一个全球海气耦合模式跨季度汛期预测能力的初步检验和评估

文中利用一个全球大气 海洋耦合模式 ,对中国汛期气候异常进行了 1991～ 2 0 0 1年共 11a的跨季度回报试验和检验研究。采用一套多指标的评估方法 ,对该模式的预报性能进行系统的定量评估。结果表明 ,该模式对中国汛期降水和温度及夏季北半球大尺度环流场等都有一定的跨季度预报能力。模式对中国不同区域夏季降水的预测能力有所不同。总的来说 ,模式对中国东部和西部的降水趋势回报较好 ,模式预报好于气候预报和持续性预报。从相关系数指标来看 ,模式跨季度预测夏季温度的技巧在中国西部比中国东部高。     

大气初始异常在跨季度短期气候预测中作用的研究

针对大气初始异常在跨季度短期气候预测中的可能作用,利用中国科学院大气物理研究所9层大气环流格点模式(简称IAP 9L-AGCM)对全球夏季气候进行了30年(1970～1999年)集合回报试验,系统地考察了基于大气初始异常条件下模式对跨季度短期气候异常的可预测性.结果表明,在热带、副热带及高纬都存在气候异常的可预测性区域,说明大气初始场异常本身对跨季度短期气候预测有很重要的影响.相对于全球来说,大气初始异常对跨季度短期气候预测的影响在东亚地区更为显著,其作用不可忽略.通过对典型年份的个例分析发现,在某些气候异常剧烈的特殊年份,春季大气初始异常在我国夏季气候形成中扮演着尤为重要的角色.     

厄尔尼诺衰减年东亚夏季大气环流和降水异常的耦合模式后报试验

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)新一代耦合气候模式(FGOALS)进行了气候异常季节后报试验,通过对1982—2005年7个个例的分析,探讨了厄尔尼诺衰减年夏季东亚大气环流和降水异常发生的物理机制。分析结果表明:FGOALS可以模拟出厄尔尼诺衰减年夏季相关气候场的异常态特征,表现为在西北太平洋为负海温异常,在热带印度洋为正海温异常,从而导致西北太平洋地区大气中低层异常反气旋环流的维持,其反气旋的西南部及西部的偏南及西南气流造成中国长江中下游地区降水的异常增多。在提前3—9个月的预测模拟中,模式可以模拟出气候场的异常演变,随着预测时间的延长,产生局地耦合的西北太平洋海表温度异常信号变弱,使得模拟出的西北太平洋反气旋异常偏弱、中心东移,从而导致影响东亚降水的气候场的异常变弱,降水异常区偏东。模拟结果也揭示出,西北太平洋海表温度负异常是厄尔尼诺异常信号的转换模态,并且,由于局地海-气相互作用,热带海温异常信号可以持续到第2年夏季,从而引起东亚大气环流和降水异常。对于东亚降水的季节预测出现误差可能是模式对ENSO的模拟偏差造成的,随着预测时间延长,模式模拟的厄尔尼诺信号偏弱,这将使得海表温度异常偏弱,同时相关物理场的异常响应也减弱。     

春季海温对中国夏季降水影响的诊断研究和预测试验

文中利用季降水异常集合的典型相关预测模式 ,以全球春季 (3～ 5月 )海温场作为因子场 ,对中国夏季降水场进行了诊断研究 ,并对 1998,1999及 2 0 0 0年这几个典型的中国夏季降水进行了回报试验。结果表明 ,春季海温与中国夏季降水之间存在较好的关系 ,春季海温在较大程度上决定了中国夏季降水雨带及其分布类型。考虑面积因子的集合典型相关预测方案对中国夏季降水具有较强的回报能力 ,此模式不仅能诊断出降水场和海温场中一些比较典型的空间模态和时间变化规律 ,而且可以再现 1998和 2 0 0 0年中国大部分地区的旱涝灾害。揭示了全球春季海温的异常变化在中国夏季 (6～ 8月 )降水异常中的作用。     

Recent Researches on the Short-Term Climate Prediction at IAP－A Brief Review

回顾了近年来在中国科学院大气物理研究所开展的有关短期气候预测研究的进展。第一个短期气候数值预测是曾庆存等利用一个耦合了热带太平洋海洋环流模式的全球大气环流模式作出的。1997年，一个基于海气耦合模式的ENSO预测系统，包括一个海洋初始化方案被建立起来，同时也开展了基于海温异常的东亚气候可预测性研究。利用气候变动的准两年信号，王会军等提出了一个可以显著改进模式预测准确率的模式结果修正方案。为了考虑土壤湿度的初始异常对夏季气候的影响，一个利用大气资料如温度、降水等经验地反演土壤湿度的方法也被建立起来。还通过一系列的数值试验研究了 1998年夏季大水发生当中海温异常和大气环流初始异常的作用。     

IAP PSSCA 两组预测试验的评估及比较 I.降水部分

利用中国科学院大气物理研究所研制的短期气候距平数值预测系统（IAP PSSCA）,　　种版本的大气环流模式：AGCM 1.1和AGCM 1.2,分别以2月11～19日的9天大气观测值为初始场,以给定海温为边界场,对1980～1994年的15年的降水异常进行了两组集合后报试验。对试验结果进行定量评估表明：IAP PSSCA对降水异常具有一定的预测能力,特别是在中国东部受东亚季风及海温异常影响的地区,IAP PSSCA具有较高的预报技巧,其中以东南区域（包括江淮流域和华南地区）最高,尤其是对有洪涝灾害的降水异常年,距平相关系数在0.50左右,接近可供业务使用的要求,说明模式能够抓住在东亚季风区存在的某种物理机制,从而提高了这一地区的预报技巧;另外,两个大气环流模式相比,改进了地表反照率的AGCM 1.2的15年集合平均预测技巧略高于AGCM 1.1,特别是在华北地区,预测效果有明显提高,这表明改进地表反照率从而改进了模式的气候平均态的模拟,能提高气候模式的预测能力,说明较好的陆面过程引入模式对短期气候预测是有益的。     

2005年夏季中国东部气候异常分析--中国科学院大气物理研究所短期气候预测检验

简要比较了中国科学院大气物理研究所对2005年夏季中国降水跨季度预测与实况的异同,并对2005年夏季我国主要雨带及降水偏少区的形成与东亚热带、副热带以及中高纬度大气环流系统的配置进行了分析。对2005年夏季西太平洋副高的异常活动预测不好,这是造成跨季度降水预测有失误之处的主要原因之一。2005年夏季在亚洲对流层中高层,沿着副热带急流轴准静止Rossby波有几次能量传播过程,西太平洋副高的北抬与西伸与副热带急流中Rossby波的活动强度有一定的对应关系,因而产生了亚洲不同地区高影响性的灾害性天气。     

2004年夏季短期气候集成预测及检验

分析了2004年夏季东亚大气环流的主要特点及对我国天气与气候的影响.对可能影响2004年夏季中国降水的主要物理因子及其演变的判断基本正确.跨季度预测指出2004年夏季我国大范围严重洪涝事件的可能性不大,6～8月主雨带可能位于黄河中下游与淮河之间;并较好地预测了影响我国的台风数.对2004年夏季跨季度气候预测中存在的问题进行了初步讨论,以便改进和完善中国科学院大气物理研究所短期气候预测系统.     

IAP PSSCA 两组预测试验的评估及比较Ⅰ.降水部分

利用中国科学院大气物理研究所研制的短期气候距平数值预测系统（ＩＡＰ ＰＳＳＣＡ）,采用两种版本的大气环流模式：ＡＧＣＭ１．１和ＡＧＣＭ１．２,分别以２月１１～１９日的９天大气观测值为初始场,以给定海温边界场,对１９８０～１９９４年的１５年的降水异常进行了两组集合后报试验。对试验结果进行定量评估表明：ＩＡＰ ＰＳＳＣＡ对降水异常具有一定的预测能力,特别是在中国东部受东亚季风及海温异常影响的地区,ＩＡ     

不同区域海温异常对中国夏季旱涝影响的诊断研究和预测试验

利用季降水异常的典型集合相关预测模式, 研究了前期和同期不同季节全球海表温度距平场与中国夏季旱涝的遥相关分布特征以及这种相关型随季节的变化, 揭示了全球海温的异常变化在中国夏季旱涝中的信号特征.研究表明, 全球不同区域海温对我国夏季降水的影响存在着明显的季节差异.全球特定的海温分布可以作为中国夏季旱涝预报的信号因子.选取不同区域及不同时段的海温场作为因子场分别对1998、 1999年这两个典型年份的我国夏季降水进行了诊断研究和预测试验, 并通过不同区域海温的影响权重做集成预测.试验结果表明:不同区域海温的集成预测不仅可以有效地提高预测的准确性, 而且可以揭示不同时段不同区域海温的异常变化在夏季旱涝中的强信号现象.     

城市空气污染数值预报试验

采用城市空气污染数值预报模式系统, 并结合天津市部分气象资料和浓度监测资料对１９９８ 年１ 月１～１５ 日的ＳＯ２、ＮＯｘ和ＴＳＰ浓度进行数值模拟和试预报。结果表明,该模式运行稳定, 计算满足预报时效要求, 对ＳＯ２和ＮＯｘ日均值预报的准确率可分别达到６４％ 和７０％ , 对ＳＯ２逐时预报的准确率为５５％ ～６２％ , 对ＴＳＰ预报的准确率低于ＳＯ２和ＮＯｘ。此次预报试验说明,该模式可作为城市空气污染数值预报的基本模式进行初步应用,但仍需进一步的研究、发展和完善     

Monthly Extended Predicting Experiments with Nonlinear Regional Prediction. Part I: Prediction of Zonal Mean Flow

Systematic errors have recently been founded to be distinct in the zonal mean component forecasts,which account for a large portion of the total monthly-mean forecast errors. To overcome the difficulty of numerical model, the monthly pentad-mean nonlinear dynamic regional prediction models of the zonal mean geopotential height at 200, 300, 500, and 700 hPa based on a large number of historical data (NCEP/NCAR reanalysis data) were constituted by employing the local approximation of the phase space reconstruction theory and nonlinear spatio-temporal series prediction method. The 12-month forecast experiments of 1996 indicated that the results of the nonlinear model are better than those of the persistent, climatic prediction,and T42L9 model either over the high- and mid-latitude areas of the Northern and Southern Hemispheres or the tropical area. The root-mean-square of the monthly-mean height of T42L9 model was considerably decreased with a change of 30.4%, 26.6%, 82.6%, and 39.4%, respectively, over the high- and mid-latitudes of the Northern Hemisphere, over the high- and mid-latitudes of the Southern Hemisphere, over the tropics and over the globe, and also the corresponding anomaly correlation coe cients over the four areas were respectively increased by 0.306-0.312, 0.304-0.429, 0.739-0.746, and 0.360-0.400 (averagely a relative change of 11.0% over the globe) by nonlinear correction after integration, implying that the forecasts given by nonlinear model include more useful information than those of T42L9 model.     

与非线性区域预测方法结合的月延伸预报试验Ⅰ:纬向平均环流的预报

为克服数值模式普遍存在的纬向平均环流预报误差,文中在36a NCEP/NCAR再分析高度场资料的基础上,应用非线性时空序列预测理论的局域近似法构建了200,300,500和700hPa4个等压面上的月尺度逐候纬向平均高度距平场非线性动力学区域预报模型.对1996年12个月所做的预报试验表明,无论是南、北半球中高纬度地区还是低纬度地区,非线性模型的候纬向平均高度预报结果均优于持续性预报、气候预报和T42L9模式动力预报.用非线性结果对T42L9模式月平均高度场预报结果进行订正,则使该谱模式系统性预报误差显著减少,也大大减少了其预报高度场的均方根误差,相应地,高度场距平相关评分也有一定程度的提高,表明纬向平均高度的非线性预报比谱模式动力预报包含了更多的有用信息.     

Monthly Extended Predicting Experiments with Nonlinear Regional Prediction.PartⅠ:Prediction of Zonal Mean Flow

Systematic errors have recently been founded to be distinct in the zonal mean component forecasts, which account for a large portion of the total monthly-mean forecast errors. To overcome the difficulty of numerical model, the monthly pentad-riean nonlinear dynamic regional prediction models of the zonal mean geopotential height at 200, 300, 500, and 700 hPa based on a large number of historical data (NCEP/NCAR reanalysis data) were constituted by employing the local approximation of the phase space reconstruction theory and nonlinear spatio-temporal series prediction method. The 12-month forecast experiments of 1996 indicated that the results of the nonlinear model are better than those of the persistent, climatic prediction, and T42L9 model either over the high- and mid-latitude areas of the Northern and Southern Hemispheres or the tropical area. The root-mean-square of the monthly-mean height of T42L9 model was considerably decreased with a change of 30.4%, 26.6%, 82.6%, and 39.4%, respectively, over the high- and mid-latitudes of the Northern Hemisphere, over the high- and mid-latitudes of the Southern Hemisphere, over the tropics and over the globe, and also the corresponding anomaly correlation coefficients over the four areas were respectively increased by 0.306-0.312, 0.304-0.429, 0.739-0.746, and 0.360-0.400 (averagely a relative change of 11.0% over the globe) by nonlinear correction after integration, implying that the forecasts given by nonlinear model include more useful information than those of T42L9 model.     

利用全球环流模式进行我国汛期短期气候预测的试验

利用OSU/NCC全球大气环流模式耦合全球混合层海洋与海冰模式,采用集合预报的方法,对中国汛期降水进行了1982~1995年共14年的跨季度综合性回报检验研究。结果表明,该模式对我国汛期降水具有一定的跨季度预报能力,对部分地区（江淮至华东沿海、东北部分地区等）有较强的预报能力。     

集合数值天气预报的研究进展

集合预报是目前国外广泛应用的一种新的数值预报技术,国内由于计算条件的限制,集合预报的研究应用起步较晚,目前虽已取得了一些研究成果,但还没有广泛的应用到实际的业务预报之中。集合预报的应用,在天气预报上主要是概率预报,另外在“目标观测”、资料同化等方面也有广泛应用。集合概率预报的一系列适用的验证,增加了概率预报的信度。     

国家气象中心中期集合预报系统概况

随着对大气初值及数值模式存在不确定性的认识以及计算机技术的飞速发展，集合预报已经成为数值预报发展的重要方向之一。本文介绍集合预报的基本概念及初值扰动的特点和国家气象中心集合预报系统的概况。     

2002年夏季气候及汛期实时预测与检验

简要介绍了中国科学院大气物理研究所2002年汛期预测的结果.作者首先利用IAP ENSO预测系统,较好地预测出2002年夏季将有一个强度偏弱的El Nno事件发生;IAP动力学气候预测系统(IAP DCP-Ⅱ)的跨季度预测结果则表明2002年夏季我国华北和东北大部将持续干旱少雨,长江下游和南方大部地区降水较常年偏多;在数值预测的基础上,结合其他的动力统计预测方法,最终得到中国科学院大气物理研究所2002年夏季旱涝趋势的跨季度集成预测结果.与实况比较表明,IAP DCP-Ⅱ预测和集成预报均较好地预测出我国夏季旱涝的大范围形势分布,特别是动力数值预测的效果在我国东部略优于集成预测.至于汛期(6～8月)每天的天气分析研究和数值天气预报,则表明国内外现有的中高分辨率数值天气预报模式均有很好的预测能力,并给出了我国长江流域和华北地区2002年持续性降水的天气学模型.     

与非线性区域预测方法结合的月延伸预报试验I:纬向平均环流的预报

为克服数值模式普遍存在的纬向平均环流预报误差 ,文中在 3 6aNCEP/NCAR再分析高度场资料的基础上 ,应用非线性时空序列预测理论的局域近似法构建了 2 0 0 ,3 0 0 ,50 0和 70 0hPa 4个等压面上的月尺度逐候纬向平均高度距平场非线性动力学区域预报模型。对 1996年 12个月所做的预报试验表明 ,无论是南、北半球中高纬度地区还是低纬度地区 ,非线性模型的候纬向平均高度预报结果均优于持续性预报、气候预报和T 42L9模式动力预报。用非线性结果对T42L9模式月平均高度场预报结果进行订正 ,则使该谱模式系统性预报误差显著减少 ,也大大减少了其预报高度场的均方根误差 ,相应地 ,高度场距平相关评分也有一定程度的提高 ,表明纬向平均高度的非线性预报比谱模式动力预报包含了更多的有用信息