T511L60全球中期数值预报性能统计评估

为了客观研究T511L60全球中期数值预报系统的性能特征,采用WMO（World Meteorological Organization）推荐的标准化的统计方法,对2008年5月到2010年5月累积2年的500 hPa形势场和降水预报资料进行了检验评估。形势场检验结果表明,T511L60全球中期数值预报在北半球的可用天数非常接近7 d,在亚洲地区的可用天数在6～7 d。降水检验结果表明,T511L60模式在中国地区的5 d小雨预报TS评分和预报偏差评分优于日本模式降水预报。     

楚雄州5月降水时空分布及其与热带太平洋海温的关系

利用楚雄州10个测站1960～2007年5月降水量观测资料以及NCEP提供的同期逐月海温资料,分析了楚雄州5月降水的时空变化特征,并研究了其与热带太平洋海温的响应关系.结果发现:楚雄州的5月降水量存在明显的年际及年代际变化特征,并且各个站点的变化趋势十分一致.对楚雄州5月降水的小波分析发现,楚雄州5月降水与热带太平洋的ENSO信号关系密切,存在3～7 a的变化周期.超前相关分析进一步发现,热带太平洋对楚雄州5月降水影响的关键区分布呈现稳定的La Nin珘a型.通过随机实验的方法,利用Nin珘o 3.4区海温异常指数,建立了楚雄州5月降水的预报方程,并进行了独立样本检验,其中独立样本检验的距平同号率也达到了72%.可见,热带太平洋Nino3.4区SSTA的变化对楚雄州5月降水预报具有一定预报意义.     

基于周期分析方法的低频天气信号延伸预报

对1980—2014年的NCEP/NCAR 500 hPa高度场逐日格点资料进行Butterworth带通滤波,通过周期分析和最优子集回归方法,利用预报日前150 d的低频数据对2011—2014年全球逐年6—8月500 hPa低频高度场的低频信号进行逐日外延(至未来30 d),并对其结果进行检验.结果表明,周期分析和最优子集回归方法对500 hPa高度场对应的低频信号的拟合效果从整体上来看,北半球好于南半球,低纬度好于高纬度;随着预报时效的增长,拟合准确度逐步降低,后期趋于稳定.中国对应6个关键区的拟合效果显示,除新疆地区在第10天和第30天未通过信度检验之外,其余5个关键区均通过95%以上的信度检验.该方法对低频系统高低中心配置及落区拟合较好,符合利用低频天气图进行延伸期预报的相关思路,可在该方法的基础上,利用低频天气图方法进行预报.     

主分量逐步回归在气温预测中的应用

以广东省冬季气温场为预报场,前一年的北太平洋海温场和北半球500 hPa高度场为因子场,分别对它们作标准化处理,然后进行主分量分析,得到主分量矩阵。通过相关分析和逐步回归,求得预报场的主分量与因子场的主分量之间的关系,对预报场的标准化主分量进行反算,得到原始场的拟合和预报。结果显示,广东省冬季气温场前4个主分量(对总方差的累积贡献达到97.5%)的预报方程都通过显著性检验,其方程复相关系数基本在0.9以上。对广东省48个代表站2001-2003年冬季气温进行预测检验,大部分预测结果的残余标准差比同期的样本标准差低,同时回归方程的预报误差略低于实际业务预报误差,因而回归方程对实际天气预报业务工作有一定的参考意义。     

基于TIGGE数据的西太平洋副热带高压多模式集成预报及检验

基于TIGGE(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble)资料中的中国气象局(CMA)、日本气象厅(JMA)、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、美国国家环境预报中心(NCEP)和英国气象局(UKMO)等5个中心的500hPa位势高度场数据,评估了各中心对西太副高控制预报和集合预报的效果,并采用了多模式集成平均(EMN)、消除偏差集成平均(BREM)和滑动训练期超级集合(R_SUP)3种方法对各中心数据进行集成.评估方法包括Talagrand分布、相关系数、均方根误差、Brier技巧评分等.结果表明:各中心预报效果有明显差异,各模式对500hPa位势高度场控制预报中,UKMO预报效果最好,而各模式对500hPa位势高度场集合预报中,则是ECMWF预报效果最好.从均方根误差改进率来看,基于控制预报的BREM和R_SUP集成方法明显降低了对500hPa位势高度场预报的均方根误差,而EMN则无明显改进.基于集合预报的3种集成方法对500hPa位势高度场预报的改进效果不明显,综合评分略低于ECMWF单模式集合预报.     

数值预报产品的历史相似订正方法研究

针对数值预报存在误差的基本事实,提出了一套利用历史相似资料订正数值预报的方案,利用2003-2008年T213 L31数值预报产品和1948-2007年的NCEP资料,建立了100～1000 hPa等压面的高度场、温度场、风场、垂直速度场和水汽场的24～240 h预报的24 h变量订正方程.采用24 h变量相关系数和均方根误差两个指标,对2009-2010年的T213,L31高度场和温度场、数值预报产品的试应用订正效果进行了检验.结果表明:以24 h变量相关系数衡量,高度场和温度场预报订正效果都是正面的,预报时效为96～192 h,订正效果最明显;以均方根误差衡量,高度场和温度场预报订正效果同样是显著改进的;订正效果存在区域差异,高度场订正效果高纬度显著,低纬度差一些;温度场订正效果低纬度要显著一些.     

基于阴阳历叠加的中长期天气预报方法

采用在阴阳历叠加的基础上进行修正的方法,利用环渤海地区和青藏高原东北部地区1960-2010年地面测站降水、风速资料,探讨了阴阳历叠加法进行中长期天气预报的可行性.结果表明:对于不同地区,不同要素阴阳历叠加预报时最佳样本长度略有差异,降水预报时环渤海地区最佳样本长度为37 a,青藏高原东部地区最佳样本长度为20 a;对大风天气过程而言,环渤海地区最佳样本长度为34 a,青藏高原东北部地区为31 a.降水日预报检验表明,环渤海地区和青藏高原东北部地区降水日预报威胁评分(TS)呈单峰型变化,峰值均集中在夏季,6-8月降水日预报TS评分均高于0.4,两地各月降水日预报TS评分均高于气候概率.利用站点相关订正后,准确率最高可提高14.2%,最低提升了4.1%,平均提高9.8%,站点相关订正是有效的.两地大风预报准确率呈现单峰型分布特征,并在3-5月间为明显的波峰,且两地的预报TS评分均高于气候概率TS评分,预报是有效的.     

门限回归模型预测粤中西部冬春气温

用门限自回归模型和混合门限回归模型对广东省中西部的冬春季平均气温做预测.选取北半球500 hPa高度场和太平洋海温场的分区分季节的多个气候背景场的前若干个主分量作为因子(共1792个),这些因子包含着气候背景场的主要信息,通过对预报量和预报因子群的相关筛选,选取相关系数最大的因子建立混合门限非线性回归模型.并初步探讨了气候背景场对预报量的影响.结果表明:混合门限回归模型优于门限自回归模型;前者能较好地拟合冬春气温序列,预报效果较理想.粤中西部冬季气温场与东北半球南部3-4月高度场第5个主模态相关最密切,当3-4月500 hPa高度场东亚大陆为低槽控制,日本海太平洋附近为高压脊,有利于当年冬季气温偏低;春季气温场则与北半球冬季500 hPa高度场第8个主模态相关密切,当冬季500 hPa高度场乌拉尔山附近地区为明显的阻塞高压形势,有利于次年春季气温偏低.     

重庆“8.22”暴雨ECMWF模式中期预报转折分析

2018年8月22-23日重庆中部地区一次暴雨过程的预报出现了明显的偏差,本研究利用降水实测资料、高空探测资料和ECMWF(以下简称EC)模式的形势预报对降水产生原因、影响系统以及EC模式不同起报时间的预报效果进行了分析,结果表明:(1)此次暴雨过程是在高空槽和中低层切变线的共同影响下产生的.(2)EC模式降水预报在8月19日前后出现了突变,其原因是影响重庆地区的500 hPa高度场发生了转折性的变化.(3)在500 hPa高度场预报与实况基本一致的情况下,重庆中部地区的中低层切变线是20日主观预报降水落区与实况出现明显误差的原因.     

北半球冬季大气环流变化对中国汛期雨带类型分布的影响

 基于1951～2001年1～5月500hPa高度场资料,研究了前期大气环流与中国汛期雨带类型分布的关系.通过分析前期各雨带类型对应的距平合成场和格点样本平均值显著性检验图,以及各雨带类型相应的前期大气环流特征.指出1～2月500hPa层次上,大气环流明显的表现为大尺度分布特征,而3～5月的大尺度分布特征不明显.这表明冬季(1～2月)各雨带类型的显著性关键区的大气环流异常是影响中国汛期雨带类型分布的一个重要因素.从而提出了一些预报线索,可供夏季我国大范围旱涝趋势的长期预报参考.     

重庆地区秋季连阴雨气候特征及前兆信号分析

根据1961—2012年重庆地区34个气象观测站的逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析数据集中的高度场格点资料和NOAA的海温逐月资料,分析了重庆地区秋季连阴雨的气候特征、气候背景与前兆信号.结果表明:近52年来重庆地区秋季连阴雨频数呈线性增多趋势.重庆地区秋季连阴雨偏多(偏少)同期环流对应乌拉尔山地区高度场偏低(高),欧亚中高纬度地区盛行经向(纬向)环流,赤道东太平洋区域海温偏低(偏高).前期春季、夏季孟加拉湾地区、我国南海地区500hPa高度场、赤道中东太平洋地区海温,特别是Nio3.4区的海温异常变化是重庆地区秋季连阴雨出现异常偏多(少)值得关注的前兆信号.     

云南2009—2012年4年连旱的气候成因研究

利用云南124个气象站逐月降水资料、NCEP/NCAR大气环流再分析资料、全球海表面温度(SST)资料以及向外长波辐射(OLR)资料,分析了云南2009—2012年连续4年干旱的气候特征,并从异常大气环流、海温、局地对流等方面分析了4年连续夏季干旱发生的成因.结果表明:①云南2009—2012年干旱是一次持续时间长,跨越春、夏、秋、冬四季、影响范围广的全省性严重干旱,最严重的区域主要是滇中及滇东南.并且是发生在云南降水减少的气候背景下.②2009—2012年夏季500 hPa欧亚地区高、中、低纬度的高度场分布不是很相似,但4年的环流配置形势表明东亚冷空气路径偏东,影响中国西南地区的冷空气偏弱,不利于冷空气南下影响云南.另外2009年和2010年副高位置偏西偏强,云南在其控制之下,不利于降水;而2011年和2012年副高位置偏北偏东,其外围的水汽不易输送到云南.③2009—2012年云南大部地区及其南侧的孟加拉湾地区高度场持续偏高,孟加拉湾附近的印缅槽不活跃或偏弱,也不利于南方水汽向云南界内输送.④El Nino事件发展期、La Nina事件衰弱期以及印度洋海温偏暖时都有利于云南干旱的发生和发展.⑤2009—2012年夏季云南局地及其以南大部地区基本维持低层辐散、高层辐合的垂直散度场配置,不利于上升运动的生成和发展.孟加拉湾及南海一带基本为西北或偏东气流控制,向北输送的水汽较常年偏弱,是造成云南连续4年夏季干旱少雨异常气候的直接原因之一.⑥2009—2012年连续4年夏季云南局地对流相对常年偏弱,这也是云南降水偏少的重要因素之一.     

黄河上游汛期水量丰枯的气候因子分析

利用EOF、相关、合成等分析方法,对兰州以上黄河上游五测站的月平均流量、东半球的500hPa高度距平场及太平洋海温场资料进行了分析。结果表明：典型丰（枯）同期和前期500hPa高度距平场有着明显的差异,主要反映在极涡、西太平洋副高、中高纬西风带低槽等系统的强度和位置上;该流域流量的丰枯与太平洋海温距平场的分布关系密切,典型丰（枯）年前期（前一年9月至当年的2月）和同期太平洋海温场距平场的分布亦存在很大的差异。     

浙江梅雨分型与梅汛期前期北半球大气环流演变关系研究

对1971-1999年浙江省梅雨的空间分布进行客观分型,研究各种雨型前期500hPa高度场的相应变化特征,初步提示历年梅雨雨型与其前期高空环流中预兆因子的关系。结果表明,前期冬季春季环流变化特征的异同是导致梅雨型各自特点的重要原因。通过对3种梅雨型一些重要环流前兆因子的分析研究,发现前冬500hPa高度场上低纬度为正异常或负异常是导致次年浙江省梅雨期北部少梅或多梅的最显著的前兆,而春季南亚到西太平洋的负距平区发展强弱情况则是预报该年浙江省西南部是否出现少梅的重要判据之一。     

云南5月雨量与全球海温的关系分析研究

 通过对海温与云南全省、云南东部和云南西部5月雨量的相关分析发现:海温对云南5月降水在时空上有很好的相关.5月降水与头年11月和同期太平洋海表温度存在有相同的‘-+-+’的相关分布型.印度洋北部对云南东部的影响更显著,而大西洋北部对西部的影响更显著.西部5月雨量与海表温度的相关总体不如东部的好,西部与东部最大的差异是在热带太平洋上.通过头年1月南大西洋海温可对来年云南5月降水进行预测.     

2012年11月福建省多暴雨过程成因分析

为分析2012年11月福建省降水异常偏多的现象,利用统计学和天气学的分析方法,对11月的降水气候特征和下旬3场暴雨的环流形势、影响系统及水汽输送特征进行了分析。整个11月,200 hPa西风急流偏强,在福建省上空有气流的辐散;500 hPa乌拉尔山脊偏强,贝加尔湖槽偏深,有利于冷空气南下;850 hPa为较强西南急流。下旬3场暴雨期间,500 hPa南支槽位于105°～110°E,副高强度偏强;中低层700,850 hPa有切变线和西南急流,850 hPa比湿大于8 g/kg。结果表明,稳定的环流形势、频繁出现的天气系统以及充沛的水汽条件是发生多暴雨现象的主要原因。     

孟加拉湾风暴Akash和Nargis对比分析

利用常规气象观测资料,对比分析2007年5月第1号孟加拉湾风暴Akash和2008年5月第1号孟加拉湾风暴Nargis的移动路径、环流背景和垂直速度场.结果表明:2007和2008年的第1号孟加拉湾风暴是2007年5月和2008年5月造成云南首场全省性强降水天气过程的主要影响天气系统;2次孟加拉湾风暴的移动路径不同,导致云南强降水分布也不同;西太平洋副热带高压的强弱与孟加拉湾风暴引导气流的建立有密切的关系,对孟加拉湾风暴的移动路径和云南强降水分布有直接的影响.     

Response of the East Asian climate system to water and heat changes of global frozen soil using NCAR CAM model

Under the condition of land-atmosphere heat and water conservation, a set of sensitive numerical experiments are set up to investigate the response of the East Asian climate system to global frozen soil change. This is done by introducing the supercooled soil water process into the Community Land Model (CLM3.0), which has been coupled to the National Center of Atmospheric Research Community Atmosphere Model (CAM3.1). Results show that:(1) The ratio between soil ice and soil water in CLM3.0 is clearly changed by the supercooled soil water process. Ground surface temperature and soil temperature are also affected. (2) The Eurasian (including East Asian) climate system is sensitive to changes of heat and water in frozen soil regions. In January, the Aleutian low sea level pressure circulation is strengthened, Ural blocking high at 500 hPa weakened, and East Asian trough weakened. In July, sea level pressure over the Aleutian Islands region is significantly reduced; there are negative anomalies of 500 hPa geopotential height over the East Asian mainland, and positive anomalies over the East Asian ocean. (3) In January, the southerly component of the 850 hPa wind field over East Asia increases, indicating a weakened winter monsoon. In July, cyclonic anomalies appear on the East Asian mainland while there are anticyclonic anomalies over the ocean, reflective of a strengthened east coast summer monsoon. (4) Summer rainfall in East Asia changed significantly, including substantial precipitation increase on the southern Qinghai-Tibet Plateau, central Yangtze River Basin, and northeast China. Summer rainfall significantly decreased in south China and Hainan Island, but slightly decreased in central and north China. Further analysis showed considerable upper air motion along ~30°N latitude, with substantial descent of air at its north and south sides. Warm and humid air from the Northeast Pacific converged with cold air from northern land areas, representing the main cause of the precipitation anomalies.     

华北地区1972年和1997年干旱特征及其影响系统分析

利用华北地区实测的月降水量资料,美国NCAR/NCEP 850 hPa的矢量风5、00 hPa和850 hPa的位势高度等再分析资料,分析了华北地区1972年和1997年这2个干旱年干旱的空间分布、强度分布和持续时间,以及西太平洋副热带高压变化、季风进退和欧亚大气环流异常情况.结果表明:1972年是季风正常年,但该年亚洲大陆高压偏强且持续存在、西太平洋副热带高压持续偏弱,导致了干旱的发生与持续;而1997年由于持续偏强的亚洲大陆高压、持续偏弱的季风和西太平洋副热带高压造成该地区严重干旱.     

玛曲地区5-10月水汽通量及强降水水汽来源分析

利用玛曲常规站1967-2008年24 h (20:00-20:00)降水资料、NCAR/NCEP月平均再分析资料,用NOAA HYSPLIT_4(混合单粒子拉格朗日积分)水汽轨迹模型,统计分析了玛曲地区5-10月的平均水汽输送通量和强降水水汽主要来源轨迹.结果表明玛曲地区5-10月水汽主要存在于400 hPa以下,各...