基于动力统计模型重构的副热带高压中长期预报

基于动力统计模型重构的副热带高压中长期预报

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1、第/-卷第/期气象学报<=>?/-,;=?/"((/年!"月%8.%+,.,494$4’:8%&:;:8%@ABACDAE"((/#################################################################基于动力统计模型重构的副热带高压中长期预报!洪梅!,"张韧!,",#何金海#!中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室($%&’),北京,!(((")"解放军理工大学气象学院海洋与空间环境系,南京,"!!!(!#南京信息工程大学江苏省气象灾害

2、重点实验室*$+,,南京,"!((--摘要基于.!(/数值预报产品0((123位势高度场序列,用,45方法对位势场序列进行时、空分解,在考虑相邻时段位势场空间模态基本稳定的前提下,引入动力系统重构的思想,以,45分解的空间模态时间系数序列作为动力统计模型变量,用遗传算法全局搜索和并行计算优势,进行了模型参数的优化反演,建立了,45分解的时间系数的非线性预报模型。通过模型积分和,45的时、空重构,实现了副热带高压活动场的中长期预报。试验结果表明,在短期预报(!—06)该模型与.!(/模式的预报效果大致相当;但对于中长期预报("

3、06),其预报效果优于.!(/预报产品;特别是!(6以上的预报结果对副热带高压的形态和范围仍然能较为准确地描述。该研究方法对副热带高压等复杂天气系统和要素场预报提供了一种新的思路。关键词:动力统计,模型重构,遗传算法,,45,副热带高压预报。要手段,但由于副高活动机理和规律尚未彻底弄清,!引言热带、副热带地区地转关系弱等原因,在较大程度上西太平洋副热带高压(副高)是影响夏季东亚天制约了副高的数值预报准确率,目前许多数值预报气气候的重要系统,其强度变化和进退活动异常常产品的副高预报均存在着不同程度的偏差,尤其副导致江淮流域出现

4、洪涝和干旱灾害;副高作为东亚高活动异常和中长期预报的预报误差更是明显。夏季风系统重要成员,是连接热带环流和中高纬环由于副高系统的非线性和复杂性,“精确”建立流的重要纽带,直接影响制约热带和中高纬大气环副高活动动力预报模型非常困难,为此,我们拟采用流的演变。反问题思路进行副高预报问题研究,即从观测资料副高研究的主要目的,也是最大难点是准确预序列中反演重构描述副高活动的位势高度场的动力报副高活动。由于副高不仅有规则的渐变,更有异预报模型。首先用,45方法对!))0—!))7年夏季常的突变,表现出明显的非周期性和非确定性,使副月份

5、的.!(/数值预报产品0((123位势高度场序列高预报非常复杂和困难。目前的副高预报大致可分进行时、空分解,以,45分解模态的时间系数序列为形势预报、统计预报和数值预报。形势预报对预为动力统计模型变量,用遗传算法进行模型参数的报经验有较大依赖,主观因素较大,定量化程度较优化反演,建立起各空间分解模时间系数的非线性差;统计预报对观测数据要求高,时变性差,缺少物理意义,目前主要应用于各种副高指数预报,且对中微分方程组,再通过,45各分解模的时、空重构,实长期预报和副高活动异常时表现出较大局限性,近现了位势场和副高的数值积分预报。

6、年来人工神经网络等非线性统计学方法在副高预报"资料中取得了一定成效,但在预报因子选择和预报时效上仍存在许多不足。数值预报是当前副高预报的主基于实用意义考虑,同时也为了便于预报效果!初稿时间:"((0年F月!F日;修改稿时间:"((/年"月)日。资助课题:国家自然科学基金项目(-(#70(!))与江苏省气象灾害重点实验室开放课题(*$+,(0(7)及$%&’开放课题。万方数据作者简介:洪梅,,GC3H>:I>=JAEE3HK1CL!"/?B=C$期洪梅等:基于动力统计模型重构的副热带高压中长期预报’("比较,我们选择较为通用的

7、!"#$数值预报产品为研数)、空间(结构)分解,各特征模的方差贡献如表"。究资料。选取"%%&—"%%’年夏季(&—(月)共计)$%由表"可以看出,前$个特征模向量的方差贡献收*的&##+,-位势高度初值场(近似代表实际位势敛较快,其累积方差贡献已达到原始场的($4))5,场)序列作为描述副高活动的要素场(范围"#.—$#.其后的累积方差贡献增长缓慢,且前$个空间模结构/;’#.—"0$.1)。基本上能够较好地表现副高等大尺度系统的基本特)位势场时空分解采用123方法对上述位势场序列进行时间(系表"前"#个123分解模的方差

8、和累积方差贡献!-678"!+89:;<=>6?<>:;:@A-=>-;98-;*<:<-7A-=>-;98B:@<8;123C-<<8=;B123特征模"D)0&$’(%"#方差贡献(5)&)4&&")4"0’4)$&4$$)4(DD4(D4"""4’)"40("4#’累计方差(5)&)

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