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1 第卷第期年月大气科学!"# $ %&% % 梁萍丁一汇基于季节内振荡的延伸预报试验大气科学 ",, % " $ # "-, " %"!"# $ %&% % 基于季节内振荡的延伸预报试验梁萍丁一汇上海市气候中心上海国家气候中心北京摘要周的延伸预报是近年来国际上天气和气候业务预报发展的一个重要方向本文以江淮梅雨区降水为例在利用集合经验模态分解及多变量 2 方法获取梅雨区降水及其影响系统低频信号的基础上采用最优子集回归方法经验波传播 3 方法及全球海气耦合模式产品对梅雨季节内演变的延伸期预报方法进行了预报和试验以期为建立延伸期预报业务提供科学依据试验结果表明大气季节内振荡对梅雨区降水的延伸预报具有重要的应用价值可能是联系天气过程和异常的重要系统通过方法提取前期降水演变及影响因子的季节内振荡信号采用最优子集回归统计学方法对梅雨区逐候降水量演变进行超前天预报是有可能的 3 经验动力方法对热带 56 活跃异常的未来天东传可能具有较好的预报效果还可能较好地预报出延伸期的梅雨区风场距平演变具有一定应用价值全球海气耦合动力模式输出产品在延伸期环流形势趋势预报及天左右的指数预报方面有一定的参考价值关键词延伸预报季节内振荡梅雨,, 振荡文章编号中图分类号文献标识码!! "# "!, $% 8 ",, % "92 - % # #$ "" % $ ", : $# " - " " % ",%#" $,%" " ", %,, " $ :, % "%% " "- 92-;"8 ; : " " - #$ -, " %" & 8 ; " ; " #, " " $% " %",-; #- #$ %, % #$ ",# ": - 2 $"# - " &9 "" "%# ", # $ %: $ $ " 3,;#%# ",, - % "# $ % $,#, "$ " $ % ": ; #$ ;," $ 92 : " : " ; $ # " " """ " & #;- #$ "" ; " #% "%" " $ %, " #;%%- $ " " " ",, % " $ ", : " ; 2 2 %; %" $,%" " %", # " ;, $,-; %-," % "$ ", # "" ; - ",;,:% -;" &9 "" "%# ", 2 " 3 # ",,;#% "% % "" ",$ $ " " " $%56,;,:%!"" 收稿日期收修定稿资助项目公益性行业气象科研专项国家自然科学基金资助项目作者简介梁萍女年出生博士主要从事季风气候延伸预报等研究 # $ % #

2 期梁萍等基于季节内振荡的延伸预报试验! " ",,9 2 % "$ # ", " %" # "# " 3 # ", $ " "-"; % ", #; : " ; 5 - % "# $ % $,#, "$ " " % " 92 "# $ %% % ",,,;,:% & ",, % "" %" ;,, %" 引言自,,, 于世纪年代初发现热带,, 振荡简称后 # " 和李崇银的研究发现大气中普遍存在天天低频振荡现象一般而言季节内低频振荡指时间尺度大于天但小于天的准周期变化以为代表的季节内振荡活动其低频变化方差对大气变化总方差的贡献超过天气尺度扰动方差的贡献是目前发现的全球最强的低频信号在年第一次把向东传播的热带低频振荡同印度季风的活跃和中断联系起来使研究得到极大推动世纪年代以来我国学者就季节内振荡对天气气候事件的影响开展了诸多研究何金海和陈丽臻就基于季节内振荡的夏季风降水预报进行了探索而诸多研究分别针对南方夏季异常降水陆尔和丁一汇 " 陶诗言和卫捷梁萍等 6 " 赵亮和丁一汇 " 和台风活动祝从文等陈光华和黄荣辉潘静等的大气季节内振荡条件进行了分析结果表明低中高纬大气季节内振荡对东亚夏季风的活动和降水及台风等天气气候事件异常产生影响季节内振荡具有重要的应用价值主要表现为是热带对流的显著特征且热带对流是全球天气和气候系统的强迫因子而中高纬大气季节内振荡也通过波能能量的传播对亚洲季风活动和降水产生影响具有准周期性故活动有可能提前天左右的可预报性季节内振荡的时间尺度介于月季之间而延伸期预报的时间尺度约为天二者在时间尺度上相匹配鉴于季节内振荡的上述三个特点国内外普遍认为季节内振荡可作为联系数值天气预报和季节预报的桥梁填补中期预报与短期气候预测之间的延伸期预报时段缝隙近年来澳大利亚美国等国外学者关于热带活动的监测和延伸预报应用研究相当活跃如 3,,, 3 " 和 & " 利用开展了周到个月的预报研究和试验并取得了较好效果由此表明根据特性提取大气低频信号并由此来制作延伸预报的方法具有较好的应用前景印度 :, # 韩国也分别采用相似统计和动力模式集合方法进行了延伸期预报研究我国目前处于延伸期预报的研究和准业务试运行阶段关于延伸期预报方法值得进一步研究和试验陈丽娟等孙国武等此外提高持续性异常极端事件的延伸期天预报能力是我国气象部门目前面临的重大服务需求而基于振荡的延伸预报是解决该问题的途径之一丁一汇和梁萍作为东亚夏季风季节内活动的典型降水阶段江淮梅雨与季节内振荡密切相联基于振荡的梅雨区延伸预报研究一方面有助于更深入理解梅雨区降水的季节内振荡及其与的关系另一方面对建立延伸期预报业务满足服务需求具有重要意义丁一汇和梁萍的研究指出季节内低频分量对江淮地区夏季降水的季节内演变有重要贡献且具有较长时间尺度的可预报性基于低频分量的延伸预报对于实际降水量演变的延伸预报具有一定的指示意义为此本文以江淮梅雨区降水为例根据梅雨区降水及其影响系统的低频信号通过建立统计模型经验动力模型以及气候模式动力预报等手段对梅雨区降水的延伸预报方法进行探索和试验最后的讨论中还给出梅雨区降水延伸期预报的综合流程图以期为开展基于季节内振荡的延伸预报业务提供思路和参考资料和方法本文采用的资料包括年逐候!,!; %$"" 降

3 大气科学!"# $ %&% % 卷水资料年!9 逐日再分析资料包括风场高度场温度场比湿场地面气压场年!! 逐日 9 " :," 资料国家气候中心全球海气耦合模式年的集合预报产品资料本文主要采用 #- #$ %, % #$ " 集合经验模态分解方法获取江淮梅雨区降水及其影响系统的季节内低频信号 3, 方法是在 #$ %, % #$ " 经验模态分解的基础上发展的处理时间序列的最新方法其主要原理如下首先在原始时间序列上加入一组随机白噪音并对加入白噪音的时间序列进行进一步对得到的本征函数进行集合平均通过希尔伯特 - " 变换得到不同时间尺度的本征函数模态随时间变化的瞬时频率和振幅最终得到振幅频率时间的三维谱分布方法既可获取具有真正物理意义的多时间尺度信号又可避免方法的模态混合缺陷是目前处理非线性非平稳时间序列的较好方法此外关于热带信号本文还利用多变量 2 方法 3,, 计算热带指数 9 9 近赤道空间结构的前两个主模态 2 和 2 对应的主成分由此进一步得到热带活动的位相强度多变量 2 计算指数的方法可应用于各季节且避开了传统上采用时间滤波提取信号不能用于实时预测的弊端是提取信号的有效方法本文的延伸预报方法包括采用最优子集回归 &92 :, 3 曹鸿兴等方法建立延伸预报的统计模型采用经验波传播 3 #$ %3: $ " <,:, 方法建立延伸预报的经验动力模型采用国家气候中心全球海气耦合模式丁一汇等李清泉等输出产品评估动力模式方法的延伸预报性能其中经验波传播方法主要基于谐波展开并利用大气波动的传播特征对不同季节不同变量场进行预报研究表明,:, <,:, 经验波传播方法较持续性预报的预报技巧更高更具优越性关于国家气候中心全球海气耦合模式已有详细说明丁一汇等李清泉等此处不赘述基于梅雨区降水季节内振荡信号的延伸预报试验本节利用统计方法对梅雨区逐候降水量进行延伸预报试验首先对年江淮梅雨区夏半年月逐候降水量进行分析获得其双周季节内季节变化分量分别对应模态计算表明年上述分量对实际降水量变化方差的贡献率平均为 = 即可解释约成的逐候降水量变化气候平均图略而言天以上的季节内振荡与季节变化分量在月中旬月上旬形成锁相共同对通常发生在该时段的江淮梅雨的形成产生作用而且江淮地区降水季节内低频变化的峰谷值位相与实际降水演变较为一致由此表明低频降水分量对江淮地区夏季降水的季节内演变具有重要影响且对实际降水量演变的延伸预报可能具有一定的指示意义丁一汇和梁萍的研究表明随着变化周期的增大持续性可预报性也更为明显达到或超过延伸期的范围因此选取延伸期之前江淮梅雨区降水变化的分量之合成作为预报因子采用最优子集回归方法 2 :, 3 曹鸿兴等对年江淮梅雨区汛期月逐候降水量进行提前候的延伸预报试验其中样本为年至预报年之前的所有年份并采用双评分准则 & 确定最优子集回归作为预报方程在利用方法提取梅雨区降水季节内振荡分量的基础上采用上述最优子集回归方法对汛期月逐候降水量进行提前候的延伸预报试验从年汛期月逐候降水量预报与实况的相关图来看年汛期降水量的预报与实况的相关都大大超过了置信度为 = 的信度检验相关系数为而年提前候的延伸预报也达到了置信度为 = 的信度检验相关系数为由此表明采用上述方法对年预报试验的总体效果较好尽管年汛期提前候预报试验效果总体都较好但不同延伸期的预报效果仍存在差异从年平均

4 期梁萍等基于季节内振荡的延伸预报试验! " ",,9 2 % "$ # ", " %" 图江淮地区年各年汛期月逐候降水量与预报量的相关系数及其平均 - 横坐标提前预报时段单位候 2 " % % " - " $,%",, - :,$ ",, ; & $, - " : % ","# 图典型涝年 - 旱年汛期月逐候降水量预报与实况的相关系数 2 " % % " - " $,%",, - :,$ ",, ; & $ ";$%,,-, "; 图 - 的情况来看提前候的预报结果与实况的相关系数较提前候明显偏大前者相关系数平均为后者平均为对于提前候的预报相关系数虽有差异但总体处于同一阶段因此就预报时效而言提前候天左右的预报基本与时间尺度更短的延伸期预报效果相当经计算年梅雨区降水量处于正常范围距平百分率均介于 = 到 = 之间故上述延伸预报试验主要针对降水正常年份那么基于梅雨区降水分析的 &9 预报方法对旱涝年的预报效果如何以夏半年降水距平百分率?= = 作为江淮梅雨区典型涝旱年的分界线从年挑选出个典型旱年和个典型涝年进行分析此处挑选出的旱涝年份与已有研究王遵娅和丁一汇相一致从典型旱涝年汛期逐候降水量的独立样本回报效果来看涝旱年的汛期逐候降水量的预报与实况的相关图大多超出未达到信度检验由此表明基于梅雨区降水低频信号的 &9 方法在涝年的预报准确率高于旱年这与梁萍和丁一汇关于涝年低频背景强于旱年的研究结果是一致的进一步对江淮地区汛期降水提前候天的预报结果图略进行分析年中预报与实况正相关的比例为相关超过信度检验的比例为约为 = 正相关系数越高与实况的一致性越好例如年预报与实况的相关分别为从该三年特别是年如图的预报与实况的逐候演变来看二者的季节内变化一致性程度非常高对于延伸期预报而言是较为鼓舞人心的上述试验表明基于梅雨区降水季节内振荡演变的统计延伸预报方法对年汛期逐候降水量的延伸预报效果总体较好因此根据梅雨

5 大气科学!"# $ %&% % 卷图年提前候对汛期月逐候的预报与实况单位 ## 水平横线为汛期实况候平均降水量 2,%" $ ",,, - :" $ ",, ; & $ ", " $ ", : " ; 区降水量的季节内振荡信号对其汛期逐候降水量进行超前天的延伸预报是有可能的另一方面该方法在涝年汛期延伸期预报的准确率较旱年高这可能与旱涝年降水演变季节内振荡信号的强弱差异有关基于梅雨区降水影响系统季节内振荡信号的延伸预报试验试验方法及方案江淮梅雨区降水与东亚季风系统的季节内活动密切联系江淮梅雨区降水与东亚季风系统的季节内活动密切联系梁萍的研究分析了梅雨季节内活动的影响系统并指出热带中纬度高纬度不同关键区的低频信号与梅雨区降水季节内振荡均有关联其中赤道印度洋和赤道西太平洋对流低频活动是反映热带活动的低频信号梅雨区南北侧的经纬向水汽输送和梅雨区对流的低频活动是江淮梅雨区降水的中纬度低频信号南海西北太平洋的低频对流活动可通过遥相关波列影响梅雨区降水此外高层纬向风低频活动通过影响西风急流的北跳进一步对梅雨区降水的季节内振荡产生影响因此本节从影响江淮梅雨的环流系统出发采用与第节类似的最优子集回归方法选取多个关键影响因子物理量的逐候季节内分量作为预报因子对梅雨区降水的季节内演变分量的合成进行预报试验根据对梅雨区季节内演变的关键影响系统分析梁萍共设计组预报试验试验! 分别考察不同纬度带低频信号对梅雨区降水延伸预报的影响试验! 中采用的预报因子如图所示即试验! 考虑中纬度低频信号采用个预报因子江淮北侧的低频经纬向水汽输送江淮地区低频 9 江淮南侧的低频经纬向水汽输送试验考虑热带低频信号采用个预报因子近赤道印度洋近赤道西太平洋的低频 9 试验考虑低中纬度低频信号采用个预报因子包括试验! 的个预报因子和试验的个预报因子试验考虑低中高纬度低频信号采用个预报因子试验! 的个预报因子试验的个预报因子南海西北太平洋的低频 9 华北上空低频纬向风预报试验效果分析图为预报试验! 对年汛期月逐候降水季节内演变的预报与实况的相关系数总体而言试验! 提前候到候的预报与实际降水季节内演变的相关均可超过临界值为的信度检验且除提前候和候外其它预报时效都可超过临界值为的信度检验试验随预报时效的变化其预报与实况的相关呈现不稳定变化总体效果较试验! 差而在! 试验中考虑热带印度洋和热带西太平洋低频信号的试验预报效果最好提前候到提前候的预报与实际降水季节内分量的相关都在以上大大超过临界值为的信度检验在同时考虑热带和中纬度低频信号的试验共个因子中提前候到提前候的预报效果均较试验差而只考虑中纬度低频影响因子试

6 #期! ;:# 梁萍等&基于季节内振荡的延伸预报试验 =R3;G? <BC W P BC6 5 _ -R - O -!!! #%K 图 J!J组预报试验中建立预报方程采用的预报因子&$ %试验 3$ E%试验 _$ %试验 &$ 汽输送红色方框&江淮地区低频 O=W绿色方框&江淮南侧的低频经纬向水汽输送紫色方框&近赤道印度低频 O=W黄色方框&近赤道西太平洋低频 O=W黑色方框&华北上空$%%?低频纬向风紫红色方框&西北太平洋低频 O=W橙色方框&南海低频 O=W P :J!P C6 &$ %BC6 3$ E%BC6 _$ %BC6 &$ E-C&Z - =P%5 X 2 & H E E-C&=PO=WX UI 2 6] [ Y$ & H =P5 -X - 2 & H E E-C&Z E I ] 6] R O Y X U? 2 E VE-C&=PZ - U 6 E-C&=PO=W-X -UE-C&=PO=W[ [ 6 $%%?-X ; & 5 E-C&=PO=W-X U? 2 E-C&=PO=WX 8- & 8 验 3%的预报效果又不如试验 & 上述试验结果表明!热带低频信号对梅雨区降水季节内振荡演变的预报价值优于中纬度或中高纬本节与第! 节均采用 BBN@ 方法开展统计延伸预报将各试验在 $%%!"$%%K 年各年的预报情况 $图略 %及多年平均预报情况与图 # 相比较发度低频信号在考虑热带低频信号的同时引入中高现!基于梅雨区降水季节内振荡信号的延伸预报试纬度低频因子可能增加延伸预报的复杂性!进而使预报效果总体不如仅考虑热带低频信号好从各试验对$%%!"$%%K年各年的预报情况 $图略 %来看! 预报效果不仅与各试验选取的因子有关!在同一试验中的预报效果也因年而异!这有可能与各年的低验结果优于基于梅雨区降水影响系统季节内振荡信号的结果其原因可能在于&前者综合考虑了梅雨区降水的季节内振荡分量和季节变化分量后者主要考虑的是梅雨区降水的影响系统季节内振荡信号由此表明!在开展梅雨区降水量的延伸预报频信号明显程度存在差异有关对于试验预报效果均不好的年份!如何改进其延伸预报方法值得进一步研究中!将季节内振荡和季节变化分量作为预报因子可能效果更好这与第!节所述的季节内振荡与季节变化分量在梅雨期形成锁相共同对梅雨区降水产生

7 大气科学!"# $ %&% % 卷图预报试验! 对年汛期月逐候降水季节内分量的预报与实况的相关系数横坐标提前预报时段! 表示提前候预报依此类推 2 " % % " - " $,%", - :" & % #$ " $ ",, ; & $ % " $"! % ","#! $ " % "$ ",,," "#;-,, %,-; ; 图采用个预报因子的最优子集回归方法对年汛期月逐候降水季节内分量提前候的预报空心圆左纵轴及实况实心圆右纵轴 2 $ ",,$,%" -;" $"# - " -, $,%" % % ", - :",% % " & % #$ " $ ",, ; & $ 作用相一致从历年汛期逐候降水季节内分量的预报来看延伸期提前天的预报对江淮地区汛期降水的季节内演变有一定的指示意义可为江淮梅雨的延伸预报提供线索以试验! 的年为例提前候图延伸预报给出月候的江淮梅雨区降水季节内分量较前期出现明显的增加一直到月候预报的季节内分量仍处于正值位相且振辐较大而预报月候的季节内分量迅速减为预报的月候至月候为江淮梅雨区的降水集中期与实际江淮梅雨在月候入梅月候出梅梁萍等非常吻合此外提前候图略也可预报出梅雨区月候降水突增从季节内演变的预报效果来看提前候或候的汛期逐候降水季节内分量预报与实况的总体相关可达和远远超过了显著性检验临界值约为故在实际的延伸预报中可能具有一定的参考价值本节的延伸期预报试验表明基于影响因子低频信号的梅雨区降水季节内振荡预报可为江淮梅雨的入出梅延伸预报提供线索其中热带低频信号对梅雨区降水季节内振荡演变的预报价值优于中纬度或中高纬度低频信号此外该方法对各年的预报效果因年而异预报效果差的年份可能与低频信号影响不明显有关需采用其它方法加以改进

8 期梁萍等基于季节内振荡的延伸预报试验! " ",,9 2 % "$ # ", " %" 基于海气耦合模式产品的江淮梅雨季节内振荡延伸预报试验国家气候中心业务运行的全球海气耦合模式可提供月日起报的汛期月逐日降水及环流预报下面考察该模式在梅雨季节通常为月延伸期内对梅雨区降水季节内演变东亚环流场季节内演变热带地区季节内振荡的预报效果以期对数值模式的延伸预报性能有初步了解司东等关于全球海气耦合模式对江淮梅雨降水预报检验的分析表明该模式对不同年份的梅雨降水预报能力各有差异其中年和年分别为梅雨降水预报能力较好和较差的典型年份因此此处选取和年作为代表年份进行延伸期预报试验对比分析对江淮梅雨区降水量的延伸期预报分析表给出年和年模式预报江淮地区月逐日降水及其季节内分量与实况采用江淮梅雨区平均的! 逐候降水量内插而得的相关其中年月逐日降水的模式预报及其季节内分量模态与观测降水量均为负相关表明模式预报的逐日降水季节内振荡分量不能正确地预报实际降水量演变对于年天天季节内振荡与观测降水量均为正相关且其中的天季节内振荡分量与观测降水量的相关系数通过了置信度为 = 的信度检验表明该年模式预报的梅雨区降水季节内振荡能较好地反映实际降水量演变图略因此在年模式能较好地预报延伸期降水的季节内振荡其降水实况的确定性预报效果较好而年的情况则相反司东等的研究表明该模式对梅雨低频分量的预报好于对高频分量的预报不同年份下模式预报的表月逐日降水预报及其天天季节内分量,- 与实况的相关系数 %" " % " " "! #,- % 年份预报与实况季节内分量与实况季节内分量与实况季节内振荡分量对实际降水量的不同贡献是模式对年和年梅雨区降水量演变预报效果差异的可能原因上述结果仅为个例年份的分析有待进一步采用更多年份的试验对上述结果加以验证对东亚环流场季节内演变的延伸期预报性能分析对于梅雨相关的东亚环流季节内演变年和年的预报效果存在明显差异无论是夏季还是梅雨季节图略年图逐日纬向风的模式预报和实况的相关恰好沿东亚梅雨区为正的高值带通过 = 的置信度检验而年图 - 沿东亚梅雨区则为东亚最明显的负相关区由此可见模式能较好地预报年影响梅雨区低层环流的季节内演变但对年梅雨区影响气流的季节内演变预报效果较差这与模式对该年降水季节内变化的预报效果差异是一致的分析还表明模式对入梅前期平均异常环流形势的预报有一定的效果例如在年和年模式预报月上半月梅雨区南侧为异常气旋环流北侧为异常反气旋环流梅雨区为异常辐散气流控制为入梅的不利形势上述延伸期梅雨区异常环流趋势与实况较为一致图略且据此推测的入梅偏晚趋势与实况年和年江淮区域梅雨分别于月第候和月第候入梅梁萍等一致由此可见尽管模式在不同年份对东亚环流季节内演变的预报效果存在明显差异但在梅雨的延伸期环流形势趋势预报方面有一定的参考价值对热带, # 的延伸预报性能分析模式对年梅雨区夏季降水季节内演变的预报与实况呈显著的正相关而年的预报效果则相反二者差异为何如此大梁萍的分析表明江淮梅雨区的降水与热带季节内振荡的不同活动位相密切关联与气候概率相比当位于赤道印度洋太平洋时江淮梅雨区降水事件和极端降水事件的概率增大减小这可能与可通过遥相关和局地动力机制来影响中国东南部夏季降水有关 6 " 鉴于热带对流低频活动的重要影响除上述对梅雨区有直接影响的副热带环流预报有差异外模式对热带地区的预报是否有差异下面利用模式预报输出产品计算热带指数并绘制位相图考察全球

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10 期梁萍等基于季节内振荡的延伸预报试验! " ",,9 2 % "$ # ", " %" 海气耦合模式对热带的延伸期预报性能图为采用模式对年和年月日月日风场的预报和观测值计算绘制的位相演变图其中标注 &5!95 的起始点均为观测值计算所得的月日位相对年而言模式预报的前天月日的位相演变与观测较为一致均为位相向位相演变而年模式预报的位相演变较观测更快观测的在前天位于位相预报的则已从位相移至位相总的来说模式预报的强度随着预报时间的增长而减弱且一般较实况弱图略模式预报的第天的演变与实况相比相距甚远说明该模式对天以后的预报价值不及前天就活动指数预报而言模式预报夏季月或梅雨前期月日的逐日 9 9 及强度指数与观测的相关如表所示从表中可看出除年夏季的强度指数预报效果不及年外年入梅前期的强度指数和夏季入梅前期的 9 9 指数的预报效果均好于年根据分析热带可影响长江中下游降水这在一定程度上可以解释年模式预报的江淮区域梅雨降水较年效果更好表模式预报与观测的, # 指数的相关系数 %" " % " %, # 9 9 强度年月的逐日相关年月日的逐日相关年月的逐日相关年月日的逐日相关上述对比分析结果表明在梅雨季节降水预报效果较好的年该模式对梅雨区低层环流季节内演变热带的延伸期预报效果较好与梅雨区降水季节内振荡的延伸预报效果好相一致而在年该模式对梅雨区风场的季节内演变和热带的振幅及位相演变的预报效果均差是其对梅雨季节降水预报失败的重要原因采用该模式输出的纬向风纬向风计算指数对天以内的延伸期预报有一定的应用价值此外该模式在梅雨的延伸期平均环流形势预报方面也有一定的参考价值本节在已有研究的基础上选取年和年作为典型年份分别代表对梅雨降水预报能力较好和较差的年份预报效果好差的典型年份分析均表明海气耦合模式对梅雨的延伸期环流形势趋势预报有一定的参考价值该结论具有一定的代表性第节中采用统计预报模型对年的预报效果不如年这与本节中海气耦合模式预报效果不同关于统计预报模型和动力模式对延伸期预报的能力比较值得进一步研究基于经验波传播的延伸预报试验目前美国 #",%" " 采用经验波传播 3 方法对速度势进行天延伸期预报并将其应用于热带的实时延伸预报业务该方法是具有动力学意义的统计方法根据梁萍和丁一汇的分析江淮梅雨区降水与热带密切相联除的活动位相外其活动强度的变化亦对梅雨区降水产生影响因此对活动的位相强度的延伸预报可为梅雨区降水延伸预报提供参考本节选取历史上的某日年月日下称试验日作为分析个例采用 3 方法对活动的延伸期预报进行初步探讨和试验图给出试验日起报的未来天纬向风距平比较预报与观测图 - 发现如图 - 中虚线箭头所示 3 方法预报的热带 56 活跃区位于印度洋的西风距平大值区和不活跃区位于西中太平洋的东风距平大值区的东传与观测一致从试验日起 3 方法预报出未来天梅雨区的纬向风距平分别为东风西风西风东风西风距平对应观测距平分别为西风西风西风东风西风距平换句话说除第天外未来天梅雨区的纬向风距平预报与观测较为一致因此 3 方法对延伸期二维空间场的预报效果较好既可以预报出热带地区 56 对流活动异常的东传又可以较好地预报出梅雨区的风场距平具有一定的应用价值除的活动位相外其活动强度的变化亦

##$ 大!气!科!学 &, - 235 8 6!!!!!"卷 9 :!" 对梅雨区降水产生影响下面考察 BQ? 方法对确报效果!还可能较好地预报出梅雨区的风场距平! 定 N,O 活动位相强度的 WNN#WNN$ 指数延为梅雨区延伸预报提供一定的参考BQ?

11 ##$ 大!气!科!学 &, !!!!!"卷 9 :!" 对梅雨区降水产生影响下面考察 BQ? 方法对确报效果!还可能较好地预报出梅雨区的风场距平! 定 N,O 活动位相强度的 WNN#WNN$ 指数延为梅雨区延伸预报提供一定的参考BQ? 方法对伸预报将试验日预报未来 J% 天的 WNN# WNN$指数和观测确定的指数 $如图 #%%相比较未来$%天 N,O 活动指数 $ WNN#WNN$强度% 的预报效果好于 $#"J% 天上述仅为某个例试验发现!BQ? 方法对 WNN$指数的延伸预报效果较得到的结果!有待于更多的预报试验加以验证和改好!未来J%天的预报和观测的相关高达 % :M而其进对 WNN#指数的提前#"$% 天预报效果好于 $#" J% 天!前$%天和后$%天预报和观测的相关分别为 % :LF和 b% :MK 此外!BQ? 方法对 N,O 位相演 B!结论和讨论针对江淮梅雨区降水的延伸预报!本文根据梅变的总体效果较差 $图略%!这与该方法对 WNN# 雨区降水演变的季节内振荡信号及其大尺度条件的指数的预报效果不好有关低频信号!采用统计学模型 $最优子集回归 %和经上述采用 BQ? 方法对 N,O 的延伸预报试验结果表明&BQ? 方法对热带RS&T 活跃异常 $即热验动力学模型 $ BQ? 经验波传播 %开展梅雨区降水及其影响因子的延伸期预报试验!并就数值模式带 N,O 活动%未来J%天的东传可能具有较好的预 $国家气候中心全球海气耦合模式 %产品对梅雨区图 M!BQ? 试验日及其未来J%天的FL%?纬向风距平 $ %预报 $ P&S%和 $ E%观测 $单位&5 %实虚椭圆&西风东风距平大值区虚线箭头&传播方向小椭圆&梅雨区 P :M!$ %J% I - $ P&S%2Z - U -5 FL%?2-5 BQ? C6 5 $ E% -E X - <8 I Y6 Y Y 6- % & I X -U U -U&6 &N - $ Y$ Y%-5 Y 6 Y

12 #期! ;:# 梁萍等&基于季节内振荡的延伸预报试验 =R3;G? <BC W P BC6 5 _ -R - O -!!! ##! 图M!$续% P :M!$ &- % 图#%!试验日预报未来J%天的 $ %WNN#$ E%WNN$指数空心实心圆&BQ? 预报观测 P :#%!P J% I %WNN# $ E%WNN$ 6 - BQ? C6 5 Y$ Y 降水东亚大气环流热带 N,O 活动的延伸期预报性能进行初步试验得到以下结论& 降水量延伸预报试验的总体效果较好!故梅雨区逐 $ #%基于梅雨区降水季节内振荡信号建立最优涝年汛期延伸期预报的准确率较旱年高!这可能与子集回归模型!对 $%%!"$%%K 年汛期梅雨区逐候旱涝年降水演变低频信号的强弱差异有关在量化候降水量的超前!% 天预报是有可能的该方法在

13 大气科学!"# $ %&% % 卷不同年份降水演变低频信号强弱的基础上分析其与延伸期预报准确率的定量关系值得进一步研究基于影响因子低频信号的梅雨区降水季节内振荡预报试验可为江淮梅雨的入梅出梅延伸预报提供线索而热带低频信号对梅雨区降水季节内振荡演变的预报价值优于中纬度或中高纬度低频信号该方法对各年的预报效果因年而异预报效果不好的年份可能与低频信号的影响不明显有关需要采用其它预报方法加以改进采用经验波传播 3 方法对热带 56 异常活动的未来天东传可能具有较好的预报效果亦可能较好地预报出梅雨区的风场距平演变具有一定的应用价值此外天以内的活动指数延伸预报效果好于未来天的延伸预报效果上述结论主要基于个例试验分析而得有待于更多的试验加以验证全球海气耦合模式在梅雨的延伸期环流形势趋势预报方面有一定的参考价值在对梅雨季节降水预报效果好的年该模式对梅雨区低层环流季节内演变热带的延伸期预报效果较好与梅雨区降水季节内振荡延伸预报效果较好是一致的对梅雨季节降水预报效果差的年情况则相反采用该模式输出的纬向风纬向风计算指数对天以内的延伸期预报有一定的应用价值预报试验表明上述统计模型经验动力模型及数值模式等方法在实时的延伸预报中具有一定的应用和参考价值是构建实时延伸预报业务的可能途径为此基于上述预报试验的分析给出梅雨区降水延伸期预报的综合流程图图如图所示在实时延伸预报中在利用实时资料计算分析大气环流和降水等物理量随时间演变的基础上可分别进行延伸期的统计模型预报经验动力模型预报及动力模式预报在统计模型预报中分别采用方法指数方法及滤波方法获取降水关键区及环流场演变的低频信号进一步利用统计模型进行降水量降水现象及极端事件发生概率的延伸预报在经验动力模型预报中可利用 3 经验动力学方法获取及环流场的低频演变及延伸期低频强信号进一步利用降水现象及极端事件的发生概率与低频强信号的关系开展延伸预报此外在动力模式应用中可采用海气耦合模式预报产品获取延伸期的关键影响区低频演变和强信号进一步开展降水量降水现象及极端事件发生概率的延伸预报最后对上述不同方法的预报结果进行集成得到延伸预报结论其中如何对不同模型预报结果集成有待于进一图基于诊断分析和预报试验的梅雨区降水延伸期预报综合流程图 2 #$ : % " ",, % " ; -,, "%;, % " $ # "

14 期梁萍等基于季节内振荡的延伸预报试验! " ",,9 2 % "$ # ", " %" 步研究此外本文仅为梅雨区延伸预报的初步探索性试验文中个例试验所得结论有待于更多的预报试验加以验证改进和集成参考文献 :, %;:," : " #" %8 " " $%% #$ "!"# &% 曹鸿兴魏凤英封国林等估计模型维度的双评分准则及其应用数理统计与应用概率 3 2 ; 2 " $, % % " "#" #,,#," $$%" " #"%&"" "%,!$$%" --"; 陈光华黄荣辉西北太平洋低频振荡对热带气旋生成的动力作用及其物理机制大气科学 9 ;#% %" %; %" " $%%;% : " " " %%," $; %# % #!" # $ %&% % 陈丽娟陈伯民李维京等 5 模式月动力延伸预报高度场的改进实验应用气象学报增刊 # 3 " #$ :, $ # " 5$ " " " -; # ";,;#% ",, % " < " ;!$$, " ; "!; " % %" "%,; %; %" :!, &&!,:%!"# $ %&% % 丁一汇李清泉李维京等中国业务动力季节预报的进展气象学报 < 3 "!,:%,;#%$,%" $ "!%" " %&% 丁一汇梁萍基于的延伸预报气象 ",, % "- " % "; 2 : ; $, -, 5 % # " % 何金海陈丽臻南北半球环流的准天振荡与夏季风降水预报的可能途径低纬高原天气 <,; %" ", " # $ %% % ",$ - ; ## # "", " 3 " 9 2 # " #$%" ",, %" ",% % "!,:%!"# $ %&% % : 9 3 "! "" "% % "#, " $%" % : %": # #" # "5 & ## # $ # "! : 3 9 : 李崇银大气中的季节内振荡大气科学 ; " %" "# $!"# $ %&% % &% "!"# $ %&% 李清泉丁一汇张培群一个全球海气耦合模式跨季度汛期预测能力的初步检验和评估气象学报 < 6 # ; : %", # " " " ;$,%": % $-"; -"# $ % % %% $,#,!%" " %&% 梁萍陈隆勋何金海江淮夏季典型旱涝年的水汽输送低频振荡特征高原气象 2 " %; %" # " " $ ", ";$%, ", ; : " - " " ; 梁萍丁一汇何金海等江淮区域梅雨的划分指标研究大气科学 "! ",;, " #", ; : " " -!"# $ %&% % 梁萍中国梅雨的季节内振荡分析和延伸预报南京信息工程大学中国气象科学研究院博士论文 " %", ",, % " ; "; #" &% %,5 % ; A!%, #; " %&% % 梁萍丁一汇东亚梅雨季节内振荡的气候特征气象学报已录用 #" " " %" "! ;!%" " %&% $ 陆尔丁一汇年江淮特大暴雨与东亚大气低频振荡气象学报 %; %" "!, " % : ; :; : 9: -!%" " %&%,, 9! 9 " %",; %" "," " $% %%!"# &%,, 9! 9 % $" - % % % " % " " $% ",;$,!"# &%!3 2 % ", "

15 大气科学!"# $ %&% % 卷,, %" " #" 潘静李崇银宋洁热带大气季节内振荡对西北太平洋台风的调制作用大气科学 ;& 5 #, ",, %" ";$ " " " %% %!"# $ %&% % < :, &#$ " 3 #, 3 9 : & 3 3 < " %8 " : " % " 8 # : "" "%,,;#% % " #, #" 司东丁一汇柳艳菊全球海气耦合模式对江淮梅雨降水预报的检验气象学报 & : " ; $,% " " " -;% $, %!"# $ % ",!%" " %&% 孙国武信飞陈伯民等低频天气图预报方法高原气象 & & 2 # "! $,%" # ", " %; ; $"% " #$ " " ; & 陶诗言卫捷夏季中国南方流域性致洪暴雨与季风涌的关系气象 5 &;3 " - " #, :; %, " ## " % "; 王遵娅丁一汇夏季长江中下游旱涝年季节内振荡气候特征应用气象学报 3 6 ; #"% " " %" ## : #, % " " 9: ",,, ";!$$, " %&% % 3,! "# # ": ", : $# ", # ",$,%" 3 9 : 3 6 #- #$ %#,, % #$ "! ",,"; # ",!,:!,$" "! 3 6 #- #$ %#,, % #$ "! ",,"; # ", 9! 5 % 9 $ " %,!"# &", : " ;, : #! # ", "# % " ## # - : -"; 3 9 : 5! "" ;$$ % ",;$," %, %" ", " ## # :, " & % $ < % #$%" ",, %" ## " " #" 赵亮丁一汇东亚夏季风时期冷空气活动的位涡分析大气科学 6 " ": "%";; %, %":", " "! ## #!"# $ %&% % 祝从文 8 5 李建平大气季节内振荡对印度洋西太平洋地区热带低压气旋生成的影响气象学报 $, " " $%, $ %;% : ", " %% % -;,, %"!%" " % &%

南京气象学院学报第卷

南京气象学院学报第卷 Ò Ò 潘敖大孙照渤在对长江中下游夏季降水进行分型的基础上分析了长江流域南北两支雨带与春季太平洋海温的相关关系并采用大气环流模式对前期海温进行了敏感性试验结果表明赤道东太平洋区域的海温异常对两支雨带夏季降水有重要影响海温正异常时南支雨带旱北支雨带不明显海温负异常时南支雨带涝北支雨带旱前期赤道东太平洋海温强迫可以在北半球对流层激发出遥相关波列并影响长江流域南北两支雨带的旱涝分布