气候系统可预报性理论研究

介绍了作者近年来关于气候系统可预报性理论研究的一些工作,包括:非线性最快增长扰动理论以及在气候预测的可预报性研究中的应用;从一个新的角度研究了2类可预报性问题,并提出可预报性的3类子问题;根据计算不确定性原理,讨论了模式可预报性与机器精度的关系;探讨了可预报性与时空尺度的关系,建立了可预报性的相对观.     

新疆气温长期变化可预报性的初步研究(二)──分维、可预报期限分析

利用新疆区域50个站30年气温资料，计算了新疆地区逐日气温、逐候气温、逐月气温的分维和平均可预报期限，研究了新疆气温不同时间层次的可预报期限的分布特征，得到一些有意义的结果。     

BCC二代气候系统模式的季节预测评估和可预报性分析

本文利用国家气候中心（BCC）第二代季节预测模式系统历史回报数据,从确定性预报和概率预报两个方面系统地评估了该模式对气温、降水和大气环流的季节预报性能,并与BCC一代气候预测模式的结果进行了对比,重点分析了二代模式的季节可预报性问题。结果显示,BCC二代模式对全球气温、降水和环流的预报性能整体上优于一代模式,特别在热带中东太平洋、印度洋和海洋大陆地区的温度和降水的预报效果改进尤为明显。这些热带地区降水预报的改进,可以通过激发太平洋—北美型（PNA）、东亚—太平洋型（EAP）等遥相关波列提升该模式在中高纬地区的季节预报技巧。分析表明,厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）信号在热带和热带外地区均是模式季节可预报性的重要来源,BCC二代模式能够较好把握全球大气环流对ENSO信号的响应特征,从而通过对ENSO预报技巧的改进有效地提升了模式整体的预报性能。从概率预报来看,BCC二代模式对我国冬季气温和夏季降水具备一定的预报能力,特别是对我国东部大部分地区冬季气温正异常和负异常事件预报的可靠性和辨析度相对较高。因此,进一步提高模式对热带大尺度异常信号和大气主要模态的预报能力、加强概率预报产品释用对提高季节气候预测水平具有重要意义。     

混沌系统单变量可预报性研究

对于n维的混沌系统, 不同变量的可预报性是不同的。为了研究混沌系统中单个变量的可预报性, 本文在以前提出的混沌系统整体的非线性局部Lyapunov指数基础上(李建平等, 2006), 引入了单变量的非线性局部Lyapunov指数及其相关统计量, 进一步完善了非线性误差增长理论。通过应用到几个混沌个例, 结果表明单变量的非线性局部Lyapunov指数及其相关统计量可以用来定量地研究多维混沌系统中不同变量的可预报性, 系统不同变量的可预报性之间不是相互独立的, 而是单个变量的可预报期限与系统整体的可预报期限之比都近似保持一个常数, 但各个变量的常数值有所不同。     

延伸期预报中的可预报性浅析

延伸期（10-30天）预报是无缝隙集约化预报预测业务体系的重要一环,一直以来在防灾减灾科学决策中起着重要作用。然而实际预报中,其准确率较中短期天气预报和气候预测均明显偏低,原因在于随着预报时效延长,预报结果存在明显的不确定性。因此,业务预报中需要充分考虑预报对象的可预报性。本文通过总结延伸期时效可预报性的来源、主流数值模式预报性能的现状,介绍了一线业务中的预报思路及常用的可预报性参考产品,揭示了可预报性理论在延伸期预报中的应用。同时还展望了延伸期预报未来的发展方向。     

因子的可预报性和预报模型适用性研究初探

本文从因子场与预报量场之间的整体相关性着手，通过典型相关分析来提取因子信息，用求得的典型变量作为新预报因子，经试用表明，新因子的可预报性比原因子有明显提高。 在预报模型的选择上，本文提出了依据预报模型对历史样本实际预测精度的优劣来衡量预报模型的预测能力，从而选用对历史样本预测精度较高的预报模型作未来预报。     

季风的模拟和可预报性

季风的模拟和可预报性Ｊ．ＳｈｕｋｌａＭ．Ｆｅｎｎｅｓｓｙ（海洋－陆地－大气研究中心，马里兰州，美国）１前言本文给出了亚洲夏季风的模拟和可预报性的三个结果：亚）在亚洲夏季风环流的建立和印度及邻近区域的降水方面，ＳＳＴ年变程与太阳强迫的年变程同样重要。２...     

大气运动的可预报性

大气运动的可预报性自１９５０年第一张成功的数值天气预报图问世以来。数值预报已经取得了巨大进展、预报水平有了很大提高，预报对象也从大尺度天气系统扩展到多种时空尺度的空气运动。不少先进国家和地区都相继建立起数值预报的业务预报，随着数值预报的业务预报能力不...     

基于最新全球集合预报系统的可预报性评估

为了提供有价值且可靠的概率(或者不确定性)预报,最新的全球集合预报系统已在美国国家环境预报中心日常业务运行,以满足社会需求。通过对各个关键要素的概率预报统计检验,可为广大用户提供这些概率预报的信心指数。但是预报(或集合预报)能力不仅取决于我们使用的预测要素,而且与时间和空间分辨率,极端事件或者高影响天气,以及预报时效有关。以大尺度天气系统预报为例,通常选择北半球500 hPa位势高度距平相关指数或概率指数表征模式的预报能力。如参照北半球500 hPa位势高度的距平相关指数(60%AC)或概率预报技巧指数(25%CRPSS),美国全球集合预报系统能够提供大约10 d的技巧预报。从全球集合预报系统输出的各预报要素,满足不同时空尺度需求的角度进行讨论,其可预报性(或预报极限)能够为模式研发人员、一线预报员和用户提供参考。尤其是对大气可预报性的深入研究,对于从科学与技术角度全面提升数值预报系统水平非常重要。当能够确定可预报性(或是预报误差)的真实来源时,科学家(包括模式研发人员)就能够有针对性地修改与完善。将传统的可预报性研究与改进的能够更客观地表述预报不确定性的集合预报相结合,所得可预报性将提供另一种有价值的参考。可预报性研究总体表明,全球集合预报系统对行星波、大尺度和天气尺度的系统(或者过程)可能分别具备约15、12、10 d的预报能力。对于热带天气过程的预报,如果进一步改善模式偏差和物理参数化过程,其MJO(Madden-Julian Oscillation)预报技巧可以延长至32.5 d。     

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。     

短期气候数值预测可预报性问题

该文利用 IAP L2 AGCM1 - 1模式进行 1 7年 ( 1 980～ 1 996年 )、每年 9个单个积分的集合后报试验 ,采用方差分析的方法对试验结果进行可预报性研究 .结果表明 :在热带地区 ,海表温度 ( SST)异常引起的可预报性较高 ,50 0 h Pa高度场高值区沿热带呈带状分布 ,在热带外仅有部分相对高值区 ;在中高纬度地区 ,春季的可预报性高于夏季 ;一般来说各场的可预报性海洋高于陆地 .在北太平洋春季 ,50 0 h Pa高度场、海平面气压场和表面气温场有一可预报高值区 .在中国区域 ,降水场、海平面气压场和表面气温场的可预报性从我国南海向西北递减 .     

中国夏季降水的可预报性研究

利用５００ｈＰａ高度场资料和中国１６０个站的月降水资料,根据夏季各种降水型的特征,寻找环流型与降水型的同期及前期关系,确定降水分型的物理意义和前期环流型对降水预报的指示意义,对中国夏季降水的可预报性进行了研究．研究发现,王绍武等［２］的降水分型在环流上有较明显的天气学意义,对应的前期环流型在统计上有显著的差异,可以用来作汛期降水预报．高度场与降水场的关系随考察地区和时间的不同有较明显的变化,这表明控制降水的因子各地并不完全相同,同一地区也随时间而变化．研究表明,对于中国东部地区而言,夏季降水的可预报性在不同区域有一定差异,比较而言,长江中下游地区的可预报性较其它地区要大一些     

气候变化对海南岛旅游气候舒适度及客流量可能影响的分析

选取温度、湿度、日照、降水、风速等相关的气象要素,建立表征海南岛旅游气候的舒适度的旅游气候指数计算模型,利用1981—2010年海南岛气候数据和RCP4.5情景下的预估数据,分析1981—2010年、2011—2040年、2041—2070年海南岛旅游气候指数的空间分布规律。结果表明:表征海南岛旅游气候舒适度的旅游气候指数在不同月份发生明显变化;2011—2040年、2041—2070年海南岛旅游气候指数在温度和降水增加的情况下,与1981—2010年平均水平相比,1月适合旅游活动的舒适水平提高,TCI指数大于70的分布范围增加;在4、7、10月,适合旅游活动的舒适水平降低,TCI指数小于59的分布范围增加。同时选取吸引指数和旅游气候指数,选择海南岛5个旅游客流量较大的海口、三亚、万宁、儋州、五指山,建立海南岛气候-旅游流模型;利用RCP4.5预估数据,在假定旅游吸引指数不改变的情况下,以海南岛的热点城市海口、三亚为例,分析了气候变化情景下旅游气候指数的变化对各月客流量的影响情况,结果表明:随着旅游气候指数的减小将导致该月接待过夜游客数量呈下降趋势。     

碳循环及对气候变化和人类生存环境的影响

碳循环及全球变暖已成为影响气候变化、人类生存环境和经济共同发展和安全的重大问题,引起了全球科学、政治、外交政策等部门的重视。本文着重探讨碳循环的由来、生态系统与碳循环的科学相关、在碳循环方面,中国需要解决的问题和科学技术方法以及碳循环系统的科学研究方法和改进等问题。     

混沌系统的局域特征与可预报性

讨论了混沌系统的时间和空间的局域特征。首先分析了研究时间和空间局域特征的必要性。接着引进了有限时间不稳定和局域时间不稳定的概念，并对有关的计算问题进行了研究。对Ｌｏｒｅｎｚ系统的具体计算表明，随着轨线在混沌吸引子上的演变，局域不稳定特征有很大的变化，相应误差增长也有很大的变化。相应于误差迅速增长的轨线部分局限于很有限的相空间范围内，而且同误差增长缓慢的轨线部分占据的相空间区域截然可分。每一个例的可预报性依赖于轨线在相空间中所处的区域。混沌系统的这种局域特征可以是导致个例业务预报技巧之间有很大差别的主要原因。     

ENSO引起的短期气候异常变化的潜在可预报性的数值研究

本文用大气环流模式研究了ＥＮＳＯ引起的全球短期气候异常变化的潜在可预报性。大气对ＥｌＮｉｎｏ／ＬａＮｉｎａ事件的响应应分为瞬时响应和迟后响应。最后探讨了这种潜在可预报性形成的可能机理。     

气候变化对中国国家安全的影响

基于政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告和2007年中国发布的气候变化国家评估报告的结果,整理、分类和提炼出关系中国国家安全的气候变化要素及其影响的演变趋势和区域响应特征,并分析其产生的安全后果.结果表明,基础设施的损毁、基础自然资源的缺失以及人民生命财产损失是气候变化产生的三个关键社会经济影响.气候变化...     

中国区域月平均温度和降水的模式可预报性分析

基于中国台站降水和温度观测资料、中国气象局国家气候中心月动力延伸预报的回算和预测结果讨论了中国区域月平均温度和降水模式可预报性的时空变化特征。文中以持续性预报来表征中国区域月平均温度和降水受外强迫影响下的可预报性,持续性预报技巧存在明显的年际和年代际变化特征;春末夏初和秋季预报评分相对偏低;在中国区域气候变暖和平均降水强度极值增加的背景下,温度的持续性预报评分有明显提高,降水的持续性预报略有下降。月动力延伸预报对月降水和温度的预报能力也存在明显的年际和年代际变化特征;与持续性预报相比,月动力延伸温度预报总体优于持续性预报,降水预报在初春略差,温度预报在8月相对最低。近20余年,月动力延伸预报相对于持续性预报的温度和降水的均方根误差技巧均大于零,其年际变化表现为模式对降水的预测略有提高。两种预报评估结果的空间分布分析表明月动力延伸预报达到显著性水平的正相关区域总体上比持续性预报的范围大,并基本涵盖了持续性预报的高相关区。原因是可预测信息部分来源于外强迫异常的影响,部分来源于对大气内部动力过程的模拟。     

近百年气候变化与变率的诊断研究

总结了近百年来气候变化与变率的诊断研究结果,包括全球平均气温及降水量、中国平均气温及降水量,以及ENSO及QBO.指出全球有变暖趋势,1980年代是最暖的10年。但中国的情况有所不同,1920年代及1940年代最暖,而1980年代接近常年。全球降水量有增加趋势,但气温与降水的10年尺度变化并不完全一致。1950年代及1970年代为多雨期,1980年代降水反而减少。中国夏季降水变化的主要特征是冷湿、暖干。1920年代及1940年代是近百年最干的时期。1871-1993年共发生厄尼诺事件28次,拉尼娜21次。气候变暖时厄尼诺强,气候较冷时拉尼娜频率高。1951-1993年赤道平流层纬向风准两年振荡的平均长度为28.7个月,比1950年代末的估计(26.3个月)要长。1951年以前的周期长度可能在29个月左右。未发现QBO与气候变化有明显关系。     

用一种插值方法作短期气候预测的试验

将ｓｈｅｐａｒｄ插值方法运用到短期气候预测中,建立一类非模式预报方法,按照相似原因将产生相似结果的原理来作预报,对云南降水进行了预报试验。结果表明,这种方法与多元回归相比具有良好的预报能力,值得进一步探讨和应用。