海表面温度时空变异特征及对验证误差影响

海洋要素的变化存在明显的区域性和季节性的变化特性,本文选择海洋要素中最为突出的海表面温度(SST)要素作为主要分析参数,设计时空变异参数的计算指标,分析时空变异对验证误差影响的关系,通过研究及试验的数据精度验证,证明了时空变异是造成误差的直接原因之一。强烈的时空属性变异,在验证过程中会引入很大的验证误差,处于不同变异等级区划的数据,其验证结果相对误差可达13.08%,变异越剧烈的区域,精度验证效果越差,验证误差就越大,这些误差并非完全是遥感产品的误差,验证结果不具有代表性,不能真实的反映遥感产品的误差特征。对于SST等海洋遥感产品验证时,需要考虑时空变异对验证误差的影响和贡献,合理选择验证试验区域、代表性的评价数据集和科学的评价方法。     

海洋渔业志愿船观测数据可用性评估

以船测数据、浮标数据和岸基观测站数据应用为基础,对海洋渔业志愿船的观测数据进行质量评估和可用性评估。结果表明:经过质量控制后的观测数据在近海精细化预报的初始场构建和预报同化应用中,具有高可用性。     

L1范数与IQR统计量组合的GNSS坐标序列粗差探测算法

GNSS坐标时间序列中不可避免地含有粗差,未剔除的粗差将会导致参数估计有偏。因此,粗差探测与剔除是GNSS坐标序列分析中一项重要的数据预处理工作。针对GNSS坐标时间序列特点,提出了一种将L1范数(L1-norm)估计与四分位距统计量IQR(interquartile range)组合的移动开窗粗差探测算法,称之为L1_Mod IQR。该方法的主要思想是,首先利用L1范数估计得到较"真实"的残差,然后再对残差采用IQR统计量进行粗差探测。将L1_Mod IQR法与"3σ"法、基于最小二乘的τ检验法等粗差探测算法进行了模拟计算与对比,验证了该算法的有效性。进一步采用L1_Mod IQR算法对中国区域10个IGS站的高程时间序列进行了分析,结果表明中国区域IGS站高程序列的粗差剔除率最小为0.1%,最大为2.6%。并且以WUHN站为例与SOPAC提供的结果进行了对比,结果表明SOPAC提供的"Clean"数据仍含有大量的粗差,而L1_Mod IQR算法能够有效地剔除粗差。     

统计方法在数值模式中应用的若干新进展

目前,数值模式的准确性不断提高,天气预报和气候预测越来越依靠数值模式。数值模式不仅仅是求解描述大气运动和热力过程的方程组,其中也大量使用了统计方法,统计方法是数值模式的重要组成部分。本文对统计方法在数值模式中应用的最新进展进行了综述。首先,分析了统计方法在数值模式的资料同化、集合预报、次网格尺度物理过程参数化方案、数值产品统计释用、延伸期预报、模式检验等方面的应用。然后阐述了贝叶斯统计在数值模式中应用的新进展。最后,对统计方法在数值模式中应用的未来发展趋势进行了展望。     

定量降水预报技术进展

对21世纪以来定量降水预报技术流程中的数值模式预报、统计后处理、检验评估和预报员作用4个方面的研究工作进行了归纳,主要进展包括:业务全球模式对于降水的预报能力持续提升,而发展高分辨率模式 (尤其是对流尺度模式) 和集合预报是提高定量降水预报精准化水平的主要途径,且将两者相结合以促进短期降水预报是发展趋势;统计后处理技术已发展到应用数据挖掘方法对海量预报数据中有效信息进行提取和集成,而再预报资料的出现将进一步促进统计后处理技术的发展;为解决评估精细化定量降水预报面临的新问题,多种新的检验技术得到发展和应用,如极端降水检验评分、空间检验技术及概率检验方法等;预报员在模式和后处理方法上能够提供的附加值越来越有限,但在预报流程中仍将处于核心地位,其角色将逐渐向帮助用户进行决策方向转变。文章指出,定量降水预报技术的发展所面临的挑战包括大气水汽观测及同化技术改进、暖区和复杂地形下暴雨预报等科学问题的解决。     

天山南麓雷暴日短期预报研究

利用阿克苏及邻近地区12个气象站1980—2013年雷暴资料,以及同期高空资料,统计了各站年均雷暴日数,对发生区域雷暴天气的环流形势进行分类,归纳出各型的入型指标。通过逐步回归法,建立阿克苏及邻近地区区域雷暴概率回归预报模型,并对2013年进行试预报。结果表明:(1)阿克苏及邻近地区区域雷暴的影响系统主要分为4类:巴湖低槽型、急流型、西北气流型和温度槽型。(2)对2002—2012年5—9月(共1683 d)历史资料进行判别,满足入型条件的样本数为876 d,消空率为48%;对2013年5—9月(共153 d)历史资料进行判别,入型样本数为80 d,消空率为48%。(3)对2002—2012年5—9月所有入型样本进行回代检验,平均准确率为72.0%(平均TS评分为30.1%);对2013年5—9月所有入型样本进行试预报,平均准确率为63.2%(平均TS评分为28.2%)。     

月动力延伸预报500hPa高度场检验及其在重庆月气候预测中降尺度应用

根据2015年国家气候中心实时下发的第二代月动力延伸模式(DERF2.0)逐日资料和历史回算资料,统计构建不同时间起报的月500hPa高度场格点数据序列,针对重庆2月气温和8月降水量方差和预测难度较大的事实,分别分析2010-2014年逐年1月和7月16日、21日、26日、31日起报的2月和8月500hPa高度场预报场与同期NCEP资料实况场的分布型,结果表明：预测效果低纬好于中高纬,8月总体好于2月;基于上述滚动的500hPa预报场,试验了4个关键区和5种统计降尺度方法,对重庆2010-2015年2月气温和2010-2014年8月降水量进行回报预测和检验结果表明,16日起报的模式场对2月气温有较好的参考价值,配合最好的关键区为本区上空,而降尺度方案中Lamb方法效果最佳,二者结合的预测效果最好;8月降水回报检验表明,虽然8月降水预测效果不如2月气温,但在预测关键区取自定义关键区时,车氏方法的降尺度方案预测效果相对较好。     

新疆地区年平均风速数据非均一影响研究

利用惩罚最大F检验(The Penized Maximal F Test,PMFT),对新疆地区105个国家级气象站点建站至2014年逐年平均风速资料进行了均一性检验,并通过订正得出新疆地区年平均风速均一化数据集合;通过对订正后数据与原始数据进行对比评估,讨论数据非均一性对新疆风速的影响,研究结论得出:(1)在95%的显著性水平下,检验出所有待检站点均出现非均一间断点,共计151个;(2)元数据中记录的人为影响因素,超过1/3对年平均风速序列产生了非均一影响,其中仪器换型对年平均风速序列影响最为显著,其次为环境变化;(3)仪器换型和站址迁移对年平均风速的非均一影响与台站风力大小成正比,其它人为因素对年平均风速的影响与台站风力大小成反比;(4)订正后,数据时间序列的均一性得到改善,数据序列明显的趋势拐点趋于缓和,下降趋势普遍增强,数据可用性进一步改善。     

一种基于多物理量阈值定义的热带气旋生成预报方法及在ECMWF全球模式中的应用验证

对于热带气旋的路径与强度预测,数值天气预报模式提供了相当有用的参考或指导预报。为进一步了解数值模式对掌握热带气旋生成的特性,基于近年国内外对热带气旋生成预报的研究结果,构造了一套热带气旋生成的多阈值组合判据系统,并利用该判据和ECMWF模式资料对2013—2015年于西太平洋海域生成的热带气旋进行了预报试验。结果表明,对于热带气旋生成的判据,使用不同百分位的历史统计阈值会对预报效果造成显著影响。在特定区间对某个物理量阈值进行合理的调整可以有效改善预报效果。在西太平洋海区,850 hPa相对涡度阈值的微幅调整对结果的影响最为敏感。最优阈值组合方案的预报命中率检验结果表明,在数值模式起报时间为低压生成时间的前12~72小时时效曲线上,24和48小时时效是拐点,24小时时效之前,命中率基本维持在0.7以上的高位,随预报时间的降幅很小;之后预报质量陡降,48小时时效后预报效果趋向稳定。此外,不同年份的预报效果存在明显差异。在西太平洋不同海域,ECMWF模式对热带气旋的生成预报质量差异明显。菲律宾以东的洋面在不同起报时间的预报能力明显高于南海海域。西太平洋海区存在两个明显的高错报率区域:一个位于南海中、北部至菲律宾群岛近海,一个位于西太平洋中部。在不同大洋之间,ECMWF模式的热带气旋生成预报性能也存在显著分别。起报时间在热带气旋生成前24小时内,西太平洋海区对热带气旋生成的预报要明显优于大西洋海区。     

基于DERF2.0的月平均温度概率订正预报

国家气候中心第二代月动力延伸模式回算资料的分析表明,二代模式月平均温度预报与观测实况仍然存在较大偏差,模式预报有较大改进空间。本文采用非参数百分位映射法对模式月平均温度预报进行概率订正,该方法基于模式集合平均给出的确定性预报,结合模式回算资料各集合成员计算得到的模式概率密度分布,给出确定性预报在模式概率密度分布中的百分位值,并将百分位值投影到观测资料的概率密度分布中,得到模式预报的概率订正值。对订正前后模式预报的检验评估显示,该订正方案不仅有效降低了模式预报与实况的均方根误差（RMSE）,对月平均温度距平分布的预报技巧也有所改善,不同超前时间模式预报的预测技巧评分（PS）和距平相关系数（ACC）均有提升,同时模式预报误差的大小对订正效果无明显影响。从分月的订正预报结果来看,对夏季各月的温度预测技巧的提升整体高于冬季各月。