【摘 要】
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近期气候预测,特别是未来2-5年平均气候展望是国际热点问题,中国尤为关注东部夏季未来2-5年平均降水型预测。目前初始化观测资料的近期气候预测系统对降水的回报能力仍有限,急需在准确评估模式回报能力基础上,后处理改进模式预测效果。为此本文探究了多模式集成、动力-统计相似误差订正理论改进中国东部夏季未来2-5年平均降水雨型的释用物理基础,针对释用方案中模式回报性能评估及其权重计算、相似因子度量多采用点对
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近期气候预测,特别是未来2-5年平均气候展望是国际热点问题,中国尤为关注东部夏季未来2-5年平均降水型预测。目前初始化观测资料的近期气候预测系统对降水的回报能力仍有限,急需在准确评估模式回报能力基础上,后处理改进模式预测效果。为此本文探究了多模式集成、动力-统计相似误差订正理论改进中国东部夏季未来2-5年平均降水雨型的释用物理基础,针对释用方案中模式回报性能评估及其权重计算、相似因子度量多采用点对点诊断,存在因位置一点偏移出现雨带空间结构报得好但技巧评分低、割裂格点之间联系诊断结果缺乏物理内涵等弊端,导致无法有效全面满足后处理方法释用物理基础的不足,引入目标诊断的MODE空间型检验新方法,重构降水、积雪、海温相似型诊断方案,开展基于MODE目标诊断的雨型回报能力评估、多模式集成预测、动力-统计相似误差订正研究,优化改进1979-1999年的雨型回报效果。主要结论如下:(1)重构雨型相似度MODE目标诊断方案,合理评估了8个逐年准实时近期气候预测系统的雨型回报能力。依据四类雨型空间结构差异,初设雨型相似度目标诊断方案,选取雨型年份表划分准确率达95%的最优方案,诊断不同模式1960-1999逐年回报的雨型与实况相似度,MODE均值仅0.17-0.35,总体偏低,与ACC点对点诊断结论一致,但MODE认为MPI模式最优,ACC却认为最差。分析诊断过程发现,ACC因强中心位置略偏移,评估结果与事实不符,而MODE突破对位置的过度依赖,动态提取正异常区,从不同空间属性,分析回报雨型与实况的相似度,挖掘了模式潜能,评估更合理。(2)依据8个模式回报结果与实况雨型MODE相似度,优化设计反映雨型空间结构预测不确定性的权重,获取了更优的多模式加权集成雨型回报改进效果。单模式1979-1999年回报雨型与实况MODE相似度均值最大仅0.39,提取多模式正距平区回报结果等权叠加,相似度增至0.45,1990s初回报结果改进显著。再根据前期雨型回报结果与实况MODE相似度,秩序加权多模式集成后,相似度增至0.47,改进了等权集成1990s后期的负效果;最优秩序加权集成后,相似度达0.51,降水年代际调整前后1980s末至1990s初回报结果更稳定可信。开展距平百分率大于0.05的集成概率回报,最优秩序加权概率集成后,相似度达0.55,年代际调整前1980s末回报改进效果明显优于多模式集成。权重由点对点统计诊断改为目标空间诊断确定后,多模式集成最优结果与实况雨型的相关系数由负转正,但回报效果仍需进一步改进。(3)有限模式资源下,转变预测策略,依据初始化前期影响降水年代际调整的关键区积雪(海温)边值相似,动力-统计订正单模式降水预测误差、改进雨型年代际变化信息是可行的。观测与GEOS-5模式均显示未来2-5年平均降水的年代际分量占比较高,需诊断模式大气未准确响应年代际突变因子的降水预测误差。考虑初始化前期影响降水年代际调整的欧亚大陆春季积雪(北太平洋夏季海温)异常分布,与中国东部夏季未来2-5年平均降水异常及其回报误差均相关,初步设计了基于关键区积雪(海温)的降水相似误差订正方案。(4)重构积雪(海温)相似型MODE目标诊断方案,提取初始化前期欧亚大陆春季积雪(北太平洋夏季海温)异常百分率>10%(1%)、最小面积>6(6)个格点的目标区,依据与降水协同变化的积雪(海温)EOF主模态空间特征,按照0.3:0.7(0.5:0.5)从面积比、中心距离相似度量,物理上区分积雪(海温)异常的年代际背景特征,找出与当前积雪(海温)异常分布相似的历史年份,提取历史相似年降水回报误差,改进当前回报结果雨型年代际变化信息,订正结果与实况雨型的ACC均值从-0.09增至0.21(0.17),最大值从0.47增至0.70(0.76),降水年代际调整前后1980s末至1990s初的订正结果稳定可信,技巧高于点对点相似度量积雪(海温)异常的雨型改进效果,取6(4)个相似年平均误差进行降水订正,雨型改进效果最佳,ACC均值达0.21(0.18),最大值达0.77(0.79)。
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