一种改进的相空间近邻等距模式及其在短期气候预测中的试验

现有研究表明,气候要素系统可能存在混沌现象.通过应用混沌理论中的重建相空间技术,可在相空间中揭示出传统方法无法揭示的复杂气候动力特征,为气候预测研究开创一条新途径.现有相空间理论的研究多着重于对混沌系统的识别和应用混沌相空间理论建立不同的模式进行提前预测,这些预测多为对月时间尺度的;对于如何提高预报准确率和延长预报时效,从而实现对多个月份、季、年等更长时间尺度提前预报的研究还不多见.基于混沌理论的相空间近邻等距模式,对该理论中的提前预报时间T、延迟时间τ和相空间维数d等进行讨论.提出,实际应用中根据提前预报时间T来建立新的时间序列,满足T=τ=sδt,消除了相空间时滞τ的变化对提前预报时间尺度T的影响.应用改进前、后的预报模式,以不同相空间维数d对气温和降水气候要素做提前T=1~15个月的预报试验和检验.结果发现,改进后的模式提高了预报准确率,延长了预报时效.     

下垫面热状况对热带大气低频振荡影响的研究

本文利用一包含湿过程的简单热带大气滤波模式,通过引入辐合反馈机制和下垫面的蒸发效应对凝结潜热释放的贡献的物理过程,研究了下垫面热状况对热带大气季节内尺度低频振荡的作用过程。结果表明:下垫面性质特别是暖洋面的存在主要是减小低频振荡东传相速度和增大振幅,其中 Kelvin-Rossby 相互作用模在调制相速度和振幅的变化中起重要作用,因此,下垫面热状况是形成观测到的热带大气低频振荡局地特征的主要条件。     

我国长江中下游地区降水变化趋势分析

利用1951—2001年10个代表站的逐日降水观测资料，运用线性趋势法分析了51年来长江中下游地区年和季的降水量、降水日数和降水强度的变化趋势，用Mann—Kendall法对降水日数和降水强度的突变进行了检验，并对日降水量分级别讨论了各等级对总降水量贡献的变化趋势．分析表明：（1）该区域年降水量变化趋势不明显，但春季和夏季降水量分别有显著减少和增加的趋势；（2）除夏季外，其余各季和年的降水日数均为显著减少，且年降水日数减少的突变发生在1977—1978年之间；（3）由于年降水量的微弱增加和年降水日数的显著减少，导致年降水强度的显著增加，且年降水强度的突变发生在20世纪80年代中期；（4）年降水强度增加主要是由于暴雨（日降水量≥50．0mm）对降水总量贡献的增加，而暴雨对降水总量贡献的增加又是由于其对降水日数贡献的增加，因为暴雨本身强度的变化趋势不显著．     

年际和年代际气候变化的全球时空特征比较

5利用1950－1998年全球海洋同化分析资料和全球大气再分析资料，分析比较了全球海气系统年际和年代际变化的主要时空特征。结果表明：1）全球上层海洋年际变化主要为位于热带太平洋的ENSO模态，年代际变化最显区域中纬度海洋、赤道外热带东太平洋和大西洋及南半球高纬度区域；2）全球大气年际和年代际变化均主要位于中高纬地区尤其是两极地区，在年际时间尺度上，气温异常和气压异常没有明显的对应关系，但在年代际时间尺度上，气温增暖（变冷）常常伴随着气压的降低（升高）；3）在年际时间尺度上，发生在中高纬度陆地地区的大气年际变化和主要发生在热带海洋的上层海洋年际变化没有一致性的内在联系，前主要表现为大气内部（浑沌）变化，而后主要为热带海气相互作用产生的ENSO变化；4）在年代际时间尺度上，全球海洋大气系统大约在20世纪70年代均一致性地经历了一次跃变，其结果导致80年代以来，全球大范围地区（尤其是两极和西伯利亚地区）气温明显偏暖，赤道两侧的热带东太平洋、北美和南美西海岸及非洲西海岸等海域海表温度偏高，伴随着这种全球大范围背景增暖现象，青藏高原北部地区和格陵兰岛气温具有变冷趋势，而中纬度北太平洋和南半球高纬度海域海表温度也表现为降低。     

冬季北极海冰面积异常与中国气温变化之间的年际关系

利用1957-2001年冬季的北极海冰资料、中国160站气温资料以及NCEP再分析的大气环流资料分析了冬季北极海冰面积异常与中国气温变化之间的年际关系.过去44年来,北极海冰面积总体上具有减小趋势(鄂霍次克海是例外,那里海冰面积有增加趋势),相应地北极涛动趋于增强,我国大部分地区趋于增暖.叠加这种趋势变化之上的是年际变化.在年际时间尺度上,冬季海冰变化的主要空间型表现为格陵兰海和白令海的海冰异常总是和鄂霍次克海、巴伦支海东部、喀拉海(新地岛附近)以及哈得孙湾的海冰异常符号相反,并且与500 hPa高度场上的EU和WP型遥相关对应.当冬季格陵兰海和白令海的海冰异常偏少,而鄂霍次克海、巴伦支海东部、喀拉海(新地岛附近)以及哈得孙湾的海冰异常偏多时,西伯利亚高压和阿留申低压都偏弱,冬季风减弱,东亚西风增强,我国冬季大部分地区温度升高;反之亦然.     

冬季太平洋海表温度与北半球中纬度大气环流异常的共变模态

根据近50年的全球海洋和大气再分析资料,利用奇异值分解和子波变换分析方法及绕极涡分析途径,揭示了冬季太平洋海表温度（SST）与北半球中纬度大气环流异常共变模态的时空特征．结果表明,冬季太平洋SST与北半球中纬度大气环流异常之间主要表现为两种时空结构显著不同的共变模态,即年际的ENSO模态和准20a时间尺度的年代际北太平洋模态．二者在空间结构上具有明显差异．对于年际ENSO模态,海洋异常表现为典型的ENSO型SST异常分布．其主信号在热带中东太平洋,次信号在北太平洋,两者变化位相相反;大气异常主要为PNA型波列,局限于太平洋一北美地区,具有局域性特征,对于年代际北太平洋模态,SST异常则主要限于中纬度北太平洋地区,表现为北太平洋中西部与北美西岸SST异常呈反相变化;大气异常则表现为整个中纬度西风带上纬向波列分布,具有纬向全球性特征,即不仅与PNA遥相关型联系,而且与太平洋上游的欧亚大气环流异常也有密切关系,当中纬度北太平洋异常冷时,则中纬度大气整个定常槽脊系统加强,反之,则减弱．进一步对大西洋分析表明,年代际北太平洋模态的产生很有可能与“两个海洋与一个大气”的耦合相互作用机制有关．     

中国东部城市化与地面非均匀增暖

利用1979～2008年中国东部312个站点均一化调整后的地面气温观测资料及DMSP/OLS夜间灯光数据, 运用滑动空间距平方法, 对冬夏地面气温变化趋势在不同空间尺度下的非均匀性进行检测, 并分析了城市化对地面增暖的影响. 结果表明, 中国东部夏季和冬季的增温高值中心分别集中在长三角和京津冀地区, 其中长三角地区夏季的增暖主要是由夏季最高气温的增加所导致, 城市增温率为0.132～0.250℃/10 a, 增温贡献率为36%～68%; 京津冀地区冬季的增暖主要是由冬季最低气温的增加所导致, 城市增温率为0.102～0.214℃/10 a, 增温贡献率为12%～24%. 城市群增暖的时空差异可能与区域气候背景及人为热排放的变化有关.     

基于非参数回归模型的局部线性估计云量预报方法研究

为研究云量的分布特点,本文利用历史观测资料,对新义州、定海、隆子3站的总云量和低云量进行了正态性检验,结果显示：总云量和低云量均未达到正态指标,具有一定的随机性.因此,在2004-2007年逐年1月T106L19模式产品和单站地面观测资料的基础上,采用适合被解释对象呈非未知分布的非参数方法——局部线性估计方法,选择合适的窗宽和核函数,创建了上述3站总云量和低云量的短期预报模型,包括不同的长度样本序列.同时,为了比较预报效果,还采用适合被解释对象呈正态分布的参数方法——逐步回归法,建立了相应的预报模型,并利用2003年1月1～31日的逐日T106L19模式产品和3站的云量历史观测资料,对各种预报模型进行了试报和效果的检验,结果表明：在3站的总云量、低云量的月平均准确率和月平均平均绝对误差的检验指标中,非参数局部线性估计的预报精度均高于逐步回归方法 使用短样本序列建立的自适应非参数局部线性估计预报模型与采用长样本序列建立的预报模型相比,效果相当.这意味着,在数值预报产品解释应用的云量预报中,非参数局部线性估计方法可以更合理地考虑其时间分布特征,尤其在缺乏较长时间的历史建模样本时,具有良好的应用前景.     

我国极端降水过程频数时空变化的季节差异

利用我国586个气象测站的逐日降水资料,在对每个站点极端降水过程阈值进行科学界定的基础上,揭示了近45年我国年和各季极端降水过程频数的线性变化趋势及其年际、年代际变化特征.结果表明：我国年和季节极端降水过程频数主要为趋势性变化,不同地区不同季节趋势性变化差异显著,极端降水量在降水总量的趋势变化中占主导地位 长江中下游、西北地区北部和西南地区西部年极端降水过程频数呈现趋势性增加,而我国华北等地区呈现趋势性减少,并且主要反映的是夏季的特征 年和季节极端降水过程频数具有明显不同的年际和年代际变化特征 我国各季极端降水过程时空变化异常型明显不同,但与极端日降水的时空变化是一致的.