递归相似

为观测研究提出一种动力学模型。新模型将不依赖统计概念，也不依赖对象的任何先验的理论模型，因此它具有极大的一般性。递归相似是核心概念，由此产生邻域函数、跃度和演化相似等概念和可计算的指标，它们描述了观测序列的演化性态。从观测序列（向量的或函数的）重建动力系统是我们的总体工作，本文是这项工作中的独立部分。     

非线性局部Lyapunov指数方法在目标观测中的应用初探

本文初步探讨了非线性局部Lyapunov指数方法(NLLE)在目标观测中的应用。首先, 在NLLE理论基础上研究了非线性动力系统内局部平均误差相对增长(LAGRE)特征, 证明了在误差发展进入随机状态前, LAGRE与初始误差大小无关而是与初始状态有关;在演化进入随机状态后, LAGRE的饱和值由初始误差大小决定这一特征。同时利用三个变量的常微分方程模型Lorenz63验证了这一结论。其次, 从非线性局部误差增长理论出发, 在局部动力演化相似方法(LDA)的基础上提出向前局部动力演化相似方法(FLDA)的概念, 并通过两个混沌个例来说明LDA和FLDA方法能够有效的利用历史资料还原任意初始状态的LAGRE。这些方法的提出为NLLE理论应用于观测资料研究目标观测问题提供了依据。     

均生函数模型预报检验

通过对均生函数时间序列模型所作多种类型的预报进行检验发现,均生函数模型不但对观测统计值（如年、月平均值）而且对瞬时观测值（如最高气温）也有很好的效果;不但对平稳变化（如温度）而且对急剧起伏量（如太阳黑子）也有令人满意的结果。文中同时提出了改进均生函数模型的方法。     

变分方法估算西北半干旱区地表热通量的适用性研究

利用2009年6-8月兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)的地表辐射观测资料,近地层大气温度、湿度和水平风速的三层梯度观测资料,以及热通量的涡动相关观测,比较了变分法估算的地表热通量与涡动相关观测值间差异,评估了不同相似函数对变分法估算地表热通量的影响.结果表明,变分法估算的地表热通量在时间变化趋势上与涡动相关观测值一致,但在中午前后时段还存在数值大小差异.不同相似函数对变分法估算热通量的影响不一样:当层结不稳定时,其对热通量估算的影响较大;当层结不稳定变弱时,影响会显著变小;当层结稳定时,影响非常小,与观测误差相比可以忽略.     

原观测场时间序列两个统计场的相似性讨论

一些研究认为,原观测场时间序列的第一特征向量场与时间平均场表现出强相似。经研究得出,原观测场时间序列的这两个统计场间存在本质差异。它们的相似性依赖于原观测场时间序列在相空间中的结构。时间平均场（气候场）与时间偏差（异常）场集的相对强弱在二者相似与否中起到重要作用。     

南京过去100年极端日降水量模拟研究

在南京过去100年日降水资料的基础上,利用极值理论中的区组模型和阈值模型分析了极端日降水分布特征.首先通过广义极值(GEV)模型模拟了日降水的年极值序列(AMDR),用极大似然估计(MLE)方法计算了模型的参数,并借助轮廓似然函数估计出参数的精确误差区间,同时采用4种较直观的诊断图形对模型的合理性进行全面评估,结果表明Frechet是区组模型中最适合描述极端日降水分布特征的函数.其次,将日降水序列分3种情景构建极值分布的阈值模型(GPD),考察了观测数据的规模对应用该模型的限制,重点讨论了如何针对给定观测样本选择合适的阈值收集极值信息.分析结果认为,长度不小于50年的气候序列,采用24 mm的日降水量作为临界阈值均能进行GPD分析.该阈值处于年降水序列第91个百分位附近,即对目前长度为50年左右的日观测资料,第91个百分位点以上的数据基本能满足GPD研究的需要.另外,根据GEV和GPD对未来极端降水重现水平的推断情况,GPD预测值的置信区间要比GEV的窄,极值推断的不确定性相对也较小,更适合用于研究中国目前规模不大的气候资料.最后,对GPD模型的形状参数和尺度参数进行变换,分别引入描述线性变化的动态变量,分析降水序列中潜在的变异行为对极值理论应用的影响.这种变异包括降水序列中长期的均值变化及百分位变化,从模拟结果看,暂未发现资料变异行为对极值分析产生显著于扰.     

一种改进的时间序列重建方法及其在地下水埋深估计中的应用

带噪声传递函数(TFN)模型可通过相关性分析在输入输出序列时间上同步的情况下估计输出序列。基于TFN模型、Kalman滤波和复合型混合演化(SCE-UA)算法,发展一种新的时间序列重建方法,并将其用于地下水埋深估计。该方法将高阶TFN模型表述成状态空间,并用Kalman滤波进行状态估计,基于SCE-UA方法优化TFN模型参数,能够在输入输出序列异步的情况下率定TFN模型并用于时间序列重建。最后,利用已有降水和地下水观测资料验证该方法,并重建了中国东北部分地区40年地下水埋深序列,结果表明该方法有较好精度且能反映埋深变化对降水的响应,在各类时间序列重建中具有一定推广性。     

黑河实验区AVHRR反射率资料的各向异性订正

本文利用1988年9月黑河实验预试验期晴天AVHRR资料分析了实验区反射率观测值和植被指数对卫星观测角的依赖关系,讨论了应用Taylor和Stowe的各向异性订正函数对反射率观测值进行订正的效果及存在的问题。分析结果表明:Taylor和Stowe的订正函数的应用有较好的订正效果,但对高反射率的戈壁沙漠和低反射率的山地森林地区仍存在一定偏差。植被指数基本上不依赖于卫星观测角,但观测区处在星下点附近时测得的植被指数值要比远离星下点时大一些。     

新阈值函数去噪方法在可降水量预报中的应用

大气观测数据中常含有噪声,如何减小噪声是大气观测数据应用的基础。本文在传统软、硬阈值函数去噪的基础上提出了新阈值函数去噪。首先,运用这三种方法对MATLAB中wnoise函数产生的bumps含噪信号进行去噪,并运用信噪比(SNR)和最小均方误差(MMSE)对去噪效果进行衡量。试验表明,新阈值函数去噪效果较好。最后,用新阈值函数去噪对可降水量时间序列进行处理,并用Kolmogorov熵和神经网络预测来衡量去噪效果。结果表明,新阈值函数同样适用于可降水量时间序列的去噪。     

气象要素时间序列的演化建模分析与短期气候预测

以武汉站(5~9月)汛期降水量观测数据序列为例,将这类具有明显的不规则性(混沌特征)时间序列分解为宏观气候尺度周期的波动部分和迭加其上的微观气候尺度周期的波动部分,分别采用演化建模方法和自然基小波方法模拟逼近。特别强调由演化建模方法得到的非线性常微分方程较之传统的线性建模具有更好的分析预测能力。     

观测资料与模式的协调性对同化效果的影响

针对资料同化时模式与观测资料不协调导致的同化失效问题, 利用国家气候中心NCCo简化海气耦合模式, 基于一种提取观测资料中与模式相协调信息分量 (也称模式可协调信息) 的资料重构方法, 探讨了观测资料和模式的协调性对资料同化效果的影响。结果发现: 利用简单海气耦合模式同化海表温度距平资料时, 由于模式与资料不匹配使同化后的初始场中产生与模式动力特征不协调的小尺度扰动, 这些小扰动在预报阶段会迅速增长, 污染预报结果, 使得预报失败。研究还发现, 无论在耦合或不耦合同化形式下, 对海温资料中的模式可协调分量进行同化时, 预报效果明显好于对原观测资料的同化。其缘于对观测海温中模式可协调信息分量同化生成的初始场中, 消除了与模式动力特征不协调的小尺度扰动, 突出了原始资料中与模式协调的ENSO尺度信息分量, 改善了初始场与模式的协调性, 从而提高了模式的预报技巧。     

Introduction to an Invariant Quantity Method

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏａｎＩｎｖａｒｉａｎｔＱｕａｎｔｉｔｙＭｅｔｈｏｄＬｉｕＧｕｉｆｕ（刘桂复）（ＮａｍｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ，Ｎａｍｉｎｇ２１００４４ＲｅｃｅｉｖｅｄＭａｒｃｈ１１．１９９５，ｒｅｖｉｓｅｄＪｕｎ...     

气象台站历史沿革信息及其对观测资料序列均一性影响的初步分析

气象台站历史沿革信息包含了可能影响气候资料序列均一性的重要信息, 是分析、检验、订正气候资料序列的科学参考依据。文章介绍了气象台站历史沿革信息的基本内容及我国气象台站变动的基本情况, 通过对气象观测资料比较分析, 说明台站迁移、环境变化、观测仪器类型以及观测时制改变, 直接影响到观测记录的比较性和连续性, 对长年代气候资料序列的均一性也有不同程度的影响。     

大尺度大气运动年际变化的数值研究

大尺度大气运动的流型和区域性气象要素随时间的演变,均具有比较清楚的年际变化。流型和要素年际变化的若干统计规律,正在长期天气预报和气候预报的业务中被广泛运用。目前,关于年际变化形成机理的问题已日益受到重视,这将为相应的预报方法提供动力学的理论基础。 气象要素(如地面气压)的年际变化往往用该要素多年时间序列的标准差来表征。各地时间序列的     

风向变化特征在季风模拟评估中的应用

作者抓住季风风向具有季节性反转这一最本质的特征,引入了“有向转角”的新概念,它与传统盛行风夹角的概念不同,能够反映风向逐日变化的方向性和旋转角度的大小。用欧拉观点揭示了季风风矢量随时间演变的旋转特点, 体现了季风风向独具特色的季节演变过程。同时,发现不同地区风向的季节循环有6种基本类型:（I）先顺时针后逆时针旋转、（II）先逆时针后顺时针旋转、（III）完全顺时针旋转、（IV）完全逆时针旋转、（V）风向稳定型和（VI）风向变化不稳定型。且季风风向的季节性反转主要通过前四种旋转方式来实现。分析了这6种风向变化型的全球分布特征,研究了它们与大气环流系统演变的联系。并进一步将“有向转角” 概念用于IPCC第四次评估报告AMIP试验8个模式的模拟评估,结果表明,这一概念的引入能从逐日变化的角度凸显风向变化过程,不仅能够客观反映模式模拟季风风向逐日变化的动力过程以及风矢量旋转方式的全球分布,还能体现模式对大气环流系统季节演变的表征能力。研究还发现在这8个模式中,大多数模式基本能把风矢量旋转方式的全球分布形式模拟出来,但对于季风区风矢量旋转方式的模拟还有待于进一步提高。     

登陆热带气旋降水预报研究回顾与展望

重点围绕登陆热带气旋（LTC）降水预报研究进行了回顾和总结,指出针对LTC降水有三类预报技术：动力模式、统计方法和动力-统计结合的预报方法。以数值天气预报（NWP）模式为代表的预报技术对LTC降水的预报能力仍然非常有限。改进NWP模式预报误差的途径主要有两条：一是发展NWP模式;二是发展动力-统计结合的方法。分析表明,动力-统计相似预报是一项很有潜力的技术;针对现有研究中的不足,开展LTC降水动力-统计相似预报研究,探索减小数值模式LTC降水预报误差的有效方法,将是一个充满希望的研究领域和方向。     

ON SIMILARITY AND THE TURBULENT STRUCTURE IN THE STABLE BOUNDARY LAYER

In the stably stratified boundary layer,the vertical flux profiles for momentum and heat can be obtained froman atmospheric boundary layer model which includes parameterization of the long-wave radiation.In addi-tion,the Monin-Obukhov similarity theory can be extended to the whole boundary layer by using the local tur-bulent scales L(z),U.(z)and 0.(z)in place of surface layer scales.The similarity predictions are ingood agreement with observational data.     

夏季西太平洋副热带高压南北位置变动特征及其影响

使用ECMWF再分析数据集资料中的位势高度场、三维风场、温度场、相对湿度场、海温场以及中国气象局730站地面降水资料和日最高温度资料,对比分析研究了7月份西太平洋副高位置偏南和偏北过程(持续满足南、北位置指标6天以上定义为一次南、北部型过程)所对应的动态气候特征及其演变.分析首先揭示出了西太平洋副高的南北位置变化存在季...