGRESSION PREDICTION OF METEOROLOGICAL ELEMENT FIELDS*

Through extension of canonical correlation to the analysis of meteorological element fields (MEF), a concept from combination of canonical autocorrelation with canonical autoregression (CAR) is developed for short-term climatic prediction of MEFs with a formulated scheme. Experimental results suggest that the scheme is of encouraging usefulness to a weak persistence MEF,i.e., rainfall field and, in particular, to a strong persistance one like a SST field.     

基于PC-CCA方法的气象场资料插补试验

引入主成分典型相关分析（ＰＣ－ＣＣＡ）方法建立缺测气象要素场序列的插补模式,对区域性气象场序列（以长江流域月气温距平场为例）各种时空缺测分布型态作插补试验。结果表明,当插补场站网分布型取包含子场在内的混合站网时,建模样本量达２５年就可有最优插补精度,且性能稳定,效果优良。尤其当距平符号单一且大尺度分量占优势时,插补精度随缺测场变化很小     

A GENERALIZED CANONICAL MIXED REGRESSION MODEL FOR ENSO PREDICTION WITH ITS EXPELMENT

A scheme is proposed for predicting NINO-region SST in terms of a generalized canonical mixedregression model based on principal component canonical correlation analysis(PC-CCA). and into the scheme are introduced such techniques as EEOF, PRESS criterion and consensus prediction. By optimizing physicalfactors and selecting optimal model parameters, experiments were made successful in predicting the LINO SST index for 1 to 4 seasons to follow. The scheme is shown to be stable in operation and its total technical level compares well with that of the model published in NOAA/NWS/NCEP CPC Climate Diagnostics Bulletin. butthe number of factors needed in our scheme is much fewer than that for the CPC's model in dealing with the sameproblems. This makes it possible to establish an operational ENSO monitoring system in China.     

春季海温对中国夏季降水影响的诊断研究和预测试验

文中利用季降水异常集合的典型相关预测模式 ,以全球春季 (3～ 5月 )海温场作为因子场 ,对中国夏季降水场进行了诊断研究 ,并对 1998,1999及 2 0 0 0年这几个典型的中国夏季降水进行了回报试验。结果表明 ,春季海温与中国夏季降水之间存在较好的关系 ,春季海温在较大程度上决定了中国夏季降水雨带及其分布类型。考虑面积因子的集合典型相关预测方案对中国夏季降水具有较强的回报能力 ,此模式不仅能诊断出降水场和海温场中一些比较典型的空间模态和时间变化规律 ,而且可以再现 1998和 2 0 0 0年中国大部分地区的旱涝灾害。揭示了全球春季海温的异常变化在中国夏季 (6～ 8月 )降水异常中的作用。     

一次典型的平流层爆发性增温中的局地多尺度洛伦兹循环

利用一种新的工具,多尺度子空间变换(MWT),以及基于MWT的局地多尺度能量与涡度分析(MS-EVA)与Lorenz循环诊断方法,对2009年1月中下旬平流层发生的一次强爆发性增温(SSW)事件的内在动力学过程进行了研究。首先用MWT将各个场重构于三个尺度子空间,即平均尺度、爆发性增温尺度(或SSW尺度)和天气尺度子空间上。结果表明,极地迅速增长的温度主要是由于SSW尺度子空间上极区内的斜压不稳定引起的正则传输(有效位能从平均尺度子空间传输到SSW尺度子空间)造成的,显著增加的有效位能(APE)转换到了SSW尺度子空间的动能(KE)中,加之快速增温前极区内正压不稳定引起的正则传输(动能从平均尺度子空间传输到SSW尺度子空间)的作用,共同导致了极夜急流的反转。     

我国夏季降水与前期太平洋海温场关系的典型相关分析

对太平洋海温场与我国夏季降水之间的典型相关分析表明,海温场第一典型分布型的季节变化为：秋季东南高西北低、冬季东西低中间高、春夏季西北高东南低。典型主分量的时间变化规律清楚地反映出ＥｌＮｉｎｏ的演变过程。用ＣＣＡ短期气候预测模型对我国夏季降水的预报试验结果显示,我国的降水对因子场的响应存在明显的地区性差别,且预报效果同各区降水指数与典型主分量相关性的高低关系密切。     

因子的可预报性和预报模型适用性研究初探

本文从因子场与预报量场之间的整体相关性着手，通过典型相关分析来提取因子信息，用求得的典型变量作为新预报因子，经试用表明，新因子的可预报性比原因子有明显提高。 在预报模型的选择上，本文提出了依据预报模型对历史样本实际预测精度的优劣来衡量预报模型的预测能力，从而选用对历史样本预测精度较高的预报模型作未来预报。     

在简化的简单生物圈模式中结合新的雪盖模型

本文提出了将一个新的雪盖模型（ＳＡＳＴ）与简化的简单生物圈模型（ＳＳＩ）相结合后的ＳＳＩＢ模型的改进形式，并利用俄罗斯及法国的观测数据对改进后的模型进行了检验。文中描述了改进后的ＳＳＩＢ模型中空气－植被－雪盖－土壤复杂系统之间有关能量和质量交换的过程，并给出为求解这一组非线性方程组所发展的有效计算方法。利用俄罗斯及法国的观测结果对这一新的改进模型功能进行了验证。结果表明改进后ＳＳＩＢ的数值模拟结果能较好地重现现场观测数据，说明这个新的改进形式可以推广用于气候研究。     

不同区域海温异常对中国夏季旱涝影响的诊断研究和预测试验

利用季降水异常的典型集合相关预测模式, 研究了前期和同期不同季节全球海表温度距平场与中国夏季旱涝的遥相关分布特征以及这种相关型随季节的变化, 揭示了全球海温的异常变化在中国夏季旱涝中的信号特征.研究表明, 全球不同区域海温对我国夏季降水的影响存在着明显的季节差异.全球特定的海温分布可以作为中国夏季旱涝预报的信号因子.选取不同区域及不同时段的海温场作为因子场分别对1998、 1999年这两个典型年份的我国夏季降水进行了诊断研究和预测试验, 并通过不同区域海温的影响权重做集成预测.试验结果表明:不同区域海温的集成预测不仅可以有效地提高预测的准确性, 而且可以揭示不同时段不同区域海温的异常变化在夏季旱涝中的强信号现象.     

20世纪全球表面温度场序列的插补试验

利用基于主分量典型相关分析的典型变量回归 (CVR)插补模式 ,在综合分析Jones等 5°× 5°格点温度资料覆盖率的演变情况、缺测场与基本场温度距平相关结构、稳定性的基础上 ,确定合理的插补方案 ,对其陆面格点温度场进行插补延长试验 ,得到了 1 90 0～ 1 998年连续、均一的全球月平均气温场序列。独立样本检验表明插补效果优良 ,总缺测场误差方差与原序列方差之比低于 0 .40。插补前后全球及纬向平均序列的演变特征基本一致 ,原 Jones序列的线性增温率较重建序列高0 .1 1℃ /(1 0 0年 ) ,可能与原 Jones场序列空间分布的不均一性有关     

IMPACTS OF DIFFERENT KINDS OF ENSO ON LANDFALLING TROPICAL CYCLONES IN CHINA

Interannual variability of landfalling tropical cyclones(TCs) in China during 1960-2010 is investigated.By using the method of partial least squares regression(PLS-regression),canonical ENSO and ENSO Modoki are identified to be the factors that contribute to the interannual variability of landfalling TCs.El Ni o Modoki years are associated with a greater-than-average frequency of landfalling TCs in China,but reversed in canonical El Ni o years.Significant difference in genesis locations of landfalling TCs in China for the two kinds of El Ni o phases occurs dominantly in the northern tropical western North Pacific(WNP).The patterns of low-level circulation anomalies and outgoing longwave radiation(OLR) anomalies associated with landfalling TC genesis with different types of El Ni o phases are examined.During canonical El Ni o years,a broad zonal band of positive OLR anomalies dominates the tropical WNP,while the circulation anomalies exhibit a meridionally symmetrical dipole pattern with an anticyclonic anomaly in the subtropics and a cyclonic anomaly near the tropics.In El Ni o Modoki years,a vast region of negative OLR anomalies,roughly to the south of 25°N with a strong large-scale cyclonic anomaly over the tropical WNP,provides a more favorable condition for landfalling TC genesis compared to its counterpart during canonical El Ni o years.For more landfalling TCs formed in the northern tropical WNP in El Ni o Modoki years,there are more TCs making landfall on the northern coast of China in El Ni o Modoki years than in canonical El Ni o years.The number of landfalling TCs is slightly above normal in canonical La Ni a years.Enhanced convection is found in the South China Sea(SCS) and the west of the tropical WNP,which results in landfalling TCs forming more westward in canonical La Ni a years.During La Ni a Modoki years,the landfalling TC frequency are below normal,owing to an unfavorable condition for TC genesis persisting in a broad zonal band from 5°N to 25°N.Since the western North Pacific subtropical high(WNPSH) in La Ni a Modoki years is located in the westernmost region,TCs mainly make landfall on the south coast of China.     

我国东南夏季干旱指数的ECC预测方法

根据中国东南夏季气温和降水显著负相关的特点,构造合适的干旱指数。选取美国NCEP／NCAR再分析月平均海表温度场、北半球500hPa高度场、亚欧大陆表面温度场作为预测因子,取由国家气象中心整理的中国160站月平均降水和温度资料计算出的东南部干旱指数作为预测对象,采用集合典型相关分析方法（ensemble canonical correlation,ECC）预测东南夏季干旱指数。预测与实况之间的空间相关性和时间相关性均表明,该方法优于单因子场典型相关分析（canonical correlation analysis,CCA）预测方法,其中采用超级集合平均法又比等权集合平均法具有更高的预测技巧。     

中期(旬)天气客观相似预报方案

目前,中期数值天气预报的最长可用的预报时效约为6—7天,对中期数值预报输出产品进行统计释用的MOS,PP等方法制作的逐日具体天气预报的最长可用时效约为5—6天。要完全靠以上客观预报方法进行10天天气变化过程预报仍有待时日。为此,本文提出一个综合考虑中期数值天气预报输出产品及历史天气过程的旬天气客观相似预报方案。本方案用500 hPa候平均高度场在预报时刻前后连     

一次闽南暖区暴雨的多尺度动力过程

作为气象研究中的一个难点问题,暖区暴雨的动力学一直为学界所关注。基于多尺度子空间变换(MWT)以及基于MWT的局地多尺度能量学分析和正则传输理论,对2018年5月7日的一次闽南暖区暴雨进行研究以了解其多尺度动力过程。首先将原始物理量场重建到三个尺度子空间:背景流子空间、天气尺度子空间和暴雨子空间。重构场上可以很好地看出背景环流尺度的高低空急流,以及暴雨尺度上的垂直环流。以往的研究普遍认为暖区暴雨的动力过程具有弱斜压性这一特征,而就此次事件而言,正压失稳和斜压失稳都起着很关键的作用,暴雨主要落区内既发生了正压失稳,也发生了斜压失稳。研究表明,对流层不同高度上的动力学存在差异,低层主要表现为正压失稳,天气尺度子空间与背景流子空间向暴雨子空间传输的动能相当; 中层主要是混合失稳,除正压失稳外,斜压正则传输也将有效位能从背景流子空间传输到了暴雨子空间,再通过浮力转换将有效位能转为动能,从而维持暴雨在中层的动力过程; 高层则与低层相似,但只存在背景流子空间向暴雨子空间的能量传输。      

基于NLS-4DVar方法的雷达资料同化及其在暴雨预报中的应用

在基于本征正交分解POD（Proper Orthogonal Decomposition）的集合四维变分同化方法（POD4DEnVar）建立的雷达资料同化系统（PRAS）的基础上,本文利用非线性最小二乘法的集合四维变分同化方法（NLS-4DVar）对PRAS进行改进,解决PRAS在高度非线性情况下的适应性问题,建立了新的雷达资料同化系统（NRAS）。通过观测系统模拟试验OSSEs（Observing System Simulation Experiments）和两次实际暴雨同化试验（2010年7月8日,中国中部地区;2014年3月30日,中国华南地区）对NRAS进行检验,并与PRAS的同化结果进行了对比。结果表明:无论是OSSEs还是实际雷达资料的同化,相对于PRAS,NRAS能够进一步提高同化效果。通过增加迭代的次数,NRAS能够有效地调整初始场的风场和水汽场,进一步提高了降水强度和位置的预报精度。但随着迭代次数的增加,对初始场的调整变小,进而对降水预报效果的改进也减小。试验结果表明NRAS能够有效解决PRAS在高度非线性情况下的应用问题,通过有限次数的迭代,即可得到近似收敛的结果。因而NRAS有望在数值预报中更有效地同化雷达资料,提高中小尺度天气的预报水平。     

黄河三角洲冬半年大风预报系统

利用１９９０～１９９７年高空实况场资料作历史样本库,进行相关分析,提取典型因子场,在运用历史样本进行分型、分级的基础上,再利用与Ｔ１０６Ｌ１９数值预报产品典型因大场的平均域块距离最优相似方法,制作黄河三角洲冬半年沿海、内陆大风客观预报,经试用效果较好。     

东北盛夏月尺度气温的时空分布特征及预测试验

利用1961～2004年东北地区53个测站7—8月逐月气温资料及太平洋海温场、北半球500hPa高度场和环流特征量资料,采用场经验正交函数展开和主成分分析方法,研究近44a东北地区盛夏月尺度气温的时空分布特征;借助典型相关系数,对场与场的关系进行分析,利用多因子场预测未来要素场的典型相关方法,对东北地区盛夏逐月气温进行了预测及评估检验。结果表明：东北地区7、8月份平均气温分布的一致性比较好,分别占总方差的65％和72％;东北地区盛夏7、8月气温主要有全区一致型、南北型和东西型等几种主要空间类型。通过实践检验,典型相关分析方法对2005—2006年东北地区盛夏7、8月份月尺度气温趋势有较好的预测能力。     

用T63及日本数值预报产品制作汛期降水预报

该文利用Ｔ６３Ｌ１６和日本数值预报产品，采用相关分析方法提取典型因子场，再由典型因子场选点求取平均场及极值场，用逐步回归法制作黄河三角洲地区汛期降水预报，试用效果较好。     

不同季节海温与中国夏季降水的时空特征分析

利用季降水异常的典型集合相关降水模式，分析了不同时段和不同区域的海温场与我国夏季（6～8月）降水之间的时空分布特征。结果表明：各大洋区海温存在着明显的季节、年际和年代际变化。与中国夏季降水相联系的印度洋海温的分布特征与季节有关，存在明显的偶极和单极分布形式，这种海温的异常变化对我国夏季纬向或经向雨带有一定的影响，全球特定的海温分布可以作为中国夏季旱涝预报的信号因子。不同季节海温和中国夏季降水在1970年代末都经历了一次突变，说明海温的季节差异对中国夏季降水的影响明显地受到海洋年代际基本态的制约。     

Using a Modified Soil-Plant-Atmosphere Scheme （MSPAS） to Simulate the Interaction between Land Surface Processes and Atmospheric Boundary Layer in Semi-Arid Regions

This paper uses a Modified Soil-Plant-Atmosphere Scheme (MSPAS) to study the interaction betweenland surface and atmospheric boundary layer processes. The scheme is composed of two main parts:atmospheric boundary layer processes and land surface processes. Compared with SiB and BATS, which arefamous for their detailed parameterizations of physical variables, this simplified model is more convenientand saves much more computation time. Though simple, the feasibility of the model is well proved inthis paper. The numerical simulation results from MSPAS show good agreement with reality. The schemeis used to obtain reasonable simulations for diurnal variations of heat balance, potential temperature ofboundary layer, and wind field, and spatial distributions of temperature, specific humidity, vertical velocity,turbulence kinetic energy, and turbulence exchange coefficient over desert and oasis. In addition, MSPAS isused to simulate the interaction between desert and oasis at night, and again it obtains reasonable results.This indicates that MSPAS can be used to study the interaction between land surface processes and theatmospheric boundary layer over various underlying surfaces and can be extended for regional climate andnumerical weather prediction study.