基于雨课堂的“中长期天气预报与短期气候预测”课程教学模式探讨

随着信息技术的快速发展,雨课堂作为一个全新的网络教学平台,将其运用在“中长期天气预报与短期气候预测”课程教学中,通过将线下教学和线上网络学习较好地结合起来,有利于师生通过课前预习、课中讲授和课后复习三个环节进行多元互动与探究学习,以此发挥师生在整个课堂教学过程中的重要作用,达到提升教师教学效果及提高学生学习效率的目的。与传统教学模式相比,基于雨课堂的混合教学模式充分地将教师与学生联系了起来,从根本上让学生从被动学习转变为新型的主动学习,不仅增强了学生的积极主动性,而且显著提高了该课程的整体教学效率,为学生的学习和就业打下了良好的基础。

拉斯曼丘陵的短期气候特征

利用中山站１９８９年以来的气象资料，对拉斯曼丘陵的短期气候特征进行了初步分析。结果表明，拉斯曼丘陵的气候特点与东南极沿岸其它绿洲区相似，共同受大尺度气候过程的影响，同时还具有许多局地气候特征。

影响我国短期气候异常的关键区:亚印太交汇区

围绕国家重点基础研究发展计划项目“亚印太交汇区海气相互作用及其对我国短期气候的影响”,介绍了“亚印太交汇区”(AIPO)的概念,从气候系统多圈层相互作用的角度,阐述了研究AIPO区海气相互作用的科学意义;在分析国内外海气相互作用影响气候研究发展动态的基础上,指出AIPO区是影响我国短期气候的关键区;研究AIPO区海气相互作用对我国短期气候的影响也是国民经济发展需要亟待解决的重要课题。介绍了项目拟研究的关键科学问题,指出该项目的最终研究目标为:揭示AIPO季节到年际尺度的海气相互作用特征,从而提出该关键区海气相互作用影响我国短期气候异常的理论框架,为改进东亚季风的季度—年际变化预测提供理论和方法。

Argo大洋观测资料的同化及其在短期气候预测和海洋分析中的应用

国际Argo(Array for Real-time Geostrophic Oceanography)计划的实施,提供了前所未有的全球深海大洋0～2000m水深范围内的海水温度和盐度观测资料,在大气和海洋科研业务中应用这一全新的资料,是深入认识大气和海洋变异、提高我国气候预测、海洋监测分析和预报能力的一个关键所在。通过开发非线性温-盐协调同化方案和利用同化高度计资料来调整模式的温度和盐度场,建立了可同化包括Argo等多种海洋观测资料的全球海洋资料变分同化系统,提高了对全球海洋的监测分析能力。实现了海洋资料同化系统与全球海气耦合模式的耦合,显著提高了短期气候预测水平。利用Argo资料改进了海洋动力模式中的物理过程参数化方案,有效提高了海洋模式对真实大洋的模拟能力和对厄尔尼诺/拉尼娜的预测能力。开发了利用Argo浮标漂流轨迹推算全球海洋表层和中层流的方法,提高了推算的全球表层流、中层流资料质量,有效弥补了洋流观测的匮乏。

我国短期气候动力预测模式系统的研究及试验

气候和气候异常对我国的国民经济发展具有重大影响,为提高短期气候预测的准确率,研究动力气候模式短期气候预测新技术至关重要。通过近5年的努力,建立了一套由月动力延伸预报模式,海气耦合的全球气候模式(AGCM+OGCM+海冰+高分辨率印度洋一太平洋海盆模式),区域气候模式季和年际尺度的业务动力模式组成的系统。初步把我国的短期气候预测水平由经验统计方法提高到定量和客观分析的水平上。在此基础上,已建成了一个具有物理基础的统计方法与气候动力模式相结合的综合气候预报系统。

中国科学院大气物理研究所短期气候预测系统的改进及其对1998年全国汛期旱涝形势的预测

通过引入改善了地表反照率参数化方案的中国科学院大气物理研究所（ＩＡＰ）大气环流模式，我们对ＩＡＰ短期气候距平预测系统（ＩＡＰＰＳＳＣＡ）中的大气模式部分进行了改进。利用改进前后的ＩＡＰＰＳＳＣＡ，我们对１９８０～１９９４共１５年中国夏季降水异常进行了集合预报检验，与实测结果比较表明，改进后的ＩＡＰＰＳＳＣＡ对江淮和华南地区的预报技巧与原先的系统相比只是有略微的提高，但对我国东北、华北、河套区域以及整个中国东部的预报技巧则比原系统有较大程度的提高，从而表明气候模式中陆面过程的正确表述可以提高模式气候预测的能力。利用改进的ＩＡＰＰＳＳＣＡ和ＩＡＰＥＮＳＯ预测系统提供的预测海温距平，我们对１９９８年中国夏季降水异常进行了预报（该预测３月份提供给有关单位）。今与实际情况比较表明，改进了的ＩＡＰＰＳＳＣＡ和ＩＡＰＥＮＳＯ预测系统耦合，对１９９８我国夏季旱涝形势的预测与实测基本相符，但强度较小，说明有一定预报能力，但也还有许多问题。

南海夏季风爆发日期和强度的短期气候预测方法研究

利用合成及相关统计方法 ,研究冬季南海季风指数与 85 0hPa风场、5 0 0hPa高度、海表温度、OLR等环境场的相互关系及其影响南海夏季风活动的可能机制。指出冬季南海季风指数及环境场的异常特征可以作为预测南海夏季风活动的前兆信号。在此基础上建立了预测南海夏季风爆发日期和强度的概念模型 ,1998～ 2 0 0 1年的预测试验取得了较好成绩。

短期气候数值预测可预报性问题

该文利用 IAP L2 AGCM1 - 1模式进行 1 7年 ( 1 980～ 1 996年 )、每年 9个单个积分的集合后报试验 ,采用方差分析的方法对试验结果进行可预报性研究 .结果表明 :在热带地区 ,海表温度 ( SST)异常引起的可预报性较高 ,50 0 h Pa高度场高值区沿热带呈带状分布 ,在热带外仅有部分相对高值区 ;在中高纬度地区 ,春季的可预报性高于夏季 ;一般来说各场的可预报性海洋高于陆地 .在北太平洋春季 ,50 0 h Pa高度场、海平面气压场和表面气温场有一可预报高值区 .在中国区域 ,降水场、海平面气压场和表面气温场的可预报性从我国南海向西北递减 .

近年来我国短期气候预测中动力相似预测方法研究与应用进展

鉴于当前短期气候预测中,纯粹使用动力学方法尚不能完全满足气候预测业务的需要,因此有必要在策略上采取动力和统计相结合的办法。在具体实现手段上,简要介绍了从历史资料中提炼预测信息,发展了一种基于历史相似误差订正的相似—动力短期气候预测新方法。分别在月、季节以及ENSO等短期气候预测领域相继开展了试验和应用,取得了一些令人鼓舞的初步结果,为下一步深入开展有关短期气候预测科学的研究提供了些许借鉴。

基于EOF/SVD的短期气候预测误差订正方法及其应用

利用中国科学院大气物理研究所第2代短期气候数值预测系统(IAP-DCPⅡ)1980—1999年共20年的集合回报结果,提出了基于经验正交函数(EOF)和奇异值分解(SVD)的模式误差订正方法,并考察了上述订正方法对中国科学院大气物理研究所气候预测系统预测性能提高的季节差异及其稳定性,分析了订正方法对不同预报场的适用范围及其可能原因。结果表明:基于EOF/SVD的订正方法均可显著提高IAP-DCPⅡ东亚地区各个季节降水预测的水平,在这20年的降水订正预报试验中,各季节80%左右的年份订正预报效果要优于模式原始结果。其中EOF订正方法在夏、冬季略优,回报与实测降水之间的距平相关系数(ACC)平均值分别从订正前的-0.07和0.16提高到0.25和0.44。而SVD方法则在春、秋季明显较好,ACC平均值分别从订正前的-0.09和-0.07提高到0.36和0.30。两种订正方法多年的ACC提高效果比较还表明SVD订正结果在各个季节ACC为负值的年份明显少于EOF方法。因此,对于实际预测而言,SVD订正方法效果更为稳定。ACC的方差比较也证明,SVD订正方法具有相对较好的稳定性。同时针对订正方法实际应用的需要,以夏季降水、地表气温和500hPa高度场这3个变量为代表,文中还进一步分析了两种订正方法对夏季不同预报场的订正效果。结果表明,模态订正方法对不同预报场订正效果存在一定差异,对于中国科学院大气物理研究所的气候预测系统,上述方法并不适用于对夏季地表气温和500 hPa高度场预报结果的订正。

短期气候预测评估方法和业务初估

根据短期气候预测业务目前的基本现状，提出了短期气候业务预测效果评估的几种参数．使用这些参数对国家气候中心气候预测室近２０多年来全国范围月、季、年几种主要预测业务的降水距平百分率和平均气温距平的预测效果进行了初步评估．结果表明，月尺度预报中，温度预报好于降水预报；年度降水预报以对春季预报为最好；汛期降水预报水平有明显提高．

论短期气候预测的对象问题

基于气候变化的物理过程和数学方面的考虑,讨论了短期气候预测的对象问题。短期气候预测对我国具有重大的经济和社会价值,但也是非常困难的科学难题和科学工程。传统的把气候距平作为预测对象的方法并不一定具有科学严谨性和应用上的高效性。因此提出把气候年际增量作为新的预测对象,并从数学物理考虑上进行了讨论。最后,基于一个气候模式的预测试验,实际检验了新的预测对象方案的效果。

福建旱涝短期气候预测统计方法试验研究

利用最优子集、神经网络、EOF-CCA和均生函数4种常用统计方法,对福建春季、前汛期、后汛期和秋冬季进行年度、季度旱涝的短期气候预测试验,采用统一的评分标准评定。结果表明:最优子集、神经网络模型具有较好的预测能力,EOF-CCA模型有一定的预测能力,均生函数模型相对较差。

IAP短期气候距平预测系统的定量评估及订正技术的改进研究

采用一套多指标的评估方法， 对中国科学院大气物理所研制的短期气候距平数值预测系统（ＩＡＰＰＳＳＣＡ） 方案１ 的预测性能进行了定量的、系统的评估。评估表明： ＩＡＰＰＳＳＣＡ 对中国汛期大尺度的、重大的降水异常预报较好； 在不同区域，ＩＡＰＰＳＳＣＡ 的预测能力不同， 对中国东南区域显示出较高的预报准确度和可信度； 与单个预报相比， 集合预测水平稳定， 能提高总体预测水平。另外， 还对订正技术进行了改进研究， 距平百分率订正较距平订正效果为佳。

我国近年来短期气候预测研究的若干进展

回顾了近年来我国短期气候预测研究的若干进展,主要是在中国科学院大气物理研究所完成的以气候模式为基础的短期气候预测方面工作。第一个基于气候数值模式开展短期气候预测试验的是曾庆存等人,他们所采用的是IAP AGCM耦合一个热带太平洋环流模式(OGCM);1997年,基于耦合气候模式基础上的ENSO预测系统建立起来;同时开展了东亚区气候可预测性研究;利用气候变动的准两年信号提出了对模式预测结果进行有效修正的方案;为了考虑初始土壤湿度异常对夏季气候的影响,建立了气象变量和土壤湿度的经验关系;还系统地研究了1998年海面温度异常和大气春季异常对夏季气候(特别是发生于中国的大水)预测的影响。

短期气候预测虚拟仿真实验教学平台建设思路

以南京信息工程大学短期气候预测基础实验教学课程为例,分析了基于虚拟仿真技术的实验教学平台建设背景和建设思路,介绍了平台的具体结构、内容及建设进展。该平台为学生营造了良好的理论学习与实践认知的实验环境,能有效培养学生的实践创新能力,提高实验教学效果。

短期气候预测的出路在何方?

100年来短期天气预报成功地跨越了三大步:挪威学派、Rossby学派和Charney开创的数值天气预报。在"气候是天气的综合"这一错误思想的指导下,每一次短期天气预报的成功都引出了短期气候预测的热潮,相应地出现了大型天气学、超长波控制论和短期气候的数值模式预测方法。它们各自研究了几十年后,最终仍未见成效,使100年来短期气候预测的水平仍基本上是在原地踏步。作者认为短期气候预测出路在于:首先要坚决摒弃"气候是天气的综合"这一错误的指导思想,其次要将目前关于"气候系统"的抽象定义转化为具体的物质的定义,作者认为地热涡、地冷涡和形变锋等很可能就是具体的"气候系统"。描述这些"气候系统"演化的具体图像就是"地气图"。

北极苔原Ny-lesund地区短期气候特征

利用我国北极黄河站所在地,德国Koldwey站1994—2003年的逐时常规气象资料,对北极苔原Ny lesund地区短期气候特征进行了初步分析。结果表明,由于受北大西洋暖流的影响,该地是北极同纬度温度最高的地区。岛上气候温暖湿润,即使在隆冬季节,日平均气温都可以升至0℃以上。全年平均风力较小,以东南(SE)风居多。该地区平均增温速度为0. 68℃/10a,是北极增温较快的地区之一。与同期我国北冰洋浮冰区考察数据相比较,Ny lesund气候更温暖湿润,风速要小得多。在Ny lesund地区,美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的近地面气温的再分析结果,与Koldwey站实测常规地面资料相比,在冬季基本一致,而在夏季则差异较大。

甘肃省伏旱短期气候概率预测

用ＥＯＦ和ＲＥＯＦ将甘肃省伏期降水分为７个区域，并在每个区域中选取了一个代表站。设计出既能反映伏期降水多少，又能反映伏期旱段长度的伏旱强度指数。将伏旱强度指数与伏旱发生的概率联系起来。通过对大气环流特征指数、地面气象要素等因子的分析，利用逐步回归分析和多级逐步判别分析方法，建立了甘肃省几个代表站的伏期干旱指数的概率预报方程。提出了集成概率预测的概念。最后给出了对伏旱概率预测进行评估的一种方法。

大气初始异常在跨季度短期气候预测中作用的研究

针对大气初始异常在跨季度短期气候预测中的可能作用 ,利用中国科学院大气物理研究所 9层大气环流格点模式 (简称IAP 9L AGCM )对全球夏季气候进行了 30年 ( 1 970～ 1 999年 )集合回报试验 ,系统地考察了基于大气初始异常条件下模式对跨季度短期气候异常的可预测性。结果表明 ,在热带、副热带及高纬都存在气候异常的可预测性区域 ,说明大气初始场异常本身对跨季度短期气候预测有很重要的影响。相对于全球来说 ,大气初始异常对跨季度短期气候预测的影响在东亚地区更为显著 ,其作用不可忽略。通过对典型年份的个例分析发现 ,在某些气候异常剧烈的特殊年份 。