气候预报自忆模式及其初步应用

从非绝热大气热力学方程和水份平衡方程出发，运用大气自忆性原理，导出了一个用于短期气候预报的数学模式，它由含地表气温、降水和５００ｈＰａ高度三变量的差分—积分方程组成。用１９５１～１９８５年汛期（６～８月）历史资料估计模式中的记忆系数，运用该模式对我国汛期降水、气温作了预报时效为７年（１９８６～１９９２年）的试报。

一种区域气候预测模式的构建

基于从气候场长期演变提取预测信息的观点 ,从热力学方程和水分平衡方程出发 ,导出了描写地表气温、降水和高度的模式方程组 ,着重考虑了非绝热加热作用和水汽运动形成降水。进一步构造成一个预测区域气候的自忆模式 ,它不同于当今普遍使用的数值嵌套模式。初步计算表明 ,该模式具有较高的预测能力 。

气候检测与归因的格兰杰检验法

为揭示气候变化并探索其可能原因,引入了格兰杰因果检验法。在叙述其基本原理的基础上,对影响中国气温变化的若干因子进行了检验。论证了通过检验的因子与中国气温变化的可能物理联系,着重说明了二氧化碳增加对中国气温变化的影响,解释了我国增温滞后于全球气温变化的原因。由此证实格兰杰因果检验法是气候变化检测与归因的一种有用的新方法。通过计算和分析,证实了格兰杰检验法的可用性。

多步预测的降水时序模型

该文设计了一个能作多步预报的时间序列模型,先生成时间序列及其差分的均生函数,再运用双评分准则对所有均生函数延拓序列作粗选和精选,以期建立一个拟合和预报效果均好的模型。就长江中下游6—8月降水总量的序列进行了计算,证实该模型可用在制作逐年气候预报或分月长斯预报中。

界壳理论在气象中的应用

对界壳理论作了一般性介绍 ,论述了它的研究对象、基本原理。列举了气象中的种种界壳现象 ,并进一步说明了界壳理论在气象中的可能应用。事实上地球大气正是作为一个保护生命的界壳而存在的 ,当今由于排放温室气体而造成的全球增暖 。

一种集成预报技术——最优调合法

为使多种方法的预报结果集成一个优化的预报，作者提出了一种称为最优调合法的集成预报技术。该技术既考虑了持续性预报又考虑了预报方法所具有的系统性误差。首先运用多种方法建立多年试报数据集，随后对数据集构建线性模型，用此模型对我国汛期（６～８月）降水场进行了试验，证明最优调合法能显著提高预报技巧。

自忆谱模式制作中期天气预报的试验

基于大气自忆性观点 ,引进记忆函数 ,可构造一个差分 -积分方程 ;称之为自忆性方程 ;给出了此方程的球谐表达式及其离散计算公式 .以 T42 L9谱模式为动力核 ,建立了一个全球自忆 T42谱模式 (SMT42 ) .用实际资料进行了逐日至 1 5天积分试验计算 ,表明对于 50 0 h Pa中期数值天气预报 ,SMT42比 T42的均方根误差小得多 ,同时 SMT42对距平相关系数也有所提高 。

自忆谱模式对中期环流预报的改进

着眼于改进中期天气预报,以T63L16谱模式为动力核,运用大气自忆性原理设计成一个自忆谱模式并进行了10次数值预报试验,同核模式相比,自忆模式对环流预报的改进能随时间的延长而增加,到第15天时,均方根误差的减小可以达到16％,距平相关系数则增加了0.05。

离散气候系统中的周期与混沌

从零堆气候模式导出了一个非线性映象公式，对由该公式表征的气候系统的平衡态和稳定域进行了研究。通过迭代计算揭露海洋热贮存Ｃ对气候系统的调控作用。计算结果表明，存在一个控制气候系统行为的很窄的Ｃ值敏感区；当Ｃ值大于敏感区上界时，气候系统趋向平衡态，即现代气候；当Ｃ值小于敏感区下界时，系统失稳。在敏感区内则呈现出周期与混沌行为，且随着Ｃ的增加，勾画出通过周期倍分岔通向混沌的道路。

自忆谱模式及其初步应用

取一个数值预报模式作为动力核，基于相应的自忆性方程，可设计一个自忆预报模式。现以美国ＡＦＧＬ谱模式作为动力核，推导了一个能使用多时刻资料的自忆谱模式。运用全球网格点资料，通过复最小二乘估计，求得模式中的记忆系数。用该模式试作全球高空温度场的３０天平均预报。预报检验表明，自忆谱模式的预报技巧是相当高的。

自忆性方程与自忆模式

从不可逆过程的记忆概念出发，讨论了大气运动的自忆性方程。随着记忆函数的不同求取方式，自忆性方程可构咸数值、统计－动力和多时刻模式。在仅考虑单点序列，把其他空间点的影响视为随机干扰时，自忆预测模式蜕变为均生函数模型。

界壳论及其应用

系统论将世界视为系统与系统的集合,研究世界的任何部分,界壳论则把研究目标放在系统怎样通过其周界影响环境,以及环境通过周界反作用于系统。因此,可以说界壳论是系统科学的一个分支。鸡蛋的外壳、地球的大气层、人的衣服、生物膜、国界和互联网中的防火墙等都是界壳现象,它普遍存在于物质世界和精神世界。界壳论是研究系统周界的一般性理论,即研究存在于系统周界中的某些共同规律及其在信息、工程、物理、生物、心理和哲学等领域中的应用。

系统周界的模型与理论

系统周界的模型与理论ＭｏｄｅｌｌｉｎｇａｎｄＴｈｅｏｒｙｏｆＳｙｓｔｅｍＢｏｕｎｄａｒｙ￥／／曹鸿兴（中国气象科学研究院，副研究员北京１０００８１）系统是由若干相互作用的组分构成的复合体，也是我们要研究的相对独立的客体，而与系统相邻的并与其依存的部分...

估计模型维度的双评分准则及其应用

在预测问题中,如经济预测,天气预报,地震预报案,用户要求预报准确;尤其是所谓“大趋势”或“大方向”一定要报对,如明年是丰收还是歉收,股票未来升值还是贬值,汛期洪峰高还是低。如果趋势报反了,模型就失去了价值。基于这样的思想,我们从权衡预测模型的数量误差(精评分S_1)和趋势误差(粗评分S_2)同时达到最小来确定模型维度,故称为双评分准则(CSC);其原理既不同于传统的统计检验也不同于Akaike信息量(AIC)。文中提出了一种新的CSC表达式。在线性统计模型中,S_1取为与均方根误差等价的量,即(N-k)R^2,N为样本量,k为模型线度,R为复相关系数,S_2取为Kullback最小判别信息统计量。证明了S_1中包含了信息量准则(AIC,BIC,HIC)所考虑的因素:殊差平方和小和维度k少;推导了假定S_1与S_2独立时CSC的分布为一渐近X^2分布。对两个不同试验区小麦产量(1855-1884年)之差的著名例子进行了计算,所选2阶多项式回归与运用AIC所得结果和Fisher-Yates判断一致。

界壳理论与科技发展

1.界壳现象及其理论 现实世界中有许多界壳现象。如一只乌龟靠着一身硬壳,虽然行动迟缓,但不被其他动物吞食,甲壳是保存乌龟这一物种的至关重要的武器。在生理学中,细胞周界是一层细胞膜,一方面它是细胞的边界,另一方面膜上有许多离子通道,使系统内部与外界环境能进行交换。又如北京的四合院,由四周墙壁来卫护住房和住户,同时留有门,供人、物出入,门可开关,以确保院内安全。通过技术专利制度,保护技术秘密免被窃取,但又能经购买专利获得它。

气候变化及其未来情景

论述了百余年来气候变化的事实及对未来情景的预估。1861年以来,全球平均温度升高了0.6±0.2℃。20世纪90年代是20世纪最暖的10a。近百年来,降水分布也发生了变化,大陆地区尤其是中高纬地区降水增加,非洲等一些地区降水减少。气候模式模拟表明:全球平均地表气温到2100年时将比1990年上升1.4￣5.8℃。21世纪全球平均降水将会增加,但大部分年平均降水增加的区域很可能同时出现大的年际变化。全球平均海平面到2100年时将比1990年上升0.09￣0.88m。北半球雪盖和海冰范围将进一步缩小。未来,若干极端事件发生的频率会增加。

界壳理论及其应用

对界壳理论作了一般性介绍,列出了界壳熵平衡方程以及由此导出的界门下界;给出了由反应扩散方程导出的界门上界的表达式.从界壳交换率角度提出了出入-状态比、系统折成等指数,并作了实例计算,以城市发展作为例子论述了界壳理论的应用.

模式气候的球谐谱分析

对模拟的气候场用球谐函数作波谱分析，得到了全球 ５００ ｈＰａ高度和海平面气压在不同截断时的波谱特征以及由ＣＯ２倍增（２×ＣＯ２）引起的流场变化。与用经验正交函数（ＥＯＦ）对模式气候作分析不同，球谐波谱分析能清晰显示大气波动的物理图像，尤其是全球大气低频波。另外，试图通过分析２×ＣＯ２和１×ＣＯ２时的模拟环流，解释造成全球增暖的环流背景特征。