基于机器学习的热带气旋快速增强预报

极深对流云是热带气旋(tropical cyclone,TC)快速增强的前兆,为预报西北太平洋TC快速增强,该研究开发了一种使用极深对流云相关数据的机器学习模型。该机器学习模型整合了飓风强度统计预报快速增强指数(Statistical Hurricane Intensity Prediction Scheme-Rapid Intensification Index,SHIPS-RII)数据与TC中心300 km半径范围内极深对流云的覆盖面积。基于2011—2019年的数据,对24 h内TC增强超过30 kn和35 kn的快速增强事件分别进行了预报,相较于仅使用SHIPS-RII数据的模型,该机器学习模型在皮尔斯技能得分(PSS)方面分别提升了5.66%和9.58%,在检测概率指标(POD)方面分别提升了8.41%和8.55%。用该模型对典型台风杜鹃(Dujuan,2015)进行预报,其结果证明整合了极深对流云覆盖面积的模型在快速增强预报中具有优势,主要体现在TC初始强度较强时发生的快速增强预报。该模型对于强台风的预报具有较大的应用潜力。

全球海温距平对月预报影响的数值试验

对１９９２年７月１９日个例，进行了有、无海温距平的对比数值试验，研究了海温距平对月预报的影响。个例试验结果表明，海温距平对月预报的影响是重要的。海温距平不仅对全球降水量的影响明显，而且对温度场预报的影响也很明显。大气（温度、降水和高度场）对异常海温强迫开始响应的时间大约是１０天。

中尺度大气模式MM5简介

本文介绍了中尺度非静力大气模式 MM5 的动力框架、模式物理过程计算和参数化方法以及模式系统流程。

一个可供ENSO预测的海气耦合环流模式及1997/1998ENSO的预测

利用中国科学院大气物理研究所设计发展的具有较高分辨率的热带太平洋和全球大气耦合环流模式，设计了一个初始化方案，建立了ＥＮＳＯ预测系统，进行了系统性的预测试验。预测结果检验评估表明，该预测系统表现出较强的预报能力，赤道中东太平洋地区（Ｎｉｎｏ３和Ｎｉｎｏ３４）海表温度距平预报相关技巧高于０５２的预报可持续１８个月，该预测系统可应用到试验性的海温预测实践中。利用该系统对１９９７／１９９８年ＥＮＳＯ进行了实际预测，表明预测是成功的，预测的海温距平已提供给今年我国夏季降水预测使用，取得了良好的预测效果。

一个基于MOM的全球海洋数值同化预报系统

随着国家战略利益的拓展,国家对全球海洋环境预报保障的需求日益凸显。近年来,国家海洋环境预报中心研发并建立我国首个涵盖全球大洋的"全球海洋数值预报系统",该预报系统由MOM4全球海洋环流模式及三维变分同化系统组成。该系统的建立,实现了全球范围海洋环流预报业务全覆盖,为我国探索深海大洋环境的迫切需求提供有力保障,明显提升了我国海洋环境预报能力,体现了我国海洋数值预报技术的发展和进步。该系统的历史回报试验和业务化试运行结果表明其对全球海洋环境要素具有较好的预报能力,其预测结果已经在实际业务中得到了应用,在"雪龙号"极地遇险脱困、马航MH370失联飞机搜救等重大事件的预报保障任务中发挥了重要作用,为我国实施海洋强国战略,推进实施"21世纪海上丝绸之路"的战略构想,应对海上突发事件、维护国家海洋权益等各个方面提供有力的科技支撑和保障,并成为我国全球海洋预报业务的重要参考依据。

山东精细化海区风的MOS预报方法研究

基于中尺度数值模式WRF_RUC的预报产品,采用逐步回归的MOS方法,对山东12个精细海区代表站有关大风进行解释应用。对2013年9月—2014年4月海区风的客观预报产品进行检验,结果表明:MOS预报方法对6级以上日最大风速有较好的预报能力,较WRF_RUC模式直接输出的预报结果有了明显的提高,但对4级以下小风预报效果较差。选取4级风作为阈值,当WRF_RUC模式预报风力大于4级时,用MOS预报结果替换,显著提高了风速分级预报效果,无论是4级以下小风还是6级以上大风,MOS预报评分都要高于WRF_RUC模式预报。将平均风速与阵风的统计关系应用到阵风客观预报中,MOS方法对于改进的日极大风速的预报效果有明显提高,对10级强风也有一定的预报能力。

POAMA海气耦合模式对2003和2004年南海夏季风预报能力的评估

运用澳大利亚大气海洋耦合预报模式(Predictive Ocean Atmosphere Model for Australia,POAMA)的输出结果,采用泰勒图与分类统计分析方法,评估了该模式对2003和2004年南海夏季风的爆发和演变进行实时预报的能力。通过对泰勒图的分析发现,随着预报初始时间越来越接近实际的季风爆发时间,模式预报南海夏季风爆发和演变的能力越来越强。当提前1—30d预报南海夏季风时,模式能够很好地预报风场、射出长波辐射OLR(Outgoing Longwave Radiation)和降水场的空间分布,其中对风场的预报最好。通过对季风爆发指数和分类统计的分析,定量分析了模式预报南海夏季风爆发的能力,结果表明该模式对南海夏季风爆发时间有一定的预报能力,其最大预报时限可以提前10—15d左右,这与目前中期预报的上限(2周)是一致的。

福建省沿海冬半年东北大风的数值预报释用方法研究

基于福建省冬半年沿海32个自动站的极大风观测资料和WRF、EC细网格以及T639 3种模式预报的10 m风场资料,将模式预报的风速与观测资料进行对比分析,结果表明:WRF和EC细网格的预报效果较好,有可参考性,T639可参考性不高。模式预报结果相比实况极大风速偏小,预报平均绝对误差由沿海向内陆逐渐减小,由中部向南北逐渐减小。择取预报效果较好的WRF和EC细网格模式,对沿海代表站点进行风速集成,建立集成预报方程,并进行集成订正。误差订正后,与误差较小的WRF模式相比,预报准确率提高了10%左右,改善效果显著,为提高福建省沿海冬半年东北大风的预报准确率提供定量的预报方法。

Nino海区SSTA短期气候预测模型试验

采用奇异谱分析（ＳＳＡ）与自回归（ＡＲ）预测模型相结合的方案，对Ｎｉｎｏ海区平均ＳＳＴ逐月距平序列作自适应滤波意义下的超前预报。结果表明，对１９９７－１９９８年这次强ＥＮＳＯ事件的超前预报十分有效；利用相应的历史样本作三次强ＥＮＳＯ事件的回溯预报试验，发现均有较高可信度。可见，该方案预报技巧稳定，独立样本试验和实际预报试验都有很高的准确率。将ＳＳＡＡＲ方案进一步完善，可望作为ＥＮＳＯ业务预报的有效模型。

基于WRF的黄渤海海雾数值模拟参数化方案研究

对数值模拟的研究现状进行了总结梳理,分析了已有研究的不足,并根据研究目标在已有研究结论基础上有针对性地设计了敏感性实验方案。经过与实地观测的结果对比来看,与海雾模拟密切相关的边界层参数化方案中的YSU方案对我国黄渤海海区的不同强度海雾均具有良好的适用性,而长波辐射方案中的Fu-Liou-Gu方案则具有更好的普适性,在这种核心方案配置下的模拟结果均可满足一般科学研究与预报业务的需求。

GPS掩星资料三维变分同化对台风模式预报的改进试验

本文尝试了GPSRO COSMIC资料在中尺度数值模式中的应用,利用COSMIC资料受云和降水影响较小,且有高数据精度、高垂直分辨率等优点,以改善模式初始场,进而提高预报准确度。模式采用中尺度气象模式WRF V3.0.1版本及其三维变分同化系统3DVAR,利用NCEP再分析资料、GTS资料和COSMIC资料对2009年第8号台风"莫拉克"登陆台湾岛前到登陆台湾岛的过程进行了模拟试验,并对温度、露点温度、对流有效位能等要素进行了诊断分析。试验结果表明:该项试验成功将COSMIC资料同化进模式,加深对"莫拉克"热力结构特征的了解,有效改善台风降水和路径预报,其中仅屏东县单点降水预报提高600mm左右,24h预报路径误差提高80km以上。同时对提高台风强度预报起到积极作用。

青海湖表层沉积物介形虫丰度及其壳体氧同位素的气候环境意义

介形虫已被广泛应用于湖泊古环境变化研究中。通过对青海湖东南湖盆一表层沉积岩心的介形虫壳体丰度(介壳总丰度、意外湖花介壳体丰度和胖真星介壳体丰度)、介壳氧同位素、总碳酸盐含量及其氧同位素等多指标的高分辨率对比研究,结合前人研究成果发现,最近五百多年青海湖东南湖盆沉积物中介形虫仅有两个种:意外湖花介和胖真星介,且以意外湖花介为主,胖真星介较意外湖花介更喜盐耐盐;总碳酸盐氧同位素较介壳氧同位素偏轻,这可能是二者形成时的季节、水深以及微环境等方面的差异造成,并发现部分段落介壳氧同位素与总碳酸盐氧同位素存在相位差。介壳丰度、介壳氧同位素、总碳酸盐含量及其氧同位素在整个序列上有一致的变化,对湖水盐度变化有很好的响应,反映了湖区有效湿度的变化。在此基础上重建了最近五百多年来青海湖5个大的干湿变化阶段。

南极天气预报业务的进展

第一届南极天气预报国际会议于 1 998年 8月 31日至 9月 3日在澳大利亚霍巴特举行。来自澳大利亚、比利时、中国、法国、意大利、俄罗斯和英国的 40多位代表出席了会议。近年来 ,随着综合科学考察的增多和南极旅游业的快速发展 ,对南极地区天气预报的需求有了很大的增加。许多南极考察站已使用了复杂的预报系统 ,浮标和自动观测站获得的数据、数值天气预报产品、高分辨率的卫星图像都得到有效利用。数值天气预报在预报发生在大洋和海岸附近天气尺度的低压方面取得了很大进展 ,但对当地预报非常重要的许多中尺度系统 ,在模式中还不能反映出来 ,系统的活动主要通过卫星资料来预报。期待将来能够选择南极的某些地区来运行高分辨率的有限区域模式。会议表明 ,随着近年来对高纬地区的天气过程的进一步认识、高分辨率的卫星图像和数值天气预报产品的使用 ,南极地区的天气预报已取得了长足发展。目前存在的突出问题是 :南极以外的气象中心很难得到南极的资料、南极半岛及内陆缺少高空资料、数值预报对南极地形和高纬过程的模拟效果不好等。

珠海市风暴潮预警预报系统的业务化应用

详细介绍了珠海市风暴潮预警预报系统的特点和功能。该系统可以实现珠海市沿岸地区的定点潮位数据的采集和管理、潮位的实时显示和预报以及反映热带气旋影响期间的风暴增水情况,并且该系统还具有潮位预警功能。该系统操作简便、画面清晰直观、实用性强,能够有效地提高风暴潮预警预报的效率和应急服务的能力。

美国卡罗莱纳州区域海洋观测预报系统简介

介绍了美国卡罗莱纳州区域海洋观测预报系统(Caro-COOPS系统)。该系统通过"实时观测-模式模拟-数据同化-业务应用"形成的一个完整链结,为卡罗莱纳州及其周边海域的科研、经济以及军事应用提供服务。观测系统依靠沿岸水文气象台站、海上浮标、潜标以及卫星遥感装置等,获得研究海区的准确观测资料。数值模拟模块是Caro-COOPS系统的核心部分,使用三重网格嵌套技术,并耦合了大气、海浪、泥沙输运以及生物化学模型,真实、全面地模拟出该海区的状况。Caro-COOPS系统中采用集合卡曼滤波和四维变分同化的方式,利用观测数据来调整计算误差。在模式的运行过程中,数据同化的作用主要体现在对初始场和强迫场的修正上,其观测结果经过统计分析处理后,可对原有的强迫场进行校正,将相对真实的强迫场提供给模式计算;模式计算的结果与观测数据相融合,通过滤波的方法调整积分的方向,以便更加逼近物理场的真实状态,将滤波调整后形成的物理场作为模拟下一个时刻计算所需的初始场。经过数据同化的调整,优化了模式计算所依赖的初始场和强迫场,减小了其与真实状态的误差,使模式的计算结果更加逼近真实值。Caro-COOPS系统的一大优势亮点是通过将预报结果与地理信息系统(GIS)相结合,快速而准确地定位洪水、风暴潮等自然灾害的影响区域,可准确至每一条街道乃至住宅,极大方便了决策部门有针对性地进行灾害预防和救助工作。GIS与模式结果的结合也极大地增强了Caro-COOPS系统服务社会的能力。

1999～2000年度冬季海冰数值预报总结

渤海海域油气资源丰富，周围地区经济发达，海上工程持续作业、船只交通繁忙。 渤海冬季生成的海冰不可避免地对渤海及其附近地区的经济活动产生影响，给其造成经济上 的损失。为了尽可能地减少渤海海冰造成的经济损失，事先作出海冰预报，事后作出海冰预 报总结，提高海冰预报的准确率是必要的。本文总结了 １９９９～２０００年度冬季海冰的发展和消 融过程，并参照遥感资料对数值预报的结果进行了统计分析。

一个简单海气耦合模式预报性能评估

对改进初始强迫风场后的Zebiak-Cane海气耦合模式预报性能进行了全面评估.结果表明:1)耦合模式在20世纪90年代预报能力小于80年代;提前0～5个月的耦合模式预报能力小于同期持续预报能力,之后则相反;耦合模式对Nino3区指数预报能力最强.2)在1997/1998年El Nino事件期间,耦合模式对东太平洋SSTA场预报能力大于其对中西太平洋SSTA场的预报能力,且提前0～2个月之后的耦合模式对东太平洋SSTA场预报能力远远大于持续预报.

T639预报风场在台湾周边海域的解释应用

基于台湾的气象观测资料与日本的漂流浮标资料,通过定性判断预报值与观测值的曲线走势、定量计算相关系数、偏差、均方根误差及平均绝对误差的比较方法,检验了T639预报风场在台湾周边的有效性,能为航海、海洋工程、防灾减灾等提供参考。结果表明,T639预报风场对影响台湾与周边的台风、冷空气过程都具有较强的预报能力,其中对冷空气的模拟效果整体好于台风过程,中低风速下的模拟效果好于高风速;在台风(或冷空气)和狭管效应的双重作用下,台湾海峡存在明显的大风中心,但在台湾岛的阻挡下,台湾西南部的高雄附近海域在冷空气期间持续存在一个低值中心,冷空气期间风向的向岸效应(风向呈圆弧形包绕着大陆海岸线)明显。

海上大气边界层数值预报技术发展概论

海上大气边界层对社会经济和军事活动有着重要的影响,目前我国还没有建立业务化运行的海上大气边界层数值预报系统,对相关预报技术的研究具有十分重要的意义。本文详细分析了大气边界层数值模式的发展情况和边界层主要物理过程的国内外研究现状,为发展适用于我国的海上大气边界层数值预报系统和相关的物理过程研究提供科学依据。

我国海洋气象预报业务现状与发展

近年来,随着海洋经济的发展和海洋防灾减灾的需要,我国海洋气象预报业务有了长足的进展。对海洋气象预报业务的现状及其发展进行了简要回顾,阐述了当前海洋气象监测技术手段,以及国内外在海雾、海上大风、海浪和风暴潮等海洋气象灾害预报技术方面的发展,指出了当前海洋气象业务存在的不足及未来的发展方向。