一种非线性动力统计模型及其预报试验

在引入样条函数的基础上,设计了一种新的非线性动力统计模型及其一整套反演方案,并用由昆明和蒙自逐月雨量和温度构成的局地气候系统对此模型进行了检验。计算结果表明：（1）无论是在拟会历史气候的变化方面,还是在预测未来气候的变化方面,此模型均具有较高的精度;（2）此模型具有良好的稳定性,历史气候变化的拟合精度和未来气候变化的预测精度相差较小。     

一非线性统计—动力气候模式及其降水预报试验

在带有线性反馈的统计－动力气候模式的基础，提出了一种非线性统计－动力气候模式，该模式的实质是用逐段线性化的统计－动力气候模式来描述气候系统的总体非线性特征。试验结果表明，该模式能更客观地预测气候变化。     

区域随机动力统计气候模式及其预报试验

本文从大气热力学与动力学原理出发,设计并推导了一个以高度场和海温场为主要变量的多网格点的海气耦合随机动力模式,用此模式作500hPa平均高度场的预报试验。预报以春季月份(2月)为初始场,取西太平洋副热带高压活动地区(10°N-40°N,110°E-170°W)6月500hPa高度场作为预报场。另外取赤道东太平洋地区5°S—10°S范围内海温场作为耦合场,把该模式中的微分方程组化为差分形式,以前期月平均高度场和海温场为初始场,以时间步长1天进行积分,积分系数是用依赖资料(1951—1980年)反演估计出来的,然后对独立样本(1981—1986年)作预报试验。方程中的随机项假设为白噪音,并对不同的白噪音量级作了一系列试验。结果表明,加上白噪音的效果均比未加时要好,说明次要因素的随机作用在海气相互作用中是不可忽视的。     

一非线性统计－动力气候模式及其降水预报试验

在带有线性反馈的统计－动力气候模式的基础上，提出了一种非线性统计－动力气候模式。该模式的实质是用逐段线性化的统计－动力气候模式来描述气候系统的总体非线性变化特征。试验结果表明，该模式能更客观地预测气候变化     

青藏铁路沿线地面气温演变的非线性振荡规律研究

将描述局地气温变化的非线性振荡方程应用到青藏铁路沿线9个测站(安多、当雄、托托河、班戈、格尔木、那曲、西宁、拉萨及五道梁)局地年气温演变研究中，根据各测站1966—1997年逐年年气温距平资料和反演理论获得具体描述各测站局地气温的非线性振荡方程。在不考虑外源强迫项的情况下，以经典非线性力学理论为依据，研究青藏铁路沿线9个测站的气温演变规律。结果表明，青藏铁路沿线9个测站局地气温系统是明显的非线性系统，其演变周期大致在3～6年之间，气温振幅随时间增加而衰减。其平均预报准确率为75．4％，有较好的预报能力。     

台风暴雨的逐步Logit动力统计释用预报试验

在对Ｌｏｇｉｔ判别系数β作似然比检验的基础上，用数值预报产品作为外生变量，用极大似然估计，对Ｌｏｇｉｔ判别分析的外生变量进行逐步筛选，建立了南京台风季节逐日的逐步Ｌｏｇｉｔ动力统计释用天气预报模型。     

一种客观预报旱涝的动力统计方法

将自行研制的北半球月平均高度场月际预报的动力统计谱式模块化,使之在微机上运行 ,将该模式提前一个月作出的环流预报谱系数采用统计方法释用于湖北省的夏季旱涝预测。对独立样本所作的预报结果表明,该客观预报方法具有一定的预测能力。     

P-σ全球模式的月尺度动力延伸预报试验

用P－σ混合坐标系原始方程模式（Nju-PσM)，以观测的瞬时气象要素场作为模式初始场，作了24个月动力延伸预报试验，利用距平符号一致率（P）、距平相关系数（AC）和均方根误差（RMS）对预报结果进行了评估和分析。试验表明Nju-PσM对月平均环流有一定的预报能力，气候漂移证正和预报结果的线性、势力的线型两种合成方法都对预报效果有明显的改进，把动力延伸预报与年际和月际持续性预报进行对比后，表明动力预报结果的各项评估分均为最高。预报场和实况场的空间滤波和经验正交函数（EOF）分析表明，模式对大尺度天气系统的预报能力较强，而对较小尺度天气系统的预报能力则差一例。     

土壤湿度的一种统计预报模型初步试验

探讨土壤湿度模拟与预报的可能途径，本文从水量平衡的物理原理出发，利用统计模型建立完全预报方程与简化预报方程，以淮河流域能量与水循环试验(HUBEX)的外场观测试验区所得淮河史灌河流域土壤水分的加密观测资料及其同期降水、蒸发、径流等水文观测资料(逐日资料)为例，进行了预报试验。结果表明，预报精度约为87．3％-88．3％。可见，利用前一日和前两日的降水和土壤湿度可以尝试作为估计未来土壤湿度的预报因子，但这只是一次初步的试验。     

基于动力统计模型重构的副热带高压中长期预报

基于T106数值预报产品500 hPa位势高度场序列,用EOF方法对位势场序列进行时、空分解,在考虑相邻时段位势场空间模态基本稳定的前提下,引入动力系统重构的思想,以EOF分解的空间模态时间系数序列作为动力统计模型变量,用遗传算法全局搜索和并行计算优势,进行了模型参数的优化反演,建立了EOF分解的时间系数的非线性预报模型.通过模型积分和EOF的时、空重构,实现了副热带高压活动场的中长期预报.试验结果表明,在短期预报(1-5 d)该模型与T106模式的预报效果大致相当;但对于中长期预报(≥5 d),其预报效果优于T106预报产品;特别是10 d以上的预报结果对副热带高压的形态和范围仍然能较为准确地描述.该研究方法对副热带高压等复杂天气系统和要素场预报提供了一种新的思路.     

极端气候对平均气候变化的非线性响应及其敏感性试验

平均气候与极端气候两者发生的概率具有密切联系.从理论和观测事实两方面证明一地平均气候与其极端气候的对应概率存在着明显的非线性关系.假定气候变量有对称概率分布和非对称概率分布两种状况,从理论上证明,平均气候变化前后所对应的极端气候概率具有非线性变化;通过对若干个代表站及气候场资料的平均值与所对应极值概率计算结果,证明理论符合观测事实.进一步借助于数值试验考察了概率分布模式的各个参数之变化对极端气候概率的影响.根据观测事实的举例,也表明了不同概率分布条件下,基本上都有如此变化规律.     

应用非线性振荡理论研究云南局地气温的演变规律

将描述局地气温变化的非线性振荡方程应用到云南省17个测站局地气温演变研究中,根据各测站1958年1月—2000年12月逐旬气温距平资料和反演理论获得具体描述各测站局地气温变化的非线性振荡方程。以经典非线性振荡理论为依据,研究了云南省17个测站的局地气温演变规律。结果表明,云南局地气温系统是弱的非线性系统;其演变的固有周期大致在6～10旬之间;在无外源强迫的条件下,云南局地气温振幅随时间增加总是衰减;考虑外源强迫的作用后,云南局地气温系统在其演变过程中只随外源强迫的振荡而振荡。应用反演获得的描述各测站局地气温变化的有外源强迫非线性振荡方程做出未来云南局地气温演变趋势预报,其平均预报准确率约为78．9％。说明该模型具有良好的预报能力和预报稳定性。     

中国年降水气候振动的非线性动力学特征

从观测资料出发,利用反演方法,获得了描述我国17个站年降水气候振动的二阶非线性动力学方程组中的系数,并在无外源强迫的情况下对该非线性动力学方程组作了定性的分析,对17个站的年降水气候振动进行气候模拟试验。结果表明:我国大部分地区的年降水气候振动存在弱的非线性振动特征,17个站的年降水气候振动都可以看作是一个正阻尼的动力系统,在运动变化过程中,自身能量的变化dEdt<0,17个站年降水气候振动的固有频率的变化范围为0.6≤ω0≤1.417,其固有周期的变化范围为10.4≥T≥4.4年。从空间分布特征上可以看到,其固有周期的长短分布有明显的东西向特征。在17个站中,兰州、成都、重庆、南宁、福州、上海、温州地区的年降水气候振动是一个类似于具有渐软弹簧特性的非线性动力系统,而昆明、长春、哈尔滨、北京、广州、西安、厦门、长沙、南京、杭州地区的年降水气候振动是一个类似于具有渐硬弹簧特性的非线性动力系统,从其空间分布特征上看也有东西向特征。全国17个站年降水气候振动的动力系统都存在一个稳定的焦点,在无外源强迫作用时,各站的年降水气候振动将逐渐趋向于各自的稳定的焦点,但都不存在极限环。在仅考虑降水自身振动的情况下,利用我们反演得到的非线性动力学方程对年降水气候振动做模拟,位于内陆地区的模拟情况可以通过显著性水平检验,而靠近海洋的地区模拟效果没有内陆好。这一结果说明在降水气候振动中,靠近海洋地区的外源强迫影响作用比位于内陆地区大。     

重庆市动力气候模式产品降尺度应用检验评估分析

应用多种动力气候模式降尺度解释应用技术,经过2004~2008年的回算检验和2009年以来的业务应用,结果表明其对重庆市区域的月平均气温和降水量有较好的预测能力,MOS和PP两大类方法中,分别用逐步回归、相似离度和最短距离相似等建模方法,用车比雪夫多项式,涡度,动态区域,EOF和R方程等5种不同构建因子方案得出的预测结果Ps评分(中国气象局预测业务定量评分标准)显示,重庆市动力气候模式解释应用方法的预测能力超过了中国气象局的目标考核要求(降水≥60%,温度≥65%)。月降水量预测最佳方案是PP-回归-涡度和PP-回归-区域,月气温预测最佳方案是MOS-回归-涡度和MOS-回归-车氏。降水和气温预测效果最好月和最差月平均Ps评分差值分别达到14.5%和21.8%,表明预测效果存在明显的月际差异。由2006年3月个例分析可见,降尺度解释应用技术对月尺度气温降水正负距平空间分布形态有较好的预测能力。     

统计气候诊断与预测方法的重要性

主要论述现代气候诊断与预测业务和研究工作中，统计学方法的重要性。在理论上，系统的内在随机性及外在随机性几乎不可避免，气候具有概率性；从实践中看，历来许多重要观测事实的揭示往往都是通过统计学方法。文中以大量事实和理论观点证明统计气候诊断预测方法具有不可替代的重要作用。     

我国短期气候动力预测模式系统的研究及试验

气候和气候异常对我国的国民经济发展具有重大影响,为提高短期气候预测的准确率,研究动力气候模式短期气候预测新技术至关重要.通过近5年的努力,建立了一套出月动力延伸预报模式,海气耦合的全球气候模式(AGCM+OGCM+海冰+高分辨率印度洋-太平洋海盆模式),区域气候模式季和年际尺度的业务动力模式组成的系统.初步把我国的短期气候预测水平由经验统计方法提高到定量和客观分析的水平上.在此基础上,已建成了一个具有物理基础的统计方法与气候动力模式相结合的综合气候预报系统.     

基于DERF的SD方法预测月降水和极端降水日数

针对动力气候模式对区域或更小空间尺度内的日降水预测技巧偏低的问题,应用最优子集回归 (OSR) 方法对国家气候中心业务化的月动力气候模式 (DERF) 输出的高度场、风场和海平面气压场进行降尺度处理用于降水预测,旨在提高预测准确率。1982—2006年交叉检验结果表明：OSR方法能显著提高降水预测技巧,其中11~40 d改善效果最为显著。在此基础上,应用一步法和两步法两种统计降尺度方法预测极端降水日数,交叉检验结果表明:两种方法均优于随机预测,冬季两步法预测技巧略高于一步法,夏季一步法略优于两步法。综合认为OSR,OSR结合随机天气发生器 (WG) 两种统计降尺度方法对月尺度降水或极端降水日数的预测均具有较高的技巧,可作为短期气候预测的重要参考信息。     

区域和全球模式的嵌套技术 及其长期积分试验

将区域模式嵌入澳大利亚CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization）的全球模式中,并将其应用于区域模式的长期气候积分试验。模拟结果表明,当区域与全球模式嵌套时,边界吸收问题十分重要,由区域模式得到的高分辨率大尺度环流形式在边界上必须与全球模式提供的强迫一致,同时区域模式必须给出基于模式内部物理过程产生的高分辨信息。因此,在嵌套过程中,必须仔细考虑缓冲区的设置,使大尺度强迫与中尺度特征充分混合,既保持区域模式内外的一致性,又使区域内部中尺度强迫物理过程得到充分发展。将区域模式与澳大利亚CSIRO的9层21波三角形截断谱模式嵌套后,完成了连续3年的区域气候模式积分。模拟结果表明,由于区域模式较好地刻划了区域尺度的地形、下垫面和海岸线分布等的细节特征,模拟的区域气候特征比全球模式有较大的改进,尤其是对季风降水的模拟,区域模式明显改进了全球模式的模拟结果。     

成都区域中心动力气候模式产品降尺度应用业务系统

利用动力气候模式(T63)产品进行降尺度解释应用,是目前以及未来开展气候预测的主要手段。本系统基于国家气候中心下发的气候模式产品、NCEP/NCAR 500 hPa高度场、西南区域84个代表站温度降水历年资料,采用动力统计相结合的技术方法,建立了“成都区域气象中心动力气候模式解释应用系统”,该系统以统计降尺度方法在西南区短期气候预测中的业务化应用为目的,实现了统计方法与动力模式相结合的业务化,经过5年业务回报试验和近2年的预测业务运行,结果表明:该系统对西南区域的月尺度温度和降水有较好的预报能力,已成为西南区域气候中心日常业务的主要参考依据。本文主要介绍该系统平台的各子系统性能及采用的技术方法。