中国西北大旱年发生概率的统计推断

根据中国西北近500a旱涝等级资料，用Bernoulli试验等理论模式，对大旱年发生的概率特征进行了研究，得出大旱年发生的统计规律。在全球气候变暖的大背景下，给出了21世纪中国西北大旱年发生概率的统计推断结果。     

基于随机过程理论的长江巨洪发生概率预测模式与应用

根据长江流域1849—1998年发生的巨洪资料序列,通过正态性、独立性等统计检验,确定序列的性质;然后,利用平稳独立随机过程理论建立概率预测模式,对长江流域巨洪发生概率作出研究性预测。结果表明,根据1849年以来长江巨洪资料样本,建立的巨洪发生间隔时间资料序列经对数变换后使原序列的线性和平稳性得以改善,有利于预报信息的提取;根据巨洪资料序列的性质,用平稳独立随机过程理论建立概率预测模式是合理的,制作长江巨洪发生概率预报是可行的;预计下次巨洪可能在2019年前后发生,2018年发生概率为59%,2019年发生概率为61%。     

非平稳时间序列的区域预测研究

基于重构状态空间理论和嵌入定理,给出一个新的非平稳场时间序列的区域预测方法。该方法将外强迫因子引入到预测模型中,并且将区域内预测相点的周围相点所对应的空间信息也引入到预测模型中。然后利用该方法对33模Lorenz系统得到的"理想"的非平稳场时间序列进行预测实验分析。结果表明,嵌入外强迫因子可以更好地重构出原来的动力系统,有效地提高非平稳时间序列的预测精度;同时引入空间和外强迫信息可以利用空间数据弥补时间序列长度的不足,从而进一步提高预测精度。     

El Nino事件的概率预测研究

根据19８５４－１９９３年期间的ＥlNino事件资料序列，通过正态性，独立性等统计检验，确定序列的性质，利用Ｍarkov随机过程和一阶自回归建立预测模式，给出了下次发生ＥlNino事件的时间可能在２００２年前后，２００１年发生的概率为４４％，２００２年发生的概率为６１％。     

支持向量机方法应用于理想时间序列的预测研究

简要介绍了基于统计学习理论的支持向量机方法的基本思想和原理,利用该方法对33模Lorenz系统的理想混沌时间序列建立预测模型,并对在此基础上产生的非平稳时间序列进行预测试验研究。结果表明,支持向量机方法不仅对平稳过程有较好的预报能力,也可以适用于非平稳过程,对实际序列的预测有一定的启发意义。     

基于EMD方法的观测数据信息提取与预测研究

用统计方法作月、季尺度的短期气候乃至年际尺度的长期气候预测是当前气候预测业务的主要依据,在短时间内这种情况仍然不可能彻底改变。虽然数值预报模式的预测能力达到了7 d的时效,不过要积分到月、季尺度并实现短期气候预测还面临着重重困难。其根本原因是气候系统的混沌分量和非线性/非平稳性等因素在起作用。而现有气候预测的统计方法(主要包括经验统计、数理统计和物理统计等方法)的数学基础却忽略了这些特点,这是因为以现有的科学水平人们不得不假设时间序列是线性和平稳的。实际气候观测序列普遍具有层次性、非线性和非平稳性,这给建立预测方法带来了极大困难。文中构建了一个新的预测模型,即首先利用经验模态分解(em-pirical mode decomposition,EMD)方法将气候序列作平稳化处理,得到一系列平稳分量-本征模函数(intrinsic modefunction,IMF);其次,利用均生函数(mean generate function,MGF)模型获得各分量的初次预测值;最后,在最优子集回归(optimal subset regression,OSR)模型的基础上,通过直接或逐步拟合一部分预测值,构建两种预测方案达到提高预测能力的目的。典型气候序列的预测试验结果表明,具有平稳化的IMF分量,尤其是特征IMF分量有较高的可预测性,它对原序列趋势的预测有重要指示意义。大力开展气候系统机理和气候层次的研究,并建立相应的气候模式是未来发展趋势。该文是这方面的一个初步尝试,相信该模型能为气候预测(评估)开辟一条新的有效途径。     

基于慢特征分析的哈尔滨市气温预测研究

慢特征分析方法(Slow Feature Analysis, SFA)是从已知的非平稳时间序列中提取缓变信息的有效方法。本文首先通过Logistic非平稳时间序列模型对SFA方法提取慢特征信息的能力进行了检验,然后以哈尔滨市为黑龙江省代表站,对月气温距平序列进行慢特征信号提取及预测研究。结果表明：慢特征分析方法可以有效地提取哈尔滨市气温距平序列中的慢特征信号。提取的慢特征信号能够反映原序列的变化趋势、极值等信息。拟合和预测试验表明,与平稳性模型相比,引入SFA信号后的气温预测模型可以在一定程度上提高预测能力,改善预测效果。对近48个月独立样本预测也得到相同结论。     

中国北方地区旱涝的年代际预测分析研究

基于状态空间重构理论和嵌入定理,给出场时间序列预测模型的建立思路。与单点时间序列预测分析方法相比,场时间序列预测分析方法的优点在于,在寻找吸引子上某个相点的最邻近点及其映象以建立预测模型时,不局限于它自身的时间序列,而是在区域内所有相点的时间序列所构成的整个吸引子上寻找。这样,在一定程度上改进单点时间序列的“遍历性”,以提高预测精度。在此基础上,利用中国北方地区534年旱涝等级资料,对中国北方几个区域年代际尺度的旱涝变化及其极端旱(涝)出现频率进行预测试验分析。     

多模式集成的概率天气预报和气候预测研究进展

基于大气的混沌特性,单一的确定性预报逐步向多值的不确定性概率预报转化已成为一种趋势。本文系统地评述了概率天气预报产生的背景,介绍了概率预报的相关概念及国内外的研究状况,着重讨论了多模式集成的概率预报的两种集成方法,即贝叶斯模式平均(Bayesian model averaging,BMA)和多元高斯集合核拟合法(Gaussian ensemble kernel dressing,GEKD),并给出了两个例子的概率预报试验结果。利用BMA方法制作的概率预报的方差较小,减小了预报的不确定性,因此预报结果更接近大气的真实值。作为另一种多模式集成方法,多元高斯集合核拟合法回报的地面气温距平均值及趋势的概率预测结果与实测结果基本一致。利用此方法建立了地面气温年代际变化的概率多模式集合预测模型,并从中提取年代际气候变化特征,对东亚季风区年代际预测具有重要应用价值。     

中国西北干旱区年降水量非线性动力模式预测试验

利用中国西北干旱区16个代表站年降水量序列,引入非线性动力模式对年降水量做了非独立样本和独立样本预测试验。对模式参数及非线性函数的选取做了一些改进和探讨。初步结果表明,模式能较好地拟合降水量变化趋势和具有一定的预测能力。预测效果优于自回归模式。     

西北地区干旱预测的EOF模型

该文在经验正交函数（EOF）分析的基础上,设计了一种适合于西北地区干旱预测的EOF模型,利用均生函数法、多元回归法和典型相关法对EOF模型进行了有效的预测试验,结果表明这种模型对西北地区的干旱有一定的预报能力。     

西南地区2次秋冬春季持续严重干旱气候成因对比

利用多种资料从不同方面对2009/2010、2012/2013年西南地区秋冬春季持续严重干旱进行对比分析,结果表明:这2次季节连旱都受热带西太平洋、孟加拉湾、中南半岛和青藏高原东部等地区环流异常、水汽输送通量散度异常、热带印度洋海表温度异常以及北极涛动(AO)异常的影响。2009年和2012年秋冬季,西南地区均受较强的下沉运动控制,环流形势异常和热带印度洋海表异常增温,导致来自孟加拉湾的水汽输送偏弱,同时该地区水汽输送通量辐散偏强,动力因子和水汽条件都不利于降水;AO持续负位相是引起持续干旱的重要原因,它不仅使南支槽减弱变浅,西南水汽输送减少,还致使贝加尔湖脊系统偏弱,北方南下冷空气主体偏东,不利于冷暖空气在西南地区上空交汇。热带西太平洋海表温度异常并非2次干旱事件的直接原因,且对这2次干旱的影响有所不同,其中2009/2010年的干旱发生在El Nino Modoki事件背景下,2012/2013年则受到弱的La Nina事件的影响。     

基于逐步回归分析的西北地区东部雷暴概率预报方法研究

利用2008~2013年西北地区东部60个站点天气实况资料以及NCEP/NCAR再分析资料计算出的对流参数,统计各站年均雷暴日数,在前期天气分型的基础上,通过事件概率回归方法,建立了60个站点4~10月24 h雷暴概率预报方程,并对2013年4~10月各站雷暴进行试预报。结果表明:(1)西北地区东部雷暴发生最多的站点位于青藏高原东北边坡地带,最少的站点位于北部戈壁荒漠地带与东部关中平原一带,45%的站点年均雷暴日数在5~10 d之间;(2)前期天气分型过程剔除了一部分未发生雷暴的样本,使得逐步回归建模的总样本数明显减少,有效地提高了预报准确率;(3)基于NCEP/NCAR再分析资料计算的物理量与雷暴有无事件相关性较好,对24 h概率回归方程方差贡献较大;(4)2008~2012年回代预报所有站点平均TS评分为24.2%;2013年试预报所有站点平均TS评分为23.3%,雷暴发生较多的站点预报效果更好。该预报结果较理想,可为西北地区东部雷暴研究提供参考。     

北方出现5次沙尘天气过程华北、西北旱情持续或发展--2006年3月

3月,全国平均气温比常年同期偏高,平均降水量比常年同期偏少。月内,我国北方地区出现了5次沙尘天气过程,9—12日出现了今年以来最强的一次强沙尘暴天气过程;华北、黄淮、西北地区东部及内蒙古东南部、云南干旱持续或发展;中旬,强冷空气影响我国大部地区,江西、贵州等地的部分农作物遭受冻害;西藏、甘肃等地发生雪灾;我国中南部地区大雾天气较多,交通运输受到影响;江西、广东等省局地发生暴雨洪涝灾害。1北方地区出现5次沙尘天气过程3月份,我国北方地区出现了5次沙尘天气过程,其中强沙尘暴过程2次,扬沙过程3次。沙尘天气过程多于2000年、2003…     

秋旱的集成预报方法探讨

通过庆阳地区秋旱指数的空间分布特征及其时间变化规律分析,分别建立了秋旱指数的周期叠加、逐步回归、均生函数的预测模型,并对这三种模型用权重法、平均法、回归法、举手表决法进行集成。结果表明,平均集成法效果最好。     

汛期大～暴雨的降水概率预报模式

应用阶梯函数变换预报因子 ,经过相关比筛选 ,进行 REEP构造分量级降水概率预报方程 ,应用不同时刻资料和对 NWP产品统计释用方法构造分时刻预报方程 ,并对其预报结果进行了综合的集合预报。实用表明 ,预报模式对大～暴雨的概率具有一定的预报能力。     

庆阳春旱的均生函数预测模型

本文客观定量地计算了庆阳地区８县（市）的春旱指数,分析了其时空分布特征,用均生函数模型建立了春旱分片预测方法,历史回代及业务应用效果理想。     

我国西北地区春季旱涝气候特征研究

利用西北地区160个台站1950～2000年春季降水量资料,讨论了西北5个区域的旱涝气候特征,发现西北东部和北疆山前地带降水气候变化最为激烈,旱涝事件频繁.整个西北地区春季干旱虽较雨涝多见,但严重雨涝的发生多于严重干旱,且严重旱涝的发生自20世纪80年代以来有增加的趋势.西北各区的旱涝演变具有阶段性和群发性的特点,存在年代际的变化周期和5～6年的准周期振荡.西北东部春季严重雨涝和严重干旱发生时,中高纬度大尺度环流及副热带大气环流特征迥然不同,且分别对赤道中东太平洋海温和北太平洋西风漂流区海温异常表现出遥响应的关系.     

Ranking Regional Drought Events in China for 1960-2009

The spatiotemporal variations of the site and regional droughts in China during 1960–2009 were analyzed by applying a daily composite-drought index (CDI) to 722 stations in mainland China. Droughts frequently happened in a zone extended from Southwest China to the Yellow River, North China, and the southwestern part of Northeast China, with two centers of high frequency in North China and Southwest China. In Southwest and South China, droughts tend to happen during the winter. In North China and along the Y...     

A Regional Ensemble Forecast System for Stratiform Precipitation Events in Northern China. Part I: A Case Study

A single-model,short-range,ensemble forecasting system (Institute of Atmospheric Physics,Regional Ensemble Forecast System,IAP REFS) with 15-km grid spacing,configured with multiple initial conditions,multiple lateral boundary conditions,and multiple physics parameterizations with 11 ensemble members,was developed using the Weather and Research Forecasting Model Advanced Research modeling system for prediction of stratiform precipitation events in northern China.This is the first part of a broader research project to develop a novel cloud-seeding operational system in a probabilistic framework.The ensemble perturbations were extracted from selected members of the National Center for Environmental Prediction Global Ensemble Forecasting System (NCEP GEFS) forecasts,and an inflation factor of two was applied to compensate for the lack of spread in the GEFS forecasts over the research region.Experiments on an actual stratiform precipitation case that occurred on 5-7 June 2009 in northern China were conducted to validate the ensemble system.The IAP REFS system had reasonably good performance in predicting the observed stratiform precipitation system.The perturbation inflation enlarged the ensemble spread and alleviated the underdispersion caused by parent forecasts.Centering the extracted perturbations on higher-resolution NCEP Global Forecast System forecasts resulted in less ensemble mean root-mean-square error and better accuracy in probabilistic quantitative precipitation forecasts (PQPF).However,the perturbation inflation and recentering had less effect on near-surface-level variables compared to the mid-level variables,and its influence on PQPF resolution was limited as well.