延伸期天气过程预报的一种新方法——低频天气图

本文主要介绍低频天气图延伸期预报方法。低频天气图是一种不同于统计学预报方法、数值预报方法和天气学预报方法的延伸期天气过程预报的新方法,可以用于延伸期(10～30 天)天气过程预报。低频天气图的技术要点是大气低频系统(低频气旋和低频反气旋)及其相应的低频气流。低频天气图的天气学意义是能反映造成天气过程的天气系统的生消、维持和移动及其大气环流演变过程。其优越性在于其特性:时间上的周期性(30～50 天)、持续性和空间上的连续性、相似性以及地域上的准定常性,预报天气系统相对容易且时效长。2008～2012 年在上海市气候中心业务应用的结果表明,可以提前15～45 天预报上海地区的强降水过程。     

海河下游延伸期降水过程的低频预测方法

本文对海河下游地区强降水过程与大气低频信号进行了诊断分析,结果表明雨日的低频涡度场在我国存在显著的偶极子型异常分布。根据这一异常分布特征构造了一对低频预报指数Dcurl35和Dcurl12以及相应的延伸期强降水过程的低频预报方法。进一步使用该低频预报方法进行了历史降水过程的回报检验和2014年强降水过程的预报试验,结果证明该方法对海河下游延伸期强降水过程有较好的预报能力,可以实际应用于海河下游延伸期强降水过程预报业务。      

基于低频振荡的西南雨季降水的延伸期预报

采用西南地区站点逐日降水数据和欧洲中心再分析数据,通过滤波、分位相合成等方法,分析了西南地区降水的低频特征及与之相联系的低频环流场演变特征,并采用基于降水自身低频信号和基于降水低频影响因子两种方法建立预报模型进行延伸期预报试验,结果表明：西南地区雨量存在10～20 d和30～60 d的低频变化;低频降水与低频OLR场正、负值区的顺次北移,印度洋北侧850 hPa低频纬向风的转变,500 hPa环流场槽脊的配置以及200 hPa低频气旋、反气旋的交替影响有关;基于降水序列自身低频信号的预报模型可以提前半个月左右给出较为准确的预报结果,而基于低频影响因子的预报模型可以提前20 d左右给出具有一定参考价值的结论,两个模型对于降水偏多年的预报效果好于降水偏少年。     

基于低频振荡特征的夏季江淮持续性降水延伸期预报方法

本文利用1981~2008年我国南方地区200站逐日降水量、NCEP再分析资料和NCEP气候预报系统 (CFS) 的模式回算数据, 针对降水低频信号, 分析了江淮地区夏季降水的延伸期可预报性, 并选取对江淮持续性强降水有显著影响的东亚环流指数作为预报因子, 以降水20~50天低频分量作为预报量, 进行了针对江淮地区夏季持续性强降水过程的延伸期预报试验。结果表明, 江淮地区夏季降水具有明显的20~50天周期的低频振荡特征。降水的20~50天低频振荡, 尤其是峰谷值位相的变化与实际降水集中期和中断期的交替有较好的关系, 研究20~50天降水低频分量的延伸预报, 对于江淮地区夏季持续性强降水过程的延伸预报有一定的指示意义。本文尝试提出一种基于大气环流低频信号和数值模式预报产品的动力与统计相结合的预报方法, 以期为江淮地区夏季持续性降水过程的延伸期预报提供参考。     

江苏省汛期强降水过程的延伸期预报试验

针对汛期延伸期降水预报问题,根据大气低频振荡特性,运用低频天气图预报方法,通过分析关键区低频天气系统(低频气旋和低频反气旋)的活动特征,建立低频系统与强降水过程间的对应关系,通过低频系统的活动特征来预报降水过程。在2011年7—9月江苏省延伸期强降水过程预报试验中,低频天气图预报方法的预报效果较好,且预报时效为10~30 d,可以在延伸期业务预报中加以应用。此外,还运用模式统计降尺度方法预报降水落区,为强降水过程的发生提供背景依据和参考信息,具有一定的实用意义。     

江苏省汛期强降水过程的延伸期预报试验

针对汛期延伸期降水预报问题,根据大气低频振荡特性,运用低频天气图预报方法,通过分析关键区低频天气系统(低频气旋和低频反气旋)的活动特征,建立低频系统与强降水过程间的对应关系,通过低频系统的活动特征来预报降水过程.在2011年7-9月江苏省延伸期强降水过程预报试验中,低频天气图预报方法的预报效果较好,且预报时效为10 ～30 d,可以在延伸期业务预报中加以应用.此外,还运用模式统计降尺度方法预报降水落区,为强降水过程的发生提供背景依据和参考信息,具有一定的实用意义.     

低频天气图方法在四川盆地夏季延伸期强降水预报中的应用

利用四川盆地2008~2013年夏季降水量资料以及500hPa风场资料,基于低频天气图方法,通过分析影响四川盆地强降水过程的500h Pa低频天气系统的活动规律,对强降水时段对应的低频风序列做经验正交分解,分析低频系统的主要空间分布型及其流场配置。统计降水时段对应的低频系统空间位置、分布及持续出现频数,划分出与预测区域降水过程密切关联的8个低频关键区,主要包括中低纬的西太平洋副热带高压及台风的主要活动区(1)、南海附近地区(2)、阿拉伯海和孟加拉湾附近地区(3),中高纬的蒙古至河套附近地区(5)和青藏高原及其以北的低频系统集中区域(6)这五个活跃关键区。计算各关键区低频系统历史周期发现低纬关键区(1、2、3)以及高原关键区(6)低频系统的周期都较短,而中高纬关键区(4、5、7、8)低频系统的周期相对较长。建立预测区域强降水过程的低频图预测模型。用此方法对2013年四川盆地延伸期强降水过程进行预报试验,发现预测6~7月上中旬的强降水过程效果较好,但对盛夏高温连晴伏旱时段(7月下旬8月)的预报能力有所下降。      

天气关键区大气低频波延伸期预报方法

针对上海地区强降水过程预报,根据大气低频振荡特性和使用Micaps 700 hPa位势高度场资料,提出了一种新的预报方法——“天气关键区大气低频波延伸期预报方法”,确定了天气关键区的范围和分析了天气关键区的低频变化特征。该方法的重点内容是天气关键区的低频波特征、各关键区低频气流辐合及其与降水过程的联系。2010年该方法在上海春季业务预报中取得了比较好的预报结果,尤其是对重大事件的预报服务。     

湖南省汛期强降水的30~60d低频振荡特征及延伸期预报指数研究

基于1986—2015年湖南逐日降水资料、同期美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)再分析资料,通过分析强低频振荡年的汛期强降水特征和低频环流场演变对强降水的影响,建立了湖南省汛期延伸期强降水过程预报指数。结果表明:(1)汛期33%的强降水过程均发生在具有显著30~60 d低频振荡的年份中,且大多位于低频降水峰值阶段。(2)通过对强低频振荡年进行合成发现,在活跃位相,南亚高压偏强偏东,副热带高压偏西偏强,这种环流配置导致中国南方大部分地区的高层环流为辐散,底层环流为辐合,有利于降水的产生。在中断位相,南亚高压呈东西带状分布且其位置偏西、强度偏弱,副热带高压偏东偏弱,使得向湖南地区输送水汽的西南气流减弱,进入降水中断期。(3)基于低频散度场不同位相的变化特征,选取了与低频降水相关的两个关键区,从而建立延伸期预报指数,该指数对低频降水显著年的强降水回报准确率能够达到73%。(4)前期4月黑潮的海温异常(SSTA)可作为湖南省强低频振荡年的预测指标。     

基于季节内振荡的延伸预报试验

2～4周的延伸预报是近年来国际上天气和气候业务预报发展的一个重要方向。本文以江淮梅雨区降水为例, 在利用集合经验模态分解 (EEMD) 及多变量EOF方法获取梅雨区降水及其影响系统低频信号的基础上, 采用最优子集回归方法、 经验波传播 (EWP) 方法及全球海气耦合模式产品, 对梅雨季节内演变的延伸期预报方法进行了预报和试验, 以期为建立延伸期预报业务提供科学依据。试验结果表明: (1) 大气季节内振荡对梅雨区降水的延伸预报具有重要的应用价值, 可能是联系天气过程和异常的重要系统。(2) 通过EEMD方法提取前期降水演变及影响因子的季节内振荡信号, 采用最优子集回归统计学方法对梅雨区逐候降水量演变进行超前30天预报是有可能的。(3) EWP经验动力方法对热带ITCZ活跃异常的未来40天东传可能具有较好的预报效果, 还可能较好地预报出延伸期的梅雨区风场距平演变, 具有一定应用价值。(4) 全球海气耦合动力模式输出产品在延伸期环流形势趋势预报及20天左右的MJO指数预报方面有一定的参考价值。     

Extended Range Forecast Experiment Based on Intraseasonai Oscillation

2～4周的延伸预报是近年来国际上天气和气候业务预报发展的一个重要方向.本文以江淮梅雨区降水为例,在利用集合经验模态分解(EEMD)及多变量EOF方法获取梅雨区降水及其影响系统低频信号的基础上,采用最优子集回归方法、经验波传播(EWP)方法及全球海气耦合模式产品,对梅雨季节内演变的延伸期预报方法进行了预报和试验,以期为建立延伸期预报业务提供科学依据.试验结果表明:(1)大气季节内振荡对梅雨区降水的延伸预报具有重要的应用价值,可能是联系天气过程和异常的重要系统.(2)通过EEMD方法提取前期降水演变及影响因子的季节内振荡信号,采用最优子集回归统计学方法对梅雨区逐候降水量演变进行超前30天预报是有可能的.(3)EWP经验动力方法对热带ITCZ活跃异常的未来40天东传可能具有较好的预报效果,还可能较好地预报出延伸期的梅雨区风场距平演变,具有一定应用价值.(4)全球海气耦合动力模式输出产品在延伸期环流形势趋势预报及20天左右的MJO指数预报方面有一定的参考价值.     

基于南海夏季风季节内振荡的降水延伸预报试验

利用代表南海夏季风季节内振荡特征的850 hPa纬向风EOF分解的前两个主成分,定义南海夏季风季节内振荡指数,并利用美国国家环境预测中心第2代气候预报系统 (NCEP Climate Forecast System Version 2, NCEP/CFSv2) 提供的1982—2009年逐日回算预报场计算了南海夏季风季节内振荡指数的预报值,用于我国南方地区持续性强降水的预报试验。试验结果表明:利用南海夏季风季节内振荡实时监测指数与模式直接预报降水量相结合的统计动力延伸预报方法,能够有效提高季节内降水分量的预报效果。同时,该方法能够避免末端数据损失,修正了对模式预报降水直接进行带通滤波而导致的负相关现象,并起到消除模式系统误差的作用。     

大气低频振荡研究回顾与概述

文章对大气低频振荡的研究状况进行了概述，回顾了热带和中高纬大气低频振荡研究的发展情况，低频振荡与季风的关系，并叙述了大气低频振荡的起源和维持机制研究概况。     

2011年江西汛期降水低频分量的延伸期预报试验

利用2011年2-8月逐日降水量序列及东亚地区850hPa经向风场资料建立多变量时滞回归(multivariable lagged regression, MLR)模型,对5-7月江西降水10-30d和50-70d低频分量分别进行延伸期逐日预报实验。结果表明：2011年江西降水存在显著的10-30d和50-70d的振荡周期。降水50-70d低频分量延伸期预报技巧明显优于10-30d低频分量延伸期预报技巧,平均预报技巧高达0.86。降水50-70d低频分量延伸期预报可准确预报降水低频位相的正负转换,能为江西延伸期强降水过程发生的时段预测提供预报信号。     

基于MJO的延伸预报

近10年来,2～4周的延伸预报成为天气和气候业务预报发展的一个方向。目前比较有效的方法是根据季节内振荡的传播,尤其是MJO振荡(30～60天周期)的传播来制作延伸期预报。国际上一些天气-气候预报中通过数年的业务试验已取得了初步结果。作者首先介绍了MJO振荡及季风的季节内振荡(MISO)特征,并从季节内振荡与中纬度相互作用的角度讨论了制作延伸预报的理论依据;进一步对延伸预报的可预报性、预报方法及国内外业务应用进展进行了综述,并以江淮梅雨为例探讨了我国延伸预报的可预报性及信号;最后阐述了延伸预报的发展趋势。     

北半球冬半年平流层大气低频振荡特征的研究

利用NCEP/NCAR(1970～1999年)位势高度场和风场再分析资料,通过小波分析的方法,研究并揭示了北半球冬半年平流层大气低频振荡的周期,然后通过滤波等方法,揭示了冬半年平流层大气低频振荡的空间结构、传播规律、地域分布特征及北半球低频遥相关的一些分布特征,并且与对流层大气低频振荡作比较.作者对北半球平流层大气低频振荡进行的系统分析研究结果表明:在北半球冬半年平流层,大气低频振荡十分显著,其振荡周期以60天最为显著,在垂直方向上表现出正压结构特征,在水平方向上表现为一致西传,并且以北极涛动(the arctic oscillation)占据主导地位.北半球冬半年平流层大气低频振荡主要活动区域为北极地区,并且在45°N附近还存在3个活动中心,即欧亚大陆、北太平洋和北大西洋中心.