10-30天动力延伸期可预报性的研究

目前中国气象局开展的预报预测业务只包括未来10天以内的天气预报和30天以上的月季气候预测，而未来10-30天的延伸期预报业务还是一个空白，因此10-30天动力延伸期可预报性研究具有潜在的应用价值。按照Von Neuman的经典理论，短期天气数值预报可提为初值问题，气候数值预报为边值问题，而10-30天延伸期预报则两者兼有，这在理论上表明了本申请项目的研究难度。从历史演变资料中分析大气环流持续性异常信号，通过压缩自由度，提取10-30天可预报的稳定分量；在此基础上，利用历史资料来分析现有的全球数值预报模式的预报误差，用统计方法来参数化模式的预报误差，揭示误差的演变规律，达到改进现有的全球数值预报模式的目的；研究10-30天延伸期的可预报性，开展针对我国10-30天尺度重大气候事件即持续异常天气气候事件的预报关键技术研究，奠定研发10-30天动力延伸期数值预报模式的数理基础。

按照Von Neuman的经典理论，短期天气数值预报可提为初值问题，动力气候预测为边值问题，而10-30天延伸期预报则两者兼有，这在理论上表明了项目开展的难度。本项目围绕10~30天延伸期预报的可预报源与稳定可预报分量等科学问题，在延伸期数值预报新理论、可预报分量分离等方面取得了一系列突破，为10~30天延伸期预报开辟了一条新的途径。获得的主要成果：（一）提出延伸期数值预报可预报分量及其分离的新理论。针对大气系统的混沌特性，从误差增长的角度对数值模式中分离可预报分量和不可预报分量进行了理论推导，提出了在数值模式中分离可预报分量的方法，同时提出了利用可预报度定量化衡量模式气象场可预报性的新概念；（二）发展了在复杂数值预报模式中分离可预报分量的新理论。研究了可预报分量的误差增长特征，借鉴了CNOP相关技术理论，建立了求解误差算子基底的免伴随快速算法新理论；（三）本项目利用国家气候中心已有的动力延伸预报模式，构建了有针对性的10~30天延伸期可预报分量模式，避免了重新建立可预报分量的方程组和数值模式的繁芜工作；（四）发展了可预报分量预报的方案和策略。研究中撇开了传统模式改进方法中仅依靠提高模式分辨率的单一思路，把历史观测资料作为数值模式的特解，达到改进现有全球数值预报模式的目的，利用相似-动力方法对可预报分量的预报误差进行订正，显示出良好的业务应用前景；（五）从历史演变资料中分析大气环流持续性异常信号，提取10-30天可预报的稳定分量，研究了历史资料中10-30天延伸期稳定分量的可预报性，开展了针对中国10-30天尺度持续异常天气气候事件的预报关键技术研究；（六）初步研究了延伸期预报过程中初值和边值的相对重要性和可预报分量与初值和边值的联系，甄别了在延伸期预报过程中初值和边值的贡献。.本项目基础性研究成果将为10-30天延伸期预报业务系统的改进与建设提供技术支撑，并发展出延伸期异常天气、气候事件持续性特征的动力-统计预测的新理论和新途径。