华北汛期降水多因子相似订正方案与预报试验

本文基于动力—相似预报的基本原理, 在已初步建立的华北汛期降水模式的动态最优多因子组合相似订正方案工作基础上, 研究前期关键因子之间的相互配置对夏季降水的影响, 挑选关键的大气环流预报因子。根据预报年前期气候因子的异常状况, 通过EOF压缩自由度进行相似年选取, 进一步构建了基于前期异常信号的汛期降水相似订正预报方案。研究发现, 预报年前期大气环流中异常因子个数的偏多或偏少与该年华北降水的多寡呈现较好的对应关系, 并以异常因子的个数状况作为判断该年是否为异常年的标准, 将异常多因子方案与动态最优多因子方案相结合, 建立模式误差相似订正的多因子综合预报方案。通过诊断分析发现, 该方案对降水异常年有着较好的针对性。2003～2009年7年的独立样本回报结果表明: 该方法进一步提高了模式对华北汛期降水的预报能力, 将华北汛期降水预报的距平相关系数 (ACC) 平均分从系统订正结果的0.38提高至0.61, 具有良好的业务应用前景。     

泛相似预报法在汛期降水预报中的应用

文中分析了中国汛期降水的最佳相似情况,将传统的相似方法推广为包含有相似和反相似两个方面,得出近23a的最佳相似的距平相关系数(ACC)可以达到0.382。在此基础上提出泛相似预报的方法。利用近23a降水资料试验,表明泛相似的汛期降水预报评分的ACC可达0.130。     

用因子场客观相似分析法制作湘潭汛期降水预报

为制作湘潭汛期降水量预报,对相似方法作了改进,即将北半球500HPa环流场和北太平洋海温场作为基本背景场,然后用相关普查法寻找预报因子,组成一个预报因子场作相似分析,再做出客观定量预报,系统在计算机上实现,并对1994～1998年进行试报,其结果较好。     

热带气旋定量降水预报的动力相似方案

该文提出一个热带气旋定量降水预报(QPF) 的动力相似方案。方案应用热带气旋初始参数、历史过程的天气形势场和物理量场及数值预报产品, 构造预报区域内当前时刻至未来时刻环境要素场的多元客观相似判据。通过定义非线性的相似指数综合评估历史热带气旋样本与预报热带气旋在多元判据下的连续动态相似程度, 以此找到相似样本。应用相似样本的历史降水量记录进行相似指数的权重综合, 得到热带气旋未来6~48 h降水量的定点、定量预报值。预报试验表明该方案具有一定的预报技巧。     

用拟合误差分析方法制作汛期降水趋势预报

介绍了一种比较实用的寻找拟合周期的方法，并在此基础上求出相应的误差周期，然后叠加作出未来的趋势预报。文内给出了实用效果。     

动态相似方法在长江上游逐日降水预报中的应用

在考虑环流的动态演变特征在降水预报中重要性的基础上,设计了一种环流演变动态相似预报方法,在１０００ｈＰａ气压场、８５０ｈＰａ温度场、５００ｈＰａ高度场分别提取３个物理意义清晰、又具有立体性和多元性的相似因子,采用本文设计的二级相似标准,以ＥＣＭＷＦ数值预报产品作为预报资料与历史资料库进行滚动映射,寻找最优相似个例,制作长江上游降水面雨量的逐日滚动预报,效果较好。     

用因子场客观相似分析法制作湘潭汛期降水预报

为制作湘潭汛期降水量预报,对相拟方法作了改进,即将北半球500hPa环流场和北太平洋海温场作为基本背景场,然后用相关普查法寻找预报因子,组成一个预报因子场作相似分析,再做出客观定量预报,系统在计耳机上宴现,并对1994～1998年进行试报,其结果较好。     

呼伦贝尔市汛期中雨以上降水相似预报

根据1988～1998年的历史天气图资料，对上游阻高系统和呼伦贝尔市中雨以上降雨的影响及500hPa环流形势进行分析，并从相似时域历史的样本中找到较佳的中期过程分型，分型结果的历史检验和应用在实际预测未来具体的中期天气过程中效果较好，有助于提高中雨以上、转折性、灾害性天气过程的预报能力。     

东北区夏季月降水数值产品释用预报方法

采用卡尔曼滤波法对国家气候中心的T63动力延伸预报场进行误差订正, 将订正后的预报场用于基于天气系统特征定性判断与相似离度指数定量相似相结合的降水预报模型, 制作东北区51个站点的定量的月降水预报, 并对1996~1998年夏季月降水进行了预报试验, 试验效果较好.     

Analogue-dynamical prediction of monsoon precipitation in Northeast China based on dynamic and optimal configuration of multiple predictors

Based on the National Climate Center (NCC) of China operational seasonal prediction model results for the period 1983–2009 and the US National Weather Service Climate Prediction Center merged analysis of precipitation in the same period, together with the 74 circulation indices of NCC Climate System Diagnostic Division and 40 climate indices of NOAA of US during 1951–2009, an analogue-dynamical technique for objective and quantitative prediction of monsoon precipitation in Northeast China is proposed and implemented. Useful information is extracted from the historical data to estimate the model forecast errors. Dominant predictors and the predictors that exhibit evolving analogues are identified through cross validating the anomaly correlation coefficients (ACC) among single predictors, meanwhile with reference of the results from the dynamic analogue bias correction using four analogue samples. Next, an optimal configuration of multiple predictors is set up and compared with historical optimal multi-predictor configurations and then dynamically adjusted. Finally, the model errors are evaluated and utilized to correct the NCC operational seasonal prediction model results, and the forecast of monsoon precipitation is obtained at last. The independent sample validation shows that this technique has effectively improved the monsoon precipitation prediction skill during 2005–2009. This study demonstrates that the analogue-dynamical approach is feasible in operational prediction of monsoon precipitation.     

Analogue-Dynamical Prediction of Monsoon Precipitation in Northeast China Based on Dynamic and Optimal Configuration of Multiple Predictors

Supported by the Special Public Welfare Research Fund for Meteorological of Profession China Meteorological Administration (GYHY200806005), National Natural Science Foundation of China (40875040 and 40930952), and National Science and Technology Support Program of China (2007BAC29B01 and 2009BAC51B04).     

Errors and correction of precipitation measurements in China

In order to discover the range of various errors in Chinese precipitation measurements and seek a correction method, 30 precipitation evaluation stations were set up countrywide before 1993. All the stations are reference stations in China. To seek a correction method for wind-induced error, a precipitation correction instrument called the ＂horizontal precipitation gauge＂ was devised beforehand. Field intercomparison observations regarding 29,000 precipitation events have been conducted using one pit gauge, two elevated operational gauges and one horizontal gauge at the above 30 stations. The range of precipitation measurement errors in China is obtained by analysis of intercomparison measurement results. The distribution of random errors and systematic errors in precipitation measurements are studied in this paper. A correction method, especially for wind-induced errors, is developed. The results prove that a correlation of power function exists between the precipitation amount caught by the horizontal gauge and the absolute difference of observations implemented by the operational gauge and pit gauge. The correlation coefficient is 0.99. For operational observations, precipitation correction can be carried out only by parallel observation with a horizontal precipitation gauge. The precipitation accuracy after correction approaches that of the pit gauge. The correction method developed is simple and feasible.     

基于LSTM网络的中国夏季降水预测研究

基于BCC-CSM季节气候预测模式系统历史回报数据和国家气象信息中心提供的中国地面降水月值数据,通过多方法对比并讨论了影响预测结果的因素,利用长短期记忆（Long Short-Term Memory,LSTM）网络预测2014年和2015年中国夏季降水。结果表明:LSTM网络的预测效果较逐步回归、BP神经网络及模式输出结果有一定优势。参数调优对于LSTM网络预测效果影响较大,重要参数有隐含层节点数、训练次数和学习率。选择合适的起报月份数据有助于提升季节预测的准确性,利用4月起报的数据预测夏季降水效果较好。海冰分量因子对降水季节预测有正贡献。在2014年、2015年夏季降水回报试验中,LSTM网络对降水整体形势有一定的预测能力,Ps评分分别为74分、71分,距平符号一致率分别为55.63%、55.25%,Ps评分的均值高于同期全国会商及业务模式。     

西南地区雨季降水的时空分布及预报试验

利用西南三省一市1980—2017年逐日降水资料,采用主成分及旋转主成分分析,对西南雨季降水的空间异常特征进行了研究,并在分区的基础上,探讨了各区降水的时间演变特征,最后运用均生函数建立预测模型,进行预报试验。结果表明:西南地区雨季降水空间差异大,具体可分为6区;各区雨季降水量的时间演变均具有显著年际、年代际变化特征,且近年来西南大部分地区雨季降水量减少、降水异常偏少年出现的频次增多;预报模型对于雨季降水的拟合和预测效果均较好。     

季风转换对深圳地区呼吸系统疾病的影响及预测研究

深圳地处我国华南沿海季风敏感区,为探究季风等气象和污染要素对其呼吸系统疾病发病的影响和其预测相关就诊风险的可行性,本文利用当地2015-2016年呼吸系统疾病就诊人数资料及同期气象和污染物资料,并运用BP人工神经网络和LSTM网络构建呼吸系统疾病就诊人数预测模型。结果显示:每年九月份开始,冬季风的冷胁迫效应会使相关人群呼吸系统疾病发病人数波动式增加,直至次年冬季风向夏季风转换前的三月份发病人数达到峰值;而夏季风控制期间当地居民呼吸系统疾病发病人数呈波动式减少态势,比峰值期间减少35%;另外,该地不同呼吸系统疾病其主控因素也不相同;对比两种预测模型,总体上LSTM网络预报模型对深圳呼吸系统疾病风险预测准确率更高,可以满足健康气象预报服务业务需求。     

东亚和南亚季风协同作用对西南地区夏季降水的影响

为探究东亚夏季风(EASM,East?Asian?summer?monsoon)和南亚夏季风(SASM,South?Asian?summer?monsoon)相互作用及其强弱变化对西南地区夏季降水的影响,利用1979—2019年西南地区161站逐日降水观测资料和ERA-5提供的1979—2019年全球再分析资料,通过对...     

基于频率匹配法和最优TS评分法的降水预报订正效果对比

利用2020年1月1日—2023年1月2日ECMWF、NCEP模式降水预报资料和眉山地区降水观测资料,采用频率匹配法（Frequency Matching Method,FM）、最优TS评分法（Optimal Threat Score,OTS）对ECMWF和NCEP的模式降水预报进行订正,对比检验评分和预报个例,并验证两种方法的适用性。结果表明：FM、OTS订正明显改善了小雨空报和暴雨漏报,提高了晴雨预报准确率、小雨ETS评分、暴雨TS评分,且OTS优于FM;FM可能出现参考数据与实况数据有较大偏差的情况,从而影响订正效果,OTS则不受参考数据的影响;数值模式降水的预报偏度明显大于1或小于1时,FM、OTS订正效果越好;FM、OTS难以订正小雨漏报、暴雨空报,也难以对降水差值较大的空漏报或降水落区偏差进行订正。     

CWRF降尺度提高BCC_CSM1.1m对中国夏季降水跨季度动力预测能力

利用CWRF模式(Climate-Weather Research and Forecasting model)对国家气候中心BCC＿CSM1.1m业务预测模式短期气候预测结果进行中国区域降尺度,并使用1991—2010年3—8月逐日气温降水观测数据评估预测能力。结果表明：CWRF预测地面2 m气温、降水气候平均态的空间分布比BCC＿CSM1.1m更接近观测,分布误差更小;在保持总体技巧不低于BCC＿CSM1.1m的同时,CWRF对我国华东和华中地区的降水年际变化预测准确率更高;对不同强度的降水预测CWRF表现均优于BCC＿CSM1.1 m模式,尤其在极端降水预测准确率上更优。总之,得益于更高的空间分辨率和优化的低空物理过程模拟,CWRF降尺度可以提高中国夏季跨季度降水预测能力。     

基于雷达外推临近预报和中尺度数值预报融合技术的短时定量降水预报试验

为克服目前中尺度数值模式在对流尺度定量降水短时预报方面的不足,弥补基于“外推”的临近预报技术在2h以上定量降水预报能力方面的缺陷,研究设计了一种基于“外推”临近预报技术和中尺度数值模式的定量降水预报(QPF)融合技术方案,并进行了试验应用.该方案首先基于雷达探测和自动气象站观测的定量降水估计(QPE)结果,对中尺度数值模式输出的定量降水预报在谱空间进行相位校正,分析计算出数值预报和观测的偏差,导出一个附加的数值预报校正场;其次,根据数值预报校正场满足一定时间变化分布的特征,调整相应时段的数值预报降水区域和强度;最后,利用双曲正切线权重函数,对校正后的数值模式定量降水预报和基于临近预报技术的定量降水预报进行融合,融合权重根据典型环流特征动态变化.融合后的定量降水预报在前1-2h表现出主要依赖“外推”临近预报结果,之后随着融合权重的变化,数值预报对融合结果的贡献逐渐加大,直至融合后5-6h占主导地位.通过对京津冀地区2011年夏季5个及2012年夏季2个典型强降水个例的80次预报试验及其检验,表明融合后的0-6h定量降水预报结果改进较为明显,总体优于单独的临近预报技术或者中尺度数值预报模式的结果.