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-AR422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。

短期集合降水概率预报试验

以MM 5模式作为试验模式 ,通过选取不同的物理过程参数化方案产生 8个集合成员 ,分别用平均法、相关法和Rank法对 2 0 0 1年 1 1月至 2 0 0 2年 5月期间的 2 2个降水个例进行短期集合降水概率预报试验。试验结果显示对小雨—大暴雨 6类降水的概率预报 ,Rank法的综合预报效果明显好于相关法和平均法 ,相关法的综合预报效果与平均法基本相同 ;无论从均方误差角度还是从命中率和假警报率的相对大小角度 ,对小雨、中雨、大雨和暴雨各量级以上降水的概率预报 ,Rank法的平均预报效果是三种方法中最好的 ,相关法的平均预报效果与平均法相同 ;Rank法好于平均法的平均幅度从均方误差角度较大 ,从命中率和假警报率的相对大小角度则较小。平均而言 ,三种方法对各量级以上降水的概率预报都是有技巧预报 ,对量级小的降水的概率预报技巧高于对量级大的降水的概率预报技巧。

用典型相关分析作区域性短期气候预测的研究

本文引用典型相关分析技术分析了山西夏季降水与若干个因子场的相关关系，指出了影响山西夏季降水的主要因子是副高的活动，在实际预报工作中应该挑选不同时次不同要素的因子场。用该方法建立的模式其预报效果令人满意。

不同季节海温与中国夏季降水的时空特征分析

利用季降水异常的典型集合相关降水模式,分析了不同时段和不同区域的海温场与我国夏季(6～8月)降水之间的时空分布特征。结果表明:各大洋区海温存在着明显的季节、年际和年代际变化。与中国夏季降水相联系的印度洋海温的分布特征与季节有关,存在明显的偶极和单极分布形式,这种海温的异常变化对我国夏季纬向或经向雨带有一定的影响,全球特定的海温分布可以作为中国夏季旱涝预报的信号因子。不同季节海温和中国夏季降水在1970年代末都经历了一次突变,说明海温的季节差异对中国夏季降水的影响明显地受到海洋年代际基本态的制约。

陆面热力因子应用于中国夏季降水预测的初步试验

基于对中国东部夏季降水与欧亚大陆土壤温度和全球海表温度的相关分析,选取不同关键区的土壤温度和海表温度作为夏季降水的预测因子。利用1961-1990年的资料,分别以土壤温度作为第1组预测因子,海表温度作为第2组预测因子,综合海表温度与土壤温度因子作为第3组预测因子,使用改进的典型相关分析和集合典型相关分析法对中国东部夏季降水场进行预测,建立了相应的预测模型。然后,利用1991—2010年的资料进行了独立样本预测试验。在独立样本预测试验中,综合海表温度与土壤温度因子建立的模型比只用海表温度进行预测的各项预测评分高,说明加入土壤温度因子后预测效果有所提高。基于陆面热力因子的预测模型对夏季降水有一定的技巧,而综合海温与陆面热力因子的预测模型对中国东部夏季降水有较高的预测能力。

不同区域海温异常对中国夏季旱涝影响的诊断研究和预测试验

利用季降水异常的典型集合相关预测模式,研究了前期和同期不同季节全球海表温度距平场与中国夏季旱涝的遥相关分布特征以及这种相关型随季节的变化,揭示了全球海温的异常变化在中国夏季旱涝中的信号特征。研究表明,全球不同区域海温对我国夏季降水的影响存在着明显的季节差异。全球特定的海温分布可以作为中国夏季旱涝预报的信号因子。选取不同区域及不同时段的海温场作为因子场分别对1998、1999年这两个典型年份的我国夏季降水进行了诊断研究和预测试验,并通过不同区域海温的影响权重做集成预测。试验结果表明:不同区域海温的集成预测不仅可以有效地提高预测的准确性,而且可以揭示不同时段不同区域海温的异常变化在夏季旱涝中的强信号现象。