南海夏季风爆发日期与海温的多尺度关系及最优子集回归预测

采用小波变换,Lanczos时间滤波器,相关分析研究了南海夏季风爆发日期的多尺度特征及与海温场的关系,并研制了南海夏季风爆发日期的短期气候预测新方法——多尺度最优子集回归预测方法。结果表明,1958—2008年南海夏季风爆发的平均日期为5月18日,标准差约10d,具有弱的偏早爆发趋势,存在15.4a的年代际变化和5.3a的年际变化周期。在年际变化尺度上,南海夏季风爆发日期与前期冬季(12—2月)海温场有4个显著的相关区,分别为热带南印度洋,菲律宾以东的热带西北太平洋,赤道中东太平洋,热带东太平洋。在年代际尺度上,南海夏季风爆发日期与前一年(前一年3月至当年2月)海温场的显著相关除有与年际尺度一致的热带西北太平洋海区外,还存在5个显著不同的相关区,即西南印度洋,东南印度洋,北太平洋,热带东南太平洋和东南太平洋。1999—2008年的独立样本检验表明,多尺度最优子集回归预测方法的最大预测误差为8.5d,预测值与实际值相差在5d以内的占50%,且对爆发日期的异常迟早具有较好的预测能力,它明显好于最优子集回归预测与单,多变量的线性回归预测。多尺度最优子集回归预测可以为南海夏季风爆发日期的短期气候预测业务预报提供重要参考。

广东开汛日期的多尺度物理统计预测模型

采用小波分析、Lanczos滤波器、相关分析、最优子集回归和交叉检验等方法,研究了广东开汛日期的多尺度变化特征及其与全球不同地区前期海温场、500hPa高度场的关系,建立了广东开汛日期的多尺度最优子集回归预测模型并进行了检验。结果表明,广东开汛日期存在显著的准6年和较明显的准17年周期振荡。广东开汛日期在年际和年代际变化尺度上与前冬海温场和500hPa高度场上共有20个显著相关区域,分别取对应时间尺度上显著相关区域的平均值作为预报因子,对相应时间尺度的广东开汛日期做最优子集回归,建立了相应的预测模型,以年际和年代际尺度上的预测值之和为广东开汛日期的预测值。所建立的预测模型具有较好的拟合效果,其中拟合值与实况值相差在5天以内的事件命中率为41.5%,10天以内的为60.4%。1951—2010年的交叉检验结果表明,广东开汛日期预测值和实况值之间的相关系数为0.33,通过了α=0.01的显著性水平检验。预测值与实况值相差在5天以内的事件命中率为26.7%,10天以内的为45.0%,因此,所建立的多尺度最优子集回归预测模型对广东开汛日期具有较好的预测能力。

东亚夏季风强度的多尺度统计预测模型

东亚夏季风强度的变化与中国雨带和旱涝分布密切相关。为了做好东亚夏季风强度的短期气候预测,采用小波分析、Lanczos滤波器、交叉检验等方法,研究了东亚夏季风强度的多尺度变化特征,在年际与年代际尺度上分别寻找了它在前冬海温场、200 h Pa纬向风场上的前兆信号,并利用最优子集回归建立了东亚夏季风强度的多尺度统计物理预测模型。结果表明:东亚夏季风强度存在准4年、准13年和准43年的周期振荡。年际尺度上,前冬赤道东太平洋(10°N^10°S,160°W^80°W)海温与东亚夏季风强度有最强的显著负相关,且它与东亚夏季风强度在200 h Pa纬向风场上的前兆信号有较强的负相关;年代际尺度上,南半球60°S与35°S附近200 h Pa纬向风之差与东亚夏季风强度有最强的显著正相关,且它与东亚夏季风强度在热带印度洋、低纬度东南太平洋、低纬度南大西洋的海温及亚洲副热带200 h Pa纬向风等前兆信号有强的正相关。通过探讨这两个前兆因子对东亚夏季风强度的预测意义,揭示了他们影响东亚夏季风强度年际和年代际变化的可能物理过程。所建立的东亚夏季风强度多尺度最优子集回归预测模型,不仅对东亚夏季风强度的年际变化具有较好的预测能力,而且对异常极值年份也具有一定的预测能力。