短期气候数值预测的进展和前景

评述了目前短期气候数值预测方面存在的缺陷,提出需要解决的4个挑战性的问题。认为在短期气候数值预测领域应结合我国学者已有的科研成果和经验,在计算条件相对落后的情况下,走一条具有我国特色的创新之路,而这可能是解决短期气候数值预测目前所存在的缺陷的一条行之有效的途径。     

来自全球气候预测网站的预报:全球气温可能上升11℃

根据世界上最大的气候建模研究的结果,温室效应可能要比专家们以前所预言的情形严重得多得多。在最坏的情形下,与前工业时代相比,翻了一番的二氧化碳浓度将使全球气温平均上升11℃以上。但是,除了预言更大范围的最大温升以外,该项目也扩大了温度可能变化的范围。     

中国冬季气候可预测性的跨季度集合数值预测研究

利用中国科学院大气物理研究所全球格点九层大气模式(IAP9L-AGCM), 从1969~1998每年秋季出发对冬季气候可预测性进行了系统性跨季度集合回报试验研究, 探讨了中国冬季季节平均气候异常的可预测性问题. 结果发现, 模式对冬季可预测能力在低纬大于高纬, 且在海洋上通常大于陆地, 后者以气温尤为明显; 对流层位势高度场的可预测区域随高度增加纬向分布变化不大, 但带状分布减弱, 日界线附近可预测程度明显降低. 分析的大气要素场中, 表面气温和位势高度场的可预测性最大, 降水的相对最小. 尤其是在LaNiña事件中, 中国乃至东亚地区冬季气候的可预测程度明显受ENSO信号的影响. 通过比较回报与实测表面气温的年际变化, 发现模式对我国东北及南方地区的冬季气温变化趋势有一定的预测能力.     

气候预测云开雾散

●几十年来,云层和气溶胶粒子一直困扰着气候预测人员。现在,研究者开始占上风了。从太空看地球,是整洁的还是特别寒酸,取决于观看的位置:有些地方,成片的云层覆盖在深蓝色的海洋上,形成了惊人的色调对比;其他地方,发电厂排放的灰色阴霾和沙漠风暴形成一团团灰尘遮掩了大片区域。     

东北地区冬半年大雪-暴雪日数气候预测

大雪和暴雪是东北冬半年(前一年11月～次年3月)发生主要的极端天气和气候事件,是我国当前主要的气象灾害之一.此前的研究主要集中于东北大雪和暴雪天气个例的成因和天气预测,对其气候预测研究甚少,因为大雪-暴雪年际变率非常大,气候规律复杂,同时动力模式对中高纬气候预测能力较低,预测非常困难.本文基于东北冬半年大雪和暴雪日数的年际增量的气候变化规律及其影响系统,尝试开展东北地区大雪-暴雪日数的气候预测.本文选取4个具有物理意义的预测因子,包括东北北部地区前期9月土壤湿度异常的陆面过程的影响、表示冬季西北太平洋海气过程的预测因子、前期夏季马斯克林高压和前一年前期冬半年东北暖湿气流,研制东北地区冬半年大雪-暴雪日数气候预测模型,并对预测模型进行1963～2011年(48年)独立样本交叉检验和1983～2010年(28年)独立样本回报检验,两种检验结果均表明该预测模型对东北大雪-暴雪日的年际增量及其距平百分率具有较高的预测能力.48年的交叉检验中,年际增量(距平百分率)相关系数是0.86(0.77),均超过0.01的显著性水平.距平百分率绝对误差是16%,平均均方根误差是20%.本研究结果为东北大雪-暴雪日数的气候预测研究提供一个有效预测方法和预测模型,值得在预测实际业务中试验应用.     

条件非线性最优扰动及其在天气和气候可预报性研究中的应用

条件非线性最优扰动(CNOP)是非线性动力系统中满足一定物理约束条件, 且在预报时刻有最大非线性发展的一类初始扰动. 它不仅可以代表某一天气或气候事件的“最优前期征兆”, 而且可以用来研究预报时刻对预报结果有最大影响的初始误差. 在流体运动的(不)稳定性(或敏感性)问题研究中, 它还可以代表最不稳定(或最敏感)的初始模态. CNOP还可以被用来估计某一天气或气候事件预报误差的上界. CNOP的上述物理特征在厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的可预报性研究和海洋热盐环流(THC)的敏感性分析中得到了实现: 在一个海气耦合ENSO模式中, CNOP代表了最容易发展成ENSO事件的初始模态(即最优前期征兆); 在ENSO事件的预报误差研究中, CNOP代表了在预报时刻对ENSO预报有最大影响的初始误差. 当CNOP作为观测ENSO事件的初始扰动时, 它给出了ENSO事件预报误差的上界估计; 当CNOP作为THC的最不稳定(或最敏感)的初始模态时, 它揭示了THC对有限振幅扰动的非线性不对称响应. 最后, 讨论了CNOP方法在较复杂模式中的应用, 结果表明CNOP方法对于较高维数的模式也是适用的, 对应的优化算法也是有效的.     

新型的飓风预测系统

现在正处于飓风季节,科学家们相信新型的飓风预报模型将会做出更为精确地预测,从而拯救更多的生命——     

DEMETER 耦合气候模式对西北太平洋台风活动及其影响因子的预测效能

利用耦合气候模式实现一步法预测是气候预测的重要发展方向之一. 该研究基于欧洲多模式短期气候集合预测计划(DEMETER)6 个耦合气候模式1974~2001 年回报试验结果, 首先探讨了耦合气候模式对夏季(6~10 月)西北太平洋台风发生密切相关的6 个主要气候因子的预测性能, 在此基础上, 利用这6 个气候因子与台风发生频次的统计关系, 研究了耦合气候模式对西北太平洋台风频次变化的预测技巧. 结果显示, DEMETER 6 个耦合气候模式可以较好地预测影响台风频次的主要气候因子及台风频次本身的变化特征. 进一步的对比研究发现, 这种统计降尺度与耦合模式相结合的预测方法明显好于耦合气候模式的直接预测效能. 此外, 多模式集合平均表现出最优的预测性能. 可见, 采用多模式集合与统计降尺度相结合的预测方法可以大大提升耦合气候模式的预测技巧, 它将成为未来台风预测的重要方向.     

红枣裂果的气候环境背景及其防御

红枣成熟期的裂果,是影响产质产量的主要问题之一.引起红枣裂果最直接的外部因素是成熟期的连阴雨.文章针对红枣裂果的气侯环境作出研究,并总结出采取棚盖、覆膜、喷药、套袋等措施进行防御,对保证产质产量,收到了较好效果.     

积云参数化方案的发展和改进及其在季节气候预测模式中的应用

在研究英国气象局的Gregory积云参数化方案特征的基础上, 根据我国区域降水的特点, 发展和改进了Gregory积云参数化方案. 首先, 在总体云群模式中, 直接考虑了低层大尺度辐合对积云对流的影响, 即在云模式中, 加入了有组织的卷入和卷出; 其次, 调整了积云对流初始的质量通并考虑了过冷水存在对饱和水汽压的影响; 最后, 调整了向下拖曳气流的强度. 在改进Gregory积云参数化方案后, 对我国近年来典型年份的夏季降水进行了预报实验, 结果表明: 发展和改进后的Gregory方案能较好地模拟出我国的降水形势, 取得了较好的预报效果.     

气候系统的层次结构和非平稳行为:复杂系统预测问题探讨

到目前为止, 有关非平稳复杂系统及其在气候预测中的应用研究(它有着比混沌系统更为复杂的行为), 是一个较少被人理解, 并有重大科学意义的前瞻性研究课题. 在大气运动中, 气候正是一个典型的非平稳系统. 但是现有的气候预测理论, 包括统计预测理论和非线性预测理论, 几乎都无一例外地建立在平稳性假定的基础之上. 这有悖于气候过程的基本性态, 因此它有可能是导致气候预测水平低下的重要的理论上的原因. 另外, 近10年来, 气候过程具有层次结构已经成为许多科学家的共识, 但是如何发展和完善这一理论, 使之成为一个完整的体系, 人们似乎还没找到合适的途径. 至少, 科学家们目前还没提出适当的概念和方法, 去为它搭起一个框架. 事实上, 气候系统的多层次结构(它与通常的多尺度结构是两个完全不同的概念)正是产生非平稳行为的原因, 而气候系统的非平稳特性正是层次结构的集中表现. 文中将根据我们的一些初步研究结果, 就这种具有层次结构的复杂系统的预测问题给出一些讨论.     

一个新的多项式对合系及其经典可积系统

通过Lax等谱技巧的运用,我们能得到一些经典可积系统的对合的运动积分组。Flaschkata首先把这个Lax方法应用到Toda格,之后Moser给出了著名的Calogero模型和Sutherland模型的Lax对。最近,曹策问、曾云波和李翊神考虑了若干族发展方程相应的Lax系统的非线性化,屠规彰提出了一个从发展方程族出发构造经典可积系统的一般方法。由这二种方法我们能得到一些经典可积系统。     

中国月平均气温可预报性的时空特征及其年代际变化

利用中国1960~2011年资料比较完整的518站逐日气温观测资料,采用非线性局部Lyapunov指数(NLLE)和非线性误差增长理论,定量分析了中国区域月时间尺度平均气温可预报性期限(MTPL)的时空分布和年代际变化特征.分析发现:多年平均的MTPL空间分布存在明显的地域差异,总体来看,东北大部、云南西南部和西北地区东部为可预报性高值区,长江中下游地区及黄淮流域为可预报性低值区;MTPL在各月份的空间分布存在明显的季节变化,总体上表现为冬半年可预报性较低,而夏半年较高;MTPL还具有明显的年代际变化特征,就全国而言,从1970年以来,MTPL具有上升的趋势,在2000年前后出现下降的趋势,尤其是东北地区在1986年之后可预报性显著提高.西北、黄淮、东北MTPL的年代际变化可能与气温的持续性有关.进入21世纪,除南方地区外,大部分地区的MTPL有降低趋势.上述结果为进一步认识我国月尺度气温异常的机理奠定科学基础,并为提高月尺度气温预测能力提供参考.