不确定性理论——集对分析在MOS概率天气预报中的应用

概率天气预报的关键问题之一是天气预报的不确定性,而集对分析(SPA)为研究天气预报的不确定性问题提供了新的思路和途径。本文针对概率天气预报的特点,应用SPA中联系度的概念,对数值预报产品的预报因子设立中相关概率区间,进行同异反分析,建立了基于SPA的MOS概率天气预报模型。试验表明,联系度概念的引进增强了概率天气预报模型结构的合理性,提高了用数值预报产品制作概率天气预报的准确率。     

不确定性理论集对分析在预报模型建立中的应用研究

文中应用集对分析原理 ,在模型每次作出预报结论之前先对各预报因子的预报能力进行分析和判断 ,对一些预报能力不强 ,甚至可能干扰预报模型作出正确预报结论的所谓弱势因子 ,进行抑制、甚至消除其影响 ,而让其他预报能力较强的因子来决定预报结论。在每次预报中 ,模型中哪个因子为弱势是不固定的 ,而是随着预报环境的变化而变化 ,也就是说 ,随着环境的变化 ,会有不同因子的作用被抑制或取消 ,从而实现预报模型的因子结构动态优化 ,增强了模型预报机制的合理性 ,提高了模型的预报能力。大量的试验、多年的业务试用以及在数值预报产品释用中的应用例子表明 ,这一方法具有较好的效果。     

基于MICAPS系统的分县综合预报方法

利用 MICAPS系统的通信、资料处理、数据格式转换、图形图像显示等功能对 MICAPS系统进行了二次开发。它包括实时资料自动处理 ,天气分型 ,相似分析、个例分析、反例分析、动态因子计算 ,动态预报模型建立 ,预报结果集成和最终产品分发等功能。利用本系统制作预报方法 ,无需再处理具体繁杂的气象资料 ,只需把预报思路 (如何分型 ,如何消空 ,选用什么因子 ,用什么方法等 )写入相应的模块 ,预报方法即成 ,而且经验完全预报和 MOS预报都同样可实现     

观测降水概率不确定性对集合预报概率Brier技巧评分结果的分析

利用淮河地区652个站点日降水量和参加全球交互式大集合预报计划的中国T213集合预报系统24 h累积降水预报,建立了新的集合预报评分中观测资料的处理方法.该方法基于模式检验的观测资料处理中考虑不确定性的思想,构建了观测概率法和观测百分位法的观测资料处理方法.本文方法和通常数值预报检验观测资料处理方法的模式检验对比分析表明:采用了观测概率法和观测百分位法处理降水观测后,五个降水阈值预报Brier评分检验表明,新的观测资料处理方法使预报的Brier评分分值下降,即预报性能得到提高,尤其在中低降水阈值区域较为明显.Brier技巧评分可靠性和分辨性的分析表明,模式五个降水阈值预报都有预报技巧.新的观测资料处理方法普遍提高了五个降水阈值预报的分辨性,但是降低了可靠性.本研究结果对在今后集合预报评分方法中考虑观测资料不确定性的影响,尤其是对集合预报降水的评估起到非常积极的作用.     

提高粮食产量预报模式稳定性及准确性的探讨

运用气候因子预报粮食产量的多元回归模式在应用中表现不够稳定．本文提出用正常气候条件对作物生长最适气候条件的动态供需分布，对入选因子进行生物学意义的合理性检验，使静态的统计预报模式稳定性明显提高，同时使动态统计产量预报评价模式有了明确的生物学意义，本文还提出了多元回归与时间序列分析相结合的三项式产量预报模型和综合预报方法，产量预报模式的稳定性和准确性平均提高４％以上。     

呼吸道和心脑血管疾病与气象条件的关系及其预报模型

对武汉市4家大医院1994－1998年呼吸道、心脑血管疾病的逐日发病人数与同期气象因子进行了相关分析。结果表明：呼吸道及心脑血管疾病的发病与气温、气压、湿度有着密切的关系，但同一个因子对不同疾病甚至同一类不同种病的作用不尽相同，即使同一个因子对同一种病在不同季节其影响也不完全相同。在相关分析的基础上，运用逐步回归方法建立了春夏秋冬8种疾病的逐日预报模型，并进行了合理的等级划分，经回代和预报检验，预报模式具有较好的预报能力。     

基于非静力模式物理扰动的中尺度集合预报试验

以GRAPES中尺度有限区模式作为试验模式, 从模式的不确定性方面来构造中尺度的集合预报, 重点考虑物理因子与初始条件的扰动作用。针对2004年7月10日北京城区的突发性暴雨过程进行了36 h的集合预报试验。结果表明:GRAPES模式可有效地捕捉到中尺度过程的信息; 中尺度集合预报是可行的, 可改进中尺度暴雨过程落区、强度的预报; 不同集合方案的预报结果各不相同, 同一方案各个成员的预报结果也有差异, 即存在适宜的离散度; 在离散度分析中发现在北京附近存在一个明显大值区, 且在大气中低层的垂直结构表现出一致性, 表明这一区域的预报不确定性很大。从集合检验结果中得到:单纯考虑模式物理扰动来构造中尺度集合预报系统有一定难度, 当加入初始场不确定信息后, 同时考虑模式的不确定性和初始场的不确定性, 有助于捕捉更多的中尺度系统的不确定信息, 有助于构造更为有效的中尺度集合预报系统。     

集合因子预报冰雹方法初探

在分析冰雹天气产生的天气类型、相关要素场分布的基础上，指出一般单因子或组合因子在预报模式应用中的利弊，设计了一种由时间范围、空间区域和物理量特征三者组成的时空动态的集合因子方法，用来制作冰雹预报．同时还对集合因子的设计原理，加工处理，应用检验及预报模型建立进行了探讨。     

数据的熵变换在降水预报中的应用

通过对降水因子的数据进行熵变换，使降水预报因子和预报量之间的复杂非线性关系变为准线性关系，能充分挖掘预报因子的潜在信息，实现统计模型同资料的匹配，提高了预报精度。     

武汉区域分县可能最大降水预报研究

针对强降水过程预报,介绍了一种包含大尺度降水、不稳定能量释放、地形影响作用等因子的可能最大降水预报模型的建立方案。方案利用历史强降水过程资料和精细的地形资料,从暴雨的基本成因出发,构造了多个影响因子,分别设计了不稳定降水方程和地形影响降水方程。通过2007汛期业务试运行表明,同其它模式相比,该模型对暴雨有较强的预报能力,为防汛抗灾提供了可靠的气象决策依据,最大可能降低了暴雨洪涝灾害造成的损失。     

APPLICATION OF STATISTICAL INTERPRETATION TECHNIQUES WITH NWP PRODUCTS FOR OBJECTIVE FORECASTING OF TROPICAL CYCLONE MOTION

Statistical study is first performed of the efficiency of the technique of statistical interpretation using the products of NWP. The result shows that the application of the technique has improved the predictabilily of predictors in objective forecasting of tropical cyclone motion, increased the forecasting skill of models and extended the valid period of forecast. Then a discussion is made of some technical problems in the application in the motion forecasting, suggesting: a large sample of data and perfect forecast method be employed in constructing objective forecast models for tropical cyclone motion, predictors be included that are so finely built that they reflect all synoptic features and physical quantity fields and NWP products be used and corrected that are available at multiple times. It is one of the effective ways to improve the skill and stability of the forecast by composite use of outcomes from various forecasting models.     

Statistical prediction of heavy rain in South Korea

1. Introduction In recent decades, extreme weather events seem to be growing in frequency and risk due to water-related disasters. According to the World Meteorological Or- ganization report (ISDR and WMO, 2004) on World Water Day, 22 March 2004, the economic losses caused by water-related disasters, including floods, droughts and tropical cyclones, are on an increasing trend as follows: the yearly mean in the 1970s was about 131 billion US dollars, 204 billion dollars in the 1980s, and …     

2007年3-5月T213与ECMWF及日本模式中期预报性能检验

我国3—5月冷空气活动频繁,温度变化剧烈,且沙尘天气频发。为检验数值模式的预报效果,积累预报经验,对T213模式96小时预报产品进行检验分析,并与ECMWF及日本模式的预报结果进行对比分析。结果表明:T213、ECMWF及日本模式的中期预报性能均较好。相对地,ECMWF在对中高纬度大型环流的调整及副热带高压主体的预报方面,日本模式在对850hPa温度的预报方面能力稍强。另外,选取2007年5月8—10日发生在我国的一次沙尘天气个例,分析发现T213与ECMWF模式对于引发此次沙尘天气的地面强风的中期预报指示意义较好,日本模式稍差。     

数值预报产品统计释用技术在热带气旋路径客观预报中的应用

首先对应用数值预报产品统计释脾技术的效果进行了统计。结果表明,数值预报产品和技术的应用改善了热带气旋路径客观预报中预测因子的预报能力,提高了模式的预报技巧并拓展了有效预报时效。继而对热带气旋路径客观预报中若干统计释用技术问题进行了讨论,并指出：在应用数值预报产品构造热带气旋路径客观预报模式时,采用大样本资料和完全预报方法,细心构造反映各种天气系统特征和物理量场的预报因子,应用多时刻产品并对ＮＷＰ产     

2008年9—11月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为更好地应用T639模式中期预报产品,对2008年9-11月T639模式的96小时预报进行天气学检验,并与ECMWF、日本全球数值模式的产品进行了对比分析.结果表明:3种模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的中期预报性能,对转折性、灾害性天气的预报有较强指示意义.综合来看,ECMWF模式对主要天气系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式预报表现稍差,稳定性不如ECMWF模式,特别是对0814号强台风黑格比的96小时预报基本失败.     

A data-driven SVR model for long-term runoff prediction and uncertainty analysis based on the Bayesian framework

Accurate and reliable long-term forecasting plays an important role in water resources management and utilization. In this paper, a hybrid model called SVR-HUP is presented to predict long-term runoff and quantify the prediction uncertainty. The model is created based on three steps. First, appropriate predictors are selected according to the correlations between meteorological factors and runoff. Second, a support vector regression (SVR) model is structured and optimized based on the LibSVM toolbox and a genetic algorithm. Finally, using forecasted and observed runoff, a hydrologic uncertainty processor (HUP) based on a Bayesian framework is used to estimate the posterior probability distribution of the simulated values, and the associated uncertainty of prediction was quantitatively analyzed. Six precision evaluation indexes, including the correlation coefficient (CC), relative root mean square error (RRMSE), relative error (RE), mean absolute percentage error (MAPE), Nash-Sutcliffe efficiency (NSE), and qualification rate (QR), are used to measure the prediction accuracy. As a case study, the proposed approach is applied in the Han River basin, South Central China. Three types of SVR models are established to forecast the monthly, flood season and annual runoff volumes. The results indicate that SVR yields satisfactory accuracy and reliability at all three scales. In addition, the results suggest that the HUP cannot only quantify the uncertainty of prediction based on a confidence interval but also provide a more accurate single value prediction than the initial SVR forecasting result. Thus, the SVR-HUP model provides an alternative method for long-term runoff forecasting.     

2007年6-8月T213与ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2007年6—8月T213模式进行天气学检验,并与欧洲中心ECMWF模式及日本模式进行了比较。结果表明:3种模式对亚洲中高纬环流形势的调整演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报误差最小,最接近实况,日本模式和T213模式稍差,稳定性不如ECMWF模式,特别是T213模式对0709号台风圣帕路径及强度的预报与实况相差较大,而ECMWF模式及日本模式预报较为准确。     

多模式降水分级最优化权重集成预报技术

为综合不同模式对不同量级降水的预报优势,设计一种全球模式与区域模式结合的降水分级最优化权重集成预报算法,集成经最优TS评分订正法（optimal threat score,OTS）订正后的欧洲中期天气预报中心降水预报产品（以下简称EC-OTS）和华东区域中尺度模式降水预报产品（以下简称SMS-OTS）。以泛长江区域（23°~39°N,101°~123°E）为研究范围,基于2018年不同降水量级的TS评分最优化确定SMS-OTS和EC-OTS在不同降水量级时的最优权重系数以及最优集成方案,并以2019年降水数据为独立样本进行预报试验。结果表明:对于最优权重系数,EC-OTS在低降水量级权重较大,随着降水量级的加大,SMS-OTS的权重也逐渐加大;最优集成方案为初始集成降水量预报取SMS-OTS,集成运算迭代3次;集成预报在几乎所有预报时效、所有降水量级的TS评分均高于EC-OTS和SMS-OTS,其平均绝对误差略小于EC-OTS,显著小于SMS-OTS;集成预报12 h累积降水预报的TS评分较省级预报员主观预报高-0.009~0.041,24 h累积降水预报的TS评分较国家气象中心预报员主观预报高0.009~0.023。     

SOME ASPECTS OF OBJECTIVE FORECASTING OF TROPICAL CYCLONE MOTION

As shown in a statistical analysis of the relationship between environmental fields at varied timeand tropical cyclone motion, the forecasting ability of the initisl environmental field predictors for tropical cyclone motion decreases with the increase of valid time period of forecast;it is higher with these predictors at a fUture time than at an initial time. The work also indicates that for the tropical cyclone motion over a given period of valid forecast, better predictors appear at times mostly differing from thevalid periods; for periods at 48-120 h the environmental predictors at 48-72 h are more capable of forecasting. With statistical interpretation of NWP products, a predictive model for tropical cyclone motionis superior in performance over a statistical forecasting model that employes predictors of the initial field in the basic framework. The concluding remarks can be used as reference in the construction of an objective prediction model for tropical cyclone motion.