混合递阶遗传径向基网络及其在副热带高压预报中的应用

采用遗传算法与径向基网络结合的方法建立了副热带高压特征指数的预报优化模型.针对径向基网络结构和初始参数难以客观确定的不足,引入混合递阶遗传算法同时优化网络结构和参数.该优化方法结合了递阶遗传算法和最小二乘法的优点,具有较高的学习效率.将混合递阶遗传径向基网络用于副高数值预报产品的预报试验和效果比较,结果表明:混合递阶遗传算法优化的径向基网络模型具有较好的收敛效果和泛化能力,对副高指数的预报效果有较明显的改进和提高.     

西北太平洋副热带高压与珠海市后汛期降水的关系

选取1980-2010年月平均的NCEP/NCAR再分析资料、台风年鉴资料及珠海国家地面气象观测资料,通过定义表征西北太平洋副热带高压强度和位置的四个特征指数,采用相关分析、合成分析等方法,发现珠海后汛期降水与副高脊线指数有很好的负相关关系.     

基于径向基函数网络的云自动分类研究

采用 GMS- 5红外 ( 1 0 .5～ 1 2 .5μm)和可见光 ( 0 .55～ 0 .9μm)两通道资料 ,采集了 1 999年 7— 1 0月中国东南沿海 57区、58区和 59区包括晴空在内的 1 2类云目标样本 2 91 2个 ,采样窗尺寸为 8× 8像素 ,随机生成训练和测试两个样本子集。对径向基函数网络 ( radial base function neural network,RBF)在云分类问题研究中的应用价值进行了全面的测试与分析 ,得到了肯定的结论 ,提出了优化设计的方法。对6类云型分类试验 ,平均正确率为 86 % ;对 1 1类云型分类试验 ,平均正确率为6 7%。采用自组织竞争神经网络实现寻找 RBF神经网络的隐层神经元中心。在特征空间生成过程中 ,采用小波包分解算法实现模式特征抽出。结果表明 ,小波包分解特征能很好地描述不同云型的差异。     

基于全球大气环流三型分解的西太平洋副热带高压指数的新定义

西太平洋副热带高压（简称副高）活动规律及其变异的动力学机理问题一直是我国气象学家的重要课题。本文针对现有研究和预测中常用的高度场指数不能全面、准确刻画全球变暖背景下的副高演变特征的缺陷,利用全球大气环流三型分解模型中的流函数能够等价描述副高三维空间几何图像的优势,以500 hPa水平型环流流函数的零等值线为客观标准,给出了副高面积、强度、脊线及西伸脊点指数的新定义,并以2018年夏季副高的短期结构演变特征及其与我国东部地区降水之间的关系研究为例,验证了本文新定义副高指数的客观性与合理性。本文利用全球大气环流三型分解模型中的水平型环流流函数新定义的副高指数,不仅从形态上准确刻画了副高的大尺度涡旋环流特征,而且全球大气环流三型分解的动力学、热力学方程组为进一步利用新指数开展副高异常演变的机理研究提供新的理论工具。     

西北太平洋副热带高压的不同指数及其与中国东部夏季降水关系的探讨

本文利用再分析资料与台站降水资料,比较了不同副高指数的变化特征,分析了不同指数与中国东部夏季降水的关系及相应环流变化.结果表明,副高指数可分为三类:绝对强度指数、相对强度指数和南北指数.绝对强度指数有上升趋势,对应5870 gpm等值线向西的扩张;相对强度指数有下降趋势,对应扰动位势0线的缩小;南北指数无明显趋势变化,...     

基于前传式网络逼近的太平洋副热带高压活动的诊断预测

基于前传式神经网络BP算法(BackpropagationNeuralNetwork)和回归模型,探讨了西太平洋副高面积指数同赤道东太平洋海温及赤道纬向风之间非线性分类和映射逼近的建模方法和效果比较.结果表明,前传式网络,特别是回归网络预报模型具有较好拟合精度和预报效果及比较实用的预报时效.     

基于自组织神经网络算法的重庆秋冬季空气污染与天气分型的关系

为了了解重庆秋冬季节空气污染天气的环流特征,利用NCEP再分析资料对污染天气过程地面气压场应用自组织神经网络算法(SOM)进行天气分型,并经过主观对比分析,总结出3类典型天气型:均压型、低压型、高压底部型;其中均压型分为2小类:两冷锋间的均压场、弱高压区的均压场;高压底部型按冷高压中心位置分为3小类:北方高压型、西北高压型、东北高压型。比较分析发现高压底部型大气污染物浓度最高,空气污染最为严重。应用常规观测资料和L波段探空资料分析发现:各类污染天气型表现为地面静风频率高,近地层水平风速小;逆温出现概率高,大气层结稳定,大气边界层高度低等特点。从大尺度环流背景、动力、热力气象条件及后向轨迹模拟分析了3类典型污染天气过程形成原因,为重庆地区空气污染潜势预报及浓度预报提供参考依据。     

基于自组织映射神经网络的吉林省春夏期降水统计模拟研究

利用1997—2015年吉林省春夏期(4—7月)逐日气象站地面观测资料,以气温、气压、相对湿度、水汽压、风速为协变量,建立各站点逐日降水量的基于自组织映射神经网络(Self-Organizing Maps,SOM)的统计预测模型;分析吉林省春夏期的主要天气模态,研究逐日降水和天气模态之间的关系,并基于此关系提出逐日降水量的蒙特卡罗模拟方法。结果表明:SOM对天气模态的分型质量较好,邻近天气模态的累积概率分布较相似,距离较远的天气模态累计概率分布差异较大。各天气模态下无降水的概率与日降水量区间宽度的相关系数为-0. 94,显著性水平小于0. 01。基于降水量累积概率分布,20种天气模态被划分成4类,并与降水易发程度和逐日降水量完全对应。在此基础上,对吉林省24个站点逐日降水量进行蒙特卡罗模拟,并进行预测性能分析。平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)和均方根误差(Root Mean Square Error,RM SE)的中位数分别为3. 12 mm和6. 13 mm,SBrier和Ssig分别为0. 06和0. 51,站点的逐日降水量预测性能整体较好。MAE和RMSE分布呈现东南大西北小,去除降水自然变异差异的影响,所有站点的误差都较小; SBrier和Ssig没有明显的空间分布特征。     

基于自组织神经网络算法的华北区域夏季天气气候学特征

对华北区域的天气气候学研究,有助于理解该区域大气环流场与地面要素场之间的相互联系。利用自组织神经网络算法(SOMs),基于1958—2002年夏季ERA-40日平均海平面气压距平场(MSLPA),对华北区域的海平面气压场进行分型,研究其天气气候特征。36种典型地面环流形势被识别出来,包括强北高南低、强西高东低槽、强西北低东南高和强东部高压西伸4种极端类型,以及它们之间的过渡型。天气型的空间特征分析表明二维自组织图上天气型的对称性体现了华北区域天气气候的一般性特征,而非对称性则体现其独特性。天气型演变特征分析表明高、低压系统越强,或以高压系统活动为主时,华北地区的天气形势相对稳定,反之则转变较快。年际变化分析指示出其中6种天气型出现较明显的年际线性变化趋势。最后,分析天气型相应的降水分布特征,表明区域内不同地区的降水来自不同天气型的影响,地面环流场的细小差别将会造成地面强降水中心位置的较大不同,且地形的影响将进一步放大该差别。上述分析结果采用更完整和更高时间分辨率的资料,定量化地研究华北区域夏季的天气分型特征,拓展其天气气候学研究。研究成果可用于发展客观化的数值模式典型天气过程识别技术,以及作为区域气候情景分析的基础。     

初始涡的结构与尺度对涡旋自组织影响的研究

在涡旋自组织动力学的框架内,实施了9组积分时间为72 h的试验,分析初始涡廓线与初始涡尺度对多涡自组织的作用.试验的初始场上,存在着12个大小不等的β和γ中尺度的涡.若初始涡廓线为高斯型,则这些涡不能自组织形成一个α中尺度的涡;若初始涡廓线为双正弦型、抛物线型或压缩型,则这个α中尺度的涡可以形成.此外,涡廓线不同,三涡流型出现的时间迟早不一,较大尺度α中尺度涡出现的时间也迟早不一.同时,初始涡的半径大小也是影响自组织过程成败的一个重要因素.     

A CHARACTERISTIC CORRELATION ANALYSIS BETWEEN THE ASIA SUMMER MONSOON MEMBERS AND THE WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH

In this paper, by using the pentad-mean NCAR/NCEP reanalysis data for the period of 1958-1997, some characteristic indices of describing the activity of Asian summer monsoon system members are defined and calculated. Based on the above works, a time-lag correlation analysis method is introduced for the correlation analysis between the Asian summer monsoon system and the west Pacific subtropical high (WPSH) area index, and some meaningful interaction processes and characteristic phenomena between them are revealed and discussed accordingly. It is shown that there exists some remarkable time-lag correlations in various degree between the Asian summer monsoon system members and the WPSH area index, and they interact and feedback with each other, which consists of the whole Asian summer monsoon system.     

COMPARISONS OF THE WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND THE SOUTH ASIA HIGH BETWEEN NCEP/NCAR AND ECMWF REANALYSIS DATASETS

Comparisons of the west Pacific subtropical high with the South Asia High are made using the NCEP/NCAR and ECMWF 500 hPa and 100 hPa monthly boreal geopotential height fields for the period 1961 - 2000. Discrepancies are found for the time prior to 1980. The west Pacific subtropical high in the NCEP/NCAR data is less intense than in ECMWF data before 1980. The range and strength of the west Pacific subtropical high variation described by the NCEP/NCAR data are larger than those depicted by ECMWF data. The same situation appears in the 100-hPa geopotential field. These discoveries suggest that the interdecadal variation of the two systems as shown by the NCEP/NCAR data may not be true. Besides, the South Asia High center in the NCEP/NCAR data is obviously stronger than in the ECMWF data during the periods 1969, 1979 - 1991 and 1992 - 1995. Furthermore, the range is larger from 1992 to 1995.     

IMPACT OF THE HEATINC OVER SOUTH ASIA UPON THE SUBTROPICAL HIGH OVER WEST-PACIFIC

A case is reported, during which the Subtropical High over the Western Pacific(hereafter, SHWP in abbreviation)shifted northwestward and met-yu at Chaniiang River valley ended. Several numerical experiments on SHWP activity influenced by the heating over south Asia monsoon area are carried out, and the statistic significance of the results is checked. The results indicate that the enhancement of positive heating over South Asia will motivate a wave-like series of anomaly centers, which propagate northeastward from the maximum heating center.so that a strong positive potential height anomaly center will set up from North China to Japan at Day 3 result in the enhancement of SHWP. Comparison of the influence upon SHWP by the heating over south Asia monsoonarea with that over ITCZ area south to SHWP is also carried out. It is pointed out that the heating over South Asiamonsoon area tends to favor SHWP northward movement while the heating over ITCZ area tends to thvor SHWP westward stretching. As for the time to begin to influence on SHWP, the heating over south Asia monsoon areafavors the enhancement of SHWP atter Day 3 while that over ITCZ south to SHWP effects after Day 5.     

THE POSITION VARIATION OF THE WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND ITS POSSIBLE MECHANISM

Using NCEP/NCAR daily reanalysis data and SCSMEX data, an investigation is carried out of the relationship between the position variation of the west Pacific subtropical high (WPSH) and the apparent heating in June 1998 based on the complete vertical vorticity equation. It is found that the non-adiabatic heating plays an important role in the position variation of WPSH. In comparison with climatic mean status, the vertical change of non-adiabatic heating is stronger in the north side of WPSH in June 1998, but weaker in the south side of WPSH. The anomalous non-uniform heating induces anomalous cyclonic vorticity in South China, areas to the south of the Yangtze and its mid-lower valleys, but anomalous anticyclonic vorticity in the Indo-China Peninsula and South China Sea areas lead to the more southward position of WPSH than the mean.     

西太平洋副高位置变动与大气热源的关系

采用NCEP／NCAR再分析逐日资料和SCSMEX等资料，根据全型垂直涡度倾向方程，研究了1998年6月西太平洋副高位置变动与大气热源的关系。结果表明，副热带地区的非绝热加热对副高位置变化有很重要的作用。与气候平均状况相比，1998年6月副高北侧的非绝热加热垂直变化较常年偏强，而南侧较常年偏弱。这种异常的非均匀加热状况导致我国华南、江南、长江中下游地区呈现异常气旋性涡度制造，而中南半岛大部和南海地区为异常反气旋性涡度制造，使得1998年6月副高位置异常偏南。     

东亚夏季风雨带和西太平洋副高季节变化的耦合特征

利用NCEP／NCAR数据集中1950～1999年4～9月500hPa位势高度和逐日降水率(PRATE)资料，通过奇异值分解，主要探讨了东亚夏季风雨带与西太平洋副高季节移动的耦合关系。分析发现，模态方差的大小只反映模态对整个分析时段和整个分析区域贡献的大小，但对某些时段、某些区域来说，方差较小模态的贡献很大；因而仅以模态方差贡献的大小来判定模态的重要性是不完全的，只有多个模态的配合才能比较全面地揭示两个场的耦合特征。结果表明：东亚夏季风雨带在不同地区的跳跃对应着西太平洋副高的三次突变，不同模态对三次突变有不同的贡献。     

低频位势波与夏季北太平洋副高活动

分析研究表明，夏季西太平洋副高的季节内活动受东太平洋副高变化的影响和制约，这种作用过程与太平洋副热带地区的低频位势中心的西传关系密切，东、西太平洋副高间的遥相关可能通过低频位势波的传播加以联系和实现。     

空间非均匀加热对副热带高压形成和变异的影响Ⅱ:陆面感热与东太平洋副高

在文献［４］尺度分析的基础上,通过对 Ｎ Ｃ Ｅ Ｐ／ Ｎ Ｃ Ａ Ｒ 月平均资料的分析,并利用 Ｉ Ａ Ｐ／ Ｌ Ａ Ｓ Ｇ Ｇ Ｏ Ａ Ｌ Ｓ全球气候模式进行模拟和试验,研究了东太平洋北美地区副热带高压主体的形成及变化规律。基于全型垂直涡度方程的诊断分析指出,北美陆地的表面感热通量是决定该地区副热带高压中心位置及其季节变化的关键因素。数值模拟和敏感性试验进一步表明,夏半年陆面感热加热是导致１０００ ｈ Ｐａ 太平洋副热带高压及５００ ｈ Ｐａ 北美副热带高压形成和变化的最重要原因。     

ABRUPT CHANGES OF THE WESTERN PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND ITS INTERANNUAL VARIATION DURING LATE SPRING AND EARLY SUMMER

1INTRODUCTIONThesubtropicalhighpressureisthemostimportantcirculationsysteminlowlatitudes.ItisthereforeoneofthehighlyconcernedsubjectsformeteorologistsbothathomeandabroadtoaddresstheissueofthewesternPacificsubtropicalhigh(tobesimplifiedasWPSH),especiallyforsummer.Thestudyisroughlydividedintothreeaspects[1]:ThefirstonedealswiththepatternwithwhichtheWPSHvaries,whichstudiestheshape,structure,natureandtemporal/spatialchangesetc.;thesecondonediscussesawidescopeoffactorsgoverningtheactivityof…     

西太平洋副高与华北旱涝的关系

运用月降水量、月平均高度场、西太平洋副高指数和月可降水量资料，用相关及合成分析方法分析了西太平洋副高与华北降水、旱涝环流及可降水量的关系。结果表明，西太平洋副高与华北夏季旱涝有密切的关系，尤其是西太平洋副高脊线位置及西伸脊点。当西太平洋副高偏西偏北时，欧亚上空从高纬到低纬易出现“- -”的遥相关型，华北上空可降水量偏少，降水偏少，易旱；反之亦然。