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基于SOM的长江流域持续性强降水过程典型环流的客观分型

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气象学报 2024年第5期82卷 632-644页

作者：杨雅涵翟盘茂周佰铨中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

利用1961—2021年逐日降水格点化观测资料和ERA5再分析资料,基于无监督深度学习的自组织特征映射神经网络(SOM)方法,将与中国长江流域夏季持续性强降水过程对应的大尺度环流客观划分成4种典型环流型(P1—P4)。各环流型呈现出的关键环流... 详细信息

利用1961—2021年逐日降水格点化观测资料和ERA5再分析资料,基于无监督深度学习的自组织特征映射神经网络(SOM)方法,将与中国长江流域夏季持续性强降水过程对应的大尺度环流客观划分成4种典型环流型(P1—P4)。各环流型呈现出的关键环流系统配置影响异常雨带的形成及落区。P1和P3中、高纬度分别为典型的单阻型和双阻型环流形势,且西太平洋副热带高压(简称副高)显著偏强并向西延伸。P2和P4表现出较为明显的低压异常,P2中的巴尔喀什湖到贝加尔湖以西为宽广低槽,贝加尔湖以东为脊区,形成入梅期间的稳定环流形势,长江流域受到低值系统的控制,副高位置靠南。P4在巴尔喀什湖以西和以东分别表现出位势高度异常偏低和偏高,长江流域表现为气旋性环流异常,同时副高位置偏北。P1、P2有来自高纬度冷空气的影响,P3和P4的冷空气较弱。以副高北跳为主要特征的东亚夏季风向北推进与4种环流型的出现以及相应的雨带位置有紧密联系,P1、P2主要对应6月至7月上旬持续性强降水,P3、P4则主要对应7月上旬至8月持续性强降水,导致P1和P2降水异常中心位于长江中下游的江南地区,P3和P4的降水异常中心分别位于长江流域和长江以北地区。P1、P3的水汽输送相比另外两类明显偏强,造成的降水强度也更强。此外,对典型环流型的稳定性分析表明,长江流域持续性强降水过程与上述4种典型环流型的稳定维持密不可分。持续性强降水过程中93.2%的环流表现出持续性的特征,P1和P2、P3和P4持续天数分别主要集中在5和3 d。从长期趋势来看,P1和P3环流型出现频次增多,P2和P4趋于减少。这意味着从有利环流的角度来说,持续性强降水倾向于在长江以南和长江中下游地区发生。

关键词：长江流域持续性强降水逐日环流型异常环流的稳定性自组织特征映射网络

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区域高分辨率数值预报检验评估系统

气象科技进展 2024年第1期14卷 32-37页

作者：陆天舒孙鑫陈昊明李普曦朱峰霍庆周佰铨杨琳韵中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 内蒙古气象台呼和浩特010051 国家气象信息中心北京100081

近年来我国区域高分辨率数值预报业务发展迅速,目前传统检验方法已不能满足高分辨率模式降水检验评估需求。区域高分辨率数值预报检验评估系统在吸收降水传统检验方法优势的同时,融入基于降水发展演变过程的检验评估方法,旨在建立一套... 详细信息

近年来我国区域高分辨率数值预报业务发展迅速,目前传统检验方法已不能满足高分辨率模式降水检验评估需求。区域高分辨率数值预报检验评估系统在吸收降水传统检验方法优势的同时,融入基于降水发展演变过程的检验评估方法,旨在建立一套适用于高时空分辨率观测资料的精细化降水检验评估系统,为促进区域模式改进和高分辨率数值预报产品的偏差理解提供了重要参考,也为理解区域数值预报的模拟能力及其偏差提供了新的视角。

关键词：数值天气预报高分辨率模式检验评估

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未来的极端天气气候与水文事件预估及其应对

气象 2023年第3期49卷 257-266页

作者：周佰铨翟盘茂中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

人类活动造成的气候变化已经影响到全球每个地区的极端天气气候和水文事件。全球变暖的任何额外增量都会伴随极端事件更大的变化,如果没有全球性的碳中和行动,极端高温事件的增多增强以及极端冷事件的减少减弱趋势将贯穿整个21世纪,强... 详细信息

人类活动造成的气候变化已经影响到全球每个地区的极端天气气候和水文事件。全球变暖的任何额外增量都会伴随极端事件更大的变化,如果没有全球性的碳中和行动,极端高温事件的增多增强以及极端冷事件的减少减弱趋势将贯穿整个21世纪,强降水以及一些地区的农业和生态干旱的强度和发生频率也会显著增加。当代的儿童和后代在未来更容易受到气候变化和相关极端事件风险的影响,即使是在相对于工业化以前的1.5℃温升水平下,到21世纪末遭受的极端天气气候和水文事件的数量仍将增加近4倍。针对日益严峻的气候变化与极端事件灾害风险,亟须积极推进“双碳”行动,并大力减少甲烷等其他温室气体的排放。同时,亟须做好防灾减灾相关政策与措施的制定,推进极端事件监测与早期预警系统及恢复力建设,加强对复合极端事件与小概率高影响事件的预防,保障未来几代人的福祉安康和可持续发展。

关键词：全球变暖极端天气气候事件极端水文事件防灾减灾未来预估世界气象日

IPCC第六次气候变化评估中的气候约束预估方法

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气象学报 2021年第6期79卷 1063-1070页

作者：周佰铨翟盘茂中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

得益于第五次评估报告(AR5)以来约束预估研究的迅速发展,观测约束成为政府间气候变化专门委员会(IPCC)第一工作组(WGI)第六次评估报告(AR6)提升对未来预估约束的证据链中的重要一环。IPCC第一工作组第六次评估报告首次利用包括根据历史... 详细信息

得益于第五次评估报告(AR5)以来约束预估研究的迅速发展,观测约束成为政府间气候变化专门委员会(IPCC)第一工作组(WGI)第六次评估报告(AR6)提升对未来预估约束的证据链中的重要一环。IPCC第一工作组第六次评估报告首次利用包括根据历史模拟温度升高幅度得到的观测约束、多模式预估以及第六次评估报告中更新的气候敏感度在内的多条证据链来约束全球地表温度未来变化的预估,减小了多模式预估的不确定性。文中回顾并介绍了IPCC第一工作组第六次评估报告中涉及的几种主要观测约束方法(多模式加权方法、基于归因结论的约束方法(ASK方法)、萌现约束方法)及其应用情况。在IPCC第一工作组第六次评估报告以及很多针对不同区域不同变量的预估研究中,观测约束方法均显示出了订正模式误差、改善模式预估的潜力。相比而言,目前中国在观测约束预估方面的研究还不多,亟待加强观测约束方法研究以及在中国区域气候变化预估中的应用,为中国应对气候变化的政策制定和适应规划提供更丰富、不确定性更小的未来气候信息。

关键词：气候预估观测约束多模式加权 ASK 方法萌现约束

基于TIGGE资料的江淮流域持续性强降水预报方法研究

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基于TIGGE资料的江淮流域持续性强降水预报方法研究

作者：周佰铨中国气象科学研究院

学位级别：硕士

持续性强降水在TIGGE各预报中心的预报效果还不够理想,基于TIGGE资料中预报效果较好的大尺度环流场做降尺度预报降水是完善强降水预报的一个有效方法。本文主要致力于以TIGGE各业务预报中心输出的关键环流系统所在的关键区域的大气变量... 详细信息

持续性强降水在TIGGE各预报中心的预报效果还不够理想,基于TIGGE资料中预报效果较好的大尺度环流场做降尺度预报降水是完善强降水预报的一个有效方法。本文主要致力于以TIGGE各业务预报中心输出的关键环流系统所在的关键区域的大气变量为预报因子,针对持续性强降水建立一个基于预报因子时空结构的降尺度预报模型。建立降尺度预报模型的必要条件是预报因子已经是模式较好的预报量,所以在建立预报模型之前,我们首先对预选的预报因子中以往研究较少的高低层风场进行了检验研究,具体的检验对象就是东亚副热带西风急流和亚洲夏季风低层风场。检验主要得到以下结论:(1)对2010-2012年夏季东亚副热带西风急流位置、范围和强度的预报性能的检验表明:各中心业务模式对东亚副热带西风急流均有较好的预报能力,但预报性能均随预报时效增长而下降。整体而言,集合平均预报较控制预报有一定优势。在确定性预报中,各模式对急流轴的预报效果比急流范围和强度均更好。ECMWF在整个预报时段内对急流各特征量的可预报性均领先第二好的模式0.5-1天左右。在概率预报中,ECMWF对各特征量的预报均是最好的。ECMWF在整个预报时段内对于急流轴的可预报性领先JMA 0.5-1天,对于急流范围和强度,ECMWF领先JMA更明显可达1-2天。ECMWF对各特征量的预报性能可领先较差的NCEP和CMA长达约3-4天。综合来看,ECMWF预报性能最好,JMA其次。(2)对2008-2013年亚洲夏季风低层风场的预报性能的检验表明:东亚夏季风被除CMC之外的所有业务预报模式预报偏强了。南亚夏季风也被ECMWF、CMA以及CMC预报的偏强,但却被JMA预报的偏弱。东亚夏季风涌被NCEP和CMA预报的偏弱,但却被其余模式预报的偏强。南亚夏季风涌的预报误差与南亚夏季风的误差偏向一致。东亚和南亚夏季风及其涌的峰值均被预报偏低了,但谷值却均被预报的偏高。整体上而言,ECMWF和UKMO对东亚和南亚夏季风的预报性能最优。TIGGE各业务预报中心模式对东亚夏季风的预报效果要好于南亚夏季风,对夏季风的预报效果要好于对夏季风涌的预报效果。在以上检验分析的基础上,我们基于高低空对持续性强降水影响重大的关键环流系统所在关键区域的大气变量的时间演变序列,并运用加入了权重的余弦相似度方法,通过布谷鸟搜索进行训练建立了一个基于关键环流系统时空结构的相似预报模型,简称KISAM。KISAM对于逐日的持续性强降水在1天预报时效时的预报成功率不如ECMWF模式直接输出的集合平均降水预报(DMO)。而对于3天及以上预报时效的预报,KISAM相对于DMO有一定的优势,且预报时效较长时,优势更明显。KISAM相对于DMO在1,3,6等预报时次的预报技巧更稳定,对不同强降水日预报效果各有优劣。就2010年6月17-19号这三天的持续性强降水而言,KISAM能够提前一周以上预报出这次事件,这比DMO提前了很多。对比同时期的KISAM和DMO对持续性强降水事件的预报可以发现KISAM预报效果更好。KISAM对于持续性强降水事件是否发生有着较强的判别能力。主要表现为在各预报时次,KISAM能较准确的判别出持续性强降水发生日以及与持续性强降水相隔4天左右的非持续性强降水日。而KISAM的弱点在于不能很好的识别与持续性强降水事件临近的提前4-5天以及落后的2-3天的非持续性性强降水日。

关键词： TIGGE资料统计检验持续性强降水关键环流系统统计降尺度

同方学位论文库评论

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气候变化科学方面的几个最新认知

气候变化研究进展 2021年第6期17卷 629-635页

作者：翟盘茂周佰铨陈阳余荣中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

IPCC第六次评估报告(AR6)第一工作组报告主要从以下几个方面的进展提升了我们对气候系统变化、气候变化原因以及预估未来气候系统变化等方面的认知,对过去气候变化及其与人类活动的关系有了更加清晰、可靠的认识。综合多重证据评估指出... 详细信息

IPCC第六次评估报告(AR6)第一工作组报告主要从以下几个方面的进展提升了我们对气候系统变化、气候变化原因以及预估未来气候系统变化等方面的认知,对过去气候变化及其与人类活动的关系有了更加清晰、可靠的认识。综合多重证据评估指出,全球气候正经历着前所未有的变化;包括极端事件在内的归因进展已把人类活动对气候系统影响的认识从大气圈扩展到水圈、冰冻圈和生物圈,进一步强化了人类活动影响全球和区域气候的认识;有关区域气候变化信息的内容更加丰富,与各行业和敏感地区的气候变化影响联系更加紧密,使这些信息能更好地为气候变化风险评估和气候变化区域适应提供支持;气候模式和约束预估方法的发展以及对气候敏感度认识的深化,减少了未来不同排放情景下全球地表温度(Global Surface Temperature,GST)、海平面上升和海洋热含量的变化预估的不确定性。这份最新报告对我国提升气候变化研究水平和防灾减灾应对能力具有十分重要的指导意义。

关键词：气候变化最新认知归因约束预估

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江淮流域持续性极端降水及预报方法研究进展

应用气象学报 2016年第5期27卷 631-640页

作者：翟盘茂李蕾周佰铨陈阳中国气象科学研究院北京100081

持续性极端降水过程会引发严重的洪涝灾害,是我国主要的灾害性天气之一,其形成机理和预报理论与方法研究受到广泛关注。近年来,针对持续性极端降水的形成机理和预报方法研究取得了一系列进展,主要包括：开展了我国区域性持续性极端降水... 详细信息

持续性极端降水过程会引发严重的洪涝灾害,是我国主要的灾害性天气之一,其形成机理和预报理论与方法研究受到广泛关注。近年来,针对持续性极端降水的形成机理和预报方法研究取得了一系列进展,主要包括：开展了我国区域性持续性极端降水事件的自动识别方法研究,研制建立了江淮流域持续性极端降水的大尺度环流概念模型,并提取了1-2周的前兆信号;从东亚一太平洋遥相关型（EAP）角度探究其对持续性极端降水的影响机理,并探讨利用EAP对江淮流域持续性极端降水进行预报的可行性。此外,在上述研究的基础上发展了基于关键影响系统的持续性极端降水的物理统计预报方法。

关键词：江淮流域持续性极端降水东亚—太平洋遥相关型前期信号物理统计预报

极端天气气候事件变化对荒漠化、土地退化和粮食安全的影响

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气候变化研究进展 2020年第1期16卷 17-27页

作者：黄萌田周佰铨翟盘茂中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室

土地是人类赖以生存的重要资源,在受气候变化影响的同时其状况变化也在气候系统中起着关键作用。IPCC最新发布的气候变化与土地特别报告(SRCCL)系统反映了关于荒漠化、土地退化、可持续土地管理、粮食安全和陆地生态系统碳通量方面的最... 详细信息

土地是人类赖以生存的重要资源,在受气候变化影响的同时其状况变化也在气候系统中起着关键作用。IPCC最新发布的气候变化与土地特别报告(SRCCL)系统反映了关于荒漠化、土地退化、可持续土地管理、粮食安全和陆地生态系统碳通量方面的最新科学认知,并探讨了如何进行更加可持续性的土地利用和管理以应对与土地相关的气候变化问题。文中从极端事件变化及其影响的角度,结合SRCCL与其他相关文献,予以分析和总结。结果表明,在全球变暖的背景下,极端天气气候事件的变化已经并将继续影响荒漠化和土地退化进程并对粮食安全造成冲击;而土地对气候系统的反馈作用,又会加剧气候变化并提高极端事件发生的概率和严重程度。面对气候变化尤其是极端事件给土地带来的巨大压力,必须坚持可持续的土地管理,通过减少包括土地和粮食系统在内的所有行业的排放,才有可能实现到21世纪末将全球平均升温控制在相对工业化前水平2℃以内的目标,以减轻气候变化对土地和粮食系统的负面影响。

关键词：气候变化土地极端事件生态系统荒漠化土地退化粮食安全

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基于相似方法的持续性强降水预报模型

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