初始误差和参数误差对混沌系统可预报性影响的比较

利用非线性误差增长理论,以Lorenz系统为例比较研究了初始误差和参数误差对混沌系统可预报性的影响．结果表明：在初始误差和参数误差单独存在时,系统的可预报期限随误差大小的变化规律基本上相同;对于相同的误差大小,初始误差和参数误差对系统可预报期限的影响几乎相同,这一结果基本上不随参数范围的变化而变化．当初始误差和参数误差同时存在时,两者对可预报期限影响所起的作用大小主要取决于初始误差和参数误差的相对大小．当初始误差远大于参数误差时,Lorenz系统的可预报期限主要由初始误差决定,可以不用考虑参数误差对预报模式可预报性的影响;反之,当参数误差远大于初始误差时,Lorenz系统的可预报期限主要由参数误差决定;当初始误差和参数误差大小相当时,两者都对系统的可预报期限起重要作用．在后两种情况下,在考虑初始误差对可预报性影响的同时还必须考虑参数误差的作用．这提醒我们在作实际数值天气预报的时候,不仅要重视初值的确定,也要重视数值模式控制参数的确定．     

基于非线性误差信息熵理论的大气多变量系统可预报性分析

基于非线性误差信息熵理论,通过分析非线性误差信息熵和气候态信息熵随时间演变规律,引进了定量估计大气多变量系统可预报性的联合可预报期限和单变量可预报期限,该期限既适合度量气候态信息熵为常值的可预报性,也适合气候态信息熵随时间变化的情形.利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,计算了非线性误差信息熵和气候态信息熵随时间演变以及相应的可预报期限,并对冬季大气500 hPa温度场、纬向风场和经向风场的各单变量可预报性和三变量联合可预报性进行了分析.结果表明:对于单变量可预报性来说,温度场和纬向风场的可预报性相对较大,经向风场最小,它们的可预报期限具有纬向带状分布特征,尤其是经向风场,其可预报期限在纬向上明显存在3条低值带和4条高值带;对于多变量联合可预报性来说,由于各变量之间相互联系,多变量联合可预报期限不是单变量可预报期限的简单平均或线性组合,其可小于所有单变量的可预报性期限,也可介于各单变量可预报期限之间,且这个特征具有非常明显的区域差异,不同区域具有不同的结果.     

预报方法优劣的序贯比较

在众多的预报方法或预报手段中,选择哪些方法最好呢?这是地震预报工作中的一个重要问题。这个问题的正确解决,可提高地震预报水平。反之,若不解决这个问题,则由于在我们所使用的预报方法中,有些预报方法的效果太差而造成假象,影响了整个预报水平的提高。     

延伸期可预报分量的预报方案和策略

延伸期时间尺度虽然超过逐日天气预报时效理论上限,但仍然存在可预报的气象场特征.本文针对延伸期尺度的可预报分量,提出了有针对性的预报方案和策略.基于大气系统的混沌特性,从误差增长的角度在数值模式中分离了可预报分量和不可预报的随机分量,将可预报分量定义为在预报时段内误差增长较慢的分量,它对初值小的误差不极其敏感.通过在预报过程中滤除随机分量,保留可预报性较高的分量,建立起针对可预报分量的数值模式,避免小尺度分量预报误差的快速增长对预报效果的影响.同时,结合历史资料,利用相似-动力方法对可预报分量的预报误差进行订正,达到减小模式误差和从统计角度考虑随机分量对可预报分量影响的目的.结果表明,该方法能有效提高数值模式对可预报分量的预报技巧,从空间分布上体现为对可预报性较高的地区改进更为明显;从空间尺度上看,改进最为明显的是0波,其次是超长波和天气尺度波,与各尺度的可预报性有很好的一致性.该方法能有效减小可预报分量的模式误差,提高预报技巧,显示出良好的业务应用前景.     

数值模式延伸期可预报分量提取及预报技术研究

针对延伸期尺度的可预报分量,借鉴了CNOP相关算法,形成了在数值模式中提取可预报分量的实用方法和预报技术.从模式预报误差增长的角度将模式变量分为可预报分量和不可预报的混沌分量,将可预报分量定义为在预报时段内误差增长较慢的分量.基于现有的国家气候中心月动力延伸预报业务模式,建立了针对可预报分量的数值模式.同时结合历史资料有用信息,对数值模式的可预报分量,在历史资料的可预报分量中寻找相似场,降低了相似判断过程中变量的维数,进一步对可预报分量的预报误差进行订正.对混沌分量利用历史资料,通过集合预报方法得出其期望值和方差.数值试验结果表明,该方法能有效提高10～30天延伸期数值模式大气环流场的预报技巧,具有良好的业务应用前景.     

基于多种度量的电离层TEC混沌预测分析

利用东经120°,北纬45°上空的2008年年积日101～150 d时间段内共600个电离层格网TEC数据为时间序列样本,分析了该点上空电离层TEC参数的混沌特性,发现其关联维数为2.2632,嵌入维数为5,最大Lyapunov指数为λ=0.0833,表明该点上空电离层TEC时间序列具有混沌的特征,存在混沌现象.采用加权一阶局域法对TEC时间序列进行预测时,在有效预报尺度内,利用各种度量进行预报得到的中误差都随着预报天数的增加而逐渐增大,但预报的相对误差却是在一定幅度范围内上下波动.采用四种距离度量以及皮尔森相关系数和Jaccard相似系数进行预报,其预测结果或者平均中误差较大,或者平均相对误差较大,结果不理想.其中,采用标准化欧氏距离得到的平均中误差最大,达到5.107TECU,而采用皮尔森相关系数得到的平均中误差最小,为5.078TECU;对于平均相对误差而言,由切比雪夫距离得到的平均相对误差最大,为0.185,而Jaccard相似系数得到的平均相对误差最小,为0.166.而采用余弦相似度得到的预测结果,其平均中误差和平均相对误差都很小,分别为5.079TECU和0.167.因此,在一阶局域混沌预测时,采用余弦相似度作为衡量相空间轨迹的差异性是较为合适的.     

非线性误差的信息熵理论及其在可预报性中的应用——以Lorenz系统为例

由于初始误差的不确定性,非线性系统预报误差也是不确定的,信息熵可以度量这些不确定性.本文将动力学的非线性误差增长理论和统计学的信息理论有效结合,提出了基于非线性误差的信息熵概念.非线性误差的信息熵可分为时间信息熵和空间信息熵,其不仅可用来估计系统整体和各分量的可预报性,还可分析系统各分量之间的联系和各分量对整个系统可预报性的影响.以Lorenz系统为例,本文还研究了非线性误差的信息熵在可预报性中的应用,给出了系统整体可预报性的空间分布.结果表明:无论空间信息熵分析,还是时间信息熵分析,Lorenz系统在两吸引子周围和运动空间边缘运动时,系统对初值的敏感性较小,可预报性较高且可预报期限较长.通过对Lorenz系统可预报性的实例分析,验证了非线性的误差信息熵理论在可预报性研究中的可行性和有效性,尤其在估计系统整体可预报性方面,为下一步研究大气不同气象要素的联合可预报性奠定了理论基础.     

降雨输入对实时洪水预报精度与预见期的影响

针对降雨输入不确定性对实时洪水预报影响的问题,本文采用不考虑未来预报降雨、考虑未来预报降雨、考虑预报降雨的降雨量误差和降雨时间误差4种方法,以陕西省两个半湿润流域（陈河流域和大河坝流域）为研究区域,分析不同预见期和不同降雨输入情况下洪水预报的精度.研究表明：相对于不考虑未来降雨情况,考虑未来降雨后在预报预见期较长时对预报结果精度提升较大,在预见期较短时对预报结果精度提升不显著;暴雨中心位置不同对预报精度影响也不同,当暴雨中心位于流域下游时降雨量误差对流量预报误差影响更大;降雨量误差主要影响洪量相对误差和洪峰相对误差,且这种影响是线性的,对确定性系数的影响是非线性的二次函数,降雨时间误差主要影响峰现时间误差.     

地震的概率预报

所谓地震预报，指的是预先知道地震的震中、震级和发生时间。亦可换言之，是在某种前提下，预测地震的发生。把概率用于预测的理由有二：其一，是因为地震现象本身受到不确定因素的影响；其二，是由于我们所掌握的观测预报信息存在着很多的不确定性。因此，进行预报的实际过程，归根结底，是某种条件下的概率预测。由于地震预报具有一定的社会影响，所以，不得不考虑能否将预测结果作为预报公之与众的问题。从这个意义上讲，我们在此将概率预测称之为概率预报。     

调制模式和调制比在地震预报中的意义

本文系统而简略地介绍了调制模式和调制比在地震预报中的应用。它是把外因、震源区在临震前的不稳定性以及前兆显示有机地结合起来预报地震的。该预报思想和方法可操作性强，易于普及，并有一定的抗混沌效果。