单站气温信息传递及其可预报性研究

采用信息传递量作为度量气候可预报性的指标，分别讨论了我国各大气候区的１０个代表测站平均气温的可预报性。数值计算表明，各种不同时间尺度信息传递量具有不同的衰减特征，其差异反映出实际气候背景的差异，信息传递量较好地代表了可预报性特征。由于实测的信息衰减与模式信息衰减具有一致性，因此，信息传递可作为检验模式可预报性的有益工具。     

月尺度气温可预报性对资料长度的依赖及可信度

利用全国518个站1960—2011年逐日气温观测资料和160个站1983—2012年月尺度气温客观预测数据,基于非线性局部Lyapunov指数和非线性误差增长理论,研究中国区域月尺度气温可预报性期限对资料序列长度的依赖性。结果表明:气温可预报性期限对资料序列的长度有一定程度的依赖性,在西北、东北及华中地区尤为明显。平均而言,45年的资料序列长度才能够得到稳定合理的可预报性期限。为了验证气温可预报期限计算结果的可信度,将月尺度气温的可预报性期限与客观气候预测方法的预报评分技巧进行对比,发现两者结果非常一致。其中,由观测资料得到的1月气温的可预报性期限明显低于7月,1月客观气候预测方法的预报评分技巧也明显低于7月,且1月 (7月) 预报评分的空间分布型与1月 (7月) 气温可预报性期限的空间分布型较为一致。因此,利用非线性局部Lyapunov指数和台站逐日观测资料分析气温的可预报性期限结果是可信的。     

基于TIGGE资料的东亚地面气温预报的不一致性研究

基于TIGGE资料中欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、美国国家环境预报中心(NCEP)和中国气象局(CMA)3个集合预报系统的地面气温集合预报资料,运用跳跃指数研究了3个集合预报系统中东亚地面气温的控制预报及集合平均预报的不一致性。结果表明,各个集合预报系统地面气温预报的时间平均不一致性指数差异较大。ECM WF时间不一致性指数最小,NCEP次之,CM A最大。另外NCEP的控制预报、ECM WF的控制预报和集合平均预报,这三者的时间平均不一致性指数随预报时效延长而增加,且集合平均预报一致性优于控制预报。而对于CMA预报的不一致性,无论是控制预报还是集合平均预报总体上都稳定地保持在较高的水平。此外,ECMWF的地面气温冬(夏)季预报的不一致性相对较强(弱),且单点跳跃随预报时效延长变化不明显,而控制预报和集合平均预报的异号两点跳跃以及三点跳跃出现的频率总体上随预报时效延长略有增加。     

北京降水缺测资料恢复的研究

利用１９４１－１９８０年北京降水量资料进行了缺测降水量资料恢复的研究，并单月序列使用非线性函数作降水量正态化的变换，然后用预测残差最小逐步回归及对多月序列使用各月降水量变换序列，各月降水量变换序列与各月气温混合序列为因子作缺测资料恢复和用各月缺测资料前后实测资料作简单内插恢复等三种方案进行试验结果表明，以降水和气温作混合因子使用残差最小逐步回归模型有最好的可性。还使用该方案对１８４１－１９５０年缺     

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。     

基于ECC方法的青藏高原冬季气温可预报性研究

选取前期9、6和3个月欧亚大陆地表温度、东北半球500 h Pa高度场、热带印度洋海表面温度和西太平洋海表面温度作为预报因子,使用变形的典型相关分析(BP-CCA)方法,并选取各因子预报效果最好的时期作为关键时期,建立起各因子和青藏高原冬季气温之间的统计降尺度模型。之后用交叉验证和集合典型相关分析(ECC)方法评估模型实际预报能力。进一步用独立样本检验来评估模型更长时间尺度的年际变化预测效果。结果表明,BP-CCA方法能很好地识别出不同因子影响青藏高原的空间模态。其中,温度积雪反照率的正反馈机制体现了欧亚大陆地表温度的可预报性;东北半球500 h Pa高度场环流型不利于高纬的冷空气入侵高原地区;热带印度洋海表面温度反映出典型的印度洋偶极子对高原气温的调控作用;西太平洋海表面温度通过控制副热带高压的位置,从而影响高原冬季气温。各因子预报场和观测场的相关系数在交叉检验和独立样本检验中分别约为0.5和0.3,均有一定的预报技巧。而利用ECC方法能综合各因子所提供的预报信息,从而得出更为可信和稳定的预报。     

日较差分级的北京地面逐时气温预报

统计了不同日较差等级与其相应等级内的逐时气温的气候平均值及逐时气温变量气候平均值,在此基础上客观自动地计算出北京区域的分片逐时气温预报值,由此次生出与气温变化有关的专业气象预报产品,应用于专业气象业务。     

青海省月平均气温潜在长期可预报性的估计

讨论了气候信号与气候噪声的相互关系和月平均气温预报正确率的上限问题。用青海省２５个站逐日气温的多年资料，按３种方法估计了气候信号和气候噪声的方差。结果得出，如果以绝对误差小于均方差的０．６８倍作为预报正确的标准，则青海省月平均气温预报正确率的上限约为６６％￣７２％，冬季与夏季差别不大。     

上海地区最高气温资料的恢复试验

对上海最高气温1924～2001年期间的缺测资料进行了恢复试验,以期通过该个例的研究,探讨我国台站历史资料集中缺测或中断序列的恢复、插补的一般方法.选取使用上海气象观测站的相邻若干台站的最高气温资料,分别用回归分析法、判别分析法和偏最小二乘法,对上海站相应期间缺测资料进行逐年逐月的恢复,并利用交叉检验的均方误差作为恢复效果的评判.结果发现对缺测资料恢复的总效果以偏最小二乘法为最好,因此选用该方法作为资料恢复的主要方法.恢复过程为每次仅恢复某月份、某测站、某年份的缺测资料,恢复后的估计值作为观测值使用,再进行其它缺测资料恢复的新资料集,如此反复地进行,以近期资料开始,逐步向前期资料延拓.这样做的目的是为了使得和后续的观测资料直接连接.     

大气再分析资料中潜在可预报性的特征及其差异

利用1957年9月—2002年8月ECMWF和NCEP/NCAR月平均再分析资料,分别讨论了冬季和夏季SLP(sea level pressure,海平面气压)、500hPa高度、200hPa纬向风和850hPa经向风年际变率的潜在可预报性特征。结果表明:热带地区的潜在可预报性较高,尤其是赤道中东太平洋地区,而中高纬地区的潜在可预报性则较低。比较两套资料潜在可预报性的异同后发现:南半球的差异均明显大于北半球,特别是南极地区;低层变量的差异均大于中高层变量;东亚大陆在冬、夏季均具有一定的潜在可预报性;冬季各变量均表现出东亚冬季风具有较高的年际变率潜在可预报性,且两套资料的差异较小;500hPa位势高度表现的东亚夏季风潜在可预报性在两套资料中较一致,而低层变量(SLP和850hPa经向风)表现的东亚夏季风年际变率潜在可预报性在两套资料中存在较大差异。     

北京最高和最低气温的非对称变化

运用１９４０年以来北京各个月历年逐日最高和最低气温以及年平均气温资料，研究其总变化趋势和年际变化，结果表明：１月份最低气温的线性增加率为４．０８℃／１００ａ；７月份最高气温以－０．２４５℃／１００ａ的递减率线性降低。其结果导致日较差减小。另外揭示了对研究全球增暖有重要意义的事实：１９４０年代增暖主要在白天，１９８０年代增暖主要在夜间。     

处理非线性分类和回归问题的一种新方法 (Ⅱ)——支持向量机方法在天气预报中的应用

将SVM（Support Vector Machine）分类和回归方法首次应用于气象预报试验。利用1990~2000年4~9月ECMWF北半球的500 hPa高度、850 hPa温度、地面气压的00:00 UTC分析场资料，建立四川盆地分区面雨量有无大于15 mm的SVM分类推理模型、四川盆地内单站气温的SVM回归推理模型，进行相应的预报试验，试验结果显示对应的SVM推理模型具有良好的预报能力。     

北京高空温度的统计特征

对１９６１～１９９４年自地面至高空２０ｈＰａ的温度资料进行了统计分析,以了解北京高空气温的季节变化、垂直分布和长期变化趋势。研究发现：以１５０ｈＰａ层为界,其上部和下部的温度变化有着不同的气候特征,如在该层以下各层上的温度年较差为正值,而其上则为负值;近３０余年来,对流层下层温度显著增加,对流层上层和平流层的温度在降低,对流层温度直减率加大     

北京地区雷电定位系统场地误差及其结构分析

本文利用1988,1989两年北京地区雷电定位系统(LLS)探测到的雷电资料,采用作者在文献[10]中提出的参数化方法,分别计算了该系统中各定向仪(DF)的场地误差曲线。结果表明,场地误差曲线不仅是测量方位角的偶周期函数,而且包含着奇周期的成份。同时还表明,同一场地具有相对稳定的误差曲线。 文中还讨论了场地误差产生的原因,并首次提出偶极辐射是产生场地误差的主要原因的观点,推导出了它可能产生的场地误差的函数形式。用此理论可很好地解释实际计算出的各站场地误差曲线的结构特征。     

蒙古高原地面风、压、温场的基本特征

对蒙古国40个气象站1961-1990年平均压、风、温资料作了分析,其结果表明:①冬季地形“中脊线”东西两侧的气候截然不同。西侧自由大气的暖平流很少触到地面,中小型地形的热力差异明显:气压场上为“多中心”,相应的盛行风场为多种多样;东侧为冷平流,可触及地面,中小型地形的热力差异不明显,气压场为相对少变,山脉影响一般形成不了闭合中心,西北风占绝对优势。不同地形坡向间温度差异较小。②夏季,高空控制气流(行星西风)减弱,“中脊线”以东的各地形性气压中心得以发展,向风面为高压(或脊)、背风面为低压,其中“色得格低压”和“克鲁伦河低压”为统流低压,而“呼伦贝尔低压”和“浑善达克低压”为背风下沉低压,干燥少雨成为沙漠区。夏季河套灌区近地层为一高压,其成因与人工灌溉关系极大。气温可用地理要素较好表达。     

PRELIMINARY STUDY OF INDOOR FEATURES OF TEMPERATURE AND HUMIDITY FOR ROOMS FACING NORTH-SOUTH IN WINTER IN A LOW-LATITUDE PLATEAU CITY

Analyzing observations of wintertime air temperature in both indoor and outdoor surroundings in Kunming, a city lying in low latitudes, characteristics of temperature and humidity have been studied for the interior of rooms facing north-south under different weather conditions. Significant warming effect has been identified in terms of lowest and daily-mean indoor temperature in the area of Kunming. The heating amplitude ranges from 7.7°C to 10.0°C and from 4.6°C to 5.8°C for the interior part of rooms facing the south and from 4.6°C to 7.0°C and from 1.3°C to 4.4°C for the interior part of rooms facing the north, respectively for the two elements. The highest air temperature is higher indoor than outdoor for rooms facing the south, but otherwise is usually true for rooms facing the north. Additional findings point out that buildings not only help maintain relatively warm indoor temperature but delay its variation. The diurnal cycle of temperature indoor is smaller and ranges by 40% ~ 48% for south-facing rooms, and by 20% ~ 30% for north-facing rooms, than outdoor, and the highest temperature is about 2 hours late inside the room than outside. It shows how inertly indoor temperature varies. The work also finds that relative humidity is less indoor in southward rooms than in northward ones and difference is the largest on fine days but the smallest when it is overcast. For the diurnal variation, the indoor relative humidity is large at nighttime with small amplitude but small during daytime with large amplitude. The above-presented results can be served as scientific foundation for more research on climate in low-latitude cities and rational design of urban architectures.