發(fā)布時間：2017-09-10 17:32

  本文關鍵詞：東亞季風區(qū)夏季降水預測：統(tǒng)計模型的建立與可預報性分析

  更多相關文章： 可預報模態(tài)分析 東亞夏季風 降水季節(jié)預測 可預報性

【摘要】：東亞夏季風(EASM)是亞洲氣候系統(tǒng)中最活躍的系統(tǒng)之一,其降水的可預報性是一個長期存在并亟需解決的重要問題。本文利用可預報模態(tài)分析方法對7、8月份,即盛夏時節(jié)EASM區(qū)域(100°E-140°E,5°N-50°N)降水變化的動力過程進行探究,建立統(tǒng)計模式對降水異常進行預報。預報結果與海洋-大氣耦合動力模式結果進行了比較,并進一步討論EASM降水的可預報性。隨后針對中國夏季降水預報的實際業(yè)務需要,利用偏最小二乘法回歸,討論對中國夏季(6-8月份)降水進行長期超前預報的可能性,取得了以下幾點研究成果：(1)7、8月份EASM氣候態(tài)降水以西太平洋副熱帶高壓(WPSH)脊線為界表現(xiàn)為南北兩個最大值中心。其中一個位于熱帶東亞季風區(qū)(100°E-140°E, 5°N-26.5°N, SEA),為熱帶季風槽降水,另一個位于副熱帶-中緯度東亞季風區(qū)(100°E-140°E,26.5°N-50°N, NEA),為副熱帶鋒面降水。兩個地區(qū)降水的經驗正交函數(shù)分解(EOF)前四個主模態(tài)具有顯著的動力過程,并能夠利用以物理解釋為基礎的經驗預報模式(P-E模式)和／或氣候動力模式進行合理預報,說明這些模態(tài)反映了降水自身的變化,是可預報模態(tài)。而其余高階模態(tài)夾雜了數(shù)據(jù)的不確定性,為噪音信號。通過分別分析SEA與NEA降水變化前四個模態(tài)的物理過程,發(fā)現(xiàn)兩個子區(qū)域各個模態(tài)的動力機制彼此具有顯著的差異,因此影響SEA與NEA降水變化的大部分驅動因子是不同的,降水變化相互獨立。將整個EASM區(qū)域劃分為南北兩個子區(qū)域分別進行降水預報,與作為整體相比能夠提高預報技巧。(2)根據(jù)各個模態(tài)的動力過程選取具有物理意義的預報因子,建立P-E模式,對每個模態(tài)主成分時間序列(PC)進行預報。將SEA與NEA的四個可預報模態(tài)的空間分布與預報出的PC相乘并線性相加,能夠構建出降水異常的預報場。利用預報場與觀測場的相關系數(shù)對預報技巧的高低進行了評估。預報技巧較高的區(qū)域集中在氣候態(tài)降水的大值區(qū),而相對干旱區(qū)的預報技巧較低。但P-E預報模式區(qū)域平均的預報技巧遠高于氣候動力模式。說明對東亞夏季風降水,P-E預報模式優(yōu)于目前的氣候動力模式。此結果同時表明氣候動力模式對EA夏季降水預報技巧較低并不是由于降水本身可預報性低造成的,而是由于氣候動力模式自身的缺陷,因此動力模式仍有較大的改進空間。此外,隨著P-E模式超前時間逐漸變長,預報技巧會逐漸降低。實際應用中,推薦使用具有更高預報技巧的超前0個月的模式對降水進行預報。將可預報模態(tài)的空問分布與由觀測數(shù)據(jù)得到的PCs相乘并線性相加,能夠得到最接近觀測值的降水的可預報部分。將降水的可預報場與觀測場進行相關分析,能夠得到完美預報情況下盛夏時節(jié)東亞降水能夠達到的最優(yōu)預報結果,即降水的最大可預報性。對比發(fā)現(xiàn),SEA降水的可預報性、P-E模式以及氣候動力模式的預報技巧均高于NEA地區(qū)。(3)結合中國的實際預報業(yè)務,本文利用偏最小二乘法回歸(PLS)討論了對中國夏季(6-8月份)降水進行長期超前預報的可行性。利用1979-2004年冬季平均的SST及大陸2米氣溫作為預報因子場,對夏季降水進行擬合,建立預報方程,對2005-2013年降水異常進行超前4個月的獨立預報。結果顯示對中國東部及南部地區(qū)的降水變化可以進行很好的預報,但中國東北部偏北地區(qū)以及西北大部分省市預報技巧偏低。以上研究進一步檢驗了EASM降水年際變化主模態(tài)形成與維持的動力學過程,揭示了影響降水變化的前期驅動因子。與目前的氣候動力模式相比,提高了EASM包括中國地區(qū)降水的預報技巧,對促進東亞地區(qū)的發(fā)展具有深遠的意義。
【關鍵詞】：可預報模態(tài)分析 東亞夏季風 降水季節(jié)預測 可預報性
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P457.6
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 緒論13-24
• 1.1 東亞夏季風簡介13-15
• 1.1.1 東亞夏季風特殊性13-14
• 1.1.2 EASM強度定義14
• 1.1.3 EASM對人類活動的影響14-15
• 1.2 EASM年際變化的影響因子15-19
• 1.2.1 EASM受到熱帶地區(qū)的影響15-17
• 1.2.2 EASM受到中高緯度環(huán)流系統(tǒng)的影響17-19
• 1.2.3 EASM受到中高緯度熱力異常的影響19
• 1.3 EASM的預報現(xiàn)狀19-22
• 1.3.1 動力模式預報的研究進展20
• 1.3.2 統(tǒng)計預報研究進展20-22
• 1.4 擬解決問題及論文結構22-24
• 2 數(shù)據(jù)以及研究方法24-31
• 2.1 數(shù)據(jù)24
• 2.2 預報方法介紹24-26
• 2.2.1 可預報模態(tài)分析24-25
• 2.2.2 P-E預報模式中預報因子的選取25-26
• 2.2.3 EOF分析,逐步回歸與交叉檢驗26
• 2.3 東亞夏季風區(qū)子區(qū)域劃分26-28
• 2.4 可預報模態(tài)初步判斷28-31
• 3 盛夏時節(jié)熱帶東亞季風區(qū)降水預報31-63
• 3.1 SEA降水變化可預報模態(tài)特征分析及預報31-41
• 3.1.1 SEA-1：暖池區(qū)偶極子SST正反饋模態(tài)31-34
• 3.1.2 SEA-2：中太平洋型ENSO模態(tài)34-37
• 3.1.3 SEA-3：海洋大陸SST-澳大利亞高壓耦合模態(tài)37-39
• 3.1.4 SEA-4：ENSO發(fā)展模態(tài)39-41
• 3.2 預報技巧與可預報性41-43
• 3.2.1 SEA降水變化超前0個月的預報技巧41-42
• 3.2.2 SEA降水變化超前1個月的預報技巧42-43
• 3.2.3 SEA盛夏時節(jié)降水變化的可預報性分析43
• 3.3 本章小結43-63
• 4 盛夏時節(jié)副熱帶-中緯度東亞季風區(qū)降水預報63-98
• 4.1 NEA降水變化可預報模態(tài)特征分析及預報63-70
• 4.1.1 NEA-1：赤道西太平洋——NEA遙相關模態(tài)63-65
• 4.1.2 NEA-2：WPSH-暖池區(qū)偶極子SST正反饋模態(tài)65-67
• 4.1.3 NEA-3：中太平洋型ENSO事件發(fā)展模態(tài)67-69
• 4.1.4 NEA-4：歐亞波列模態(tài)69-70
• 4.2 NEA降水預報技巧與可預報性分析70-73
• 4.2.1 NEA降水超前0個月預報技巧分析70-72
• 4.2.2 NEA降水超前1個月預報技巧分析72
• 4.2.3 利用可預報模態(tài)對NEA盛夏降水的可預報性分析72-73
• 4.3 將EA劃分為兩個子區(qū)域的原因73-74
• 4.4 本章結論74-98
• 5 中國夏季降水的長期超前預報分析98-115
• 5.1 中國夏季降水預報現(xiàn)狀98-100
• 5.2 聯(lián)合EOF-PLS方法介紹100-102
• 5.3 中國夏季降水主模態(tài)特征分析102-104
• 5.4 中國夏季降水的預報分析104-106
• 5.5 本章結論與討論106-115
• 6 結論115-121
• 6.1 全文總結115-118
• 6.2 本文的主要創(chuàng)新點118-119
• 6.3 對未來工作的展望119-121
• 參考文獻121-134
• 個人簡歷134
• 發(fā)表的學術論文134-135
• 致謝135

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