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数值模式延伸期可预报分量提取及预报技术研究

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中国科学：地球科学 2014年第7期44卷 343-354页

作者：王启光丑纪范封国林兰州大学大气科学学院兰州730000 中国气象局气象干部培训学院北京100081 中国气象局国家气候中心北京100081

针对延伸期尺度的可预报分量,借鉴了CNOP相关算法,形成了在数值模式中提取可预报分量的实用方法和预报技术.从模式预报误差增长的角度将模式变量分为可预报分量和不可预报的混沌分量,将可预报分量定义为在预报时段内误差增长较慢的分量... 详细信息

针对延伸期尺度的可预报分量,借鉴了CNOP相关算法,形成了在数值模式中提取可预报分量的实用方法和预报技术.从模式预报误差增长的角度将模式变量分为可预报分量和不可预报的混沌分量,将可预报分量定义为在预报时段内误差增长较慢的分量.基于现有的国家气候中心月动力延伸预报业务模式,建立了针对可预报分量的数值模式.同时结合历史资料有用信息,对数值模式的可预报分量,在历史资料的可预报分量中寻找相似场,降低了相似判断过程中变量的维数,进一步对可预报分量的预报误差进行订正.对混沌分量利用历史资料,通过集合预报方法得出其期望值和方差.数值试验结果表明,该方法能有效提高10～30天延伸期数值模式大气环流场的预报技巧,具有良好的业务应用前景.

关键词：延伸期预报可预报分量混沌分量相似误差订正免伴随快速算法

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中国近1000年旱涝的持续性特征研究

物理学报 2008年第6期57卷 3920-3931页

作者：龚志强封国林扬州大学物理科学与技术学院扬州225002 中国科学院大气物理研究所东亚区域气候-环境重点实验室北京100029 国家气候中心中国气象局气候研究开放实验室北京100081

应用中国近531年旱涝指数和近1041年干湿指数,定义干旱(湿润)等级,滑动计算原指数序列各干旱(湿润)等级的出现次数,发现各等级出现的次数与其窗口长度之间均遵循指数分布Pi(x)=Ae-γx.结合指数分布的数理意义,定义指数特征值γ的倒数λ... 详细信息

应用中国近531年旱涝指数和近1041年干湿指数,定义干旱(湿润)等级,滑动计算原指数序列各干旱(湿润)等级的出现次数,发现各等级出现的次数与其窗口长度之间均遵循指数分布Pi(x)=Ae-γx.结合指数分布的数理意义,定义指数特征值γ的倒数λ为描述旱(涝)持续性的尺度因子并对华北和江淮流域旱(涝)发生的持续性特征进行研究.结果表明:旱尺度因子的空间分布表现为由北向南呈带状式波动分布,我国北方地区干旱的持续性相对长江流域要长一些,由北向南三个区的旱尺度因子的均值分别为1·87,1·62,1·82.旱涝指数序列中旱或偏旱(涝或偏涝)相对集中的时段对旱(涝)持续性影响较显著,12世纪末期、13世纪早期、17世纪早期和20世纪末期华北和江淮流域发生时间上同步、空间上尺度较大的极端干旱事件的概率较高,这也从侧面验证了旱涝指数序列中群发现象的存在;华北地区1260—1280年(对应的气候背景为中世纪暖期的末期)的旱涝指数对旱尺度因子的影响较1980—2000年(对应的气候背景为20世纪全球增暖)的情况更显著;1260—1280年这一时段旱或偏旱年数较1980—2000年也要多一些.因此,在气候较暖的时期可能易发生强度大、范围广的同步干旱事件,而近30年的中国北方干旱化可能是自然变率起主导作用下人为变率和自然变率共同作用的结果.

关键词：旱(涝)尺度因子持续性群发性指数分布

中国东部2012年夏季降水及年代际转型的可能信号分析

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物理学报 2013年第9期62卷 547-556页

作者：龚志强赵俊虎封国林中国气象局国家气候中心北京100081

针对2012年夏季中国东部降水"南旱北涝"的异常特征,对比分析了近50年不同年代中国东部降水的分布型及海洋和环流等影响因素,并讨论了2012年中国东部夏季降水异常作为中国东部降水年代际转型信号的可能性.研究结果表明:1961—1978年期间... 详细信息

针对2012年夏季中国东部降水"南旱北涝"的异常特征,对比分析了近50年不同年代中国东部降水的分布型及海洋和环流等影响因素,并讨论了2012年中国东部夏季降水异常作为中国东部降水年代际转型信号的可能性.研究结果表明:1961—1978年期间,北太平洋年代际涛动(PDO)处于冷位相,东亚夏季风偏强,西太平洋副热带高压(副高)偏弱,北方地区冷空气活动偏弱,从而有利于南方水汽北上,造成中国北方地区夏季降水异常偏多;1979—1992年间则呈相反的特征,造成1970年代末期中国东部夏季降水发生了一次年代际尺度的调整.2010年代后期以来,PDO由暖位相向冷位向转变,2012年北太平洋海温异常偏暖,西太平洋海温由异常偏暖状态转变为正常略偏冷状态,东亚夏季风由弱变强,副高由强变弱,北方冷系统活动减弱,这些特征均与1961—1978年时段的情况类似,支持2012年作为中国东部夏季降水发生年代际调整的前期信号的可能性.近10年PDO,东亚夏季风(EASM),副高(WPSH)和贝湖高压(BH)四种指数夏季平均值的演变则进一步说明了2012年的这种异常特征不仅是年际尺度的振荡,更可能是前期演化基础上的一种量变到质变的调整.

关键词：年代际降水北太平洋年代际涛动东亚夏季风

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基于搜索平均法的气象观测数据的非线性去噪

物理学报 2007年第1期56卷 589-596页

作者：侯威廉毅封国林吉林省气象科技研究所气候研究开放实验室国家气候中心气候研究开放实验室

介绍了一种新型基于相空间重构和返回图法的非线性降噪方法——搜索平均法,首先将该方法应用于被高斯白噪声所污染的Henon映射时间序列,说明根据降噪理论所编写的计算程序的正确性;然后应用于中国气象局公布全国435站1960—2000年的逐... 详细信息

介绍了一种新型基于相空间重构和返回图法的非线性降噪方法——搜索平均法,首先将该方法应用于被高斯白噪声所污染的Henon映射时间序列,说明根据降噪理论所编写的计算程序的正确性;然后应用于中国气象局公布全国435站1960—2000年的逐日气温观测时间序列,并利用非线性预报方法衡量降噪的效果,验证了该方法的有效性.

关键词：返回图法非线性降噪非线性预报

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中国极端干旱事件的年代际变化及其成因

物理学报 2008年第6期57卷 3932-3940页

作者：侯威杨萍封国林兰州大学大气科学学院兰州730000 中国科学院大气物理研究所东亚区域气候环境重点实验室北京100029 国家气候中心中国气象局气候研究开放实验室北京100081

研究了河北山西、黄河中下游、江淮和西北东部地区531年极端干旱事件的概率,采用古里雅冰芯δ18O含量和500年来太平洋年代际涛动指数进行了对比分析.Morlet小波分析发现四个地区的极端干旱事件概率和古里雅冰芯δ18O含量都存在着350年... 详细信息

研究了河北山西、黄河中下游、江淮和西北东部地区531年极端干旱事件的概率,采用古里雅冰芯δ18O含量和500年来太平洋年代际涛动指数进行了对比分析.Morlet小波分析发现四个地区的极端干旱事件概率和古里雅冰芯δ18O含量都存在着350年左右的准周期,且四个地区近500年来极端干旱事件概率的变化与古里雅冰芯δ18O含量的变化相反,在δ18O含量较高的时期,发生极端干旱事件的概率较低,反之亦然.对太平洋年代际涛动指数进行小波变换,发现80年尺度的准周期在逐渐衰弱而50年尺度的准周期却在逐渐增强.在80年或50年尺度的准周期处于控制地位时,四个地区处于极端干旱事件多发期,而在二者处于交替时期,即二者周期性均较弱的时期,处于极端干旱事件偏少期.

关键词：干旱冰芯太平洋年代际涛动

基于非线性分析方法的多种代用资料的相似性研究

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物理学报 2007年第6期56卷 3619-3629页

作者：龚志强封国林兰州大学大气科学学院国家气候中心中国气象局气候研究开放实验室中国科学院大气物理研究所东亚区域气候-环境重点实验室北京100029

代用资料的重建与分析是古气候研究领域的一个重要课题,应用小波变换和功率谱研究了都兰树轮等8种温度代用资料的主要周期,并以此为基础进行滤波,结合动力学相关因子指数和相关系数从代用资料的动力学结构特征和外部特征两个角度研究其... 详细信息

代用资料的重建与分析是古气候研究领域的一个重要课题,应用小波变换和功率谱研究了都兰树轮等8种温度代用资料的主要周期,并以此为基础进行滤波,结合动力学相关因子指数和相关系数从代用资料的动力学结构特征和外部特征两个角度研究其在不同尺度上的相似性.研究结果表明,准100a尺度是这些代用资料的共同周期,并且8种温度代用资料的动力学结构特征和外部特征在准100a及以上的尺度层次上是相似的,即外部特征和动力学结构特征两个方面均符合可比性条件.同时,随着尺度的降低,动力学结构特征和外部特征的可比性均降低.60—70a尺度及其以下的尺度,各分量之间的动力学结构特征失去了可比性;在小于30a的尺度上,它们的外部特征也不再具有可比性.

关键词：代用资料动力学自相关因子指数相似性尺度

中国夏冬季近极端温度变化异常事件的空间分布特征

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物理学报 2017年第4期66卷 306-315页

作者：钱忠华曹春红封国林扬州大学物理科学与技术学院扬州225009 珠海区域气候-环境-生态预测预警协同创新中心北京师范大学珠海分校珠海519087 加州大学河滨分校生态复杂性及建模实验室美国92507

基于近极值事件广义态密度估计方法,针对1961—2013年中国近极端温度异常变化事件构建了近极值广义态密度的参数,定义rp为近极端温度变化异常事件最概然强度,max为近极端温度变化异常事件最大聚集程度,研究了1961—2013年中国近极端... 详细信息

基于近极值事件广义态密度估计方法,针对1961—2013年中国近极端温度异常变化事件构建了近极值广义态密度的参数,定义rp为近极端温度变化异常事件最概然强度,max为近极端温度变化异常事件最大聚集程度,研究了1961—2013年中国近极端温度异常变化事件的聚集特征.结果表明:夏季,西北地区西部、华南地区以及西南地区南部,当日最高温度变化量达到离高温正距平阈值1.0—2.8℃并达到44%的聚集程度时,应及时给出极端高温异常增温事件的预警信息;在华南地区、西南地区南部以及西藏地区,当出现日最高温度变化量高于高温负距平阈值0.5—2.5℃的近极端高温异常降温事件并达到34%的聚集程度时,下一时刻出现极端高温异常降温事件的概率最大.冬季,对于西南地区,当日最低温度变化量达到离低温正距平阈值1.0—2.0℃并达到32%的聚集程度时,下一时刻最有可能发生极端低温异常增温事件;西南地区,华南地区和江南地区当日最低温度变化比低温负距平阈值高1.0—4.0℃时近极端低温异常降温事件会聚集发生.因此近极端温度变化异常事件最概然强度rp和近极端温度变化异常事件最大聚集程度max在一定程度上给出了下一刻极端温度异常变化事件的预警信息.

关键词：近极值广义态密度最概然强度最大聚集程度近极端温度异常变化

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基于去趋势波动分析方法确定极端事件阈值

物理学报 2008年第8期57卷 5333-5342页

作者：杨萍侯威封国林兰州大学大气科学学院兰州730000 中国科学院大气物理研究所东亚区域气候-环境重点实验室北京100029 国家气候中心中国气象局气候研究开放实验室北京100081

极端事件或者极值事件脱离了自身的正常演化状态,是系统演化的极端状态或系统受到外界扰动而导致的异常状态.去趋势波动分析法得到的指数是衡量系统在某一时间尺度内演化的长程相关性的参数,系统的长程相关性不受极端事件的影响或影响很... 详细信息

极端事件或者极值事件脱离了自身的正常演化状态,是系统演化的极端状态或系统受到外界扰动而导致的异常状态.去趋势波动分析法得到的指数是衡量系统在某一时间尺度内演化的长程相关性的参数,系统的长程相关性不受极端事件的影响或影响很小.基于这一思想,提出了利用去趋势波动分析法确定极端事件的阈值方法,并验证了该方法的有效性.使用该方法对北京极端高温事件、极端低温事件和极端降水事件进行了分析和讨论,确定北京1951—2004年极端高温、极端低温事件和极端降水事件的阈值.50余年来,北京极端高温和低温事件在20世纪70年代之前整体而言属于极端事件发生平缓期,在70年代至90年代属于极端事件间歇期.从20世纪90年代中期至今,极端高温事件在短时期内集中爆发,高温一再突破历史记录,日最低温度极大值也进入集中发生时期,属于极端高温事件高发期.对于极端降水事件,其发生强度和频次具有明显的周期性,20世纪60年代中期和80年代中期为多发期,且强度较大,其余时期为间歇期,强度较小,两个完整的周期在70年代中期发生更替.研究表明,北京地区极端高温、低温事件和极端降水事件均在70年代中期发生了一次转折.

关键词：去趋势波动分析极端事件阈值

20世纪90年代末东亚夏季降水年代际变化及其成因初探

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物理学报 2014年第20期63卷 438-449页

作者：胡泊乔少博封国林扬州大学物理科学与技术学院扬州225002 中国气象局国家气候中心开放实验室北京100081

基于1983—2011年月总降水量、环流和海温的再分析资料,给出了20世纪90年代末东亚夏季降水的年代际调整的区域特征,及其对应的大气环流内部过程和可能的海温外强迫的年代际变化.研究结果表明,在20世纪90年代末期东亚北部夏季降水比东亚... 详细信息

基于1983—2011年月总降水量、环流和海温的再分析资料,给出了20世纪90年代末东亚夏季降水的年代际调整的区域特征,及其对应的大气环流内部过程和可能的海温外强迫的年代际变化.研究结果表明,在20世纪90年代末期东亚北部夏季降水比东亚南部夏季降水由湿向干的表现更为明显,东亚南部地区夏季降水则是在20世纪90年代初和21世纪初发生年代际的转折.此外,东亚地区夏季的500 h Pa高度场、850 h Pa风场、U200风场、水汽输送场和东亚太平洋遥相关型指数和东亚夏季风指数等在20世纪90年代末期也表现出明显的年代际变化特征.进而从大气内部过程的角度验证了20世纪90年代末东亚夏季降水发生的年代际调整.与此同时,北太平洋和西太平洋海表温度表现出由偏低向偏高的转变,这可能是导致20世纪90年代末期东亚夏季气候年代际变化的重要外部成因之一.

关键词：降水型年代际变化环流外强迫