基于相空间重构的西太平洋副高指数的动力随机性与复杂性

基于NCEP/NCAR再分析资料,计算了西太平洋副热带高压脊线指数的逐候时间序列,对该时间序列进行了相空间重构,对相空间重构中最佳嵌入维数和延迟时间的选择进行了分析,画出了相应的伪相图,同时还对副高脊线指数吸引子的关联维数进行了计算,得到副高脊线指数关联维数为3.10±0.05.通过动力参数的计算和重构后相空间递归图的分析,讨论了副高活动的动力随机性和复杂性.分析结果对副高系统复杂性和可预报性的认识以及副高动力模型反演有参考意义.     

一种基于改进自忆性原理的西太平洋副热带高压脊线指数动力-统计模型及其预报实验

针对西太平洋副热带高压中长期预报不准确的问题,基于动力系统反演思想和改进自忆性原理等途径建立了副高脊线指数的动力预报模型.本文创新性地引入了最大李雅普诺夫指数改进了传统的自忆性函数,使其对副热带高压之类的混沌非线性系统更加具有针对性,较好地克服了预报初值单一性问题;并根据实际观测资料重构的动力系统作为其动力核,克服了传统自忆性方程动力核设置较为简单的问题.用建立的副热带高压脊线指数动力预报模型实现了副高南北位置的中长期预报,通过了副高异常年份和正常年份的多次实验,可以发现模型在25天以内的预报效果很好,相关系数能达到0.80左右,相对误差控制在8%以下,证明了改进的模型具有较好的中长期预报效果.另外还将此模型推广到对副热带高压的面积指数和西脊点指数的预报,也取得了较好的预报效果,证明此方法适合于副热带高压的整体预报.鉴于西太副高发生发展机理的复杂性和预报的困难性,本文为副高等复杂天气系统的预报探索了新的方法思路.     

3种海面风场资料在吕宋海峡的比较与评估

利用1990—2014年的ICOADS观测资料,从空间分布、季节变化和不同风速风向特征等角度,对3种海面风场资料(ERA-I、CCMP、CFSR)在吕宋海峡处的风速和风向质量进行了较为全面详细的对比和评估。主要结论如下:(1)3种风场资料在吕宋海峡处风速整体偏小,海峡中部误差较小,南北两端误差较大;均方根误差季节变化显著,6月最小,12月最大;(2)风速误差随不同风速、不同风向而不同,整体呈现高风速时风速较观测偏大,低风速时风速偏小的特点,且低风速段误差较小,高风速段误差随风速增大而增大;(3)3种风场资料在吕宋海峡处风向整体偏右,海峡中部误差较小,南北两端误差较大;季节变化显著,12月最小,5月最大;(4)风向误差随不同风速、不同风向而不同,偏北方向,风向偏右;偏东方向,低风速段风向偏右,高风速段风向偏左;偏南方向,低风速段风向偏左,高风速段风向偏右;偏西方向,风向呈偏左状态。风向误差整体随风速的增大而减小;(5)综合比较,CCMP的风速、风向资料质量均好于其他两种资料。     

西太平洋副热带高亚季节内振荡的基本模态及其与低频位势波的关系

基于NCEP/NCAR再分析资料,采用分层(500hPa、850hPa)与整层(4层)的EOF分解方法,提取出两个含有垂直结构的副热带高压(副高)的基本模态.分析表明,整层与分层EOF得到的模态有很好的一致性,这说明副高的确存在中下层一致的空间分布特征和时间变化规律;进一步引入小波能量谱讨论其周期特征,发现存在明显的20-30d和30-60d低频振荡现象;结合1995年的天气实况,诊断揭示出不同纬度上的低频位势波影响和制约副高活动的可能机理:副热带地区低频位势波影响和制约着副高主体20d左右的中期变动,而副高西端5-10d的短期过程则与热带和高纬地区低频位势波扰动能量在西太平洋地区聚集有关.     

海南岛一次特大暴雨的数值研究

利用卫星资料、NCEP资料以及AREM模式输出资料,对发生在2008年10月中旬海南岛一次大暴雨过程进行了中尺度数值模拟分析。分析结果表明:AREM模式较好地模拟了本次大暴雨过程,当初始资料选取NCEP资料时模拟效果最佳;sθe等值线密集区以及位涡梯度最大区与暴雨中心相对应;暴雨中心700 hPa以下低层对应条件对称不稳定,其上至600 hPa为对流不稳定;条件对称不稳定对其上空的对流不稳定有触发作用;对热源〈Q1〉和水汽汇〈Q2〉分析得出,大值区与降水分布基本一致,凝结潜热的释放对大暴雨过程有反馈作用;位温垂直平流项对Q1起决定性作用,位温局地变化项及水平平流项对Q1的贡献不大。在Q2诸分量中,比湿水平平流项和垂直平流项共同作用于Q2,比湿局地变化项影响较小。     

基于副高-季风非线性动力模型的动力特性讨论与机理分析

基于NCEP/NCAR再分析资料,依据动力系统反演思想,采用遗传算法从1998年实际观测资料中,客观合理地反演重构了副高特征指数与东亚夏季风因子的非线性动力模型,并结合1998年天气实况,讨论了模型中外参数的变化对副高系统平衡态失稳和分岔的影响。从而为副高等难以准确构建动力模型的复杂天气系统的物理机理分析和动力行为讨论,提供了有益的研究思想和方法手段。研究发现,副高指数平衡态的分布和变化与实际副高的中短期异常活动相对应,副高系统由高值稳定平衡态向低值稳定平衡态跳跃的突变行为对应副高的异常南落过程,副高系统由双稳定平衡态向单稳定平衡态并入的分岔行为对应副高"双脊线"并存到消失的过程。     

EOF分解与GA优化的热带太平洋海温场动力预报模型反演

基于NCEP/NCAR提供的1950-2000年月平均海温场资料,首先用EOF方法对海温场序列进行时、空分解,在考虑相邻时段位势场空间模态基本稳定的前提下,引入动力系统重构思想,以EOF分解的空间模态时间系数序列作为动力模型变最,用遗传算法全局搜索和并行计算优势,进行了模型参数的优化反演,建立了EOF分解时间系数的非线性预报模型。通过模型积分和EOF时、空重构,实现了海温场的中长期预报。试验结果表明,在1—6月时效预报上,模型预报海温场与实际海温场非常吻合;对于7 15月时效的预报,尽管模型预报的海温场与实际海温场存在一些出入,但基本构型大致相符,特别是对12月以上的海温场形态和范围仍然能较为准确地描述。所有时效的预报结果均能对1997年的El Nino事件特征有不同程度的描述。该研究方法为海温场以及El Nino/La Nina事件的预报提供了一种新的思路,文中提出的反演热带太平洋海温场与El Nino/LaNina的动力统计模型的研究思想和技术途径,在热带太平洋海温场的预测试验中(特别是中、长期预报)表现出良好的预报效果,为热带太平洋海温场及其异常的El Nino/La Nina事件的中、长期预报提供了有益的研究和参考方法。     

A Medium/Long-Range Forecast of Pacific Subtropical High Based on Dynamic Statistic Model Reconstruction

Based on the 500-hPa geopotential height field series of T106 numerical forecast products,by empirical orthogonal function(EOF)time-space separation,and on the hypotheses of EOF space-models being stable, the EOF time coefficient series were taken as dynamical statistic model variables.The dynamic system reconstruction idea and genetic algorithm were introduced to make the dynamical model parameters opti- mized,and a nonlinear dynamic statistic model of EOF separating time coefficient series was established.By the model time integral and EOF time-space reconstruction,a medium/long-range forecast of subtropical high was carried out.The results show that the dynamical model forecast and T106 numerical forecast were approximately similar in the short-range forecast(≤5 days),but in the medium/long-range forecast (≥5 days),the forecast results of dynamical model was superior to that of T106 numerical products.A new method and idea were presented for diagnosing and forecasting complicated weathers such as subtropical high,and showed a better application outlook.     

A CHARACTERISTIC CORRELATION ANALYSIS BETWEEN THE ASIA SUMMER MONSOON MEMBERS AND THE WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH

In this paper, by using the pentad-mean NCAR/NCEP reanalysis data for the period of 1958-1997, some characteristic indices of describing the activity of Asian summer monsoon system members are defined and calculated. Based on the above works, a time-lag correlation analysis method is introduced for the correlation analysis between the Asian summer monsoon system and the west Pacific subtropical high (WPSH) area index, and some meaningful interaction processes and characteristic phenomena between them are revealed and discussed accordingly. It is shown that there exists some remarkable time-lag correlations in various degree between the Asian summer monsoon system members and the WPSH area index, and they interact and feedback with each other, which consists of the whole Asian summer monsoon system.     

近赤道海温影响西太平洋副高的小波多尺度分析

利用小波分解、相关分析、解释方差及位相对比方法,分析讨论了近赤道海温与西太平洋副高在不同时间尺度上的结构特征与对应关系.分析表明,不同海域海温变化与副高活动的幅值和位相存在明显的多尺度特征和强度差异,不同海域的海温热力作用分别在不同的时间尺度上显著影响和制约西太平洋副高活动.