短期氣候預測技術(shù)和方法的新進展

短期氣候預測技術(shù)和方法的新進展

我國短期氣候預測的發(fā)展歷程短期氣候預測主要是指月度、季節(jié)和年度的預測，也被稱為長期預測。但隨著混沌現(xiàn)象的揭示,人們逐漸認識到氣候系統(tǒng)是一個復雜的混沌系統(tǒng),天氣預報時效不超過兩周,月以上只能作氣候預測,所以改稱短期氣候預測。氣候預測方法研究歷史較長,可追溯到19世紀甚至更早。近一百多年來,利用不同的相關(guān)關(guān)系、經(jīng)驗規(guī)則、動力模式和非線性混沌理論等提出了多種氣候預測方法,其中有些也在實際預報中得到了應用,然而目前氣候預測仍然是國際大氣科學領域的難題,氣候預測的理論、方法和實踐均不成熟,氣候預測還存在很大的不確定性,整體來看,氣候預測仍處于研究、試驗和業(yè)務應用不斷改進的階段。我國開展短期氣候預測已有五十多年的歷史,是世界上開展短期氣候預測業(yè)務較早且一直堅持的少數(shù)幾個國家之一。氣候預測為國家防御和減輕氣象災害做出了重要貢獻,在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中的作用也越來越大。特別是我國地處全球最為復雜的東亞季風區(qū),氣候異常受到青藏高原、海洋、季風、中高緯度環(huán)流系統(tǒng)等諸多因素的影響,氣候異常的成因極其復雜,氣候預測的難度很大,人們?yōu)榇俗隽舜罅科D苦的工作。我國的短期氣候預測業(yè)務經(jīng)歷了簡單的經(jīng)驗統(tǒng)計分析、數(shù)理統(tǒng)計、動力模式和動力統(tǒng)計相結(jié)合幾個發(fā)展階段,目前我國已經(jīng)建立了一套較為完備的延伸期-月-季節(jié)-年度短期氣候預測業(yè)務系統(tǒng)。尤其是近些年來,圍繞發(fā)展短期氣候預測關(guān)鍵技術(shù)和提高氣候預測準確率,開展了大量短期氣候預測理論和技術(shù)方法研究,加強了科研成果向業(yè)務應用的轉(zhuǎn)化,一些影響我國氣候異常的新機理和短期氣候預測新方法不斷在業(yè)務中得到應用,取得了很好的效果,極大推進了我國短期氣候預測的技術(shù)發(fā)展和業(yè)務能力的提高。本文將就我國短期氣候預測技術(shù)的發(fā)展歷程、業(yè)務技術(shù)現(xiàn)狀和近些年來一些在業(yè)務中得到應用的新技術(shù)、新方法和新的科學認識進行概述。1物理統(tǒng)計技術(shù)的應用進展我國是世界上開展短期氣候預測研究和業(yè)務最早的國家之一。早在20世紀30年代就進行了三大濤動與中國旱澇關(guān)系等方面的研究。1954年以“氣候展望”的名稱第1次正式對外發(fā)布年度氣候趨勢展望。1958年增加了月預報的內(nèi)容,并易名為“長期天氣預報”。1961年正式制作和發(fā)布汛期旱澇趨勢預測。到1995年國家氣候中心成立后,以“每月氣候預測”、“汛期旱澇預測”、“年度氣候預測”對外發(fā)布氣候預測服務,另外根據(jù)服務需求陸續(xù)增加了各種專題預測服務產(chǎn)品。由于影響我國氣候變化因素的多重性、相互關(guān)系的復雜性和預測方法的多樣性,我國短期氣候預測的基本技術(shù)特點是多種因子的綜合分析和多種方法的綜合應用,預測技術(shù)難度非常大。近60年來,隨著觀測事實的積累和短期氣候預測理論的不斷發(fā)展以及計算機技術(shù)的進步,我國短期氣候預測業(yè)務技術(shù)經(jīng)歷了逐步改進、完善和不斷發(fā)展、提高的過程。大體經(jīng)歷了經(jīng)驗統(tǒng)計分析、物理統(tǒng)計分析、動力統(tǒng)計相結(jié)合3個主要發(fā)展階段。20世紀70年代以前,是我國短期氣候預測的艱苦創(chuàng)業(yè)階段,由于資料匱乏,計算條件非常落后,以經(jīng)驗統(tǒng)計分析為主要手段,采用歷史資料和天氣氣候分析,包括歷史曲線演變、大氣環(huán)流型分析、天氣周期和韻律活動等方法,也吸收了天氣諺語中的有益經(jīng)驗。20世紀50年代末,也曾試用過美國納米阿斯的月平均環(huán)流趨勢法和前蘇聯(lián)王根蓋姆、吉爾斯的大型環(huán)流型等,另外也進行了多元回歸等數(shù)理統(tǒng)計方法的嘗試應用。進入20世紀60年代,隨著資料樣本的增多,相關(guān)概率、點聚圖、復相關(guān)表等方法及周期平均環(huán)流圖、環(huán)流指數(shù)、環(huán)流特征量和太陽黑子等也在業(yè)務預報中得到廣泛應用。這一時期從資料計算到預報制作完全是人工操作,但該階段建立了我國短期氣候預測的基本業(yè)務,為此后我國短期氣候預測的業(yè)務發(fā)展奠定了良好基礎。20世紀70年代到90年代前期,隨著資料種類和樣本長度的增加以及計算機技術(shù)的應用,我國短期氣候預測的物理統(tǒng)計技術(shù)得到了很大發(fā)展。70年代后數(shù)理統(tǒng)計方法包括多元回歸、逐步回歸、最大熵譜、正交函數(shù)分解、判別分析、聚類分析等在氣候分析和預測中得到廣泛應用,以多種數(shù)理統(tǒng)計方法為基礎建立的統(tǒng)計預測模型在實際業(yè)務預測中取得了一定的效果,直到現(xiàn)在統(tǒng)計預測方法的研究和應用也在不斷發(fā)展,已成為短期氣候預測的主要手段之一,很多學者對此也做了較全面的總結(jié)。80年代以來,隨著短期氣候預測理論研究的發(fā)展和觀測事實的不斷揭示,物理因子分析受到極大重視,對影響大氣環(huán)流和氣候異常的物理因素的分析,從廣度和深度方面均有很大發(fā)展,如海氣相互作用、陸地熱狀況、低頻振蕩、遙相關(guān)型等等。80年代初,我國氣候預測工作者首次提出了中國東部地區(qū)夏季3類雨型,三十多年來一直在全國推廣應用?！捌呶濉?、“八五”期間中國氣象局重點研究課題的實施,有力推動了我國短期氣候預測研究和業(yè)務工作的發(fā)展。先后研究了ENSO事件、青藏高原熱狀況對東亞大氣環(huán)流和中國氣候的可能影響,以及東亞遙相關(guān)型、東亞阻塞高壓、西太平洋副熱帶高壓、亞洲季風、南亞高壓、北太平洋濤動、南方濤動、準兩年振蕩(QBO)等大氣環(huán)流異常與中國夏季降水的關(guān)系,提出了各種具有一定物理意義的預測概念模型,是這一階段預測思路的顯著特點,比如以夏季3類雨型為主要預測對象、以ENSO事件和東亞大氣環(huán)流異常為主要預測因子的汛期旱澇預報概念模型等,在我國汛期降水預測業(yè)務中發(fā)揮了重要作用。從80年代后期開始,我國各級氣候業(yè)務部門先后建立了第1代以物理統(tǒng)計方法為主的短期氣候預測自動化業(yè)務系統(tǒng),使我國短期氣候預測業(yè)務向現(xiàn)代化邁進了一大步,基本結(jié)束了資料處理和預報制作手工和半手工操作的局面。20世紀90年代后期以來,隨著國家“九五”重中之重科技項目的實施,我國短期氣候預測業(yè)務技術(shù)和現(xiàn)代化水平都上了一個新臺階,進入了動力與統(tǒng)計相結(jié)合的新階段。首先,在總結(jié)前人有關(guān)物理統(tǒng)計方法研究成果的基礎上,更加深入地研究了海、陸下墊面熱力因素和東亞大氣環(huán)流異常與我國氣候變化特別是汛期旱澇的關(guān)系,加深了對我國氣候異常物理成因的認識,以太平洋海溫(ENSO)、青藏高原積雪、亞洲季風、東亞阻塞高壓、西太平洋副熱帶高壓等東、西、南、北、中五大因素為基礎,建立了物理概念比較清楚的中國夏季降水物理統(tǒng)計綜合預測模型。其次,研究建立了我國第1代動力氣候模式系統(tǒng)。90年代中期以來,國家氣候中心先后研制了包括全球大氣環(huán)流模式、全球海洋環(huán)流模式、東亞區(qū)域氣候模式和簡化的ENSO預測模式等月、季、年際時間尺度的動力氣候模式系列,建立起了我國第1代動力氣候模式業(yè)務系統(tǒng)。目前正在研發(fā)新一代海-陸-氣-冰-生多圈層耦合的氣候系統(tǒng)模式以及多模式集合、動力相似預測試驗和動力模式產(chǎn)品釋用技術(shù)的研究、應用。2氣候預測業(yè)務中的預測技巧我國現(xiàn)代短期氣候預測業(yè)務的基礎是在國家“九五”重中之重科技攻關(guān)項目“我國短期氣候預測系統(tǒng)的研究”支持下建立的。通過5～10年的努力,研制了一套月、季、年時間尺度的物理統(tǒng)計預測模型,發(fā)展了一套月、季時間尺度的動力氣候模式預測系統(tǒng),并進行了解釋應用方法研發(fā),初步實現(xiàn)了動力與統(tǒng)計相結(jié)合思想在業(yè)務中的應用。在后續(xù)的“十五”、“十一五”期間各類項目研發(fā)成果的支持下,物理統(tǒng)計預測模型的內(nèi)涵和外延不斷擴大,基于動力氣候模式高技巧信息和誤差分布特征的動力與統(tǒng)計相結(jié)合預測方法的研發(fā)也向廣度和深度發(fā)展。正是在大量的研發(fā)成果的支持下,短期氣候預測業(yè)務產(chǎn)品和服務更具科學內(nèi)涵,總體預測能力也在穩(wěn)步提高,尤其是倍受政府和用戶關(guān)注的汛期降水預測在近幾年沒有出現(xiàn)大的失誤。除了針對降水和氣溫的趨勢預測外,還開展了季內(nèi)主要氣候事件(南海夏季風、華南前汛期、梅雨、華北雨季等)的起始時間和強度,以及各類專項預測業(yè)務(ENSO、臺風、冷空氣過程、沙塵暴、春播、霜凍、森林火險等)的預測,大大豐富了為用戶服務的內(nèi)涵。下面簡要介紹物理統(tǒng)計、動力模式、動力-統(tǒng)計相結(jié)合3類方法在我國氣候預測業(yè)務中的應用和預測技巧。在物理統(tǒng)計預測模型的建立方面,預報員結(jié)合國內(nèi)外的研究成果和業(yè)務應用方面的研究,首先建立并增強了統(tǒng)計預測模型的物理基礎。以汛期降水預測作為重要預報對象,從多角度分析了影響我國汛期降水的因子,設計了一幅汛期降水物理概念模型圖,簡稱“東南西北中”模型。在后期的實際應用中,該模型的內(nèi)涵不斷得到擴充。支撐現(xiàn)代氣候預測業(yè)務的關(guān)鍵業(yè)務系統(tǒng)是動力氣候模式預測系統(tǒng)。我國第1代動力氣候模式預測系統(tǒng)(DCMPS)由氣候模式子系統(tǒng)、預測子系統(tǒng)和產(chǎn)品子系統(tǒng)構(gòu)成。模式子系統(tǒng)由資料同化和模式運行組成。模式運行部分主要包括了4種氣候模式:全球大氣環(huán)流模式、全球海洋環(huán)流模式、高分辨率東亞區(qū)域氣候模式和簡化的ENSO預測模式。其中全球大氣環(huán)流模式主要用于月尺度動力延伸預報的集合預測(eDERF),它與全球海洋環(huán)流模式耦合,構(gòu)成海氣耦合模式,用于季節(jié)/多季節(jié)的全球氣候趨勢預測。海氣耦合模式與區(qū)域氣候模式嵌套,用于提供高分辨率的東亞季節(jié)氣候趨勢預測。動力氣候模式預測業(yè)務化系統(tǒng)分為資料同化與支持子系統(tǒng)、模式運行子系統(tǒng)、預報訂正與檢驗子系統(tǒng)和產(chǎn)品生成與分發(fā)子系統(tǒng)。全部業(yè)務系統(tǒng)在高性能計算機上實現(xiàn)運行、產(chǎn)品生成和分發(fā)。月尺度動力延伸預報每天運行8個樣本,每5d集成40個樣本,提供未來30d的候、旬、月多要素概率預測和確定性預測信息(/pred/md.php),海氣耦合模式每月運行,海洋大氣初值組合共48個樣本,提供未來11個月(8個滾動季節(jié))多要素概率預測和確定性預測信息(/pred/cs.php),模式系統(tǒng)豐富的預報信息以及在此基礎上的解釋應用產(chǎn)品有力地支持了全國氣候預測業(yè)務。此外,將動力數(shù)值模式和統(tǒng)計經(jīng)驗預報相結(jié)合的思路已被廣泛接受,但如何實現(xiàn)有效的結(jié)合經(jīng)歷了漫長的探索過程。早在20世紀50年代,顧震潮就指出了在數(shù)值預報中引入歷史資料的重要性和可行性。后來我國學者開展了一系列獨具特色的工作:使用過去演變資料的多時刻預報方法、相似-動力方法、基于大氣自憶性原理的方法、動力相似預報(DAP)的概念和方法。尤其是利用歷史相似信息對動力模式的預報誤差進行預報的新思路和預報方法,開拓了動力-統(tǒng)計相結(jié)合方法的新局面,該方法也為近幾年的月、季氣候預測業(yè)務提供了實時預測結(jié)果,取得可喜的成績。3新技術(shù)和新方法的應用3.1建立了新的海洋觀測系統(tǒng)海洋作為氣候系統(tǒng)中的重要成員,是氣候預測最主要的可預報性來源,全球各大洋的海溫異常都會對我國的氣候變率產(chǎn)生影響,海溫也是目前我國短期氣候預測業(yè)務中最重要的預報因子。然而,海洋觀測數(shù)據(jù)的缺乏一直是制約大氣和海洋科學發(fā)展的瓶頸。為此,20世紀末國際上開始籌建ARGO(ArrayforReal-timeGeostrophicOceanography)全球?qū)崟r海洋觀測網(wǎng)。ARGO海洋觀測網(wǎng)是目前唯一能夠立體觀測全球海洋的實時觀測系統(tǒng),為研究大氣和海洋提供了前所未有的深廣視角。我國于2001年加入國際ARGO計劃,構(gòu)建了我國的ARGO海洋觀測網(wǎng),并參與全球ARGO實時海洋觀測網(wǎng)建設。利用ARGO海洋觀測資料,我國學者開展了海洋資料同化、海洋模式改進的研究,并應用于海洋分析和氣候預測研究,促進了我國短期氣候預測業(yè)務水平以及海洋監(jiān)測分析業(yè)務能力。張人禾等最近對我國開展的ARGO資料質(zhì)量控制、利用ARGO資料開展的有關(guān)海洋資料同化、短期氣候預測、海洋模式改進、海洋表層流、溫鹽變化特征、厄爾尼諾/拉尼娜(EI/La)等方面的研究進行了綜述。這里僅簡要介紹一下ARGO海洋觀測資料同化在國家氣候中心動力模式預測系統(tǒng)中的應用。國家氣候中心全球海洋資料四維變分同化系統(tǒng)(NCC＿GODAS)通過引入AR-GO的全球溫鹽觀測資料大大改善了同化結(jié)果,其同化結(jié)果可為海-氣耦合模式進行季節(jié)氣候預測業(yè)務提供更加可信的海洋初始場資料。在NCC＿GODAS中引入了ARGO資料后,將其與國家氣候中心全球海氣耦合模式(NCC＿CGCM)進行耦合,顯著提高了模式對我國夏季降水預測的技巧,模式回報的夏季降水距平與觀測降水距平相關(guān)為正的格點數(shù)比未采用ARGO資料時增加了9.38%。自2005年起采用同化了ARGO資料的NCC＿GODAS后,NCC＿CGCM預報系統(tǒng)預報的熱帶太平洋3.4區(qū)海面溫度距平與觀測值的相關(guān)系數(shù)達到0.5左右。3.2與海洋相關(guān)的子系統(tǒng)2005年起,國家氣候中心啟動了新一代多圈層耦合的氣候系統(tǒng)模式研制工作。幾年來,研制工作取得了重要成果,先后建成了耦合大氣、陸面、海洋、海冰分量在內(nèi)的不同版本的氣候系統(tǒng)模式BCC＿CSM1.0,BCC＿CSM1.1和BCC＿CSM1.1(m)。同期,基于全球近110km中等分辨率的新一代氣候系統(tǒng)模式BCC＿CSM1.1(m)研發(fā)的第2代短期氣候預測模式系統(tǒng)也取得了長足進展,該系統(tǒng)包含第2代海洋資料同化系統(tǒng)、陸面資料同化系統(tǒng)、月動力延伸預測模式系統(tǒng)、季節(jié)氣候預測模式系統(tǒng)等4個子系統(tǒng)。詳細的技術(shù)進展可參考文獻。第2代海洋資料同化系統(tǒng)已初步建成,其對海洋溫鹽的同化效果總體上要優(yōu)于第1代海洋資料同化系統(tǒng),未來將為第2代短期氣候預測提供準確的海洋初、邊值條件。目前,正在完成從資料預處理、質(zhì)量控制到系統(tǒng)運行的準業(yè)務化設計工作。在陸面資料同化系統(tǒng)的發(fā)展方面,土壤溫度和土壤濕度同化子系統(tǒng)正在研發(fā)中,而多源降水融合子系統(tǒng)的業(yè)務建設工作已基本完成,其可為短期氣候預測模式系統(tǒng)陸面分量提供可靠的實時大氣降水強迫場。第2代月動力延伸預測模式系統(tǒng)基于T106水平分辨率的大氣環(huán)流模式BCC＿AGCM2.2建立,其對全球及區(qū)域降水、環(huán)流的氣候態(tài)和年際變率等多個要素的預測能力總體要高于第1代月動力延伸預測模式系統(tǒng)。該系統(tǒng)已于2012年投入準業(yè)務化運行,實時輸出候、旬、月時間尺度和全球、北半球、東北半球、東亞、中國等空間尺度的預報數(shù)據(jù)和圖形產(chǎn)品。第2代季節(jié)氣候預測模式系統(tǒng)基于全球近110km的中等分辨率氣候系統(tǒng)模式BCC＿CSM1.1(m)建立,其對降水、環(huán)流和季風指數(shù)、ENSO等多個要素的預報技巧總體上要高于第1代季節(jié)氣候預測模式系統(tǒng)。該系統(tǒng)已于2012年底完成基本構(gòu)建工作,目前正在開展全面的性能檢驗以及準業(yè)務化設計等工作,將于2013年實現(xiàn)準業(yè)務運行。3.3統(tǒng)計降尺度預報的主要特點早在20世紀50年代,就提出了利用統(tǒng)計方法對數(shù)值模式產(chǎn)品進行解釋應用的思想,也提出了完全預報方法(PP)和模式輸出統(tǒng)計預報(MOS)方法。但無論是PP方法還是MOS方法均未考慮模式對預報因子的預報能力,因此,所建立的要素預報和環(huán)流形勢之間的統(tǒng)計關(guān)系更多體現(xiàn)了統(tǒng)計學意義,而缺乏明確的物理意義。李維京等利用大尺度大氣動力學方程組推導出月降水與高度場異常之間的關(guān)系,并結(jié)合月動力延伸預報500hPa高度場與降水觀測資料確定預報方程的系數(shù),這種具有明確的物理意義的模式釋用在實際預報試驗中取得較好的效果。20世紀90年代,隨著全球氣候模式的發(fā)展,統(tǒng)計降尺度方法作為一個嶄新的學科方向在國際上流行開來,它的主要思想就是模式解釋應用。統(tǒng)計降尺度方法可以將氣候模式輸出中物理意義較好、模擬較準確的氣候信息應用于統(tǒng)計模式,從而糾正氣候模式的系統(tǒng)誤差。大量研究結(jié)果表明,基于模式高技巧輸出信息的統(tǒng)計降尺度預報明顯改進了氣候預測的效果[24,25,26,27,28,30,31,32,56,57,58,59,60,61,62,63,64]。統(tǒng)計降尺度方法很多,主要包括轉(zhuǎn)換函數(shù)法、天氣分型技術(shù)和天氣發(fā)生器。在月、季氣候預測中,轉(zhuǎn)換函數(shù)法最為常用。轉(zhuǎn)換函數(shù)可以是線性,也可以是非線性,其中線性回歸方法在統(tǒng)計降尺度研究中最為常用,包括多元線性回歸、逐步線性回歸、最優(yōu)子集回歸(OSR)、典型相關(guān)分析(CCA)、奇異值分解(SVD)等。從統(tǒng)計降尺度預報模型的特點來看,一般可以分為兩類,分別是大尺度預報因子對區(qū)域要素主要模態(tài)的預報以及對站點(格點)要素的預報。當預報對象是區(qū)域要素主要模態(tài)時,通常用經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)、典型相關(guān)分析等方法得到區(qū)域要素的主要模態(tài),并利用其主成分與大尺度預報因子建立回歸模型,最后利用空間模態(tài)與主成分對預報場進行還原。統(tǒng)計降尺度更多應用于對站點(格點)要素的預報,當預報對象為站點要素時,由于區(qū)域氣候環(huán)境及局地復雜地形影響,站點要素的變率可能較大,導致與大尺度環(huán)流之間的關(guān)系不密切或者不穩(wěn)定,這會影響到降尺度模型的預測能力?；谠撎攸c,提出了空間分區(qū)技術(shù),利用區(qū)域要素的平均狀態(tài)來消除站點可能存在的不確定性。隨著統(tǒng)計降尺度預報技術(shù)的發(fā)展,如何更好地應用模式信息建立穩(wěn)定有效的降尺度模型始終是關(guān)注重點,已有研究表明結(jié)合前期大氣海洋的異常信號與模式輸出的有用信息一起建立預測模型可以取得更好的預測效果。此外,分別利用多個單模式的有用信息進行統(tǒng)計降尺度再對降尺度結(jié)果進行集合的預報方案也已經(jīng)被提出。若要素預報量包含了不同時間尺度信息,會對降尺度模型的構(gòu)建帶來不利影響,因此,提出了分離時間尺度的統(tǒng)計降尺度思路,并取得較好的預測效果。統(tǒng)計降尺度已經(jīng)在氣候預測領域開展了大量的研究工作,是當前及未來一段時間內(nèi)短期氣候預測技術(shù)發(fā)展的重要方向之一,而基于模式輸出結(jié)果的釋用技術(shù)的業(yè)務應用一直是國家氣候中心關(guān)注的問題。利用月動力延伸預報(DERF)500hPa高度場對中國區(qū)域降水的解釋應用在月氣候預測中得到較好的應用?；贒ERF模式最優(yōu)信息提取技術(shù)也被應用到月氣候預測業(yè)務中,逐月提供氣溫和降水的降尺度預報產(chǎn)品。在月尺度預測基礎上,利用DERF逐候結(jié)果結(jié)合統(tǒng)計降尺度方法開發(fā)了逐候滾動的延伸期逐旬氣溫和降水預測產(chǎn)品,并將預測對象拓展到極端降水日數(shù)、最高(低)氣溫距平等。而基于國家氣候中心全球海氣耦合模式(NCC＿CGCM)的輸出結(jié)果得到的統(tǒng)計降尺度產(chǎn)品對季節(jié)預測起了很好的參考作用。這些模式解釋應用技術(shù)的業(yè)務化為月、季氣候預測提供了重要支撐。而如何更好地利用國內(nèi)外優(yōu)秀氣候模式的有用信息來指導月、季氣候預測是國家氣候中心氣候業(yè)務發(fā)展關(guān)注的問題。3.4多模式集合在短期氣候預測領域的應用進展由于氣候系統(tǒng)自身的混沌性特征,模式預測對初始值誤差和模式自身誤差敏感。采用多個模式進行集合預報時,能夠同時減少模式不確定性和初始值不確定性,從而成為有效的解決方案,并因此得到廣泛應用。多模式集合最早出現(xiàn)在天氣預報領域,研究均表明,多個模式集合平均后的效果優(yōu)于單模式,并因此提出利用多個業(yè)務中心的天氣預測模式數(shù)據(jù)進行平均得到更優(yōu)預測的PoorMan集合的思路和應用方法。在集合平均方法的基礎上,Krishnamurti等提出超級集合的概念。在上述相關(guān)研究中,并不是將多模式模擬結(jié)果進行簡單的集合平均,而是將多模式預報過程分為訓練和預報兩個階段。在訓練階段,通過已有的模式結(jié)果和實際觀測資料利用多元線性回歸方法求取各個模式的權(quán)重,并將其用于預報階段。與單模式相比,多模式超級集合可以明顯減小單模式和集合平均的均方根誤差,Krishnamurti等的發(fā)現(xiàn)受到了極大關(guān)注,多模式集合預報迅速成為大氣科學領域的研究熱點。多模式集合預報可以提高天氣預報水平得到廣泛認同,但在氣候預測領域,多模式超級集合能否提高集合平均預測能力仍存在爭議。隨著氣候模式的發(fā)展,多模式集合在短期氣候預測方面的預測能力倍受關(guān)注。歐洲中期天氣預報中心(ECMWF)的PROVOST項目和美國NCEP的DSP項目利用多個AGCM進行集合肯定了多模式集合的效果。隨后,ECMWF的DEMETER計劃利用歐洲國家的7個模式細致研究了多個耦合模式集合在短期氣候預測應用的效果和前景,利用概率性預報結(jié)果闡明了多模式集合預報的思想,討論了簡單的集合平均對于單模式的優(yōu)勢,回答了多模式集合平均優(yōu)于單模式的平均預報水平的原因以及不用最好的單模式取代多模式集合等問題,提出了概率方法應用于多模式集合預報的思想和應用方法。此外,APCC利用亞太經(jīng)合組織國家的14個模式開展了CliPAS項目,詳細評估了多模式集合預測在短期氣候尺度的預測效果。從現(xiàn)有多模式集合預測技巧來看,在氣溫預測方面,DEME-TER和CliPAS兩個多模式集合項目均在熱帶地區(qū)預測技巧較高,在北半球中緯度地區(qū)也有一定的預測能力;在降水方面,均僅在熱帶和副熱帶海洋有較高的預測技巧。在氣候預測業(yè)務中,多模式集合首先涉及到多個質(zhì)量穩(wěn)定的耦合模式數(shù)據(jù)的實時獲得。目前,APCC,IRI,ECMWF,NCEP先后根據(jù)能獲得的數(shù)個模式推出了自己的多模式集合預報業(yè)務產(chǎn)品。我國科學家在利用多模式集合在氣候預測領域也開展了很多研究工作。康紅文等用亞太氣候中心(APECClimateCenter,APCC)收集到的多個動力季節(jié)預報模式產(chǎn)品,利用動力季節(jié)模式輸出的匹配域投影技術(shù)和多模式集合預報技術(shù)對多個國家和城市的站點月降水進行預報。李芳借助EN-SEMBLES計劃提供的5個海-氣耦合模式(CGCM)的多初值后報降水資料,采用常用的4種多模式集合方案,制作了1960-2005年中國東部夏季降水概率密度函數(shù)(PDF)季度預測。在此基礎上評估了目前基于多模式集合方案的中國東部夏季降水的概率密度函數(shù)季度預測能力。張剛利用DEMETER多模式集合預測系統(tǒng)1980-2001年的回報試驗,研究了歐洲7個耦合模式對東亞地區(qū)(0°～60°N,70°～140°E)冬季大氣環(huán)流和氣候異常的預測效果。在實時業(yè)務中,2011年起開展多模式集合業(yè)務。2011年基于美國環(huán)境預報中心(NCEP)、歐洲中期天氣預報中心(ECMWF)、東京氣候中心(TCC)和中國氣象局國家氣候中心(NCC)的氣候模式,中國氣象局國家氣候中心開始進行多模式集合技術(shù)應用方面的初步探索,并結(jié)合多種統(tǒng)計方法初步建立了多模式解釋應用集成預測系統(tǒng)(MODES),目前MODES系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)逐月運行,開始在國家氣候中心月、季氣候預測業(yè)務中發(fā)揮作用。從4個模式及MODES多模式集合對我國160個站夏季和冬季氣溫、降水預測效果的初步評估看,多模式集合預測的效果和最佳模式相同或接近,甚至有部分改進。但由于現(xiàn)有4個模式預測性能之間差異過大,目前直接進行集合尚未表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。MODES系統(tǒng)詳細的技術(shù)進展可參考文獻。多模式集合技術(shù)本質(zhì)上通過減小由于模式自身不確定性帶來的誤差而提高預測能力,在各個模式預測能力有限時,多模式集合的效果依賴于各單一模式的預測能力,在單一模式?jīng)]有預測能力的同時,多模式集合也不能提供足夠有用的預測信息。因此,獲取更多的高質(zhì)量氣候模式數(shù)據(jù),模式后處理和選擇最優(yōu)的模式組合進行超級集合是國家氣候中心多模式集合預報工作下一步的方向。3.5預測系統(tǒng)fodas1.0動力-統(tǒng)計相結(jié)合是提高短期氣候預測準確率的有效途徑之一。2008年以來,中國氣象局公益性行業(yè)(氣象)科研專項“由歷史資料改進動力季節(jié)預測的關(guān)鍵技術(shù)研究”利用國家氣候中心的季節(jié)預報業(yè)務模式和較全面的歷史資料,發(fā)展了利用相似年的模式誤差信息實現(xiàn)對預報年氣候模式預報誤差預報的汛期降水動力-統(tǒng)計客觀定量化預測方法,并利用兩類動力-統(tǒng)計預測方案,建立了動力與統(tǒng)計集成的季節(jié)降水預測系統(tǒng)(FODAS1.0)。該系統(tǒng)在動力-統(tǒng)計客觀定量化預測理論和方法的基礎上,充分借鑒國家氣候中心和區(qū)域、省級氣候中心現(xiàn)有科研和業(yè)務成果,尤其是預報員的診斷技術(shù)和預報經(jīng)驗,研制適合區(qū)域氣候特點的預測方案。目前,FO-DAS1.0已在國家氣候中心、8個區(qū)域氣候中心和廣西、山東等多省市氣候中心實現(xiàn)準業(yè)務試用,近幾年的實際預報效果也比較理想。詳細的技術(shù)進展可參考文獻。FODAS1.0系統(tǒng)主要包括以下模塊:實時數(shù)據(jù)接收模塊、歷史檢索模塊、相似因子客觀選取模塊、統(tǒng)計相似預測模塊、全國降水因子診斷訂正模塊、區(qū)域相似因子訂正模塊、動力-統(tǒng)計客觀定量化預測模塊、預測評分模塊。預報產(chǎn)品主要包括全國(或區(qū)域)季節(jié)降水的統(tǒng)計相似預測圖、動力-統(tǒng)計客觀定量化預測圖以及預測產(chǎn)品的檢驗圖形等。此外,該系統(tǒng)還可以檢索歷年降水距平百分率、因子演變曲線等,供預報員參考。FODAS1.0的推廣應用,為區(qū)域和省級氣候中心進一步加強月-季節(jié)尺度的降水等的客觀定量化預報提供了有力支撐,使之更好地為國家和區(qū)域的防災減災決策服務。采用該動力-統(tǒng)計客觀定量化預測方法對2009-2012年我國夏季汛期降水進行了實際預測,預測結(jié)果(3月預測)的PS評分分別為79,72,70,70;距平相關(guān)系數(shù)分別為0.38,0.10,0.12,0.03。3.6季節(jié)內(nèi)振蕩與氣候異常的關(guān)系熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩(MJO)作為熱帶地區(qū)大氣環(huán)流異常的一個主要模態(tài),由于其代表了一種可重復發(fā)生的低頻現(xiàn)象,因此目前成為進行次季節(jié)氣候預測研究的焦點。MJO和它的演變對1～4周時間尺度的熱帶環(huán)流變化預報非常關(guān)鍵,而有技巧性的MJO預報在某種程度上對1～2周的副熱帶天氣和3～4周的熱帶外氣流變化預報是有意義的。因此,MJO被認為可以填補天氣預報和季節(jié)預測之間的“預報縫隙”,可以作為進行延伸期(10～30d)預報的重要可預報性來源之一,將有助于提高兩周到月時間尺度的短期氣候預測能力。大氣季節(jié)內(nèi)振蕩在我國東部天氣、氣候演變中扮演了重要角色,國內(nèi)相關(guān)研究工作較多。何金海等指出我國夏季降水主要受10～20d和30～60d低頻振蕩的影響。李崇銀研究也表明,華北汛期降水偏多年份,降水量的30～60d低頻振蕩明顯,降水偏少年份,該振蕩不明顯。夏季風在北進過程中存在明顯的準雙周和季節(jié)內(nèi)振蕩現(xiàn)象,季風雨帶的北進、停滯和中斷等現(xiàn)象都與季節(jié)內(nèi)振蕩關(guān)系密切。與東亞夏季風活動相聯(lián)系的低緯度風場、位勢高度場及向外長波輻射場在夏季風爆發(fā)前均出現(xiàn)明顯的季節(jié)內(nèi)振蕩,且振蕩以低頻形式向中高緯度地區(qū)傳播,從而影響中高緯度地區(qū)的天氣和氣候。琚建華等研究指出,東亞強季風涌年,準30～60d振蕩的影響顯著,易造成長江中下游多雨;東亞弱季風涌年,準30～60d振蕩減弱,10～20d低頻振蕩為主要的振蕩周期,容易造成長江中下游干旱。長江流域旱澇年的低頻風場表現(xiàn)出顯著的不同,澇年降水是由南北方低頻渦旋相向運動在長江流域匯合所形成;旱年降水則由熱帶西太平洋低頻渦旋向西北方移動影響長江流域所造成。盡管大量研究表明,我國東部洪澇很大程度上與大氣季節(jié)內(nèi)振蕩有關(guān),特別是長江中下游、華南地區(qū)降水與低頻振蕩及其傳播聯(lián)系密切。這些研究成果均基于診斷分析,對認識季節(jié)內(nèi)振蕩與我國氣候異常關(guān)系有重要作用,但在國內(nèi),無論是中期預報還是月-季節(jié)尺度預報一直難以得到有效應用。其中主要原因之一是濾波方法的限制,缺乏一個能客觀、實時提取MJO演變信息(比如強度和位置)的方法;另一方面,由于MJO主要是大氣內(nèi)部動力過程,其可預報性有很大的不確定性,并缺乏有效的預報手段。正是由于這兩方面原因,限制了MJO在“次季節(jié)”預報中的應用。但最近幾年,國際上在這兩方面的研究均取得了較大進展,為MJO的業(yè)務應用提供了技術(shù)上的支持。2004年Wheeler等利用多變量EOF方法設計了一個二維MJO指數(shù),該指數(shù)沒有使用傳統(tǒng)的濾波技術(shù),因此可以實時提取MJO信息(包括MJO對流的位置和強度)。該指數(shù)將MJO沿全球熱帶地區(qū)的傳播在空間上分為8個位相(空間位置),組成了一個完整的MJO對流從西印度洋發(fā)展到中太平洋消亡的生命循環(huán)過程。由于該指數(shù)較為直觀且方便使用,目前該指數(shù)已在澳大利亞以及CPC/NCEP等多家國外氣候中心的MJO監(jiān)測、診斷、預測業(yè)務中廣泛使用。近幾年,國家氣候中心也利用該指數(shù)在延伸期預報領域進行了相關(guān)研究和應用工作,初步建立了MJO的監(jiān)測預測和應用模型,并逐步引入到延伸期-月尺度預測和臺風預測業(yè)務中。近年來,上海市氣候中心、沈陽中心氣象臺、蘭州中心氣象臺根據(jù)所關(guān)心地區(qū)較強降水過程與低頻環(huán)流系統(tǒng)的關(guān)系,采用基于時間濾波的低頻天氣圖方法給出未來10～30d較強降水的發(fā)生時段,投入于汛期延伸期預報準業(yè)務應用,取得了較好的預報效果。梁平等在利用集合經(jīng)驗模態(tài)分解(EEMD)及多變量EOF方法獲取梅雨區(qū)降水及其影響系統(tǒng)低頻信號的基礎上,采用最優(yōu)子集回歸方法、經(jīng)驗波傳播(EWP)方法及全球海氣耦合模式產(chǎn)品,對梅雨季節(jié)內(nèi)演變的延伸期預報方法進行了預報和試驗,試驗結(jié)果表明:大氣季節(jié)內(nèi)振蕩對梅雨區(qū)降水的延伸預報具有重要的應用價值,可能是聯(lián)系天氣過程及異常的重要系統(tǒng);通過EEMD方法提取前期降水演變及影響因子的季節(jié)內(nèi)振蕩信號,采用最優(yōu)子集回歸統(tǒng)計學方法對梅雨區(qū)逐候降水量演變進行超前30d預報是有可能的。4重要的影響是基于理性的新理解和應用4.1全球海洋對東亞季風氣候的影響4.1.1我國夏季降水特征作為亞洲氣候變化最主要的影響系統(tǒng),ENSO異常及其與東亞夏季風的相互作用將直接導致我國夏季旱澇災害的形成。Huang等研究指出,在El事件的發(fā)展階段,我國江淮流域夏季風降水偏多,華北和江南地區(qū)降水偏少;而在El事件的衰減階段,上述地區(qū)降水異常分布相反。同樣,La事件的不同階段,我國降水距平分布也不同。但近20年來,ENSO與我國夏季降水的相關(guān)性已大大衰減。作為我國夏季降水的主要預測指標,ENSO的指示意義也相應減弱。在汛期預測業(yè)務中參考ENSO的作用時必須充分考慮年代際背景的差異。近幾十年,ENSO的形態(tài)格局也發(fā)生很大變化,頻繁出現(xiàn)暖池型(WP)ElNino(或稱中部型El或ElModoki事件)。研究顯示,兩類El海溫型對我國降水影響顯著不同。在近些年的業(yè)務預測中,不同類型El海溫的影響也越來越被關(guān)注。4.1.2我國南洋質(zhì)量和降水特征繼Saji等提出印度洋偶極子(IOD)后,中國氣象工作者更加關(guān)注印度洋海溫異常對我國氣候的影響。事實上,羅紹華等早就指出阿拉伯海和南孟加拉灣的前期海溫變化與后期長江中下游夏季降水有較好的相關(guān)關(guān)系。研究表明,當IOD指數(shù)為正位相時,汛期華北及江淮流域干旱少雨,而華南沿海地區(qū)為多雨帶;反之,汛期雨帶分布基本為南北多雨而長江流域少雨。但對于IOD與ENSO是否獨立尚有爭議。琚建華等發(fā)現(xiàn)可以將ENSO與IOD作為一個統(tǒng)一的太平洋一印度洋海溫異常模態(tài)來考慮。楊輝等定義了一個熱帶太平洋一印度洋異常綜合模指數(shù),發(fā)現(xiàn)在綜合模正位相時南亞高壓偏弱,位置偏東、偏南,反之南亞高壓偏強,位置偏西、偏北。在南印度洋也存在一個海溫偶極子型振蕩且明顯獨立于ENSO。賈小龍等將標準化的25°～40°S,65°～80°E與10°～20°S,95°～105°E區(qū)域平均海溫距平差定義為南印度洋偶極子指數(shù),發(fā)現(xiàn)前期夏、秋季偶極子正位相時次年夏季印度洋、南海(東亞)夏季風偏弱,副熱帶高壓加強且南撤、西伸,南亞高壓偏強且位置偏東,易形成我國長江流域降水偏多,華南降水偏少;負位相年相反。后期冬季西太平洋暖池是聯(lián)系南印度洋偶極子與次年我國夏季降水異常關(guān)系的一條重要途徑。楊明珠等也揭示出印度洋全海盆的增溫趨勢與我國夏季降水的氣候線性變化趨勢十分一致。該工作進一步將熱帶外南印度洋出現(xiàn)西南印度洋為正(負)、其東北部為(負)正海溫異常的分布模態(tài)定義為正(負)南印度洋偶極子PSIOD(NSIOD)事件。SIOD事件對我國夏季降水具有重要影響,PSIOD年,5月我國江南和西南以及長江中下游的降水偏多;6—8月華北、東北區(qū)域、長江中游以及華南地區(qū)降水增多,華南與華北之間的區(qū)域降水偏少,即主要為兩條雨帶的分布。NSIOD年,5月我國大部降水偏少;6—8月我國西南、江南地區(qū)以及黃淮地區(qū)降水偏多。4.1.3海溫分布的年齡和地域分布近年來,對大西洋一東亞夏季風的研究逐漸成為海氣相互作用的另一熱點,并成功應用于短期氣候預測。觀測分析和數(shù)值模擬結(jié)果均表明,北大西洋三極子型的海溫異?？梢酝ㄟ^激發(fā)出一支跨越歐亞大陸的緯向遙相關(guān)波列進而影響到東亞夏季風的年際變率。同時,我國夏季梅雨的年代際與年際變化與前期冬季北大西洋三極子型的海溫異常也密切相關(guān),當經(jīng)向海溫距平呈“-+-”型分布時,梅雨偏少;反之,當海溫距平呈“+-+”分布時,梅雨偏多。一般認為,在年際時間尺度上北大西洋三極子型的海溫異常主要受局地上方北大西洋濤動(NAO)型的環(huán)流異?？刂?。其中,NAO是影響東亞夏季風及季風降水年際變異的重要前期因子。值得注意的是,東亞夏季風環(huán)流對北大西洋三極子型海溫異常的響應敏感于后者的經(jīng)向位置。雖然近10年氣象工作者將更多的眼光投向ENSO之外的海域,但與ENSO相比,這些研究依舊不多,尤其是各海域海溫如何相互作用和調(diào)制及其具體機制仍需深入分析,包括IOD與ENSO的關(guān)系問題。這些因子是否穩(wěn)定適用于我國夏季降水的短期氣候預測也需要在業(yè)務中進一步加以檢驗。4.2冬季氣溫特征當前,全球變暖導致北極增暖,夏季海冰減少,北冰洋海水溫度升高。特別是20世紀90年代后期以來,北極海冰快速減少。北極海冰對東亞氣候異常的影響近些年來在業(yè)務預報中也越來越受到重視。研究表明,76.5°～83.5°N,60.5°～149.5°E區(qū)域平均的9月海冰密集度(SIC)與冬季西伯利亞高壓相關(guān)顯著(相關(guān)系數(shù)為0.65,去除趨勢后二者相關(guān)系數(shù)為0.60)。9月北極海冰密集度為預測冬季西伯利亞高壓強度,進而預測冬季氣溫高低提供了一個前期因子。伴隨著北極海冰的減少,歐亞大陸經(jīng)歷了嚴冬頻發(fā)和極端降水或降雪事件,特別是2008年以來,我國經(jīng)歷了頻繁的冬季低溫。歐亞大陸北部冬季平均海平面氣壓的升高是近期嚴冬頻發(fā)的原因。對去除趨勢的9月SIC與后期冬季大氣環(huán)流異常進行回歸分析,負的海平面氣壓異常出現(xiàn)在歐亞大陸北部,在歐洲北部存在一個異常中心。負的地面氣溫異常主要位于北歐海一巴倫支海一喀拉海,正的地面氣溫異常出現(xiàn)在歐亞大陸中高緯度、東亞及其邊緣海域。顯著的正地面氣溫異常出現(xiàn)在東亞和西北太平洋部分區(qū)域。春季(3—5月)白令海和鄂霍次克海冰面積與夏季(6—7月)我國南方降水有很好的關(guān)系。春季少冰年與多冰年我國夏季降水的差異顯示,華南西部、貴州至長江中下游地區(qū)降水有顯著的正異常,長江中下游梅雨偏強。白令海和鄂霍次克海冰的多少為汛期氣候預測提供了下墊面強迫前兆信號。春季多冰年與少冰年500hPa高度差異顯示,貝加爾湖至我國河套地區(qū)上空有顯著的正高度異常,河套高壓偏強。春季少冰年,我國大陸盛行北風,夏季風偏弱;假相當位溫大值區(qū)位于江南上空的對流層中層,這一帶上升運動偏強,對流活躍,降水偏多。海冰的減少強迫向東傳播的波活動通量,導致歐洲高壓發(fā)展,降水減少,土壤濕度降低,地表溫度升高,夏季感熱通量增加,進一步加強了歐洲靜止波。向東傳播的波能量和強度在東亞夏季產(chǎn)生高氣壓響應,歐洲大陸成為海冰變化和東亞夏季風變化的橋梁。4.3我國短期氣候預測應用中關(guān)于氣候變化的討論陸面過程影響大氣環(huán)流和氣候變化的基本物理過程、生化過程、生態(tài)過程,在大氣-陸面相互作用中扮演著重要角色,雖然陸面過程很早就被氣象所認知,但陸面過程對天氣氣候變化影響的重要性還是在近幾十年才被進一步認識。特別是隨著對全球氣候和氣候異常重視程度的增加,陸面過程研究成為當代氣候系統(tǒng)和天氣研究的熱點之一。在當前實際氣候預測業(yè)務中,陸面過程對氣候的影響信息來源于兩個途徑,一是含有陸面過程參數(shù)化模塊的動力氣候模式的預測結(jié)果,另一方面是基于觀測和診斷分析的陸面異常對短期氣候的影響。相比海洋異常信號持續(xù)時間長和影響顯著的特征,陸面異常信號的持續(xù)時間相對較短,同時由于陸地上各種各樣的下墊面不斷向大氣輸送動量、感熱和潛熱、反射短波和發(fā)射長波輻射、形成地表徑流,而這些量又是時空多變的,要精確地刻畫和診斷并非易事。另外,由于陸面觀測資料長度、代表性、實時性的限制,很多陸面過程的信息還未在實時氣候預測業(yè)務中使用。目前我國短期氣候預測業(yè)務中使用較多的是歐亞大陸積雪異常對亞洲季風的影響。一些學者對該領域進行了系統(tǒng)回顧,本文主要關(guān)注積雪研究成果在氣候預測業(yè)務中應用的部分內(nèi)容。國內(nèi)學者幾十年來的大量研究集中在青藏高原積雪對東亞季風的影響,早期研究就認識到青藏高原積雪偏多會導致東亞夏季風偏弱,東亞季風系統(tǒng)的季節(jié)變化進程比常年偏晚,初夏華南降水偏多,夏季長江及江南北部降水偏多,華北和華南降水偏少?；谠\斷分析和數(shù)值模擬,青藏高原積雪影響東亞季風的物理過程可概括為青藏高原積雪多(少),春夏高原感熱弱(強),感熱加熱引起的上升運動弱(強),青藏高原強(弱)風場不利于(有利于)高原感熱通量向上輸送,青藏高原上空對流層加熱弱(強),對流層溫度低(高),青藏高原南側(cè)溫度對比弱(強),造成夏季風弱(強),我國長江流域易澇(旱)。另外,青藏高原積雪異常對ENSO與東亞夏季風之間的關(guān)系發(fā)揮著顯著的調(diào)制作用。在青藏高原積雪異常偏多年,ENSO與東亞夏季風之間的聯(lián)系減弱;在積雪異常偏少年,ENSO與東亞夏季風聯(lián)系則加強。研究結(jié)果表明,青藏高原積雪異常減少,有助于北太平洋上空的西風急流減弱,從而有利于與ENSO相關(guān)聯(lián)的熱帶外大氣Rossby波從西傳播抵達東亞地區(qū),進而增強ENSO與東亞夏季風的聯(lián)系,反之亦然。歐亞大陸中緯度地區(qū)積雪和東亞夏季風之間的關(guān)系研究相對青藏高原較少,但最近10年也取得了顯著進展。最早研究認為冬季歐亞大陸積雪和華北夏季風為弱的負相關(guān)關(guān)系,進一步分析發(fā)現(xiàn)歐亞大陸積雪對中國不同區(qū)域的影響不同,歐亞大陸冬季雪蓋與華南、華北的降水為正相關(guān),與東北的降水為弱負相關(guān),與長江流域降水為負相關(guān)。而冬季歐亞大陸北部新增雪蓋面積偏大時,江南降水偏少。歐亞大陸中緯度積雪影響東亞季風的物理過程可概括為歐亞積雪偏多或者新增積雪偏多,歐亞積雪融化進程減慢,至夏季積雪和凍土的融化加劇,積雪的水文效應和反照率效應造成土壤溫度明顯偏低,地面冷卻作用造成高度場偏低,并加強中高緯度異常北風,東亞南北熱力差異增強,東亞副熱帶急流增強,西太平洋副熱帶高壓易加強、西伸、北擴,江南高溫干旱,東亞從北向南的環(huán)流型呈“-+-”的遙相關(guān)波列。實際上,無論是青藏高原積雪還是歐亞大陸積雪對亞洲季風的影響均不呈線性的,也不是獨立的,還受到ENSO循環(huán)、北大西洋濤動(NAO)等外強迫和大氣內(nèi)部動力過程的作用。此外,采用不同的積雪資料和積雪指數(shù),積雪面積或積雪深度也會得到有差異的環(huán)流特征。在實際的短期氣候預測業(yè)務中會遇到反例或不同區(qū)域積雪特征與其他監(jiān)測變量不匹配的情況,因此積雪異常的氣候效應遠比海洋異常的影響復雜。4.4長期風壓病期3年近年來研究發(fā)現(xiàn),作為東亞夏季風的氣流源地,南半球大氣環(huán)流在夏季降水的預測中具有重要指示意義,可做為預報因子在業(yè)務中使用。李曾中等指出,6—9月850hPa東半球越赤道氣流總量偏多的年份,當年夏季我國大陸降水亦偏多。王會軍等進一步研究發(fā)現(xiàn),春季索馬里急流與夏季我國長江中下游及華南地區(qū)降水均呈負相關(guān)。除我國東部降水外,青藏高原大部分地區(qū)夏季降水與5月索馬里急流有很好的正相關(guān)關(guān)系,東半球的越赤道氣流還影響到初夏季風的建立。李崇銀等研究發(fā)現(xiàn),對應于南海夏季風爆發(fā),總是先期在赤道印度洋地區(qū)有西風加強和索馬里跨赤道南風氣流的建立。而且,若南海夏季風爆發(fā)偏早(晚),前期赤道印度洋地區(qū)西風的加強和索馬里跨赤道南風氣流的建立也偏早(晚)。高輝等指出,當前期索馬里和南海越赤道氣流建立偏早(晚)、強度偏強(弱)時,南海夏季風爆發(fā)易偏早(晚)。南半球熱帶外大氣環(huán)流同樣具有重要影響。王紹武等指出,當南太平洋高壓偏北時我國夏季多干旱,偏南時我國多洪澇。陳國珍等研究發(fā)現(xiàn),6—8月南半球極渦異常偏弱(強)時,北半球副熱帶高壓偏南(北),長江流域多(少)雨,華南華北少(多)雨。吳仁廣等認為,當2月南印度洋中高緯度地區(qū)經(jīng)向環(huán)流發(fā)展時,長江中下游地區(qū)梅雨期降水容易偏多。薛峰等指出當北半球從春到夏馬斯克林高壓偏強時,夏季我國長江流域至日本一帶多雨,我國華南到臺灣以東的西太平洋以及東亞中緯度大部分地區(qū)少雨。近年來,南極濤動(AAO)或南半球環(huán)狀模(SAM)成為南半球大氣環(huán)流的研究熱點,并廣泛應用于短期氣候預測。高輝等研究表明,5月南極濤動加強,江淮梅雨量多,出梅晚,梅雨期長。Nan等研究也表明,4—5月南極濤動與長江中下游的夏季降水呈顯著的正相關(guān)關(guān)系,春季南極濤動強,對應著東亞夏季風減弱和西太平洋副熱帶高壓加強西伸。范可等研究結(jié)果也證實我國長江中下游澇(旱)年往往對應著春季南極濤動正(負)異常年。這一關(guān)系可通過南半球高緯度地區(qū)到北半球東亞沿岸經(jīng)向分布的正壓遙相關(guān)波列得以部分解釋。秋季SAM和東亞冬季風存在顯著