中国月平均温度的气候噪声和潜在可预报性

利用中国74个测站1960～1991年日平均温度研究了中国月平均温度的气候噪声和潜在可预报性。气候噪声是在Yamamoto等人的思想基础上设计的方法估计的,而潜在可预报性则是用月平均温度的年际变化与自然变化（气候噪声）之比表示的。一般情况下中国月平均温度的气候噪声随纬度和高度增加而增加,并随季节变化而变化。来自西伯利亚和蒙古的变性大陆干冷气团对气候噪声有很大的影响,一般而言,海洋对气候噪声起着调节和减弱作用（除了热带海洋在春秋过渡季节外）。月平均温度的潜在可预报性有较大的季节和区域差异。但总的来说中国月平均温度在α＝0．10的统计显著性水平上是潜在可预报的。这些结果表明由于气候噪声和潜在可预报性有季节和区域的差异,所以不能要求用一个气候模式在任何时候对每一地区都得到满意的结果。要对各月的气候进行预报,需根据不同月份至少不同季节建立区域气候模式可能更有发展前景。     

Zebiak-Cane数值模式的可预报性分析

用Zebiak-Cane(ZC)模式关于热带太平洋海表温度距平(SSTA)的预报资料,从预报误差发展的角度,考察了该模式关于El Ni(n)o/La Ni(n)a事件生长期和衰减期以及正常年份SSTA的预报技巧.结果表明,ZC模式关于ENSO预报的一个最突出的特征是:El Ni(n)o事件生长期SSTA的预报误差存在着明显的季节依赖性,最大预报误差增长通常出现在春季和夏初(AMJ),存在显著的春季可预报性障碍(SPB);对于El Ni(n)o事件的衰减期、La Ni(n)a事件的生长期和衰减期以及正常年份,SSTA预报误差没有明显的季节依赖性.作者比较了ZC模式关于ENSO事件不同发展阶段(生长期和衰减期)以及正常年份SSTA的可预报性.结果表明,La Ni(n)a生长期SSTA的预报最困难;在El Ni(n)o事件、La Ni(n)a事件和正常年份3种情形中,ZC模式关于La Ni(n)a事件的预报技巧最低.用上述动力学方法,进一步考察了ZC模式预报技巧的年代际变化.结果表明,ZC模式在20世纪80年代SPB现象相对较弱,有较高的预报技巧;而在70和90年代,ZC模式预报技巧明显低于80年代,同时伴有显著的SPB现象.     

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。     

月动力延伸预报产品在新疆月尺度降水预测中的应用检验

利用新疆101个气象观测站点逐月降水实况资料和2001~2010年国家动力气候模式产品,进行月动力延伸预报产品的应用预测检验。采用PS评分和同号率对内插预测结果进行效果评估,并与业务评分进行对比。结果表明：月动力延伸预报产品对新疆地区月降水趋势预测Ps评分高于业务评分,而对各月降水距平百分率的同号率差异较大。夏、秋季Ps评分较高,冬、春季PS评分较低,季节转换时预测Ps评分变率较大。     

动力延伸预报产品在广西月降水预报中的应用

利用1958—2005年NCEP/NCAR再分析资料和2003—2005年国家气候中心的动力延伸预报产品, 运用自然正交函数展开 (EOF) 求取预报关键区内的空间特征向量及其时间系数, 结合相似离度方法查找与预报月份相似的个例, 进而作出广西月降水量预报。独立样本试验证明, 利用动力延伸预报产品制作的区域月降水预报比利用前期实况高度距平场相关区域制作的预报效果更好。     

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。     

用500 hPa月高度场作月降水预报所提供的可预报性时空分布

研究了用前期2——4个月500hPa高度场预报后期我国160个测站月降水量所提供的可预报性时空分布特征,结果表明：从空间分布上看,可预报性存在着西北高东南低的空间分布特点。从时间变化上看,4、5、6月降水的可预报性没有8、9、11、12、1月降水的可预报性好。同时,探讨了影响这种时空分布变化的可能原因,指出将500hPa高度场作为对我国降水进行月长期预报的唯一因子,会受到时间和空间上的种种限制,为了提高预报效果,还需要考虑海洋等其它预报因子。     

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     

基于DERF2.0的月平均温度概率订正预报

国家气候中心第二代月动力延伸模式回算资料的分析表明,二代模式月平均温度预报与观测实况仍然存在较大偏差,模式预报有较大改进空间。本文采用非参数百分位映射法对模式月平均温度预报进行概率订正,该方法基于模式集合平均给出的确定性预报,结合模式回算资料各集合成员计算得到的模式概率密度分布,给出确定性预报在模式概率密度分布中的百分位值,并将百分位值投影到观测资料的概率密度分布中,得到模式预报的概率订正值。对订正前后模式预报的检验评估显示,该订正方案不仅有效降低了模式预报与实况的均方根误差（RMSE）,对月平均温度距平分布的预报技巧也有所改善,不同超前时间模式预报的预测技巧评分（PS）和距平相关系数（ACC）均有提升,同时模式预报误差的大小对订正效果无明显影响。从分月的订正预报结果来看,对夏季各月的温度预测技巧的提升整体高于冬季各月。     

南海夏季风强度潜在可预报性的年代际变化及可能原因

基于NCEP/NCAR再分析资料,利用信噪比（SNR）方法研究了南海夏季风强度潜在可预报性的年代际变化,结果表明：南海夏季风强度潜在可预报性在20世纪80年代出现了由潜在可预报性偏低位相向偏高位相的年代际转折。进一步的研究发现,南海夏季风强度潜在可预报性和东印度洋—西太平洋（EIOWP）的海表温度（SST）存在明显的正相关。当EIOWP区域SST年际变率较大时,对南海夏季风影响较强,使得南海夏季风的外部信号增强,从而提高了潜在可预报性;当EIOWP区域SST年际变率较小时,对南海夏季风影响较弱,南海夏季风的外部信号进而减弱,潜在可预报性降低。     

近50年来我国东、西部地面气温和降水变化对比的初步分析

利用1951—2003年我国160个气象站月平均地面气温和降水资料,分析了我国东、西部气温和降水变化趋势的异同,并讨论了其可能原因。结果表明:我国东、西部地区年、季平均气温变化有较好的一致性,降水变化则有一定差异。近50年来,我国东、西部年平均气温均呈升温趋势,降水从1950年代开始减少,至1990年代又增加。东部年平均气温的增暖趋势大于西部,降水受大气环流影响较大。     

有效位能和冷空气活动与台风暴雨增幅的研究

以昆明近百年月雨量时间序列为样本,进行了月雨量的可预报性试验,通过估算和１２年共１４４次的独立预报试验,我们得出：在适当的预报精度的要求下,月雨量的可预报时间尺度约为５个月,于适当嵌入的相空间维数ｍ和在一定的提前预报时间尺度Ｔ内,对月雨量的距平符号预报准确率可达６０％,对于雨季（５－１０月）则可达到６５％。     

城市化进程对重庆都市圈降水空间分布的影响

基于小时分辨率降水过程辨识和评估方法,利用1980—2019年逐小时降水气象观测资料,分析了京津冀、长三角、珠三角、成渝、长江中游、中原、关中平原等七个城市群在城市不同发展阶段降水过程的年变化和月变化布特征。结果表明,城市快速发展期（2000—2019年）,七个城市群降水过程次数呈增多趋势,尤其是2010年之后明显增加;冬季降水过程次数出现从无到有,从少到多的变化趋势;年平均降水时数增长,但过程平均时数缩短;降水过程持续时间3、4月增加,5、6、7月有减少趋势,8、9月为增加趋势;极端+特强+强降水过程逐年累计次数呈增加趋势;极端和特强降水过程次数8、9月份有明显增加趋势,强降水过程3—6月为增加趋势,冬季较强和中等强度降水过程增多。

     

月动力延伸预测模式业务系统DERF2.0对中国气温和降水的预测性能评估

基于国家气候中心第二代月动力延伸预测模式业务系统（DERF2.0）开展的1982～2010 年的回报试验结果和国家气象信息中心提供的669 个台站气象观测资料,利用距平相关系数ACC、平均方差技巧评分MSSS、距平符号一致率R 和短期气候预测业务分级检验Pg 等4 种方法综合评估了DERF2.0 系统对中国的气温和降水的预测性能。结果表明,DERF2.0 模式对气温的总体预测效果较好,对气温的预测性能较DERF1.0 模式有了较明显的提升。与过去全国的短期气候预测业务评分相比,DERF2.0 对气温和降水的预测都有所提高。与气温相比,DERF2.0对降水的预测性能相对较差,对降水的预测水平与DERF1.0 相接近。DERF2.0 对发生在1998 年和2006 年的极端旱、涝个例年也有一定的预测能力,且对气温的预测明显好于降水。从空间上来看,DERF2.0 在西南地区的确定性预测效果较差,模式仍然有很大的改进空间。     

东北夏季气温分区变化特征

对1961-2002年东北夏季气温用REOF方法分解,以此将东北夏季气温的变化区域分为南部、北部、中东部.讨论三个区域夏季气温的变化趋势及年代际变化特点,结果发现三个区域夏季气温年际变化表现为一致的上升趋势,只是升温的幅度有所不同,而年代际变化差异明显,主要体现在各区域回暖具有一定的先后顺序.功率谱分析的结果表明,各分区的周期变化有明显的差异.对全区以及各分区作滑动均方差,发现各分区气温的年际变化幅度存在差异,北部和中东部气温振荡幅度较为一致,南部地区在1990 s之前气温的年际变化较小,1990 s之后气温的振荡幅度明显增大.     

2000年后中国北方东部地区夏季极端降水减少及水汽输送特征

本文研究了1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率的年代际变化特征,并进一步分析了该地区极端降水和普通降水的大气环流和水汽输送的差异。主要的研究结果表明:1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率在2000年前后发生显著年代际变化,2000年后夏季极端降水天数和极端降水贡献率显著减少。与1984～1999年相比,2000～2016年在对流层高层从欧洲大陆、中亚到东北—蒙古地区,位势高度异常呈现出“正—负—正”的大气波列,从而造成北方东部地区上空为正压的位势高度正异常控制,伴随着下沉运动,大气层结趋于稳定,这些环流条件不利于极端降水发生。2000年后负位相的太平洋年代际振荡（PDO）和正位相的北大西洋多年代际振荡（AMO）共同加强了北方东部地区上空的正位势高度异常。进一步研究表明,极端降水与普通降水的水汽输送和收支以及关键的局地大气系统存在着显著差异,较普通降水而言,极端降水在南北向水汽输送和收支上更强;北方东部地区低空为较强的闭合低压控制,并不断受到高层高位涡空气下传的影响。     

中国西部冬季降水年际与年代际变化的水汽输送差异

中国西部地区是著名的气候脆弱区,降水的多寡对其影响十分巨大。尤其是在全球变暖的背景下,西部地区的增暖、增湿异常显著,随之而来的西部地区气候变化也越来越受到关注。本研究主要分析了中国西部地区冬季降水的时空变化特征,结果表明:该地区冬季降水的最主要模态具有全区一致变化的特点,并且在20世纪80年代中期出现了一次显著的年代际突变,突变之后中国西部地区冬季降水明显增多。大气环流和水汽输送的分析结果显示,引起西部地区冬季降水年际和年代际变化的因子有着明显的差异。其中西风带水汽输送是影响西部地区冬季降水年代际变化的主要原因;而影响西部地区冬季降水年际变化的水汽则主要来自于阿拉伯海西南向的水汽输送;而且在不同年代际背景下,影响中国西部地区冬季降水的主要水汽输送通道是一致的。这些说明西部降水的预测必须要分不同时间尺度进行研究,短期气候预测需要综合考虑年际变化、年代际变化以及气候长期变化背景才会更为合理和可行。另外,西部降水年际变化因子在不同年代际背景下的稳定性,为建立该地区持续稳定的年际预测模型奠定了科学基础。     

中国长序列资料测站月降水、月均温相关联系的稳定性分析

选取我国长序列资料测站点中月降水与月均温资料较全的6个站点：西安、广州、汉口、沈阳、重庆、上海,以10a为一次成组实验,时域分辨率定为季,计算出各季月降水与月均温的相关系数,然后用相关分析和贝努里概型分析月均温与月降水之间的相关联系,初步得出我国长序列资料测站点春、夏、秋、冬月降水与月均温的相关稳定性联系。结果表明：①我国月降水与月均温在春、夏、秋、冬季均存在相关关系,以夏、秋季节最显著且为负相关,故我国常见干热或湿凉型夏、秋季;②我国华南地区春季月降水与月均温负相关关系显著,故常呈现干热或湿冷型春季;西北地区冬季月降水与月均温负相关关系较为明显,常呈现干热或湿冷型冬季。     

长江梅雨的长期变率与海洋的关系及其可预报性研究

采用最新发布的梅雨国家标准资料,以长江区域梅雨为代表,在分析区域梅雨的多时间尺度变化特征的基础上,从海洋外强迫影响因子角度探讨了梅雨的可预报性来源,进一步综合海洋背景变率和预测模型回报试验讨论梅雨异常的可预报性。结果表明:（1）长江梅雨呈现周期为3-4、6-8、12-16、32、64 a的多时间尺度变化分量和长期减少趋势。其中,3-4 a准周期变化是梅雨异常变化的主要分量。梅雨的干湿位相转变受12-16 a的准周期变化调制,极端涝年易出现在12-16 a准周期变化湿位相和3-4 a变化分量峰值位相叠加的情况。（2）长江梅雨的各准周期变化分量有不同的海洋外强迫背景,是梅雨可预报性的重要来源。与时间尺度较短的年际变化分量相关联的海温关键区主要分布于热带,而与时间尺度较长的年代际或多年代际变化分量相联系的海温关键区则来自中高纬度。3-4 a准周期变化分量的海洋外强迫强信号随季节变化由前冬的ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）转为春末夏初的印度洋偶极子（IOD）。6-8和12-16 a年准周期变化分量的海洋强迫关键区主要位于太平洋。准32和准64 a周期振荡则受北太平洋多年代际变化（PDO）和北大西洋多年代际变化（AMO）的共同影响。梅雨的长期变化趋势则与全球变暖背景及以PDO为代表的年代际海洋外强迫因子相联系。（3）尽管梅雨异常与ENSO的正相关关系呈现减弱趋势,但20世纪70年代以后的梅雨异常年际变化分量的可预报性有所增大。（4）将梅雨各变化分量作为预测对象分别建模,进一步构建梅雨异常预测统计模型。采用该模型对近5年梅雨预测进行独立样本检验,有较好的回报效果,验证了梅雨异常年际分量可预报性的稳定性以及基于多时间尺度分离建立梅雨预测模型的优越性。