基于大尺度模式产品的误差订正与统计降尺度气象要素预报技术

应用自适应卡尔曼滤波方法,对大尺度模式要素预报进行误差订正和降尺度精细化气象要素预报。并通过对订正系数科学选取的研究,改进了滤波方法的应用效果。通过对大尺度模式系统进行误差订正,改善了大尺度模式预报的准确率,提高了模式要素,如2 m温度、10 m风等预报的精度,并基于改善了的大尺度模式预报场和高分辨率观测场,生成降尺度函数,得到高精度的气象要素预报产品,为精细化气象要素预报服务提供了有效的方法。     

月尺度降水可预报性的实验研究

利用信噪方差比探讨了山东省月尺度降水可预报性,发现２～３月、９～１０月不可预报,其它月份可预报性强。一般大气环流系统冬夏转换季节可预报性差。与１３个代表站预报评分进行了比较,发现可预报性指数越高,则实际预报评分也相对较高,两者有较好的对应关系。     

一种月尺度单站预报方法研究

介绍一种月尺度单站预报方法。通过从前期大气环流的高层、中层环流场及中高层温度场的月平均资料中,提取一组影响单站气候要素变化的信号源,组成多元线性回归模型。同时对同一要素的多个测站进行预报。在对全省10个气候区的业务预报中,经过多年应用。该方法逐步成为短期气候预测的关键决策依据。利用该方法,建立全省14个测站的预报模型,并于2008年3月投入业务使用。利用该模型的预报结果,3—12月预测质量大幅提高。     

基于BP神经网络模型的广西月降水量降尺度预报

应用1961～1998年的山东省40个代表站夏季降水资料及NCAR/NCEP再分析月平均资料,分析了山东夏季降水的气候特征,并对旱涝年的大气环流异常进行了合成对比分析。结果表明:山东夏季降水整体表现为旱涝同步,降水分布呈现由东南向西北递减的趋势。涝年与旱年的环流形势存在明显的差异:涝年,贝加尔湖及其以西地区的位势高度降低,我国东部到日本海的位势高度明显升高。东亚大槽、乌拉尔山阻高、副热带高压位置及强度的变化对山东夏季降水有重要影响。有三支暖湿气流在山东上空交汇,为降水提供了充沛的水汽来源;而在旱年,上述环流特征呈现相反的形势。     

降尺度技术在月降水预报中的应用

着重介绍月动力延伸数值预报模拟技巧较高的大气环流在局域降水方面的降尺度（downscaling）应用。克服动力降尺度和统计降尺度技术的缺点,从动力与统计相结合的角度,给出月尺度大气环流与局地降水之间的关系,该联系有清楚的动力学背景和天气学意义。120个月的历史实况资料回报试验证明了该关系的合理性。T63/NCC月动力延伸形势场集合预报进行中国降水的降尺度应用亦取得了较好的结果。     

东北区夏季月降水数值产品释用预报方法

采用卡尔曼滤波法对国家气候中心的T63动力延伸预报场进行误差订正, 将订正后的预报场用于基于天气系统特征定性判断与相似离度指数定量相似相结合的降水预报模型, 制作东北区51个站点的定量的月降水预报, 并对1996~1998年夏季月降水进行了预报试验, 试验效果较好.     

基于月动力延伸预报最优信息的中国降水降尺度预测模型

利用国家气候中心月动力延伸预报结果、NCEP/NCAR再分析资料和中国160个站观测资料,通过计算两次相关的方法,获取最优预报信息作为建立降尺度预测模型的预测因子,提取的最优预测因子同时满足既是观测环流要素场影响降水的关键区域,又是模式要素场预报的高技巧区域两个条件.结合挑选出的最优预测因子,利用最优子集回归建立月平均降水的降尺度预测模型.文中设计了消除预测因子和预测量的线性趋势值后建立预测模型(方案1)和直接利用原始资料建立预测模型(方案2)两种方案.经过独立样本检验,发现这两种方案建立的预测模型都能够提高月尺度降水预测,方案1对月尺度降水预测的距平相关系数平均可达0.35.利用该方案对超前时间分别为0、5、10 d的月动力延伸预报产品进行月降水的降尺度预测表明,模式初值信息不仅影响月动力延伸预报结果,也影响降尺度应用效果,利用超前时间为0和5 d的月动力延伸预报结果进行降水降尺度预测可在业务中参考.此外,降尺度预测模型中选取的预测因子不仪在统计上是显著的,同时也具有清楚的物理意义.     

月雨量的相空间相似统计预报试验

本文用昆明１９０１－１９８０年的月雨暴时间序列建立了昆明月雨量的相这代间相似统计预报模式。通过对昆明１９８１－１９９２年共１４４次的预报试验和检验，得出对于适当嵌入的相空间维数ｍ和在一定的提前预报的时间尺度Ｔ内，该模式对昆明月雨量的距平符号报准率可达６０％以上，对于雨季（５－１０月）则可达到７０％以上。技巧评分对全年和雨季则可分别达到８％和１２％以上。     

基于CFS模式的中国站点夏季降水统计降尺度预测

本研究针对中国夏季站点降水,研制建立了基于Climate Forecast System(CFS)实时预测数值产品及观测资料的统计降尺度预测系统。此预测系统选取了CFS模式中当年夏季500 hPa高度场和观测资料中前一年秋、冬季海表面温度场作为预测因子,两因子的关键区分别为泛东亚地区和热带太平洋地区。统计降尺度模型对1982~2011年中国夏季降水的回报效果较CFS模式原始结果显著提高,空间距平相关系数由0.03提高到0.31,时间相关系数在中国大部分地区显著提高,最大可达0.6。均方根误差较CFS模式原始结果明显降低,同时,此降尺度模型较好的回报出2011年汛期降水的距平百分率的空间分布型。     

集合模式定量降水预报的统计后处理技术研究综述

集合数值模式预报已在定量降水预报业务中广泛应用,以获得预报不确定性、最可能预报结果以及极端天气预警。由于集合系统的数值模式不完善,且不能提供所有的不确定性信息,常表现出系统性偏差以及欠离散或过离散（如对于多模式集合）。为此,需要发展统计后处理技术,在尽量保持集合预报解析度的条件下,提高预报的技巧和可靠性。近年来,各种集合预报统计后处理技术得到快速发展。针对定量降水预报,依据技术方法的途径和成熟度将后处理研究归纳为3方面进行总结,包括:（1）不基于统计模型的非参数化后处理,包括集合定量降水预报偏差订正、多成员或模式信息集成以及基于空间分析的对流尺度模式后处理;（2）基于概率分布统计模型的参数化后处理,包括集合模式输出统计和贝叶斯模型平均两种方法框架;（3）考虑预报量的时间、空间和多变量间依赖关系或结构的处理方法,包括参数化和经验连接概率法。最后,讨论发展统计后处理技术需要关注的问题,包括考虑不同来源、不同尺度的多模式信息集成;提供高质量、高分辨率的降水分析资料;发展再预报技术扩充训练样本;基于不同的订正目的和应用场景来使用不同的后处理技术;发展面向海量预报数据、捕捉极端降水以及考虑预报量结构的新技术。      

基于深度学习的气象要素预测方法

针对气象预测内容繁多且影响因素多样的问题,提出了一种基于长短时记忆(LSTM)的气象预测方法.方法能够对繁杂的气象数据进行自动预处理,提取相应的特征信息.通过神经网络的前向训练、长短时记忆反馈学习,经过多隐藏层地自主训练,对能见度、温度、露点、风速、风向以及压力气象信息实现准确预测.通过实验以及与经典机器学习预测方法的...     

基于数值预报产品的地面气温BP-MOS预报方法

在山东省临沂市气象局开发的"中尺度数值预报业务系统"的基础上,利用高分辨率的数值预报产品和地面气温观测资料,建立了地面气温的BP神经网络方法预报模型。检验结果表明BP神经网络模型的气温预报准确率高于逐步回归模型和MM5模式输出的气温预报准确率,可应用于实际预报业务中来制作气温的精细化预报。     

神经网络BP模型用于月降水预报的研究

采用神经网络ＢＰ型三层映射模式，以南京１９４６－１９８５年４０年月雨量为基础序列，确定三层模式的形式。通过不断调整权重系数，作出１９８６年１－１２月的月雨量长期预报，又用同样方法但改用前一个月的实测值报后一个月的月雨量作出１９８６年各月的月雨址预报。平均绝对误差分别为６．０７ｍｍ和５．７３ｍｍ。对１９９４年６、７、８、９月月雨量以４个不同的起始值进行神经网络预测，都得到１９９４年夏季南京特旱的结果，与实测结果相同。     

利用卫星云图变分同化初始场对热带气旋路径影响的数值试验

利用上海台风研究所的东海热带气旋预报模式，讨论用卫星亮温资料变分同化初始温度场及相对湿度场对热带气旋移动路径的影响。结果表明，对400—925hPa模式层的温度场、相对湿度场和温度场的变分同化对热带气旋移动路径预报有较好的实用意义。     

利用卫星云图变分同化初始场对热带气旋路径影响的数值试验

通过奇异值分解方法研究了热带太平洋对流活动(OLR)和海温SST的相互关系。结果表明，两场间具有高度的相关性。赤道中、东太平洋和赤道西太平洋上存在类似偶极子型的两个符号相反的显著相关区。ENSO期间，两区对流活动变化趋势相反，由两者之差建立对流涛动指数COI(Convective activities oscillation index)。并以1997／1998年暖事件和1998／2000年冷事件为例分析了COI在ENSO监测中的作用。分析表明，COI能够较好地反映海气相互作用信息，同其他指数相比，具有一定的优越性，是一个较为完善的ENSO监测指标。     

基于预报误差最小的自回归模型定阶方法研究

以独立样本的平均绝对预报误差最小为依据。进行了自回归定型阶方法的研究。简称ＭＡＰＥ方法。应用ＭＡＰＥ方法及五种常用的定阶方法，对上海月平均温度序列进行定阶试验计算和预报检验。结果表明，ＭＡＰＥ方法是一种效果较好的自回归模型定价方法，并且简单实用。     

风的精细化MOS预报方法研究

利用MM5模式的站点输出产品,采用多元线性和逐步回归的MOS统计方法,预报宁夏25个测站48 h逐时风速、风向,通过对2004年6月~2005年4月近一年的预报效果检验,结果表明:该方法对逐时风速有较强的预报能力,对逐时风向有一定的预报能力,但尚未达到可用程度,还有待于进一步的改进,但都较原MM5模式预报水平有了显著的提高。     

偏北大风的数值预报释用方法研究

本文利用欧洲中心中期数值预报结果，从不同侧面选取因子，建立了日最大平均风速的四种统计预报方程，在此基础上设计了几种集成方法对预报结果进行集成，结果表明，我们设计的最大值－阀值综合集成法取得了很好的效果，特别是2－3天的大风预报准确度较高。     

A STUDY OF NEAR SURFACE WIND PROFILES IN THE HEBEI COASTAL AREA BASED ON OBSERVATIONAL EXPERIMENTS

In order to provide wind profiles for the microscale numerical simulation of wind farm with complex terrain,using the 100 m tower atmospheric turbulence observation experiment data in 2010 in Hebei Province offered by National Climate Center, the variation characteristics of wind profile under the different atmospheric stability conditions are analyzed, and the wind profile expression based on the local similarity theory is established. The results show that:(1) In spring, the occurrence probability of unstable stratification in the Hebei coastal area is as high as 28%, and the probability of stable stratification is more than 43% while, in summer, the probability of occurrence of unstable stratification is as high as 80% with a lower probability for stable stratification; and(2) for stable stratification, the characteristics of atmosphere change is dramatic in terms of the vertical direction, which need to be treated layer by layer.According to the atmospheric turbulence observation experiment data above, under stable stratification, the relationship between the dimensionless velocity gradient and the stability ζ can be expressed as 1 +βmζ, with βm changing with the height: βm takes 4.1-4.3 under 30 m, βm takes 4.6-4.7 between 30-50 m, and βm takes 6.3-6.7 over 50 m.