Predictability of Interannual Variability in the Kuroshio Transport South of Japan Based on Wind Stress Data over the North Pacific

It is expected that a roughly two-year forecast of the Kuroshio transport variation can be made from a past record of wind stress data over the ocean, since it takes nearly ten years for the first-mode baroclinic Rossby wave to traverse the entire basin in the midlatitude North Pacific (∼30°N). We therefore investigated the predictability using an ocean general circulation model driven by the wind stress data from the National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) reanalysis. Referring to a hindcast experiment as the control run, we carried out fifteen forecast experiments, the initial conditions of which are taken from the hindcast experiment at intervals of two years during the period from the end of 1969 to the end of 1997. Each of the forecast experiments is driven only by wind stress in the year preceding each experiment. The forecasted Kuroshio transport anomaly south of Japan agrees better with the hindcasted one during the first two years of the forecast in most cases. In some cases, however, significant disagreements occur, most of which are likely due to larger unpredictable variations caused by wind stress anomalies near Japan. At the end of forecast year 2, the anomaly correlation coefficient is about 0.7, and rms of the forecast error is smaller than rms of the hindcasted anomaly. These results indicate that the prediction of the interannual variability in the Kuroshio transport could be made two years in advance at a statistically significant level. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

当代气候研究计划

就气候系统问题，国际上与气候及其变化有关的重要科学计划、尤其是气候变化及可预报性研究（CLIVAR）计划，作了简要介绍，同时还就气候预测问题作了讨论。     

混沌系统的局域特征与可预报性

讨论了混沌系统的时间和空间的局域特征。首先分析了研究时间和空间局域特征的必要性。接着引进了有限时间不稳定和局域时间不稳定的概念，并对有关的计算问题进行了研究。对Ｌｏｒｅｎｚ系统的具体计算表明，随着轨线在混沌吸引子上的演变，局域不稳定特征有很大的变化，相应误差增长也有很大的变化。相应于误差迅速增长的轨线部分局限于很有限的相空间范围内，而且同误差增长缓慢的轨线部分占据的相空间区域截然可分。每一个例的可预报性依赖于轨线在相空间中所处的区域。混沌系统的这种局域特征可以是导致个例业务预报技巧之间有很大差别的主要原因。     

夏季亚洲对流层中上层温度年际变率的预测水平评估及其在我国东部降水预测中的应用

夏季亚洲对流层温度异常与中国东部夏季降水紧密相关并可能作为降水的有效预报因子。基于欧盟ENSEMBLES计划的季节预测试验耦合模式每年5月1日开始的回报试验，分析了其对1960～2005年夏季亚洲对流层中上层温度（以200～500 hPa厚度替代，简称对流层温度）年际变率的预测结果，发现模式集合平均对夏季亚洲对流层温度年际变率具有较高的预报技巧，可以合理回报其前两个EOF（Empirical Orthogonal Function）主导模态（EOF1、EOF2），只是未能回报出EOF2高纬度的温度异常，模式集合平均预测的第一模态主成分（PC1）和第二模态主成分（PC2）与再分析资料的时间相关系数分别达到0.63和0.77。再分析资料中前两个EOF模态分别由ENSO（El Ni?o–Southern Oscillation）发展年印度夏季降水异常所激发的丝绸之路遥相关波列和ENSO衰减年西北太平洋夏季降水异常对应的太平洋—日本遥相关波列导致。ENSEMBLES计划可以合理预测出相应的海温异常及遥相关波列，进而合理预测出前两个EOF模态。对流层温度PC1和PC2分别表征了欧亚大陆与周围海洋之间的纬向和经向热力对比异常，模式对由PC1的预报技巧远高于前人定义的纬向热力对比的东亚夏季风指数，对前人定义的经向热力对比指数的预测技巧与PC2相当。将PC1和前人定义的经向热力对比指数作为预报因子，建立了中国夏季降水的动力—统计降尺度预测模型，交叉检验的结果表明该预报模型显著提高了东北和长江流域上游夏季降水的预报技巧。本文提出的亚洲对流层温度年际变率的EOF1及PC1，既能较好表征纬向热力对比与中国东部夏季降水显著相关，又能被模式合理预测，可以作为我国中高纬度地区，特别是东北地区降水的重要预测因子之一。     

基于岩石变形声发射实验结果讨论岩石失稳的可预测性

根据室内岩石变形声发射实验结果,计算了声发射序列的地震非均匀度GL值,并以此探讨了岩石破裂失稳的可预测性。在双轴压缩、等速率加载条件下,含障碍体断层、挤压雁列断层和Ⅲ型剪切断层等非连续岩石标本在临近滑动失稳前,声发射活动均出现了显著的均匀—非均匀的状态变化,表现为GL值出现持续大于1的异常变化,GL值异常的位置与破裂成核部位相重合,并与断层走向一致;改变统计窗长、窗内分割数及能级统计下限计算声发射序列的GL值,结果表明,GL值计算结果具有一定的稳定性。综合分析认为,地震非均匀度(GL值)可以较好地刻画岩石失稳前夕因破裂成核导致的声发射活动在时间分布上的状态变化,GL值持续异常是岩石失稳的显著性标志,对预测岩石失稳具有较好的指示意义。     

自忆预报模式中记忆特性的探讨

运用有限振幅斜压波的截谱方程对自忆模式中的的记忆性进行了理论探讨。推导了相应的自忆性方程,在给定记忆函数呈线性和指数衰减型时求出了它的解析解,并讨论了这些解的物理意义和预报含意;证明了零解自忆性方程与记忆函数形式无关。通过计算遗忘因子,对动力可预报性和回溯阶等问题进行了讨论,并指出可将其统一纳入大气记忆理论的框架中。     

基于海温异常的南海夏季风爆发的可预报性分析

定义了综合评估南海地区大气对海温异常等外强迫响应的指数,并以此作为中间变量提出了利用前期海温异常预报南海夏季风爆发早晚的方法,进一步分析了基于海温异常的南海夏季风爆发的可预报性。分析表明:基于前期海温的异常,对于以日为单位预报对象的定量的南海夏季风爆发日期来说,基本没有可预报性;而对于定性的南海夏季风爆发早晚的预测,则可预报性大为提高。其预报时效可以提前至前期秋季的11月份。     

雷达回波外推预报的误差分析

基于天气雷达资料的外推预报是灾害天气临近预报的基础,选取4次强降水过程分析了外推预报的误差.主要分析方法包括3个步骤:(1)采用多尺度回波跟踪方法确定雷达回波的运动场;(2)采用半拉格朗日平流方案对雷达回波进行外推;(3)预报结果和观测结果进行对比.利用去相关时间方法分析了雷达回波的可预报性,利用预报技巧评分和相对绝对误差对外推预报的误差进行了定量分析.此外,还分析了外推预报的误差与尺度之间的关系,以及外推预报中的不确定因素 回波强度变化和回波运动场变化在预报误差中的相对重要性.这4次强降水过程的误差分析表明,预报误差随预报时效的变化基本上是以指数规律递减的,大尺度的降水系统对应较长的持续性,对于发展演变较快、尺度较小的风暴,其持续性较短.     

条件非线性最优扰动在可预报性问题研究中的应用

本文总结了近年来条件非线性最优扰动方法的应用研究的主要进展.主要包括四个方面:(1)将条件非线性最优扰动(CNOP)方法拓展到既考虑初始扰动又考虑模式参数扰动,形成了拓展的CNOP方法.拓展的CNOP方法不仅能够应用于研究分别由初始误差和模式参数误差导致的可预报性问题,而且能够用于探讨初始误差和模式参数误差同时存在的情形;(2)将拓展的CNOP方法分别应用于ENSO和黑潮可预报性研究,考察了初始误差和模式参数误差对其可预报性的影响,揭示了初始误差在导致ENSO和黑潮大弯曲路径预报不确定性中的重要作用;(3)考察了阻塞事件发生的最优前期征兆(OPR)以及导致其预报不确定性的最优增长初始误差(OGR),揭示了OPR和OGR空间模态及其演变机制的相似性及其局地性特征;(4)研究了台风预报的目标观测问题,用CNOP方法确定了台风预报的目标观测敏感区,通过观测系统模拟试验(OSSEs)和/或观测系统试验(OSEs),表明了CNOP敏感区在改进台风预报中的有效性.具体地,台风OGR的主要误差分布在某一特定区域,空间分布具有明显的局地性特征,在台风OGR的局地性区域增加观测,有效改进了台风的预报技巧,该区域代表了台风预报的初值敏感区.事实上,上述El Ni(n)o事件、黑潮路径变异以及阻塞事件的OGR的空间分布也具有明显的局地性特征,这些事件的OGR刻画的局地性区域可能也代表了初值敏感区.     

灾害性天气总结中存在的问题和关键要点分析

为了帮助预报员加深对灾害性天气的认识并提高其预报预测准确率,联系近2～3年来武汉中心气象台灾害性天气总结实际,分析了灾害性天气总结中存在的若干问题,并对其原因进行了简要剖析;在此基础上,以若干灾害性天气总结为例,归纳了灾害性天气总结的关键要点,即从预报业务实践中提炼科学问题,综合应用多种探测资料,重视灾害性天气数值模拟和试验研究,加强灾害性天气形成机理研究,尝试灾害性天气三维结构和物理图像的总结,加强灾害性天气可预报性问题探讨,注重灾害性天气预报思路和着眼点的总结;最后,就如何做好灾害性天气总结和充分发挥其效益,提出了几点建议。