[发明专利]一种基于季节预报模式的季节降水相似预报方法

说明书

技术领域

本发明涉及气象学气候预测技术领域，尤其涉及一种基于季节预报模式的季节降水相似预报方法。

背景技术

我国位于东亚季风区，天气和气候灾害频繁，特别是旱涝灾害极大地影响了我国经济建设和社会发展。季节时间尺度的预测，特别是夏季旱涝的预测，是中央到地方各级领导极为关注的问题。围绕以汛期降水预报为焦点的季节预报问题，关乎国计民生，对我国社会经济发展、建设和谐社会起着重要的作用，一直是国家防灾减灾工作的重中之重。近几年来，在全球增暖的背景下气候异常和极端气候事件频发，客观上增加了国家和社会对于提高季节气候预报准确率的需求。

我国从1958年就开始了主要针对夏季旱涝形势的季节预报。虽然经过几十年的发展，气象学者们提出了很多统计预报方法，发现了一些对中国区域汛期降水有影响的因子并建立了各种各样的预报模型，实践证明问题并没有得到根本性的解决。

利用气候模式开展短期气候预测，是当前发达国家气候预测的主流和国际上的发展方向。“九五”期间(1996—2000年)，在国家科技部重点项目“我国短期气候预测业务系统的研究”的支持下，国家气候中心与中国科学院等单位合作发展了一个具有较高分辨率和较复杂物理过程的全球大气-海洋耦合模式，随后建立起中国第1代气候模式预测业务系统。该模式系统正逐步成为我国短期气候预测业务的主要工具之一，并且在全球气候预测的信息交换中发挥重要作用，是东亚区域气候预测的主要参考。

数值模式作为实际大气的近似，不可避免的存在误差。数值天气预报虽取得了很大的进展，但依然受到预报误差的困扰，且无论数值模式怎么发展，模式中未知的误差总是可观而客观地存在。因此，利用数值模式的历史表现来统计订正模式的缺陷成为数值模式发展过程中的重要补充。

在数值预报方法被广泛接受后，模式误差订正技术也得到了快速发展。模式误差订正方式一般有两种，一是事后订正，另一是过程订正。事后订正，只在整个积分完成后对预报结果进行订正处理。而过程订正则是在积分进行过程中的固定间隔反复订正。很多研究表明误差订正对模式预报来说是完全有必要的(Zeng等，1994；Kug等，2008；Ke等，2009)。

近些年，在使用GCM进行季节预测方面，发展了一系列后处理误差订正技术和方法，如典型相关分析(CCA)技术、奇异向量分解(SVD)技术、主成分回归(EOF)等(Thomas，1970；Barnett和Preisendorfer，1987；Feddersen，1999；Mo，et al，2002；Tippett，et al，2005)，这些订正技术的应用对预测效果有明显改善。

我国学者在模式误差订正方面的研究由来已久，而且颇具创新性和前瞻性，很早就针对减小模式误差而提出和发展了相似误差订正方法(丑纪范，1986；Huang和Wang，1991，1992；Huang等，1993；封国林等，1999，2001；Feng，et al，2001；任宏利和丑纪范，2005，2007；郑志海等，2009；Xiong，et al，2011；杨杰等，2011；王启光等，2011)。此外，曾庆存等(1994)在1994年也提出了一系列的订正的理论和方法。而Wang等(2000)则根据降水等变量场准两年周期的特征提出了新的WZZM订正方法(该订正方法以作者们名字的第一字母进行命名为WZZM订正方法)，Chen和Lin(2006)也根据中国降水对ENSO冷、暖位相年的响应的非线性特征，提出了分类订正的方法。

统计学方法与动力学方法要相互借鉴，取长补短，融合发展是当前普遍的共识(丑纪范，2003)。相似误差订正是根据大气相似性原理，利用历史资料的相似信息估计模式误差的反问题，该方法将统计和动力两种方法有机结合，在不改变现有数值预报模式的前提下，既充分利用了动力学发展的成就，又能够有效提取大量历史资料中的相似信息，达到减小模式误差、改进当前预报的目的。

然而当前的一些相似误差订正方法一方面还没有充分有效地利用有用的历史资料，如在利用大气相似的时候一般都是只考虑了大气的静态相似，大气的演变对于气候预测而言极其重要，但由于演变相似中动态相似判断指标等一些技术手段的不确定而未被引入；另一方面，传统的相似误差订正方法多数都是笼统而简单地对模式预报误差进行直接预报而没有很好地考虑模式预报误差的时间尺度特征，而不同时间尺度预报对应不同时间尺度预报因子，须区别对待。因此，采用现有技术进行季节降水模式预报，预报人员的工作效率低，预报结果的准确率低。

发明内容