我国短期气候预测技术进展

经过近60年的发展,我国短期气候预测技术和方法也有了长足进步。近年来,一些新的预报技术和机理认识不断应用于短期气候预测业务。ARGO海洋观测资料的使用大大提高了业务模式的预测技巧,新一代气候预测模式系统已经投入准业务化运行,研发了多种模式降尺度释用技术,多模式气候预测产品解释应用集成系统(MODES)和动力-统计结合的季节预测系统(FODAS)逐渐应用于业务中,大气季节内振荡(MJO)逐步在延伸期预报中得到应用。近年来,对全球海洋、北极海冰、欧亚积雪、南半球环流系统对东亚季风影响的新认识也不断引入到短期气候预测业务中。这些新技术和新认识的应用极大提高了我国短期气候预测的业务能力。     

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.     

短期气候预测方法综述

1引言国外不少国家开展短期气候预测的研究与业务已有几十年历史。目前大多数国家（包括我国）业务预报仍以经验统计方法为主，预报效果不稳定。80年代以来。有关气候变化物理成因及其机制的研究，为短期气候预测尤其是动力模式的发展提供了物理依据，有的已成为短期气候预测很有用的工具。一些发达国家在进行动力模式的研制和气候模拟方面发展很快。为更好开展短期气候预测的研究，有必要了解其发展现状。但限于篇幅，本文只能对短期气候预测的较新进展作比较详细的介绍。2短期气候预测方法2．1经验、统计方法经验方法仍以天气气候的相似相…     

动力-统计客观定量化汛期降水预测研究新进展

汛期降水预测是短期气候预测的重要内容之一,也是难点之一。近20年来,动力-统计相结合的预测方法在解决这一复杂的科学难题方面取得了一定进展。该文系统地介绍了近年来国家级气候预测业务中关于动力-统计客观定量化预测的原理、最优因子订正和异常因子订正两类预测方案,及动力-统计集成的中国季节降水预测系统 (FODAS1.0)。2009—2012年的汛期降水预测中,动力-统计客观定量化预测方法4年平均PS评分为73,距平相关系数为0.16,体现了较高的预报技巧。但该方法仍存在不足,需通过加强气候因子与降水之间关系的诊断分析、完善短期气候模式的物理过程、改进参数化方案及研发有针对性的区域气候模式等手段,进一步提高模式本身的预报技巧,使动力-统计预测方法在汛期降水预测中发挥更大作用。     

我国短期气候预测的业务技术发展

首先概述了我国短期气候预测技术和业务现代化发展的历史。近40多年来，我国短期气候预测业务技术经历了经验统计分析、数理统计分析、物理统计分析、动力与统计相结合4个主要发展阶段。其次分析了“九五”以来我国短期气候预测技术的新进展，通过“九五”攻关研究，增强了我国短期气候预测的物理基础、综合决策和业务预测能力，初步实现了动力与统计相结合，提高了自动化、客观化、可视化水平。最后探讨了未来我国短期气候预测技术发展的几个主要问题，一方面要大力发展动力气候模式，另一方面要不断改进提高物理统计方法，在汛期降水物理统计预测方法的研究中，应重点加强主导因素、中纬度环流异常、海洋与大气相互作用、年代际气候背景与年际气候异关系的研究。     

动力气候模式预测系统业务化及其应用

动力气候模式是目前国际上开展气候预测的主要工具。经过 8年多的研制、发展和业务化过程 ,国家气候中心已建立起第一代动力气候模式预测业务系统 ,并以此为平台 ,形成了一套包括月、季节到年际时间尺度的动力模式预测业务。 2 0年历史回报试验和 1年多的试验性业务运行结果表明 ,该系统对东亚区域的季节预测具有较好的预测能力 ,其预测结果已经在实际业务中得到了应用 ,并成为我国短期气候预测业务的重要参考依据。该文是对该动力模式系统性能的介绍 ,也是对国家“九五”重中之重课题的加强课题“短期气候预测综合动力模式预测系统业务化”专题的总结汇报。     

月尺度动力模式产品解释应用系统及预测技巧

从短期气候预测业务面临的实际问题出发,针对月尺度气候预测,利用国家气候中心月动力延伸预报(DERF)模式资料,开发了集多种统计预测方法、多种解释应用技术于一体的业务系统。利用该系统的多种预测方法对广西88个站点2005-2008年6月降水距平百分率的独立样本检验结果表明:在解释应用方法中,基于模式输出统计假设方法(MOS)的预报结果优于完全预报法(PP);利用预测站点附近的环流关键区构建的预测因子预报效果最好;经验统计函数法(EOF)和动力与统计相结合的解释应用方法的预测准确率较高且较稳定;同时满足模式预测资料中预测因子和预测对象的高相关关系,以及再分析资料中预测因子和预测对象之间高相关关系确定关键区,并在此基础上建立预测模型的预测效果更佳。解释应用预测准确率一般都在70分以上,高于传统的物理统计预测结果。     

最优气候值方法在短期气候预测中的应用

利用最优气候值方法,对辽宁1997 和1998 年各月、季平均气温和降水量做预报,结果表明,这种方法有一定的预报能力,可以在本省短期气候预测业务中使用。     

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。      

距平模式月际旱涝异常的诊断及预测试验

用地气耦合非定常距平模式对２４个夏季旱涝月个例进行了诊断和预测试验。结果表明,用这种动力与统计外部结合的ＭＯＳ方法进行旱涝预测比较简易可行,并且达到一定的准确率,便于在短期气候预报的业务中推广应用。     

多时次资料的EOF迭代在云南夏季气候预测中的应用

多时次资料的EOF迭代预测方法能较好地应用历史资料中的信息，并能将经验法则、观测事实和气候规律等引入到实际的短期气候预测过程中，特别是随着我们对影响短期气候变化的物理过程和因子认识的深入，这种预测方法将会得到更加有效地改进和实际应用。本文考虑4个区域月平均海表水温的多时次历史资料，基于EOF迭代方案，建立了云南夏季气候变化的一种多时次EOF迭代预测模型。在对云南分5个区域，每个区域16个气象观测站点的夏季降水和气温趋势的预测中，该模型对云南1995－1999年的夏季6－8月总雨量和平均气温趋势预测检验的最新业务标准评分平均分别达到79．6％和87．0％。该评分成绩表明，这种容纳多时次资料，基于EOF迭代的物理一统计预测方法是一种有效的短期气候预测途径。     

渤海海冰数值模式的研究进展

根据渤海海冰冰情,从热力和动力两个方面综述了渤海海冰数值模式的研究进展。从热力参数方案和气候特点上,展望新一代渤海中小尺度短期海冰热力模式;从海冰动力模式中3种常用数值方法的主要特点和实际应用情况上,论述SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法在渤海海冰短期预报的发展前景。在此基础上,结合海洋气象的发展,讨论海冰短期预报的关键技术。将海冰数值预报模式与传统的中长期海冰统计预报有机地结合起来将是渤海海冰模式未来的发展方向。     

Progress in Predictability Studies in China （2003-2006）

Since the last International Union of Geodesy and Geophysics General Assembly(2003),predictability studies in China have made significant progress.For dynamic forecasts,two novel approaches of conditional nonlinear optimal perturbation and nonlinear local Lyapunov exponents were proposed to cope with the predictability problems of weather and climate,which are superior to the corresponding linear theory.A possible mechanism for the"spring predictability barrier"phenomenon for the El Ni(?)o-Southern Oscillation (ENSO)was provided based on a theoretical model.To improve the forecast skill of an intermediate coupled ENSO model,a new initialization scheme was developed,and its applicability was illustrated by hindcast experiments.Using the reconstruction phase space theory and the spatio-temporal series predictive method, Chinese scientists also proposed a new approach to improve dynamical extended range(monthly)prediction and successfully applied it to the monthly-scale predictability of short-term climate variations.In statistical forecasts,it was found that the effects of sea surface temperature on precipitation in China have obvious spatial and temporal distribution features,and that summer precipitation patterns over east China are closely related to the northern atmospheric circulation.For ensemble forecasts,a new initial perturbation method was used to forecast heavy rain in Guangdong and Fujian Provinces on 8 June 1998.Additionally, the ensemble forecast approach was also used for the prediction of a tropical typhoons.A new downscaling model consisting of dynamical and statistical methods was provided to improve the prediction of the monthly mean precipitation.This new downsealing model showed a relatively higher score than the issued operational forecast.     

数值预报误差订正技术中相似-动力方法的发展

Due to the increasing requirement for high-level weather and climate forecasting accuracy, it is necessary to exploit a strategy for model error correction while developing numerical modeling and data assimilation techniques. This study classifies the correction strategies according to the types of forecast errors, and reviews recent studies on these correction strategies. Among others, the analogue-dynamical method has been developed in China, which combines statistical methods with the dynamical model, corrects model errors based on analogue information, and effectively utilizes historical data in dynamical forecasts. In this study, the fundamental principles and technical solutions of the analogue-dynamical method and associated development history for forecasts on different timescales are introduced. It is shown that this method can effectively improve medium- and extended-range forecasts, monthly-average circulation forecast, and short-term climate prediction. As an innovative technique independently developed in China, the analogue- dynamical method plays an important role in both weather forecast and climate prediction, and has potential applications in wider fields.     

降尺度方法在东亚气候预测中的应用

东亚气候变异十分复杂,全球动力预测系统对该地气候异常的预测能力偏低,如何进一步提高东亚地区气候异常的预测水平是一个非常重要的科学和现实需求问题。为此,近些年一系列的动力和统计降尺度方法得以发展。本文主要回顾了这些降尺度方法在东亚气候预测研究和实时预测中的应用。首先,文中简要介绍了我国目前应用于实时预测的全球动力预测系统及其性能,这是开展降尺度的科学和技术基础;在此基础上,从区域模式物理过程参数化方案的评估与遴选、区域模式在东亚气候预测中的应用两个方面,对于动力降尺度方法的发展和应用做了回顾;在统计降尺度的综述中,本文主要关注了东亚夏季汛期和冬季气候异常的预测,特别是针对东亚冬季气候异常,本文中提出了新的高效的统计与动力相结合的预测方法。最后,展望了短期气候预测需要进一步深入研究的科学和技术问题。     

中国夏季降水的组合统计降尺度模型预测研究

现阶段的动力气候模式尚不能满足东亚区域气候预测的实际需求,这就需要动力和统计相结合的方法,将动力模式中具有较高预测技巧的大尺度环流信息应用到降水等气象要素的统计预测模型当中,以改善后者预测效果。本文中所介绍的组合统计降尺度模型,可将动力气候模式预测的大尺度环流变量和前期观测的外强迫信号作为预测因子来预测中国夏季降水异常。交叉检验结果显示,组合统计降尺度预测模型的距平相关系数较原始模式结果有较大提高。在实时夏季降水预测中,2013～2018年平均的预测技巧相对较高,趋势异常综合检验（PS）评分平均为71.5分,特别是2015～2018年平均的PS评分预测技巧达到72.7分,总体上高于业务模式原始预测和业务发布预测的技巧。该组合统计降尺度模型预测性能稳定,为我国季节预测业务提供了一种有效参考。     

统计方法在数值模式中应用的若干新进展

目前,数值模式的准确性不断提高,天气预报和气候预测越来越依靠数值模式。数值模式不仅仅是求解描述大气运动和热力过程的方程组,其中也大量使用了统计方法,统计方法是数值模式的重要组成部分。本文对统计方法在数值模式中应用的最新进展进行了综述。首先,分析了统计方法在数值模式的资料同化、集合预报、次网格尺度物理过程参数化方案、数值产品统计释用、延伸期预报、模式检验等方面的应用。然后阐述了贝叶斯统计在数值模式中应用的新进展。最后,对统计方法在数值模式中应用的未来发展趋势进行了展望。     

10~30 d延伸期可预报性与预报方法研究进展

10~30 d延伸期的可预报性既依赖于初始条件,也与缓变的下垫面有关,寻找延伸期时段内可预报性较高的低频特征,识别延伸期的可预报性来源及影响的物理机制是提高延伸期预报水平的关键。近年延伸期可预报性来源、热带大气季节内振荡监测预测和影响等领域的研究取得较大进展,提出和应用了动力统计相结合以及大气低频信号释用等新的延伸期预报方法。对延伸期可预报性来源及其与初值和外强迫异常的关系分析表明,海气相互作用能提高亚洲和西太平洋区域延伸期时段大气环流和要素的可预报性。热带大气季节内振荡、平流层爆发性增温以及各种次季节尺度的海气、陆气耦合作用和大气响应均为延伸期预报提供了重要的可预报性来源。由于数值模式延伸期时段的预报性能与实际业务需求还存在一定距离,基于动力统计相结合和物理统计的延伸期预报方法被广泛应用于业务预报,表现出一定的预报技巧。