外强迫因子对宁夏初霜冻日期的影响及其预测

利用1981—2019年宁夏初霜冻日期资料及同期位势高度场、海表面温度(SST)、积雪面积、海冰面积等资料,研究SST、海冰面积、积雪面积等外强迫因子对宁夏初霜冻日期异常偏早、偏晚的影响,在此基础上,建立了初霜冻日期的物理概念模型和客观预测模型。结果表明:(1)偏早(偏晚)年,前期赤道中东太平洋SST持续显著偏暖(冷),SST异常形态为明显的ENSO模态。当前期赤道中东太平洋SST偏暖时,东亚槽偏强,副热带高压偏弱,异常环流形势有利于冷空气活动,初霜冻日期易偏早,反之则偏晚。(2)5—8月北半球积雪面积、1—7月格陵兰海冰面积与初霜冻日期存在持续显著负相关关系。当前期北半球积雪面积或格陵兰海冰面积减少时,东亚槽偏弱,西太平洋副高偏强,不利于冷空气活跃,初霜冻日期易偏晚,反之则偏早。(3)影响宁夏初霜冻日期的主要因子为东亚槽强度、NINO3.4区SST异常、热带南大西洋SST异常、北半球积雪面积、西太平洋副高强度以及格陵兰海冰面积等,基于以上因子用多元回归方程建立的客观化预测模型具有良好的预测效果。     

利用慢特征分析法提取二维非平稳系统中的外强迫特征

慢特征分析法（Slow Feature Analysis,SFA）是一个从快变的信号中提取慢变特征的有效方法,它的提出丰富了人们对非平稳系统外强迫特征的重建手段。本文以Henon映射为基础,构造二维非平稳系统模型,尝试SFA方法在二维复杂非平稳系统中重建外强迫特征的能力。试验表明,SFA方法能够较好地从单时变参数Henon映射中提取出外强迫信号;通过结合小波变换技术,可以还原双时变参数Henon映射中的外强迫信号。另外,本文利用SFA方法重建了北京市气温的外强迫信号,分析其外强迫信号的尺度特征及其可能的物理机制。这些工作将为气候系统驱动力的研究提供新的思路。     

旬降水量的相似预报方法及其应用

根据相似预报原理，采取综合相似系数为相似指标，选取历史旬降水量的相似变化过程，对郑州站１９９４年逐旬降水量进行预报试验和应用。结果表明，最佳相似长度为５～１５旬，后１～３旬预报的平均准确率为７３％，且准确率随时效增长而降低．经业务使用，１０～１２月逐旬预报的准确率达８３．３％。     

吉林省旬降水量的客观分级方法探讨

根据吉林省现行旬降水量等级划分标准和办法,提出了一种基于降水概率分布函数的客观划分办法。该方法引入Z指数变换,将偏态分布的旬降水量序列转换为近于正态分布的Z序列,通过对Z指数的划分反算而得实际降水量的划分结果。该方法既考虑其自身概率分布,又避免了复杂的分布函数参数计算。将该方法的客观标准与现行标准的划分结果进行比较分析,发现前者结果稳定,随机性小,结果更为合理。     

外强迫引起的夏季大气环流异常及其机制探讨

本文主要探讨了夏季模式大气对热带海温和高纬极冰异常的外强迫响应机制,结果表明,在大气环流模式长时间积分以后,不同的外强迫源均可在全球大气的一些关键性区域激发产生相同的环流异常型,即夏季大气主要异常型对外强迫源地理位置不敏感,很大程度上依赖于大气内部动力学过程.根据以上特点本文提出外强迫引起大气异常存在两类机制,其中外强迫和大气内部动力学过程相互作用机制是产生大气异常的重要动力学途径.     

外强迫对热带季节内振荡影响的模拟研究

应用经过修改的NCAR CCM3模式和CAM2模式进行的数值实验结果以及NCEP的GFS模式的输出结果讨论了海温等外强迫作用对热带季节内振荡的影响.结果表明,热带季节内振荡是热带大气固有的内部变率.它是由大气内部过程的相互作用决定的.但外强迫对热带季节内振荡的强度、传播方向等有明显的影响.当外强迫没有变化时,模式可以模拟出与观测近似的低频振荡.当作为外强迫的海温和太阳辐射有年内季节变化时,模式模拟的季节内振荡则明显减弱.当海温与辐射不仅有季节变化而且有年际变化时,模式模拟的季节内振荡会进一步减弱.具有长周期的外强迫还会削弱季节内振荡中东移波动的能量而增加静止波的强度.在与海洋模式耦合的状态下,模式不受来自海洋的外强迫影响,而是与海洋构成一个耦合系统,可以产生最强的季节内振荡.     

提高冬春月降水量预测质量方法的探讨

月降水量预测是短期气候预测的业务之一,提高预测质量对防灾抗灾具有重要意义。运用数理统计原理,在因子选择标准和在各种资料中提取因子方面作了些探索,月降水量预测质量有了较大提高。     

夏季中国降水型的年代际变化与大气内部动力过程及外强迫因子关系

根据中国160站月平均降水、NCEP/NCAR的再分析资料以及英国气象局哈德莱中心1900～1999年全球1°×1°格点月平均海表温度距平资料,利用物理量诊断、EOF分析等方法,探讨东亚季风区大气环流内部动力过程与大气外强迫因子（海温）年代际变化及对中国夏季降水型的影响。分析发现,中国东部地区、西北地区夏季降水型有各自不同的年代际变化趋势;中国东部夏季降水型及东亚夏季风环流年代际变化趋势与大气外强迫因子北太平洋中纬度海温年代际变化（PDO）关系密切;中国西北地区夏季降水年代际变化与大气内部动力过程中纬度西风带扰动动能年代际减弱有关。     

非平稳时间序列的区域预测研究

基于重构状态空间理论和嵌入定理,给出一个新的非平稳场时间序列的区域预测方法。该方法将外强迫因子引入到预测模型中,并且将区域内预测相点的周围相点所对应的空间信息也引入到预测模型中。然后利用该方法对33模Lorenz系统得到的"理想"的非平稳场时间序列进行预测实验分析。结果表明,嵌入外强迫因子可以更好地重构出原来的动力系统,有效地提高非平稳时间序列的预测精度;同时引入空间和外强迫信息可以利用空间数据弥补时间序列长度的不足,从而进一步提高预测精度。     

20世纪90年代末东亚冬季风年代际变化的外强迫因子分析

使用NCEP/NCAR、英国气象局哈德莱中心(Met Office Hadley Center)Had ISST以及NOAA提供的再分析资料分析了海温、海冰及雪盖异常对20世纪90年代末我国冬季气温和东亚冬季风(EAWM)年代际跃变的外部强迫作用,同时也对比分析了20世纪90年代EAWM年代际跃变与20世纪80年代EAWM年代际跃变特征和成因的一些差异。结果表明:20世纪80年代中期EAWM的年代际变化特征主要表现为全国一致偏冷型,同时中国近海的海温也偏低;该年代际变化的主要原因来自大气内部动力过程,而海温和海冰的作用不显著。20世纪90年代末EAWM年代际变化的特征表现为东亚北方气温显著偏冷而南方偏暖的南北反相变化分布;EAWM在20世纪90年代末的年代际变化受北大西洋海温和热带太平洋海温的共同影响。北大西洋显著的异常暖海温,激发一个向下游传播的波列,使得西伯利亚高压加强,EAWM加强,从而导致我国北方气温下降;同时,秋冬季北极海冰异常偏少和秋季欧亚雪盖偏多对东亚冬季风的增强也有一定的作用。此外,热带西太平洋的暖海温异常会导致在海洋性大陆地区有异常的辐合和对流增强,引起大气环流的Gill型响应,对流西侧的异常气旋在孟加拉湾至我国西南地区出现南风异常,使得东亚南部地区温度偏高。因此,20世纪90年代末之后东亚温度呈现南暖北冷的分布特征。     

Latitude-Dependent Response of East Asian Summer Monsoon to External Forcing in the Last Millennium

Response of the East Asian summer monsoon(EASM) rainfall to external forcing(insolation,volcanic aerosol,and greenhouse gases) is investigated by analysis of a millennium simulation with the coupled climate model ECHO-G.The model reproduces reasonably realistic present-day EASM climatology.The simulated precipitation variation in East Asia over the last millennium compares favorably with the observed and proxy data.It is found that the features and sensitivity of the forced response depend on latitude.On...     

基于DERF的SD方法预测月降水和极端降水日数

针对动力气候模式对区域或更小空间尺度内的日降水预测技巧偏低的问题,应用最优子集回归 (OSR) 方法对国家气候中心业务化的月动力气候模式 (DERF) 输出的高度场、风场和海平面气压场进行降尺度处理用于降水预测,旨在提高预测准确率。1982—2006年交叉检验结果表明：OSR方法能显著提高降水预测技巧,其中11~40 d改善效果最为显著。在此基础上,应用一步法和两步法两种统计降尺度方法预测极端降水日数,交叉检验结果表明:两种方法均优于随机预测,冬季两步法预测技巧略高于一步法,夏季一步法略优于两步法。综合认为OSR,OSR结合随机天气发生器 (WG) 两种统计降尺度方法对月尺度降水或极端降水日数的预测均具有较高的技巧,可作为短期气候预测的重要参考信息。     

赤道高频纬向风强迫对ENSO事件强度的影响

ENSO强度的影响因子是一个具有争议性的问题.作者探讨了一种理想的赤道高频纬向风强迫对ENSO强度的影响.将该问题转化为一类关于模式参数扰动的非线性最优化问题;基于所用的理论ENSO模式,研究了赤道高频纬向风强迫在调制ENSO强度中的角色.结果表明,对于E1 Ni(n)o和La Ni(n)a事件,存在两类外强迫,一类促进E1 Ni(n)o事件的发展却抑制La Ni(n)a事件的发展,另一类则抑制E1 Ni(n)o而促进La Ni(n)a事件的发展.这两类外强迫的主要区别在于初始相位的不同.相位决定了外强迫对ENSO事件是促进的还是抑制的,而外强迫的振幅和周期则决定了外强迫影响ENSO强度的大小.这些外强迫主要是通过海洋波动对斜温层深度的调节来影响ENSO事件的强度的.     

黑龙江省一次强降水的动力强迫作用分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料、FY-4卫星云图、新一代天气雷达、ECMWF细网格、GRAPES_MESO及NECP的1°×1°再分析资料,分析2019年8月6日08:00至8日08:00,黑龙江省中部和西南部的强降水过程动力机制,以及引发的降水性质和降水分布特征。结果表明:(1)强降水过程共分3个阶段2种性质:与冷涡相连的鞍形场的对流云降水;鞍形场和增强暖锋共同作用的混合云和对流云降水;台风“范斯高”残涡作用下,改变云系移动路径形成的对流云降水。(2)冷涡、副热带高压、台风的相互作用,是该过程产生的根本原因;副热带高压和台风外围暖湿气流配合冷涡冷空气,为强降水提供水汽和不稳定条件;狭窄的水汽输送通道造成了强降水的空间不连续性;低层辐合线为强降水提供触发条件;鞍形场的稳定结构、大小兴安岭南麓强迫抬升、台风系统阻挡延长强降水的持续时间。     

阿勒泰地区夏季降水概念模型及预测模型

在相关普查及分析各因子物理意义的基础上,建立阿勒泰地区夏季降水概念模型及预测模型,结果表明：夏季500hPa高度场,若极涡偏南、偏强,欧洲到里成海、贝湖到蒙古为脊区,西西伯利亚到巴湖为槽区,西太副高西伸北挺明显,北非副高东伸以及伊朗副高北挺明显,有ElNino或LaNina现象出现,加上前期5月降水量偏多,则该地区夏季降水易偏多,反之易偏少。     

用统计集合方法制作全国汛期降水滚动预测试验

以全国160站汛期(6-8月)降水量为预测量,以最新得到的74项环流特征量指数为因子,尝试制作全国160站汛期降水滚动预测.建立模型时考虑了预测量与环流特征量因子序列的显著线性变化趋势,以及预测量与环流因子之间的相关不稳定性,用"滑动相关-逐步回归-集合分析"预测方法,分别建立了2009年全国160站汛期降水量的物理统计集合分析预测模型,并进行了近10年独立样本预测试验分析.结果显示:(1)用物理统计集合分析预测方法,以最新得到的74项环流特征量指数为因子,实现了全国160站汛期降水逐月滚动预测,2009年以在5月份制作的滚动预测效果最好.(2)近10年预测试验的空间距平相关系数Acc、业务评分PS和异常级评分TS均高于国家气候中心近年汛期预测业务平均水平.经过不断改进思路和优化具体建模方案,该方法具有较高的业务应用潜力.     

MM5中尺度非静力模式对云南省降水预报检验

根据MM5／V3中尺度非静力模式数值预报结果，检验了该模式在云南2001年汛期（6－10月）的降水预报效果。结果表明，MM5模式降水预报对云南大部分地区的小雨有较高的TS评分，对于全省性大雨过程，MM5模式24小时降水预报的TS评分高于同期预报员的主观预报，但对暴雨及以上量级的降水预报，模式结果不太理想。     

中国夏季降水的组合统计降尺度模型预测研究

现阶段的动力气候模式尚不能满足东亚区域气候预测的实际需求,这就需要动力和统计相结合的方法,将动力模式中具有较高预测技巧的大尺度环流信息应用到降水等气象要素的统计预测模型当中,以改善后者预测效果。本文中所介绍的组合统计降尺度模型,可将动力气候模式预测的大尺度环流变量和前期观测的外强迫信号作为预测因子来预测中国夏季降水异常。交叉检验结果显示,组合统计降尺度预测模型的距平相关系数较原始模式结果有较大提高。在实时夏季降水预测中,2013～2018年平均的预测技巧相对较高,趋势异常综合检验（PS）评分平均为71.5分,特别是2015～2018年平均的PS评分预测技巧达到72.7分,总体上高于业务模式原始预测和业务发布预测的技巧。该组合统计降尺度模型预测性能稳定,为我国季节预测业务提供了一种有效参考。