动力气候模式预测系统业务化及其应用

动力气候模式是目前国际上开展气候预测的主要工具。经过 8年多的研制、发展和业务化过程 ,国家气候中心已建立起第一代动力气候模式预测业务系统 ,并以此为平台 ,形成了一套包括月、季节到年际时间尺度的动力模式预测业务。 2 0年历史回报试验和 1年多的试验性业务运行结果表明 ,该系统对东亚区域的季节预测具有较好的预测能力 ,其预测结果已经在实际业务中得到了应用 ,并成为我国短期气候预测业务的重要参考依据。该文是对该动力模式系统性能的介绍 ,也是对国家“九五”重中之重课题的加强课题“短期气候预测综合动力模式预测系统业务化”专题的总结汇报。     

我国短期气候预测业务系统

中国第一代短期气候监测、预测、评价和服务业务系统主要由6个部分组成：数据库、动力气候模式系统、气候监测诊断系统、短期气候预测系统、气候影响评价系统与气候应用服务系统。在建立短期气候业务系统过程中，主要获得了三方面的成果：第一，揭示出影响中国气候异常的最强气候信号是厄尔尼诺事件、高原积雪和季风；第二，发展并建立了复杂的全球与区域动力气候模式预测系统，该系统包括T63L16全球大气环流模式、高分辨率区域气候模式、T63L30全球海洋模式和海冰模式、太平洋和印度洋高分辨率海洋模式和厄尔尼诺预测模式；第三，在高性能计算机和网络的支持下建立了完整的业务应用系统，不仅可提供短期气候预测信息，而且可以快速、客观、准确地给出气候变化对水资源、农业、林业、交通、电力、重大工程等国民经济重要部门和关键地区的影响，及时为决策部门提供决策服务。1998年开始应用以来，国家和大区两级整体预报水平比“九五”以前20年平均提高了6％～10％。但对区域性强洪涝事件的预报能力偏低，尚需进一步提高。     

我国短期气候动力预测模式系统的研究及试验

气候和气候异常对我国的国民经济发展具有重大影响,为提高短期气候预测的准确率,研究动力气候模式短期气候预测新技术至关重要.通过近5年的努力,建立了一套出月动力延伸预报模式,海气耦合的全球气候模式(AGCM+OGCM+海冰+高分辨率印度洋-太平洋海盆模式),区域气候模式季和年际尺度的业务动力模式组成的系统.初步把我国的短期气候预测水平由经验统计方法提高到定量和客观分析的水平上.在此基础上,已建成了一个具有物理基础的统计方法与气候动力模式相结合的综合气候预报系统.     

市地级短期气候预测业务系统

利用目前9210通信卫星网络中所获得的气象资料，实现大气环流场资料的自动处理和追加，并在MICAPS平台上进行二次开发，按月、旬、候的方式处理成Micaps系统的4类数据格式，分类存放。建立了本地短期气候预测业务平台。系统由资料训系统、短期气候预测系统、实时监测决策服务系统3个子系统组成。     

陕西省短期气候预测业务系统

系统是有一定物理依据的不同时间尺度的干旱灾害气候预报方法及集成预报方法。选用优良的超长期气候预测方法和国内短期气候预测方法，经过集成制作而成。通过对气象资料序列进行处理、分析，筛选较准确的计算方法，并对计算结果分析，制作短期气候趋势预报。     

单站短期气候预测业务系统

在建立短期气候预测模式类型的基础上,设计了依安县短期气候预测业务系统软件。该系统采用ＱｕｉｃｋＢＡＳＩＣ语言编程,通过人机对话的方式完成对资料的处理和屏幕的编辑,实现了对短期气候预测模式的微机管理和制作结论的自动化     

短期气候预测业务系统的设计

短期气候预测系统的研究是"九五"重中之重攻关项目之一,对于提高气象部门短期气候预测的能力和水平至关重要,是加快气象短期气候预测现代化建设的重要措施.本文利用目前较先进的计算机及其网络技术,对短期气候预测业务系统的设计作一探讨,供同行作参考.     

内蒙古短期气候预测业务系统研究

从4个方面介绍了“内蒙古短期气候预测业务系统”的设计思路、结构,开发过程、业务流程和各模块功能等,为进一步推广和应用奠定基础。     

国家级极端高温短期气候预测系统的研制及应用

目前,国家级旬、月极端高温预测的业务工作尚未展开,国家级极端高温短期气候预测系统的研制为中国高温预测业务提供了一个有效平台.该系统以百分位相对阈值和35°C、38°C绝对阈值作为高温阈值指标,应用月动力预测模式、动力预测与统计降尺度相结合、物理统计相似三种不同的方法,预测未来1～40天的旬、月极端高温发生概率及高温日数,定期滚动发布预测产品.并以相关系数为衡量指标,应用交叉检验方法对三种方法的预测效果进行分析,结果表明不同方法高相关区的空间分布存在差异,在进行高温预测时,应综合各方法高相关区的预测结果给出综合预测意见.对2007年7月极端高温预测个例分析表明三种方法均有一定的预测技巧.     

我国短期气候监测预测业务进展

回顾了我国短期气候监测预测业务发展技术历程,总结了业务的现状和主要进展,根据经济社会发展对气候监测预测服务的需求,分析了气候监测预测业务水平不高和业务能力不能满足服务需求的问题。提出了建立涵盖从延伸期(15到30天)、月、季、年、年际和年代际的时间尺度的无缝隙业务的发展目标和重点任务。     

我国短期气候预测技术进展

经过近60年的发展,我国短期气候预测技术和方法也有了长足进步。近年来,一些新的预报技术和机理认识不断应用于短期气候预测业务。ARGO海洋观测资料的使用大大提高了业务模式的预测技巧,新一代气候预测模式系统已经投入准业务化运行,研发了多种模式降尺度释用技术,多模式气候预测产品解释应用集成系统(MODES)和动力-统计结合的季节预测系统(FODAS)逐渐应用于业务中,大气季节内振荡(MJO)逐步在延伸期预报中得到应用。近年来,对全球海洋、北极海冰、欧亚积雪、南半球环流系统对东亚季风影响的新认识也不断引入到短期气候预测业务中。这些新技术和新认识的应用极大提高了我国短期气候预测的业务能力。     

月动力延伸预报产品在西北地区月降水预测中的释用

利用西北地区较密的163个气象观测站点逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料500 hPa逐月高度场和月动力延伸集合预报500 hPa高度场资料, 进行了气候预报、持续性预报、实况解释检验和月动力延伸预报产品释用预测试验的比较。结果表明:实况解释检验结果的准确率 (PS) 评分最高, 气候预报平均PS最低, 月动力延伸预报解释应用方法略低于实况解释检验, 高于气候预报和持续性预报。PS的空间分布表明, 月动力延伸预报解释应用结果和实况回报试验的分布非常相似, PS最大值分布在青海南部、陇南和陕西大部等各月降水气候值相对较大的地区, PS较小的地方则在新疆部分地区、甘肃河西西部等各月降水气候值相对较小的地区, 西北其他地区PS值相差不明显。此外, 利用密集站点资料进行解释应用的效果高于利用稀疏站点资料的结果, 表明更多观测信息的应用有利于改善预测技巧。     

国家气象中心数值预报业务的进展

在最近的１５年中，国家气象中心的数值预报业务高速度发展，预报模式从北半球模式发展为全球谱模式，并配套建立了资料同化系统和用于降水预报的有限区预报模式，暴雨和台风预报模式正在研制中。目前数值预报时效已延至７天，Ｔ６３９３丙上时的预报水平已优于的数值预报产品的应用技术在不断改进，最高（低）气温下两天ＭＯＳ预报精度已接近预报员制作的综合预报结果。     

Assessment of the Capability of ENSEMBLES Hindcasts in Predicting Spring Climate in China

Using the hindcasts provided by the Ensemble-Based Predictions of Climate Changes and Their Impacts(ENSEMBLES) project for the period of 1980–2005, the forecast capability of spring climate in China is assessed mainly from the aspects of precipitation, 2-m air temperature, and atmospheric circulations. The ENSEMBELS can reproduce the climatology and dominant empirical orthogonal function(EOF) modes of precipitation and 2-m air temperature, with some differences arising from different initialization months. The multi-model ensemble(MME) forecast of interannual variability is of good performance in some regions such as eastern China with February initialization.The spatial patterns of the MME interannual and inter-member spreads for precipitation and 2-m air temperature are consistent with those of the observed interannual spread, indicating that internal dynamic processes have major impacts on the interannual anomaly of spring climate in China. We have identified two coupled modes between intermember anomalies of the 850-hPa vorticity in spring and sea surface temperature(SST) both in spring and at a lead of 2 months, of which the first mode shows a significant impact on the spring climate in China, with an anomalous anticyclone located over Northwest Pacific and positive precipitation and southwesterly anomalies in eastern China.Our results also suggest that the SST at a lead of two months may be a predictor for the spring climate in eastern China. A better representation of the ocean–atmosphere interaction over the tropical Pacific, Northwest Pacific, and Indian Ocean can improve the forecast skill of the spring climate in eastern China.     

土地利用和土地覆盖变化对气候系统影响的研究进展

土地利用和土地覆盖变化（LUCC或LULCC）不仅对人类赖以生存的地球环境有重要影响,同时与人类福祉密切联系。人类活动对气候的强迫不仅包括温室气体排放导致的气候变暖,还通过直接改变地表物理性状以及间接改变其他生物地球物理过程和生物地球化学过程等对气候系统产生深刻影响。作者在此认识的基础上回顾了LUCC对气候系统影响的研究历史,结合新近的研究结果归纳了诸如森林砍伐、城市化、修坝等LUCC活动在区域和全球尺度的气候效应。LUCC具有高度的空间异质性,因此气候系统对它的反馈也具有明显的空间差异。由于全球平均后变化幅度相对区域上的小,LUCC对区域气候影响显著,而对全球气候影响不明显。它对区域气候的影响取决于反照率、蒸散发效率和地表粗糙率等变化的综合效应：在热带地区LUCC主要引起温度升高,在高纬度地区使温度下降。在全球尺度上LUCC导致气候的变暖主要通过减少蒸散发和潜热通量引起陆表水循环的改变,其次通过改变地表反照率导致辐射强迫改变。最后指出目前LUCC在气候变化学科中的研究所存在的问题。在此基础上提出了未来的研究首先需要评估的3个气候指标,并提倡多学科间的相互合作。     

Progress in Climate Prediction and Weather Forecast Operations in China

The current status of weather forecasting and climate prediction, and the main progress China has made in recent years, are summarized in this paper. The characteristics and requirements of modern weather forecast operations are described briefly, and the significance of Numerical Weather Prediction (NWP) for future development is emphasized. The objectives and critical tasks for seamless short-term climate prediction that covers the extended-range (15-30 days), monthly, seasonal, annual, interannual and interdecadal timescales, are proposed.     

一种适用于延伸期过程事件预报的检验方法

基于延伸期过程性天气气候事件预报评估的特点,结合实际科研和业务工作的需求,提出了一种适用于延伸期过程预报的检验方法 (简称PPS方法)。该方法参考了常用的预报评分方法准则,借鉴了命中率、假警报率、欧式距离和动态时间弯曲距离等评估检验方法。利用命中率、假警报率和该方法对实际预报中可能出现的有漏报没有空报和既有漏报也有空报这两类情况的多个实例进行对比分析,表明该方法既能考虑大气随着时间的延长预报效果急剧降低的特性,也考虑了相似时间序列度量不精确匹配和形变的问题。利用该方法对1999—2010年冬季冷空气过程业务预报进行检验,结果表明:该方法能清晰表征延伸期预报时段内冷空气过程预报的准确程度,真实反映了目前延伸期预报准确率较低的现状,有较好的适用性。同时,该方法也适用于其他延伸期过程事件预报的评分,具有较好的应用前景。     

最佳气候相似法及在短期气候预测中的应用

本文采用了最佳气候找相似的预报方法来制作长期天气预报。由于这种方法使用了地面、高空、太阳活动和海温资料,具有长时段,多要素,综合性强的特点,所以预报较客观,对预报年的年景能作出较为准确的判断。由于不同站点资料代表着不同地区的气候背景,因而能分片制作短期气候预测,为解决目前短期预报中小尺度天气难的问题提供了较为详实的气候背景和可靠的预报依据。此方法虽属统计方法,但与中、短期数值预报有某些相似之处,主要体现在预测因子的同时性和连续性,对要素的预测如同数值预报产品的释用。     

国家气候中心MJO监测预测业务产品研发及应用

热带大气低频振荡 (MJO) 和北半球夏季季节内振荡 (BSISO) 对全球范围天气气候事件有重要影响,是次季节-季节 (S2S) 预报最主要的可预报性来源之一。国家气候中心 (BCC) 基于我国完全自主的T639全球分析场数据、风云三号气象卫星射出长波辐射 (OLR) 资料以及BCC第2代大气环流模式系统的实时预报,发展了MJO实时监测预测一体化业务技术,建立了ISV/MJO监测预测业务系统 (IMPRESS1.0),已投入实时业务运行,在全国气象业务系统得到应用。该文着重介绍该系统提供的MJO和BSISO指数监测预测数据和图形产品,并描述了这些业务产品在2015年对MJO典型个例的实时监测预测应用情况。监测分析和预报检验表明,基于我国自主资料的监测结果能够较为准确地表征MJO和BSISO指数的振荡和演变过程,该系统对MJO和BSISO事件分别至少具备16 d和10 d左右的预报技巧。因此,基于IMPRESS1.0的MJO/BSISO监测预测一体化业务产品可为制作延伸期预报提供重要的参考依据。     

成都区域中心动力气候模式产品降尺度应用业务系统

利用动力气候模式(T63)产品进行降尺度解释应用,是目前以及未来开展气候预测的主要手段。本系统基于国家气候中心下发的气候模式产品、NCEP/NCAR 500 hPa高度场、西南区域84个代表站温度降水历年资料,采用动力统计相结合的技术方法,建立了“成都区域气象中心动力气候模式解释应用系统”,该系统以统计降尺度方法在西南区短期气候预测中的业务化应用为目的,实现了统计方法与动力模式相结合的业务化,经过5年业务回报试验和近2年的预测业务运行,结果表明:该系统对西南区域的月尺度温度和降水有较好的预报能力,已成为西南区域气候中心日常业务的主要参考依据。本文主要介绍该系统平台的各子系统性能及采用的技术方法。