气候预测中的集合方法初探

介绍了气候预测中的集合方法。该文作者曾在1996年论证了在西太平洋暖池区海温异常与东亚夏季风的共同作用下存在一个可预测的气候异常区,部分地改变了气候不可预测的论断。如何从与大量不可预测结果混杂在一起的结果中提炼出可预测部分是集合方法的重要目的之一。文中也讨论了由于大气运动固有的动力学特性,其集合预测与经典的数学考虑有所区别,天气与气候预测有不同的特点,其集合方法、目的也应有所不同,由此对集合方法提出了一些新的建议。文中同时介绍了首次在气候预测中发现的多平衡态现象,建议了如何判定多平衡的出现,以及如何利用多平衡态来改善对不同区域的预测。     

1991年夏季苏皖地区洪涝的短期气候距平预测试验

本文叙述了用多种方案对1991年夏主要发生在我国江苏、安徽两省的持续性多雨气候进行的跨季度预测试验研究的情况。试验用完全的海气耦合方案、大气模式并保持初始SSTA方案、考虑皮纳图博火山作用、模式系统误差订正以及它们的组合等进行，得到了比较好的预测结果。     

IAP／CAS的短期气候距平数值预测研究

本文介绍了中国科学院在气物理研究所（ＩＡＰ／ＣＡＳ）近十年来在短期气候距平数值预测研究方面的一些进展情况,首先介绍了近十年来准业务跨季度汛期降水预测的结果及评分,对预测的物理基础、预测可能性、集合预测方法、订正的必要性与方案进行了初步探讨,提出了我们的看法,发现预测中可能出现多平衡态,可以应用来改进不同区域的预测,并对些方法所作预测的特点、与经验半经验统计的相互配合、不同地区预测效果的差异、如何选     

中国科学院大气物理研究所短期气候预测系统的改进及其对1998年全国汛期旱涝形势的预测

通过引入改善了地表反照率参数化方案的中国科学院大气物理研究所（ＩＡＰ）大气环流模式,我们对ＩＡＰ短期气候距平预测系统（ＩＡＰＰＳＳＣＡ）中的大气模式部分进行了改进。利用改进前后的ＩＡＰＰＳＳＣＡ,我们对１９８０～１９９４共１５年中国夏季降水异常进行了集合预报检验,与实测结果比较表明,改进后的ＩＡＰＰＳＳＣＡ对江淮和华南地区的预报技巧与原先的系统相比只是有略微的提高,但对我国东北、华北、河套区域以及整个中国东部的预报技巧则比原系统有较大程度的提高,从而表明气候模式中陆面过程的正确表述可以提高模式气候预测的能力。利用改进的ＩＡＰＰＳＳＣＡ和ＩＡＰＥＮＳＯ预测系统提供的预测海温距平,我们对１９９８年中国夏季降水异常进行了预报（该预测３月份提供给有关单位）。今与实际情况比较表明,改进了的ＩＡＰＰＳＳＣＡ和ＩＡＰＥＮＳＯ预测系统耦合,对１９９８我国夏季旱涝形势的预测与实测基本相符,但强度较小,说明有一定预报能力,但也还有许多问题。     

动力延伸预报产品在辽宁短期气候预测中的释用

基于1961～2000年辽宁53个测站40 a逐年的月气温距平和月降水距平百分率资料,根据EOF(经验正交函数)展开的空间特征向量分布特征,将前3个主要特征向量时间系数作为预报量,将500 hPa高度场的高度距平、地转涡度作为预报因子,利用多元统计回归分析,建立了一套定点、定量预测辽宁各月气温与降水量的数学模型。利用该模型对2001~2005年辽宁53个测站的月气温距平和月降水距平百分率进行逐月预报试验。结果表明:对气温和降水量的趋势预报的评分均比较好,有87%以上的月气温距平预测结果的评分超过66.0分,各月的平均Ps评分均高于66.0分,年平均为75.5分或以上,总平均为83.1分;有70%的月降水距平百分率预测结果的Ps评分超过60.0分,各月的平均Ps评分都高于53.0分,年平均为58.0分以上,总平均为66.5分。但对异常气候的预测效果不明显。     

超级集合思想在汛期降水预测集成中的应用

借用数值预报中超级集合的思想对参加中国汛期降水预测的各大单位预报结果进行集成，以期得到较好的预测结果。利用线性反演技术进行正反拟合和预报试验．结果表明集合预报效果比较稳定，多数情况下优于单个成员预报。体现了集合的优势，在气候预测业务中有一定的应用价值。     

论短期气候预测的对象问题

基于气候变化的物理过程和数学方面的考虑,讨论了短期气候预测的对象问题。短期气候预测对我国具有重大的经济和社会价值,但也是非常困难的科学难题和科学工程。传统的把气候距平作为预测对象的方法并不一定具有科学严谨性和应用上的高效性。因此提出把气候年际增量作为新的预测对象,并从数学物理考虑上进行了讨论。最后,基于一个气候模式的预测试验,实际检验了新的预测对象方案的效果。     

基于集合预报产品的降尺度降水预报试验

利用降水距平百分率的降尺度预报方法和1951-2008 NCEP资料及我国降水资料,建立了降水距平百分率的预报模型,基于T106L19模式的月动力延伸集合预报结果,进行了2007-2009年3 a的预报试验和效果检验.结果表明,基于集合预报产品的统计降尺度方法对降水距平百分率的预报技巧高于模式降水的预报技巧;500 hPa月平均高度场的预报技巧直接影响到降水距平百分率的预报技巧,平均环流的预报技巧越高,降水距平百分率的预报技巧越高;无论集合成员数为多少,集合预报的结果都明显优于控制预报,随着集合成员数的增多,预报技巧呈增大的趋势;我国降水具有显著的季节性和区域性,以江淮地区的降水距平百分率预报技巧最高,华南地区的预报技巧其次.     

陕西省特大干旱的气候特征

采用降水距平百分率对陕西省 1 997年特大干旱的气候特征进行了分析 ,并通过与历史上几次重大干旱年份的对比分析 ,得出结论 :1 997年干旱是陕西省建国以来最严重的干旱 ,1 92 8年(民国十七年 )的干旱是陕西省本世纪出现的最严重的一次干旱。     

河南省汛期气候预测概念模型

在河南省6种雨型的基础上，分析了物理要素海温、季风、西太平洋副高及气候因子和河南省汛期降水的关系，给出了河南省汛期降水的气候预测概念模型。通过逻辑推理，可以具体预测雨型。     

Effects of the Physical Process Ensemble Technique on Simulation of Summer Precipitation over China

The effects of the physical process ensemble technique on simulation of summer precipitation over China have been studied by using a p-σregional climate model with 9 vertical levels（pσ-RCM9）.The results show that there are obvious differences among simulations of summer precipitation over China from different individual ensemble members.The simulated precipitation over China is sensitive to different cumulus convection,radiative transfer,and land surface process parameterizations.These differences lead to large uncertainties in the simulation results.The standard deviation of the simulated summer precipitation departure percentage over West China is larger than that over East China,signifying that the simulated precipitation over East China has higher reliability and consistency than that over West China.The Talagr and diagram shows that the ensemble system has reasonable dispersion in the simulated summer mean precipitation over East China.The summer ensemble mean precipitation over East China evaluated by various indices is better than most single simulations.The physical process ensemble technique reduces the uncertainties of the model physics in precipitation and improves the simulation results as a whole.Further, adopting the optimized ensemble mean method can obviously improve the performance of the pσ-RCM9 model in simulation of summer precipitation over East China.     

2004年夏季短期气候集成预测及检验

分析了2004年夏季东亚大气环流的主要特点及对我国天气与气候的影响.对可能影响2004年夏季中国降水的主要物理因子及其演变的判断基本正确.跨季度预测指出2004年夏季我国大范围严重洪涝事件的可能性不大,6～8月主雨带可能位于黄河中下游与淮河之间;并较好地预测了影响我国的台风数.对2004年夏季跨季度气候预测中存在的问题进行了初步讨论,以便改进和完善中国科学院大气物理研究所短期气候预测系统.     

短期集合预报中定量降水预报集合方法初探

针对短期集合预报中集合平均等方法对极端天气事件预报能力低下的缺陷，提出一种定量降水预报集合方法，简称两步法。该方法首先采用逐级归并法确定集合成员的总体相似度，进而确定集合成员预报场的延伸半径，对各成员的预报场进行修正，然后根据每个成员与其他成员的相似程度，确定各成员的权重系数。这个方法既考虑了集合成员总体的差异性又考虑了降水的概率分布。试验证明，通过上述两步得到的定量降水预报，对提高极端天气事件的预报确率有一定效果。本方法无需历史资料，能很好适应集合成员的改变，实现方便快捷。     

基于ECMWF集合预报产品的降水相态客观预报方法

基于欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）集合预报系统的降水相态产品（precipitation type,PTYPE）,分别以HSS评分最优、TS评分最优和频率偏差最优为标准,运用最优概率阈值法,生成雨、雨夹雪、雪和冻雨4类降水相态的确定性预报产品,并与ECMWF集合预报系统控制成员及细网格模式确定性预报进行对比。最优概率阈值显示：3种最优标准下,不同相态降水最优概率阈值不同,但冻雨和降雪最优概率阈值均最大,为40%~80%,雨夹雪最优概率阈值最小,约为10%,三者最优概率阈值均随预报时效延长而减小;降雨最优概率阈值为7%~25%,随预报时效延长而增大。对比检验结果显示：最优概率阈值法明显提高了降水相态预报能力,且以HSS评分最优时预报效果最佳;最优概率阈值法有效减小冻雨空报,同时显著改善降雨和降雪预报的频率偏差和TS评分,对雨夹雪预报改进效果有限。     

滑动窗区空间相关系数加权集合方法及其在IPCC-AR4多模式集合模拟和预测中的应用

本文根据政府间气候变化委员会 (IPCC) 第四次评估报告 (AR4) (简称IPCC-AR4) 中22个耦合模式对20世纪气候模拟 (20C3M) 结果中20世纪晚期亚洲夏季风降水的模拟所显示出各模式模拟能力的较大空间差异, 提出了一种滑动窗区空间相关系数来量化表征这种空间差异特征, 结果表明, 该系数明显优于传统空间相关系数, 其空间分布能够较为细致地描述各模式对较小区域模拟性能的空间差异特征。在此基础上, 本文提出以这种滑动窗区空间相关系数作为各模式的权重系数进行加权集合平均, 并称之为滑动窗区空间相关系数加权集合方法。利用该方法对IPCC-AR4 22个耦合模式所模拟的20世纪晚期亚洲夏季风降水进行加权集合平均, 并将其结果与传统空间相关系数加权集合平均以及等权重多模式集合平均结果进行比较, 表明了利用本文所提出的加权集合方法对20世纪晚期亚洲夏季风降水的集合模拟结果明显优于简单的等权重多模式集合平均结果以及传统空间相关系数加权集合平均结果。鉴于此原因, 本文利用此方法对在A1B (各种能源均衡发展) 排放情景下IPCC-AR4中22个耦合模式所模拟的21世纪各时期亚洲夏季风降水演变趋势进行集合预测。其结果表明: 在A1B排放情景下, 从21世纪中期 (2045～2065年) 开始南亚夏季风降水将比20世纪晚期明显增强; 而东亚夏季风降水相对于20世纪晚期的变化呈现出从南到北经向三极子型异常分布特征, 即华南和华北地区夏季风降水增多, 而长江流域夏季风降水相对于20世纪晚期没有太大变化。并且, 结果还表明亚洲夏季风降水异常这种变化趋势可以延续到21世纪晚期。     

Statistical Downscaling Prediction of Summer Precipitation in Southeastern China

A statistical downscaling approach based on multiple-linear-regression (MLR) for the prediction of summer precipitation anomaly in southeastern China was established, which was based on the outputs of seven operational dynamical models of Development of a European Multi-model Ensemble System for Seasonal to Interannual Prediction (DEMETER) and observed data. It was found that the anomaly correlation coefficients (ACCs) spatial pattern of June-July-August (JJA) precipitation over southeastern China between the seven models and the observation were increased significantly; especially in the central and the northeastern areas, the ACCs were all larger than 0.42 (above 95% level) and 0.53 (above 99% level). Meanwhile, the root-mean-square errors (RMSE) were reduced in each model along with the multi-model ensemble (MME) for some of the stations in the northeastern area; additionally, the value of RMSE difference between before and after downscaling at some stations were larger than 1 mm d-1. Regionally averaged JJA rainfall anomaly temporal series of the downscaling scheme can capture the main characteristics of observation, while the correlation coefficients (CCs) between the temporal variations of the observation and downscaling results varied from 0.52 to 0.69 with corresponding variations from -0.27 to 0.22 for CCs between the observation and outputs of the models.     

东北夏季降水的气候及异常特征分析

采用统计分析的方法对近50 a东北夏季降水的气候及异常特征进行了分析。结果表明:东北夏季降水空间分布很不均匀,除三江平原地区外东北大部7月降水最多;夏季全区出现较重干旱的概率大于较重雨涝,旱灾更为突出,其中辽西是较重旱涝频发的地区;近50 a夏季降水没有明显变干或变湿的倾向,而是具有阶段性旱涝交替特征,存在27、11 a左右的年代际尺度周期和3~6 a左右的年际尺度周期变化;6月旱灾几率大,易形成6~7月的连续干旱,7月易形成区域性特大涝灾,6月和8月在年代际尺度上具有反位相变化的特征。     

云南夏季降水异常的影响因子及物理统计预测方法

云南夏季降水年际变化较大,影响因子众多,夏季降水的预测较为困难.使用1965-2017年云南省122个气象观测站的逐日降水资料和NCEP大气环流资料,采用年际增量的方法来预测云南夏季降水.文中基于云南夏季降水年际增量变化规律和影响夏季降水的环流形势及物理过程,选取了6个具有物理意义的预测因子,包括:前期2月南太平洋海温...