动态最优多因子组合的华北汛期降水模式误差估计及预报

利用国家气候中心季节预报1983—2009年27年模式预报结果,结合74项环流指数及美国国家海洋局和大气管理局提供的40个气候指数和美国气候预报中心实际降水分析资料,采用资料诊断分析和数值模拟实验相结合的方法,通过多因子的历史相似信息提取预报相似年,获得预报场的误差订正项.在这一订正思路的基础上,考虑前期关键影响因子的选取、多因子组合的优化配置,构建适用于不同预报年的区域动力-统计模式预报误差订正方案.以华北为例,探索多因子最优组合的多元客观相似判据,发展基于多因子动力-统计模式预报误差的动态订正新技术,改善华北夏季降水预报效果,提高预报技巧.通过2005—2009年独立样本回报结果表明,动态最优多因子组合相似订正方法距平相关系数评分相对于系统订正方法有着显著的提高,该订正方案对华北地区的夏季降水预测有着很好的业务前景,具有重要的应用价值,即将投入业务运行. 关键词： 关键因子集 模式误差估计 汛期降水 预测     

长江中下游汛期降水模式预测误差相似性及其可预报度

对数值模式预测误差进行相似预报进而订正模式预报结果,是提高模式预报水平的有效手段之一.本文从数值模式预测误差场存在相似性的角度出发,研究了长江中下游汛期降水逐年模式误差场间的相似性及其可预报性,探讨了数值模式预测误差在历史资料中的相似信息量,发现利用相似误差订正可以明显提高模式预报水平.进一步对历史模式预测误差场进行经验正交函数(EOF)分解,着重研究了误差场前三个特征向量的空间分布及其时间系数演化规律,发现对各分量分别进行相似预报可以简化预报对象,并且针对性更强,可以提高其潜在预报水平.在研究数值模式预测误差场相似性的基础上,定义了数值模式预测误差的相似可预报度,用以衡量逐年模式预测误差的可预测性,发现模式预测误差场前三个分量的相似可预报度明显高于原始模式误差场,揭示出有针对性地分别预报模式预测误差各分量的潜在应用价值.     

基于季节气候可预报分量的相似误差订正方法和数值实验

基于由历史相似信息对模式预报误差进行预报的思路,发展了一种针对季节气候可预报分量的相似误差订正新方法（FACEPC）,目的是识别模式预报结果中对初值相对不够敏感的可预报分量,将其作为对象进行历史相似选取和误差订正.该方法被应用到国家气候中心业务季节预报模式实验中,对不同区域给出有针对性的相似选取指标和预报方案.25年的交叉检验结果表明,夏季降水和环流的预报技巧评分相对于系统误差订正有明显提高,在发生中等及以上强度ENSO事件年和可预报分量贡献较大地区的预报技巧提高更为显著.特别是中国区域降水和关键区环流的 关键词： 短期气候预测 相似误差订正 可预报分量     

基于模式误差分布特征的中国夏季旱涝预测可信度研究

基于美国气候预报中心组合降雨分析资料对国家气候中心海气耦合模式多年夏季降水预报误差进行统计分析,以揭示模式预报误差的分布规律及特征.研究发现,模式预报误差分布特征满足正态分布,基于误差分布特征分析模式对中国夏季降水的预测能力,通过误差分布的高斯拟合曲线特征对比模式预报与动力统计方法的预测技巧,进而得到动力统计方法改进误差分布特征的两种类型:1)变幅型改进;2)均值型改进.在此基础上,根据模式误差的统计特征提出了一种新的旱涝预测可信度计算方法,用于定量化地评估动力统计方法在不同地区的预测可信度大小,并应用于实际预测.最后以2012和2013年夏季降水为例,给出了实况、预测以及可信度检验.结果显示该方法能较好地反映出预测的不确定性,较其他检验方法更具针对性,对异常降水的预测可信度反映更为准确,验证了方法的有效性,可进一步提高动力统计方法的预测服务水平.     

汛期降水相似动力预报——模式误差主分量相似预报方法

针对相似动力预报中模式预报误差的估计问题,提出将模式误差的直接相似订正问题转化成模式误差主分量的相似预报问题.客观上将模式误差主分量分成可预报和不可预报两部分, 对于可预报主分量采用最优多因子动态配置方案进行相似预报, 而对于不可预报部分则用系统平均代替.基于国家气候中心季节预报业务模式、 美国气候预报中心组合降雨分析资料及国家气候中心气候系统诊断预报室74项环流指数和美国国家海洋和大气管理局的40个气候指数,对东北区域汛期降水进行了预报试验. 2005—2010年6年独立样本检验预报平均距平相关系数为0.29,较系统误差订正预报的0.04有较大提高, 证实该方案能提高国家气候中心季节预报业务模式汛期降水预报水平.     

基于多个参考态更新的动力相似预报方法及应用

为了更有效地利用历史资料中的相似性信息提高数值模式预报水平,提出了一种新的动力相似预报方法——多参考态更新(MRSU) 法.该方法基于“更新”观点,通过引入相似更新周期(PAU)的概念,将整个预报时段按PAU分成若干小的子时段,在预报进行到PAU时重新选取多个参考态,并采用超平面近似法将相似-动力模式产生的多个预报估计成最佳预报向量,这样就形成了“选取-估计”的循环,不断重复这一过程直到完成整个时段的预报.进一步将简化的MRSU方法应用于T63全球谱模式.月预报试验结果表明,与控制试验相比,MRSU法对逐 关键词： 相似-动力模式 参考态 相似更新周期 月预报     

基于奇异值分解对中国夏季降水模式误差订正的研究

利用奇异值分解(SVD)方法对国家气候中心气候业务模式CGCM的预报结果进行订正, 进而得到改进后的预报结果. 通过对1983–2011年中国夏季降水的模式预报和实际降水值各年份之间的耦合场进行SVD分解, 选取模式预报和实况降水相关性最好的前3–7个模态, 对这5种不同模态个数的订正结果加以对比, 选出对中国区域订正效果最好的模态个数, 得到模式预报的订正结果. 对2004–2009年6年进行交叉回报试验, 以距平相关系数和均方根误差作为评判标准来检验回报结果, 得出2004–2009大部分年份取前5个模态作为当年订正的模态个数时,订正效果最好. 利用已有的2004–2009年的模式和实际降水资料进行检验, 证实在大部分年份5个模态订正效果最好, 并将结果与系统误差订正法的结果相比较, 表明SVD法对2004–2009年 6年的订正结果中, 有4年比系统误差法的订正效果好. 以2010年作为预测年, 以1983–2009年27年交叉回报检验的结果确定模态个数, 对预测结果加以分析, 显示该方法具有潜在的业务应用价值. 关键词： 奇异值分解 模式预报订正 汛期降水     

基于延伸期可预报性的集合预报方法和数值试验

集合预报是考虑初始条件和模式不确定性的有效途径. 结合延伸期可预报性特征,对具有不同特性的可预报分量和随机分量采用不同的集合预报方案和策略,发展了一种基于延伸期可预报性的集合预报新方法(PBEP).该方法以延伸期数值预报模式为平台,对可预报分量采用多个模式误差订正方案,从考虑模式不确定性的角度进行集合;而对随机分量则利用历史资料从气候概率的角度给出集合概率分布,避免模式误差对随机分量概率分布的影响.试验结果表明,相比于国家气候中心的业务动力延伸集合预报系统,该集合预报方法对全球各区域环流预报技巧均有提高,对不同空间尺度的波也有不同程度的改进,显示出潜在的业务应用前景.     

基于遗传优化的西太平洋副高异常活动年份的动力预报模型反演

基于2000–2010年NECR/NECP的500 hPa位势场资料, 用EOF时空分解方法和动力模型重构思想, 通过遗传算法的全局优化搜索和并行计算途径, 开展了500 hPa位势场动力预报模型反演, 建立了刻画副高活动的非线性动力预报模型, 实现了副高活动的中长期预报. 模型预报试验表明, 该模型对副高的中长期活动, 尤其是异常活动能够较好地描述和预报, 进而为副高等复杂天气系统的预报探索了新的方法思路. 关键词： 副热带高压 500 hPa位势场 动力模型反演 遗传算法     

壁面在展向作周期运动的槽道湍流的大涡模拟

分别采用3种亚格子模式:传统的Smagorinsky模式、动力Smagorinsky模式和Cui(2004)基于Kolmogorov方程所提出的新模式,对壁面在展向作周期运动的槽道湍流进行了大涡模拟,以考察这3种模式对平均运动为三维、非定常的湍流流动的模拟能力.通过对湍流基本统计量的分析,发现动力模式和新模式都可以较好地预测这种三维非定常的湍流流动;对相位平均的湍流统计量,动力模式的结果略优于新模式;传统的Smagorinsky模式对这种流动的预测结果是最差的.     

Spatiotemporal distribution characteristics and attribution of extreme regional low temperature event

Based on an objective identification technique for regional low temperature event(OITRLTE), the daily minimum temperature in China has been detected from 1960 to 2013. During this period, there were 60 regional extreme low temperature events(ERLTEs), which are included in the 690 regional low temperature events(RLTEs). The 60 ERLTEs are analyzed in this paper. The results show that in the last 50 years, the intensity of the ERLTEs has become weak; the number of lasted days has decreased; and, the affected area has become small. However, that situation has changed in this century.In terms of spatial distribution, the high intensity regions are mainly in Northern China while the high frequency regions concentrate in Central and Eastern China. According to the affected area of each event, the 60 ERLTEs are classified into six types. The atmospheric circulation background fields which correspond to these types are also analyzed. The results show that, influenced by stronger blocking highs of Ural and Lake Baikal, as well as stronger southward polar vortex and East Asia major trough at 500-h Pa geopotential height, cold air from high latitudes is guided to move southward and abnormal northerly winds at 850 h Pa makes the cold air blow into China along diverse paths, thereby forming different types of regional extreme low temperatures in winter.     

20世纪90年代末东亚夏季降水年代际变化及其成因初探

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.     

Weather regimes and low-level temperature fields

Summary In the present paper we discuss weather regimes in the Northern Hemisphere, identified by means of the probability density distribution of an indicator of the planetary scale 850 mb eddy field during winter. We found that inter-regimes differences have behaviour similar to the one shown at the 500 mb geopotential height. We have speculated that at the upper tail of the distribution of the indicator there may be an additional mode representing a double global blocking flow. For this regime we found that significant features are present also in a sector encompassing the Mediterranean basin. Few speculations about the feasibility of limited-area forecast during inter-regime transition are offered.     

江淮流域夏季降水对前冬持续时间长短的响应

利用NCEP/NCAR再分析资料计算得到江淮流域1961–2011年前冬持续时间, 分析其时空变化特征, 并进一步探究它与后期江淮流域夏季降水的关系. 结果表明, 江淮流域前冬持续时间存在着明显的年际和年代际变化, 前冬持续时间显著偏长年份比偏短年份的前冬温度低、气压高、北风强, 表明温度、气压、经向风可能是反映江淮流域前冬持续时间的关键因子, 且不同区域各气象要素对季节长度的影响存在一定差异; 1961–2011年江淮流域前冬持续时间与该区域夏季降水呈显著正相关关系; 统计分析亦发现, 前冬持续时间显著偏长(偏短)的代表年份中, 夏季降水以偏多(偏少)为主; 对典型代表年份环流场进行合成分析发现, 前冬持续时间显著偏长时, 乌拉尔山与鄂霍次克海地区夏季易形成阻塞形势, 进而会对江淮流域夏季降水产生影响; 最后利用奇异值分解从空间场相关的角度探讨了两者的联系, 发现江淮流域夏季降水与前冬持续时间存在非常显著的关系. 关键词： 江淮流域 季节划分 前冬持续时间 夏季降水     

Numerical and experimental study of the mesa configuration in high-voltage 4H–SiC PiN rectifiers

The effect of the mesa configuration on the reverse breakdown characteristic of a SiC PiN rectifier for high-voltage applications is analyzed in this study.Three geometrical parameters,i.e.,mesa height,mesa angle and mesa bottom corner,are investigated by numerical simulation.The simulation results show that a deep mesa height,a small mesa angle and a smooth mesa bottom(without sub-trench) could contribute to a high breakdown voltage due to a smooth and uniform surface electric field distribution.Moreover,an optimized mesa structure without sub-trench(mesa height of 2.2 μm and mesa angle of 20°) is experimentally demonstrated.A maximum reverse blocking voltage of 4 kV and a forward voltage drop of 3.7 V at 100 A/cm~2 are obtained from the fabricated diode with a 30-μm thick N~- epi-layer,corresponding to 85% of the ideal parallel-plane value.The blocking characteristic as a function of the JTE dose is also discussed for the PiN rectifiers with and without interface charge.     

The Nimbus 7 LIMS version 6 radiance conditioning and temperature retrieval methods and results

The Nimbus 7 Limb Infrared Monitor of the Stratosphere (LIMS) experiment operated for just over 7 months in 1978/1979, as planned. Its version 5 (V5) dataset was archived for public use in 1983. Subsequently, several important improvements were realized about the LIMS instrument, its forward radiance model, and the line parameters (from HITRAN 92 or 96) for the gases that emit in its broadband spectral channels. In addition, the orbital attitude knowledge for LIMS was refined by comparing the slopes of the observed radiance profiles from its two CO₂ channels within the upper stratosphere through lower mesosphere. This approach also overcomes the usual requirement for absolute radiance calibrations in flight. The band model approximations employed for CO₂ and interfering O₃ and based on HITRAN for the 15-μm region are adequate for accurate retrievals of temperature versus pressure profiles T(p). Consequently, a reprocessed or Version 6 (V6) profile dataset was generated using these improved radiance conditioning methods (or Level 1) and the T(p) retrieval algorithm (or Level 2), and those updates are described briefly. In particular, the approach for V6 used all the radiance data ( vertical spacing), and the V6 retrievals are based on all the measured radiance profiles along an orbit. Precision and accuracy of the V6 T(p) data are improved over that for V5, most noticeably in the mesosphere. Profiles of geopotential height have also been generated as part of the V6 dataset from which one can analyze its horizontal gradients for the wind fields and higher dynamical quantities, rather than mapping the temperature fields first. The entire LIMS V6 profile dataset was archived at the NASA Goddard Distributed Active Archive Center (DAAC) in September 2002. The high quality of these V6 data demonstrates more fully the promise of the broadband, limb-infrared remote sensing technique for operational measurements of middle atmosphere T(p) from Earth-orbiting satellites.     

Formation of dense groups of particles in intermediate-energy nucleus-nucleus collisions

The formation of dense groups (fluctuations) of particles produced in the central CCu and MgMg collisions at the projectile momenta of, respectively, 4.5 and 4.3 GeV/c per nucleon is analyzed. The distributions of the maximum densities and of the centers of charged-particle fluctuations in pseudorapidity space are studied in searches for dynamical multiparticle correlations. The distributions of the centers show two peaks above the statistical background with a structure similar to that which is expected in the model of coherent gluon emission and which was observed in hadronic interactions. The charge independence of the distributions in question and an azimuthal isotropy of events involving pseudorapidity fluctuations are observed. The distributions of events with respect to the maximum density of fluctuations are governed primarily by the statistical contribution, although the behavior of the distributions in CCu collisions is in qualitative agreement with the prediction of the one-dimensional intermittency model. It is found that the resulting distributions are of a non-Poisson character both in CCu and in MgMg collisions. The results of this study indicate that, in describing local dynamical fluctuations in multiparticle production processes, the coherent and the stochastic approach supplement each other. The procedure employed in the analysis described here makes it possible to draw a direct comparison of the present results with the results of similar investigations of different reactions.     

高能强子–强子碰撞中喷注的产生与演化过程的动力学起伏

用蒙特卡洛方法对630GeV/c质子–反质子碰撞中的无偏样本、喷注事件样本和喷注内样本中的动力学起伏进行了研究.结果表明,喷注事件样本和电子–正电子对撞的全事件样本相似,近似地有各向同性的动力学起伏,而喷注内样本则和电子–正电子对撞的喷注一样,有类似于强子–强子碰撞软过程的各向异性动力学起伏.这表明,强子–强子碰撞中喷注的产生和演化分别和电子–正电子碰撞中喷注的产生和演化有类似的动力学性质.     

中国旱涝时空分布特征分析

基于帕尔默干旱指数 (Palmer drought severity index, PDSI) 中国数据库和中国160个站点的月降水资料, 运用趋势分析、对比分析和EOF等方法, 对1961–2010年间中国旱涝时空演化特征进行了分析. 结果表明: 春季的PDSI的年代际空间分布特征与PDSI 的年代际空间分布特征相似; 夏季和秋季的PDSI的地区差异比较明显, 尤其是秋季更为明显. 从时间演化上来看, 中国华北、东北、西南地区的变干趋势较明显, 另外变湿比较明显的区域为西北西部. 对1961–2010年夏季的PDSI进行经验正交函数 (EOF) 分析, 可以发现, 20世纪80年代以来, 中国夏季干旱和洪涝更加频繁, 且旱涝强度也增加, 尤其是华北、西南、东北地区的干旱和华东地区的洪涝. 关键词： PDSI 干旱 洪涝 EOF