１０－３０天延伸期天氣預報及發展趨勢

摘 要 本文概述了10-30天延伸期天氣預報及其國際動態、發展趨勢，并對東亞季風區夏季強降水過程的10-30天延伸期預報方法試驗提出初步建議。

關鍵詞 10-30天延伸期天氣預報 季節內振蕩(ISO) 動態 發展趨勢

一、10-30天延伸期天氣預報

隨著國民經濟發展和科學技術的進步， 對未來天氣的變化， 特別是對未來10-30天的天氣趨勢變化預報需求愈來愈高， 雖然數值天氣預報系統及其客觀解釋預報方法， 已能夠比較準確預報未來5-10天中期天氣要素預報， 但是受到許多客觀條件限制，10-30天延伸期天氣過程物理機制中未解決的問題不少于已認識和解決的問題，故延伸數值預報模式尚未達到業務運行的要求，對未來10-30天延伸期重大天氣過程的預報還是缺少必要的手段和相應的解釋方法。近二十年來，我國經濟迅速發展， 階段性、持續性、頻發性高影響天氣事件形成（特別是夏季持續強降水過程）的氣象災害導致國民經濟和人民生命財產的損失明顯增加。因此，研究夏季持續降水異常引起的旱澇10-30天變化規律和成因并預測這種異常天氣過程對經濟發展、減災防災有著重要意義。同時，夏季持續強降水異常變化過程的分析和預測也是世界氣象組織/世界天氣研究計劃THORPEX國際科學計劃中的核心研究目標之一，提高夏季持續強降水過程等高影響天氣預報技巧是21世紀巨大科學和社會挑戰之一。

二、10-30天延伸期天氣預報國際動態

一個地區降水量多少和持續時間(時間尺度在5天以上)明顯同半球甚至同全球大氣環流的持續異常有關，所以大尺度環流的異常往往被視為天氣氣候異常的物理依據， 受到人們極大重視。大量觀測和理論研究表明，主要由外部熱源和大氣內部非線性相互作用共同激發的大氣低頻變化，即大氣季節內振蕩(ISO)，時間尺度為10-90天，是引起5-10天中期以及10-30天延伸期天氣過程主要因子之一，對應的環流低頻系統變化反映了未來幾周內大尺度天氣系統生消、維持和衰減的循環過程， 對未來10-30天延伸期的強降水過程預報有很好的指示意義。季節內振蕩（ISO）是大氣中最顯著的一種振蕩現象， 是氣候變率的重要分量， 它也是從短期天氣變 化到季節變化、年際變化、年代際變化整個大氣多尺度振蕩鏈條中的重要一環。ISO既是高頻天氣變化直接背景，又是月季氣候主要分量，它是“天氣-氣候界面”，是天氣與氣候聯系的直接紐帶。其中熱帶季節內振蕩（MJO，二十世紀七十年代初由Madden和Julian首先發現）是大尺度環流與對流活動相耦合的振蕩， 而熱帶對流是大氣的重要熱源之一，因此它對全球的環流變化就有決定性作用。ISO在我國天氣氣候演變中扮演了重要角色，對我國階段性、持續性、頻發性高影響天氣事件具有重要作用。由于季節內振蕩(ISO)對天氣和氣候有著重大的影響，所以近十年來人們開始研究它的可預報性并進行預測試驗。目前，國際上的ISO預測模型可以分為兩類，即統計學模式和動力學模式。在統計模式中主要用相似分析（SI）、主振蕩型分析(POP)、經驗正交函數(EOF)、主分量回歸(PC)、線性反演(LIM)、奇異值分析(SVD)、多元自回歸模型(MAR)和奇異譜分析等方法，做出的低頻形勢和高影響天氣（如持續高、低溫或洪澇、干旱時段等）過程的預報時效可達2-4周(10-30天)，對于印度季風降水、熱帶地區和北半球部分地區的環流的主要ISO型的10-30天預測已取得很好的效果，特別是ISO的活躍期預測能力較強。動力學模式主要采用基于集合預報的動力延伸預報試驗。實踐表明，盡管動力學方法逐日環流形勢的可用預報一般不超過10 天， 但預報技巧對不同的個例差別很大， 不少情況下延長動力模式的預報時效仍然可以提供很多有用信息， 特別是如果事前就能夠對預報的可信程度和幾種類別出現的可能性作出估計， 是很有意義的。隨著計算技術的快速發展和計算能力的急劇提高， 使得建立可供實用的動力延伸預報和集合預報成為可能，目前北半球部分地區的預報時效可達10-15天左右，由于大部分動力模式對季風區ISO的模擬能力有限，預報時效仍然小于統計學模式。

三、10-30天延伸期天氣預報發展趨勢與東亞季風區夏季強降水過程的10-30天延伸期預報

如果大氣環流模式能較好模擬季節內振蕩，日常天氣預報就可利用季節內振蕩所具備的信號較強而傳播較慢特性，使直接受季節內振蕩影響地區的熱帶中長期天氣預報得到較大的改善或延長。隨著現代統計技術的進步，各種非線性統計預報模型不斷提出并改進，將進一步提高ISO預報精度;另外集合預報也進入分辨率和多成員時代，能更好地提供延伸期內天氣變化的信號，有利于這個時段內高影響天氣預測精度的提高。目前， 大氣環流模式對東亞季風區環流和降水的ISO的模擬能力還不強，其原因除觀測資料不足外，主要是東亞地區夏季ISO型的時空變化規律及其與印度洋-西太平地區-歐亞大陸之間的海陸氣相互作用聯系的許多過程仍不清楚。在夏季東亞地區(特別是長江中下游地區)降水持續異常過程的演變中，東亞中高緯地區、熱帶西太平洋地區以及南半球中高緯地區大氣的各種不同ISO型之間的相互作用是形成季節內時間尺度的東亞地區持續降水異常的最主要因子之一，而且季內時間尺度的環流和降水還存在10-30天和30-60天兩種不同時間尺度的振蕩模態，它們之間也可能存在相互作用，因而對未來10-30天內東亞夏季強降水過程的影響十分復雜，需要進一步研究。這些問題的研究對于深刻理解大氣內外強迫對東亞夏季風降水季節內變化影響的機制，改進中期數值天氣預報模式中物理過程的描述，提高延伸期數值預報產品的時效以及改進不同ISO型的動力統計模型的預測精度，提高夏季東亞地區降水低頻變化(時間尺度為10-30天)以及夏季東亞地區強降水過程中期和延伸期預報準確率具有十分重要意義。