使用ECMWF集合预报数据集估计全球季节平均气候异常的潜在可预报性

利用ECMWF PROVOST项目产生的在给定海表温度强迫下的150(1979～1993)季节集合预报数据集，分析揭示了季节平均气候异常潜在可预报性的全球分布。首先，利用可再现的强迫模态重建集合资料场，在Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验的基础上定义潜在可预报性指数PU^k，然后，将重建场的PU^k与重建场贡献于集合平均的方差比结合，提出了定量估计局地潜在可预报性的指数PI。以全球850hPa温度季节平均异常场为例，对PI进行定量计算表明：不仅大部分热带地区，而且热带外一些地区的季节平均气候异常具有潜在可预报性，主要分布在北美、南非和亚洲部分季风区；全球大部分潜在可预报地区主要受ENSO型强迫控制，而部分温带地区如中国华北、中亚、北美南部主要受非ENSO型强迫控制；局地潜在可预报性具有季节性，夏季可预报性较强，冬季较弱。通过与其他几种估计季节潜在可预报性的方法进行比较表明，本文提出的PI方法能更好地把热带外地区受外强迫控制的可预报信号提取出来。     

北半球海冰强迫作用下大气可预报性研究

使用LASG/IAP GOALS耦合模式中的全球大气环流模式分量AGCMR15L9的计算结果，在其他外强迫维持气候值不变的情况下，用方差分析的方法，以外部方差与总方差之比R_e作为衡量标准，考察该模式关于海冰的季节和跨季节潜在可预报性的大小。结果发现，从总体上看，北半球海冰变化所造成的潜在可预报性较小，只有在大气低层的一些气候要素，如温度、湿度的结果中，才存在R_e＞0.5的现象。潜在可预报性结果的局地特征比较明显，高值往往发生在海冰年际变率大的区域里。与中低纬海温在中高纬地区的影响相比，不排除海冰的作用更大的可能性。另外，如果分区域看，北半球某些区域的海冰，在若干挑选出的其区域海冰面积发生大异常年份中的潜在可预报性可能会比不做挑选的总体结果要大。这说明北半球某些区域海冰在面积发生较大异常的时候，可能对同期或（及）后期环流有着比较重要的影响。     

Influence of Sea Surface Temperature on the Predictability of Idealized Tropical Cyclone Intensity

The role of sea surface temperature (SST) forcing in the development and predictability of tropical cyclone (TC) intensity is examined using a large set of idealized numerical experiments in the Weather Research and Forecasting (WRF) model. The results indicate that the onset time of rapid intensification of TC gradually decreases, and the peak intensity of TC gradually increases, with the increased magnitude of SST. The predictability limits of the maximum 10 m wind speed (MWS) and minimum sea level pressure (MSLP) are ~72 and ~84 hours, respectively. Comparisons of the analyses of variance for different simulation time confirm that the MWS and MSLP have strong signal-to-noise ratios (SNR) from 0-72 hours and a marked decrease beyond 72 hours. For the horizontal and vertical structures of wind speed, noticeable decreases in the magnitude of SNR can be seen as the simulation time increases, similar to that of the SLP or perturbation pressure. These results indicate that the SST as an external forcing signal plays an important role in TC intensity for up to 72 hours, and it is significantly weakened if the simulation time exceeds the predictability limits of TC intensity.     

Indian Ocean Dipole-related Predictability Barriers Induced by Initial Errors in the Tropical Indian Ocean in a CGCM

利用GFDL CM2p1模式, 本文探讨了初始海温误差对印度洋偶极子(IOD)事件可预报性的影响. 当热带印度洋存在初始海温误差时, IOD预报发生了冬季预报障碍(WPB)现象和夏季预报障碍(SPB)现象. WPB发生与否与正IOD事件发展位相冬季的厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)有关. 即当冬季存在ENSO时, IOD预测不发生WPB现象, 反之亦然. 相比之下, SPB发生与否和ENSO没有必然联系. 此外, 进一步探讨了最容易导致SPB现象的初始海温误差的主要模态, 指出该模态在热带印度洋上表现为东-西偶极子型, 这和前人研究中最容易导致WPB现象的初始海温误差模态相似. 当在热带印度洋上叠加这些初始海温误差后, 热带太平洋上出现了海表温度异常和风场异常, 进而通过大气桥和印尼贯穿流的作用影响热带印度洋, 使之在夏季出现了东-西偶极子型的海表温度异常, 该异常在Bjerknes作用下快速发展, 加强, 最终导致SPB现象的发生.     

10~30 d延伸期可预报性与预报方法研究进展

10~30 d延伸期的可预报性既依赖于初始条件,也与缓变的下垫面有关,寻找延伸期时段内可预报性较高的低频特征,识别延伸期的可预报性来源及影响的物理机制是提高延伸期预报水平的关键。近年延伸期可预报性来源、热带大气季节内振荡监测预测和影响等领域的研究取得较大进展,提出和应用了动力统计相结合以及大气低频信号释用等新的延伸期预报方法。对延伸期可预报性来源及其与初值和外强迫异常的关系分析表明,海气相互作用能提高亚洲和西太平洋区域延伸期时段大气环流和要素的可预报性。热带大气季节内振荡、平流层爆发性增温以及各种次季节尺度的海气、陆气耦合作用和大气响应均为延伸期预报提供了重要的可预报性来源。由于数值模式延伸期时段的预报性能与实际业务需求还存在一定距离,基于动力统计相结合和物理统计的延伸期预报方法被广泛应用于业务预报,表现出一定的预报技巧。     

Modeling long term lake variations by physically based stochastic dynamic models

Several physically based stochastic dynamic models (SDM) are described including year-to-year variations of water volume in terminal and non-terminal lakes, streamflow of lake-fed rivers, and salinity of an inland sea (the Sea of Azov). All of these models are based upon the SDM of water volume of terminal lakes developed by Kritzky and Menkel in 1946 in co-operation with Kolomogorov. Explicit formulae are derived for second order statistical moments of the output processes, including variance, correlation function, spectra, etc., under the assumption that the forcing functions from stationary random sequences. The least-squares prediction problem is solved for both stationary and non-stationary cases. Some of the processes are shown to possess high statistical predictability. Actual predictions are compared with independent observations. Problems for further study are stated.     

西北太平洋热带气旋路径时间标度律的研究

时间标度计算表明，西北太平洋热带气旋路径是一个无标度性的系统，其关联方差谱遵从频率的－２￣－３次方幂律，不同背景下的路径系统均如此。由此得到的不同季节、不同地域的热带气旋路径可预报时间尺度基本上为３￣４ｄ，但异常热带气旋路径的可预报时间尺度则为１￣２ｄ。     

实际预报可预报性的时空依赖性分析

本文利用国家气象中心1990年1月1日至1992年2月29日的1～5 d、500 hPa高度场业务预报结果研究了不同球谐函数谱分量和经验正交函数(EOF)谱分量的可预报性。对球谐函数谱分量的研究表明可预报性并不是随着空间尺度的增加呈现单调的递减关系，主要表现为在总波数n等于5附近具有最大可预报性。可预报性主要依赖于总波数n，经卷大圆上的波数和纬向圆周上的波数对可预报性具有完全相同的重要意义。对EOF谱分量的分析表明，随着EOF指数(即序号数)的增大，可预报性依次减小。从EOF和球谐函数的关系发现前几个EOF分量正是对应着最可预报的球谐函数分量。进一步分析表明，最可预报的分量对应大气运动的慢变流型。这些结果对如何使用数值预报产品以及如何进行延伸预报具有重要意义。