延伸期西风带可预报分量提取及数值模拟研究

It is an important meteorological scientific issue for the extended-range forecast to be solved at present. One efficient and effective way is through extracting the extended-range predictable component in model. We will analysis the typical temporal and spatial geographic characteristics of westerly in extend range and northern hemisphere, assess the simulation and forecast ability of the monthly dynamic extended-range forecast model for that, and study the temporal and spatial geographic characteristics of the model forecasting results. The specialized model for the westerly will be established after extracting their predictable components by using the initial value error growth and predictable component theory. The forecasting errors of the new model will be analyzed and diagnosed to study their temporal and spatial geographic characteristics and evolution rules, and an error correction method will be proposed by using useful historical data information. The predictable components of northern hemisphere westerly will be simulated to explore the temporal and spatial geographic characteristics of the predictable components in different period and reveal their function on the adjustment of the westerly circulation system in northern hemisphere. The hindcasting results of the specialized model will be studied to construct the optimal statistical downscaling forecast model for the temperature and precipitation in East Asia. And the forecast for the regional extreme events such as heat wave, heavy rainfall and cold wave will be studied to provide scientific support and improve the predictive level on process prediction in East Asia.

延伸期预报是当前有待解决的重要科学问题，数值模式延伸期可预报分量提取将是一条行之有效的途径。本项目通过分析北半球西风带在延伸期尺度典型时空分布特征，系统评估月动力延伸预报模式对延伸期北半球西风带环流的模拟预测能力，并研究模式预报效果的时空演化特征。在模式初值误差增长及可预报分量理论方法指导下，针对北半球西风带进行可预报分量提取研究，建立西风带可预报分量模式。分析诊断可预报分量模式的预报误差，研究其时空分布特征和演化规律，发展利用历史资料有用信息订正可预报分量模式误差的方法。对西风带可预报分量进行数值模拟，探索不同时段可预报分量时空分布特征，揭示其在北半球西风环流系统调整中的作用机理。研究西风带可预报分量模式回报结果，探索建立适于东亚地区温度、降水延伸期预报的优化统计降尺度关系，并对该区域高温、强降水和寒潮中的持续性异常事件进行预报研究，为提高区域延伸期天气过程预报水平提供科学支撑。

延伸期预报理论方法研究及技术应用是气象学界无法回避的重要任务，对保障国民生产和人民生命财产安全具有极其重要意义。本项目针对西风带环流开展延伸期数值预报研究，主要包括系统评估国内外主流数值模式对欧亚地区西风带环流的延伸期模拟预报能力，分析逐月西风环流系统延伸期尺度模拟状况，对比分析了不同模式对500hPa、200hPa的高度场、温度场和纬向风场的预报效果，探究西风环流指数循环的机理，发展可预报分量提取方法，建立基于可预报分量的延伸期模式并优化对于西风环流的预报，并最终应用到中国夏季降水等级划分和梅雨预报中。研究结果表明ECMWF和UKMO模式在延伸期尺度上的预报效果较好。对西风环流指数循环受外强迫影响机制的探究，发现在周期性加热条件下大气运动的周期性振荡主要由加热周期决定，虽然斜压运动本身呈现波幅不一致的准周期振荡，但其运动准周期远小于加热周期。基于再分析资料和数值模式资料，提取了欧亚地区西风环流指数，对比分析了不同数值模式对西风指数的预报效果，结果表明UKMO模式对西风指数的预报效果最佳。开展了可预报分量的提取方法研究，对于模式中延伸期尺度的可预报分量提取方法进行了集成优化，发展了混沌分量的集合预报方法，在当前国内气候业务模式基础上建立西风带可预报分量模型，试验结果表明该模型对提高西风指数的预报技巧具有明显的作用。本项目还研究了中国夏季降水不同量级分布特征，为中国夏季降水距平百分率预测的异常等级划分提供依据。进一步深入探究了中国东部夏季降水水汽源地及其变化，分别分析了华南、长江中下游、华北夏季降水的主要水汽源地，发现全球变暖下中国东部汛期降水的水汽来源具有年代际变化特征。基于提取的西风急流振荡特征量，结合可预报分量提取技术，本项目还开展了东亚西风急流与长江中下游梅雨期降水匹配关系研究，构建了延伸期尺度的梅雨期降水预报模型，该模型对梅雨期降水逐候预报具有良好的预报效果，为该区域降水的延伸期预报提供了新的途径。本项目相关研究成果可为开展延伸期数值预报提供科学方法和技术支持，进而为防灾减灾决策提供服务。