陆面因子的ECC集合预报方法对中国夏季降水的探讨
作者单位：河南省商丘市气象局 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室
会议名称：《第35届中国气象学会年会》
会议日期：2018年
学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学]
关 键 词：夏季降水 季节预测 土壤温度 典型相关分析 集合典型相关分析
摘 要：中国夏季降水预测是我国短期气候预测业务的重点,也是国内学者广为关注的科学问题。经过我国广大气象工作者的多年努力,在中国夏季降水的成因和预测方面取得了很大的进步。然而,由于中国夏季降水影响因素众多,目前乃至今后的一段时间,中国夏季降水的预测问题仍然面临巨大的挑战。尤其值得指出的是,数值模式在降水预测中虽然发挥了越来越大的作用,但基于物理统计的预测方法在降水预测中仍然扮演着十分重要的角色。目前,关于中国夏季降水的成因研究和预测,主要考虑的物理因子有:环流（如季风、副高等）、海温、积雪、地温等。大量的研究表明,环流因子与中国夏季降水有密切的联系。在统计预测方法研究方面,Glahn（1968）首次将典型相关分析（CCA）方法应用于统计天气预测。其后Barnett等（1987）利用CCA方法对美国地面月平均气温进行预测,发现该方法对美国地面气温的预测有较好的预测效果。此后,一些学者先后利用改进的CCA方法即BP-CCA方法（两个场主成分分析的基础上的CCA或称EOF-CCA）建立了非洲地区和加拿大地区的降水预测模型,发现使用BP-CCA方法能对保留下资料中时空尺度大的变化成分的方差,消除一些小尺度变化及噪声的影响（Barnston,et al,1996;Shabbar,et al,1996）。国内,已有一些工作采用CCA或BP-CCA方法建立短期气候预测模型。例如:毛恒青等（1997）较早利用CCA方法对我国冬季气温进行了预测试验;最近,该方法被用来建立我国夏季降水和冬季温度的预测模型（黄茂仪等,2000;贾小龙等,2010）。然而,CCA和BP-CCA方法的预测效果并不稳定。Lau等（2002）首先提出集合典型相关（ECC）方法,该方法是基于典型相关分析（CCA）方法,对同一预测对象采用多个预测因子场进行预测分析,然后通过适当的方法合成而得到的一套预测方法,ECC方法能够综合多个预测因子的预测信息。Lau等（2002）利用不同海区的海温作为预测因子对美国夏季降水进行预测。结果表明,不同海区的海温能识别出不同的强迫作用,ECC模式能大大的提高预测技巧。ECC方法还被用于预测撒哈拉夏季降水和美国夏、冬季的地面气温,预测因子是不同变量场,结果表明不同变量因子能识别不同的强迫作用（Kingtse,etal,2002,2003）。国内使用ECC方法的研究还比较少,陈小兰等（2007）、贺晓霞等（2008）分别利用ECC方法预测我国冬季气温和我国东南夏季干旱指数。这些研究表明,ECC方法是目前气候统计预测的有效手段。目前对我国夏季降水的大多数预测研究所考虑的因子主要是环流因子和海温,利用陆面因子建立我国夏季降水的预测模型的研究比较少,对我国区域以外的陆面热力因子对我国夏季降水的预测也比较少。汤懋苍等（1986,1987,1988）曾经使用地温资料对中国夏季降水预测,预测因子为中国区域的地温,而李跃凤（2002）、梁红丽（2010）研究发现热带非洲大陆和亚洲部分地区的土壤温度与我国夏季降水之间存在密切联系。研究表明影响中国夏季降水的地温区域不仅仅在中国范围,欧亚大陆乃至更广泛区域对中国夏季降水的影响也不容忽视。诸多学者对陆面热力状况和海表热力状况与我国夏季降水之间的关系做了深入的研究,但是对我国夏季降水进行预测时,考虑陆面热力因子的预测研究较少,业务预测中尚没有利用陆面热力因子建立可靠的降水预测模型。因此,本文试图通过研究欧亚大陆土壤温度与我国夏季降水的关系,在此基础上提取不同关键区的土壤温度作为夏季降水的预测因子,分别通过BP-CCA方法和ECC方法建立单个因子和多因子集合的预测模型。希望对陆面热力因子用于我国夏季降水预测进行尝试,以期为我国夏季降水预测业务提供一定的参考。本文通过相关分析选取了影响中国东部夏季降水的预测因子,建立了基于陆面热力因子的我国夏季降水的预测模型,并使用该模型对1991-2010年的资料进行独立样本检验。得到如下结论:（1）根据我国东部夏季降水EOF分析的前三个时间序列与欧亚大陆土壤温度和全球海表温度的相关关系,选取了欧亚大陆上三个土壤温度关键区和五个海表温度关键区作为CCA预测的预测因子,土壤温度因子和海表温度因子对我国夏季降水的预测都有一定的预测技巧。（2）土壤温度因子、海表温度因子和综合土壤温度因子和海表温度因子对我国东部夏季降水的预测效果不相同,同一个因子对我国不同区域的预测效果也不相同。（3）在独立样本预测试验中,在长江流域地区和中国东部地区,综合使用海表温度和土壤温度因子的气候预测评分高于只用海表温度因子的预测评分,这说明陆面热力因子中含有对我国东部夏季降水有用的预测信号。在东北地区,海表温度因子各项预测评分比土壤温度因子高,这说明陆面热力因子对我国东部夏季降水的预测信号在东北地区较弱,但仍能为我国夏季降水预