基于智能计算的广西冷湿极端天气定性和定量组合预报方法研究

论文以逐日气温和降水量数据、NCEP/NCAR再分析资料以及预报场资料为基础,将表征冬季低温冷害的冷湿指数作为预报量,先利用随机森林方法进行冬季逐日冷湿极端天气定性判别预报分析,再进一步以粒子群算法为基础的模糊神经网络集成个体生成技术方法,建立一种新的非线性智能计算定量集成预报模型（PSO-FNN）,进行了广西冷湿极端天气定量预报模型的预报建模研究。结果表明,论文提出的这种以不同的智能计算方法构建的定性、定量综合预报分析方法,比较符合极端天气小概率事件的预报特点,其中随机森林算法构建的定性预报模型,对广西冷湿极端天气事件的预报TS评分（Threat Score）为0.77,空报率为0.23,漏报率为0,ETS评分（Equitable Threat Score）为0.41,TSS评分（True Skill Statistic）为0.53。而采用粒子群—模糊神经网络方法构建的极端冷湿指数定量集成预报模型比其他线性和非线性预报模型具有更好的预报精度。其中PSO-FNN集成预报模型在预报建模样本和独立预报样本个例相同的情况下,比回归方法的预报平均绝对误差下降了25%以上,比一般的普通模糊神经网络预报平均绝对误差下降了14.37%。主要原因是因为PSO-FNN集成预报模型通过改进集成个体的预报能力和增强集成个体的种群差异性,提高了集成预报模型的预报精度。因此,该智能计算集成预报模型的泛化能力显著提高,预报结果稳定可靠,为冷湿极端天气客观预报提供了新的预报工具和预报建模方法。     

1951—2020年广西冬季低温事件频次变化及其对大西洋海温的响应

1951—2020年广西冬季低温事件发生频次年际、年代际变化特征较明显,20世纪60年代初经历了一次由少变多的明显突变,80年代中期经历了一次由多变少的转变。低温频次较多的时期出现在20世纪60年代中期至80年代末,90年代至21世纪初转为偏少,但21世纪00年代之后出现了频次异常多的极端年份(如2008年和2011年),使得低温事件发生频次整体呈一定程度的上升趋势。广西低温频次具有2～5 a的年际变化周期和10 a左右的年代际周期,1990年前,低温频次的变化由上述两个主要周期叠加产生,之后周期信号减弱,直至2005年后,2～5 a周期再次出现。广西冬季低温频次变化与东亚季风和大西洋海温的分析表明,东亚冬季风的偏强有利于广西低温频次增多;欧洲以西大西洋表面海温的异常偏低,通过海气相互作用带来的环流异常是导致广西气温显著偏低、低温发生频次异常增加的可能原因。     

THE ABRUPT CHANGE OF TROPICAL CYCLONE NUMBER OVER THE WESTERN NORTH PACIFIC IN THE MID-1990s

Based on the CMA tropical cyclone(TC) best track data as well as the reanalysis datasets from the NCEP/NCAR and NOAA, the variation characteristics of TC number from 1949 to 2013 over the western North Pacific(including the South China Sea) are examined. Notably, the time series of TC number exhibits a significant abrupt change from more to less around 1995. Comparative analysis indicates that the environmental factors necessary to TC formation also change significantly around the mid-1990 s. After 1995, accompanying with anomalous warm sea surface temperature(SST) in western equatorial Pacific, a La Nia-like pattern in tropical Pacific appears obviously. However,compared with the period before 1995, the vertical upward movement decreases, vertical shear of tropospheric zonal wind increases, and sea level pressure(SLP) rises, all of which are unfavorable to TC formation and work together to make TC number reduce markedly after 1995. Furthermore, when the typical interannual more and less TCs years are selected in the two separate stages before and after 1995, the relative importance of oceanic and atmospheric environments in interannual TC generation is also investigated respectively. The results imply that the SST over the tropical Pacific exerts relatively important influence on TC formation before 1995 whereas the atmospheric circulation plays a more prominent role in the generation of TC after 1995.     

基于CMIP5资料的云南及周边地区未来50年气候预估

利用CRU(Climatic Research Unit)高分辨率观测数据及云南省124站资料,检验了参与IPCC AR5(政府间气候变化专门委员会第5次评估报告)的7个全球海气耦合模式(Coupled Model Intercomparison Program 5,CMIP5)及模式集合平均对云南及周边地区气温和降水的模拟性能,同时进行该区域不同温室气体排放量情景下2006~2055年的气候预估。结果表明:全球海气耦合模式对该区域气温和降水气候场空间分布、气温的线性趋势和春、夏季降水的年代际振荡特征具有一定的模拟能力,且模式集合能力优于单一模式,气温模拟优于降水模拟,但春、夏季的降水好于其他季节,使得全年的总降水好于秋、冬两季。对未来情景预估表明,研究区域未来50年气温呈现显著的线性上升趋势,降水量保持年代际振荡特征并有所增加,2020年之前我国云南及其南部区域将经历相对的干旱时期。     

广西冬季降水的低频特征及其与MJO的联系

应用广西壮族自治区国家气象站降水,NCEP/NCAR逐日再分析资料,NOAA逐日向外长波辐射(OLR)等逐日资料,NOAA-CPC热带大气季节内振荡(MJO)指数等,使用经验正交函数分解方法分析了广西冬季降水的气候特征;用功率谱、带通滤波、相关分析和滞后线性回归等方法,以及定义MJO相关降水事件,研究了广西冬季降水异常偏多年的降水低频特征及其与MJO的联系。(1)广西冬季降水特征以全区一致型分布为主;冬季降水异常偏多年份的逐日降水具有14~26 d的低频周期。(2) MJO强对流在赤道印度洋东部发展并东传到西太平洋热带地区时,广西可出现冬季持续强降水。(3)当MJO异常对流在印度洋东部热带地区产生,中南半岛地区到华南地区上空为异常低频偏南和偏西南气流,有利于降水形成;当印度洋东部热带地区为MJO对流抑制区,华南地区上空为异常低频偏东气流控制,不利于降水产生。(4)华南地区上空大气环流的异常是由热带印度洋地区的MJO对流激发的Rossby波列造成。