延伸期干旱、沙尘暴过程低频方法预报系统简介

对延伸期干旱、沙尘暴过程低频预报系统的整体框架、子模块构成和功能、预报方法、操作步骤及应用情况进行详细介绍。该系统主要有干旱、沙尘暴过程低频方法预报2个子系统,各子系统包括低频天气图、关键区低频曲线2种预报方法。目前中国气象局兰州干旱气象研究所已使用该系统对西北地区东部的干旱过程和沙尘暴过程进行预报,就沙尘暴预报效果来说,2012年预报准确率达到75％,2011年和2013年的预报准确率均达到67％,预报时效达到8～31 d。而对干旱过程的预报效果,2012年预报准确率达80％,2011、2013年分别达75％、67％,预报时效达6～30 d。     

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。     

热带气旋影响下浙江省强降水过程延伸期预报研究

利用2000—2011年NCEP/NCAR水平风场逐日再分析资料以及浙江省逐日降水量资料,基于低频天气图工具,识别出3种与浙江省台风强降水过程相对应的典型低频大气环流型。通过合成分析,划分了与C型环流场和C+SN型环流场相适配的天气关键区。进而结合历史个例,研究了台风强降水期间关键区内低频系统的活动特征,初步建立了热带气旋影响下浙江省强降水过程预报模型,并提出依据模型开展延伸期过程预报的基本思路。对2012年的回报结果表明,模型表现出较好的性能,并针对强降水过程延伸期预报中需要解决的问题,提出了若干思考与建议。     

低频天气图方法在湖南省雨季强降水过程预报中的应用

利用2006—2010年4—6月NCEP/NCAR 500 hPa高度场和700 hPa风场逐日格点资料及湖南省97个地面气象观测站逐日降水观测资料,运用低频天气图方法,确定影响湖南强降水过程天气关键区,分析影响湖南强降水过程的低频天气系统活动周期、变化路径及低频天气系统与强降水过程的配置的基础上,建立了湖南省4—6月延伸期强降水过程预报模型,回报拟合率以4月最高,平均为64.4%;5月次之,平均为54.9%;6月最低,平均为50.7%;10、15、20、25和30 d等不同预报时效的准确率以提前30 d的回报准确率最高。应用于2011年4—6月强降水过程预报,准确率为70%,其中报对7次强降水过程,空报3次,无漏报。     

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。      

江淮流域夏季低频降水的前期预报信号

基于ERA-Interim逐日4时次再分析资料和753站逐日降水资料,对1980-2013年江淮流域夏季降水特征进行分析,探究江淮流域夏季低频降水的前期预报信号,结果表明:1)江淮流域夏季降水受10～30 d低频振荡影响显著,10～30 d低频分量在江淮流域夏季降水中占较大比重.2)200 hPa上,低频降水过程发生前...     

利用天气关键区相似法预测西江流域6月延伸期强降水天气过程

针对西江流域强降水过程预报,采用1960—2017年西江流域135个气象站点资料和北半球500 hPa NCEP/NCAR逐日环流场资料,在多雨年500 hPa大气环流合成分析的基础上,确定影响强降水过程的天气关键区范围。进一步利用关键区形值相似集成方法,通过EOF对环流场进行展开,提取主要特征量及恢复场,与历史同期EOF主要特征恢复场进行对比,寻找最佳形值相似年,并对强降水过程出现时段进行预测。利用该方法对2008年6月西江流域延伸期大雨以上强降水过程的出现时段进行预报试验和近5 a的预测效果检验,结果表明天气关键区相似法对西江流域延伸期降水过程有良好的预测效果,可应用于日常西江流域延伸期强降水过程预报业务中。     

基于改进综合气象干旱指数的2011年和2013年长江中下游干旱低频振荡特征分析

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和地面观测资料,基于改进的综合气象干旱指数（I_C）对长江中下游地区2011年春季和2013年夏季干旱过程的低频振荡特征进行了分析。结果表明：2011年春季干旱过程的主要低频I_C周期为30~60 d,西太平洋500 hPa正异常低频高度场系统的西移、南支锋区上游500 hPa正异常低频高度场系统的东移和北扩、西北地区东部低层低频反气旋的向南移动可能是低频I_C传播变化特征的重要原因。2013年夏季干旱过程的主要低频I_C周期也为30~60 d,西亚和西北太平洋500 hPa正异常低频高度场向我国南方地区移动、孟加拉湾和西北太平洋的低层低频反气旋向西和向北移动与低频I_C传播变化特征有重要联系。     

基于低频振荡的西北地区中西部延伸期降水预报研究

对1980—2014年的NCEP/NCAR 3个层次(200 h Pa、500 h Pa和700 h Pa)多个要素场逐日格点资料进行Butterworth带通滤波,保留周期为30~60 d的低频信号,通过周期分析、双评分标准筛选和最优子集回归方法对2011—2014年全球6—8月各要素场预报日前150 d的低频数据进行逐日外延(至未来30 d)。在此基础上,通过逐步相似过滤方法对西北地区中西部44个台站2011—2012年夏季降水进行10~30 d的预报及效果检验。结果表明:(1)对低频要素场的拟合准确度随预报时效增长逐步降低,后期趋于稳定;且各层次各低频要素相应的大部分关键区通过0.05显著性水平检验;(2)当相似个例中降水个例数≥3时预报当日有降水,其对应的Cs评分最高,44个台站的Cs评分均值为0.585,且Cs评分整体高于气候概率值。因此,利用该预报方法进行降水预报是可行的,可用于实际业务中。     

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。     

与数值模式预报结合的冬季延伸期强降温过程预测方法及业务化应用

首先对NCEP-CFSv2模式预报的2017年1-3月和10-12月1～30天700 hPa 8个关键区低频波效果做了定量评估,然后,在此基础上将模式1～30天低频波预报结果和低频波预测模型相结合,在2018年1-4月和2018年11月至2019年1月对上海地区做了15次延伸期强降温过程业务预测,结果显示：（1）模式预报的关键区低频波位相和演变趋势与实况高度吻合,预报的延伸期（11～30天）关键区低频波与实况相关系数达0.839;预报的延伸期（3～6候）关键区低频波趋势平均准确率达83.3%,准确率为100%的比例高达45.8%。（2）15次延伸期强降温过程业务预测的平均准确率、 Cs评分和Zs评分分别为61.2%, 0.149和0.158,并准确给出2018年年初和年末两次最强降温过程发生时段,预报时效分别为18天和16天,显示出一定的预测技巧;评分结果显著高于未应用CFSVv2模式结果的2015年和2016-2017年1月同期业务预测。     

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.     

2002年夏季东亚地区环流20—30 d主振荡型延伸期预报研究

用2002年3-9月逐日东亚地区850 hPa经向风场资料建立主振荡预测模型(POP),对影响长江下游地区强降水过程的主要低频经向风场(20-30 d时间尺度)的时空变化进行10-30 d延伸期独立预报试验.试验结果表明,在夏半年135次预测中提前20 d预报的相关预报技巧在0.50以上,很好地预报了夏季3次强降水过程对应的经向风的低频变化过程.对20-30 d振荡显著的多年资料预报试验表明,这些预测模型是预报低频环流时空演变的有效工具,对于提高未来3-4周长江下游强降水过程的预报准确率有重要意义.     

2013年初夏长江下游降水低频分量延伸期预报的多变量时滞回归模型

用长江下游降水低频分量和南半球中纬度地区850 hPa低频经向风主成分,建立多变量时滞回归 (multivariable lagged regression, MLR)模型,对2013年6—7月长江下游降水低频分量进行延伸期逐日变化预报试验。结果表明, 20~30 d时间尺度的长江下游低频降水预测时效可达25~30 d。进一步对2001—2012年资料分别构建的MLR模型的历史回报预测试验表明,对于20~30 d振荡较强和正常的年份,南半球中纬度绕球遥相关(south circum global teleconnection, SCGT)波列是预测初夏长江下游低频降水未来30 d变化的显著信号。基于南半球SCGT的发展和演变,对于提前20 d以上预报长江下游地区2013年7月上旬持续强降水过程异常变化过程很有帮助,南半球热带外环流低频变化是影响初夏长江下游地区延伸期强降水变化的重要因子之一。     

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。     

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850 h Pa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10~30 d和50~70 d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10~30 d和50~70 d的振荡周期。降水50~70 d低频分量延伸期预报技巧明显优于10~30 d低频分量延伸期预报技巧,平均预报技巧高达0.86。降水50~70 d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。     

2011年5、6月长江中下游旱涝转折的大气低频特征及其预报

基于国家气候中心2011年5、6月长江中下游降水量、降水过程和气象干旱、洪涝区域等统计资料,以及同期NCEP/NCAR逐日纬向风（u）、经向风（v）和水汽（q）资料,对2011年5、6月长江中下游旱涝转折的大气低频环流特征进行分析。结果表明,气象干旱的5月和暴雨洪涝的6月在大气低频系统分布、低频气流交汇和低频水汽输送等方面有显著不同。5月（6月）我国东部以东洋面,850 hPa等压面先后维持西风带低频反气旋或低频气旋（西太平洋低频反气旋）,导致长江中下游为单一的低频偏南或偏北气流（低频偏南气流与低频偏北气流交汇）。而且5月（6月）从西南-东北和东南-西北的低频-qv（qv）交汇于120 °E,30 °N及其附近地区。长江中下游地区水汽通量散度为辐散区（辐合区）。另外,5月无（6月有）自60 °E,沿30 °N向东传播的低频偏南风与自60 °N,沿120 °E向南传播的低频偏北风在长江中下游交汇。低频环流的不同特征,有利于5月干旱（6月洪涝）的维持。并对此次旱涝转折在延伸期预报（10～30 d）时效内的预报取得较好的预报结果。      

长三角盛夏—初秋强降水的延伸期过程预报探析

针对长三角汛期强降水过程,根据不同降水类型的特性,提出分时段建立低频模型并给出建模流程。综合分析长三角汛期强降水期的低频特性,将低频气旋及反气旋区分划分7个关键区。重点研究盛夏—初秋时段的强降水特征,在总结强降水期低频特征的基础上,借助EOF分解建立延伸期大—暴雨的预报模型:1区或2区有低频气旋维持并发展;6区、7区或5区存在低频反气旋。并且在7个关键区中1、2区的低频气旋及5、6、7区的低频反气旋为主要低频系统,起决定作用,而3区的低频系统为次要低频系统,起辅助作用。利用该模型提前30 d预报出2012年汛期最强降水过程,并分析本次过程的低频系统演变,给出动态演变模型。     

低频环流系统的一种统计预报方法

根据实时MICAPS资料,采用经验正交函数分解和滤波方法,统计分析了欧亚大陆上空700 hPa水汽输送通量流函数和势函数主要低频分量的分布特征。结果表明：存在流函数和势函数低频环流系统变化的关键区。根据关键区环流系统演变,确定了与上海地区未来10—30 d强降水过程相对应的预报指标。以上海地区2010年7月降水过程预报为例,概述了整个预报流程,并从物理机制上证明了低层（110°E,30°N）附近的辐合以及自低空至高空向东倾斜的上升运动是造成该次降水的主要成因。