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广东省降水的多尺度时空投影预测方法

李春晖 潘蔚娟 王婷

李春晖, 潘蔚娟, 王婷. 广东省降水的多尺度时空投影预测方法. 应用气象学报, 2018, 29(2): 217-231. DOI: 10.11898/1001-7313.20180208..
引用本文: 李春晖, 潘蔚娟, 王婷. 广东省降水的多尺度时空投影预测方法. 应用气象学报, 2018, 29(2): 217-231. DOI: 10.11898/1001-7313.20180208.
Li Chunhui, Pan Weijuan, Wang Ting. A multi-scale spatial-temporal projection method for monthly and seasonal rainfall prediction in Guangdong. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(2): 217-231. DOI:  10.11898/1001-7313.20180208.
Citation: Li Chunhui, Pan Weijuan, Wang Ting. A multi-scale spatial-temporal projection method for monthly and seasonal rainfall prediction in Guangdong. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(2): 217-231. DOI:  10.11898/1001-7313.20180208.

广东省降水的多尺度时空投影预测方法

DOI: 10.11898/1001-7313.20180208
资助项目: 

国家自然科学基金项目 41675096

广州市科技计划项目 201607010153

中国气象局关键技术与集成 CMAHX20160505

详细信息
    通信作者:

    李春晖, E-mail:chli@grmc.gov.cn

A Multi-scale Spatial-temporal Projection Method for Monthly and Seasonal Rainfall Prediction in Guangdong

  • 摘要: 采用多尺度时空投影(MSTP)预测思路建立广东月降水和季节降水预测方法。通过EOF分解、小波分析和Lanczos滤波方法进行周期分解, 采用MSTP方法进行预测。借鉴年际增量法, 对预报结果用最小二乘法进行误差订正, 得到降水预测结果。PS预测评分和均方根误差10年独立样本检验(2006—2015年)结果显示:订正后, PS预测评分起伏较小, 68.8%的月降水和季节降水PS预测评分明显提高的年份超过6年, 且有87.5%的月降水和季节降水PS预测平均分达到70以上; 在±0.5个标准差范围内, 订正后均方根误差在40%以上的概率分布明显高于订正前, 订正后的月和季节降水占81.3%, 订正前占31.3%;在±1个标准差范围内, 概率分布在70%以上的月季降水订正前后相差不多, 订正后占56.3%, 订正前占50%。
  • 图  1  多尺度时空投影预测方法示意图

    Fig. 1  The major steps of multi-scale spatial-temporal projection(MSTP) method

    图  2  广东省2月降水第1模态对应的年际和年代际时间序列与CFSv2模式海温场及气象要素相关分布

    (深浅阴影表示正负相关系数达到0.1显著性水平)

    Fig. 2  Correlations to the interannual and interdecadal time serious of the first EOF mode to sea surface temperature and meteorological elements of CFSv2 dataset

    (dark and shallow shaded areas indicate positive and negative coefficients exceeding the test of 0.1 level)

    图  3  广东省月降水订正前(柱状)和订正后(实线)的MSTP方法PS评分

    Fig. 3  PS score of MSTP and multi-scale method of monthly and seasonal rainfall before(the bar) and after(the solid line) correction in Guangdong

    图  4  广东省季节降水订正前(柱状)和订正后(实线)的MSTP方法PS评分

    Fig. 4  PS score of MSTP method of seasonal rainfall before(the bar) and after(the solid line) correction in Guangdong

    图  5  广东月降水订正前10年回报与观测标准化均方根误差概率密度(柱状)和概率(实线)分布

    Fig. 5  Distributions of the probability density(the bar) and probability(the solid line) of standard root mean square error between prediction and observation of monthly rainfall after correction in Guangdong

    图  6  广东季节降水订正前10年回报与观测标准化均方根误差概率密度(柱状)和概率(实线)分布

    Fig. 6  Distributions of the probability density(the bar) and probability(the solid line) of standard root mean square error between prediction and observation of seasonal rainfall after correction in Guangdong

    图  7  广东月降水订正后10年回报与观测标准化均方根误差概率密度(柱状)和概率(实线)分布

    Fig. 7  Distributions of the probability density(the bar) and probability(the solid line) of the standard root mean square error between prediction and observation of monthly rainfall after correction in Guangdong

    图  8  广东季节降水订正后10年回报与观测标准化均方根误差概率密度(柱状)和概率(实线)分布

    Fig. 8  Distributions of the probability density(the bar) and probability(the solid line) of the standard root mean square error between prediction and observation of seasonal rainfall after correction in Guangdong

    表  1  月降水和季节降水10年独立样本平均PS评分

    Table  1  Ten-year averaged PS score of monthly and seasonal rainfall

    月和季节 无尺度分离 有尺度分离
    订正前 订正后 订正前 订正后
    1月 53.0 71.9 59.3 73.0
    2月 45.6 85.5 50.0 90.1
    3月 59.6 72.6 61.1 72.7
    4月 71.1 70.7 65.5 78.4
    5月 64.1 77.8 61.2 78.8
    6月 56.0 68.1 71.2 58.3
    7月 76.1 74.7 60.1 76.4
    8月 63.9 72.1 64.8 70.0
    9月 71.7 75.9 72.7 73.7
    10月 62.0 69.6 68.4 75.8
    11月 64.7 71.9 66.7 69.4
    12月 68.8 64.1 79.4 74.5
    春季 65.2 74.1 71.6 73.6
    夏季 68.2 74.8 72.4 72.8
    秋季 67.9 72.9 62.7 76.1
    冬季 52.4 80.0 44.5 77.1
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    表  2  月降水和季节降水订正前和订正后标准化均方根误差概率(p)分布(单位:%)

    Table  2  The probability(p) of standard root mean square error between prediction and observation before and after correction(unit:%)

    月和季节 -0.5 < p≤0.5 -1 < p≤1
    订正前 订正后 订正前 订正后
    1月 48 64 79 80
    2月 41 42 67 68
    3月 34 43 64 66
    4月 40 46 74 78
    5月 31 41 59 67
    6月 27 36 73 65
    7月 33 43 69 71
    8月 34 40 72 74
    9月 31 38 62 66
    10月 36 48 74 77
    11月 40 43 75 79
    12月 38 39 65 67
    春季 34 49 72 73
    夏季 29 31 65 66
    秋季 33 41 69 71
    冬季 87 99 99 99
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  • [1] 贾小龙, 陈丽娟, 高辉, 等.我国短期气候预测技术进展.应用气象学报, 2013, 24(6):641-655. doi:  10.11898/1001-7313.20130601
    [2] 宋连春, 肖风劲, 李威.我国现代气候业务现状及未来发展趋势.应用气象学报, 2013, 24(5):513-520. doi:  10.11898/1001-7313.20130501
    [3] 芦新平, 陈星, 苗曼倩, 等.降尺度方法中的初始资料处理的研究.气象科学, 2002, 22(2):139-148. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=qxkx200202002
    [4] 李维京, 陈丽娟.动力延伸预报产品释用方法的研究.气象学报, 1999, 57(3):338-345. doi:  10.11676/qxxb1999.032
    [5] 陈丽娟, 李维京, 张培群, 等.降尺度技术在月降水预报中的应用.应用气象学报, 2003, 14(6):648-655. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20030682&flag=1
    [6] 范丽军, 符淙斌, 陈德亮.统计降尺度法对华北地区未来区域气温变化情景的预估.大气科学, 2007, 31(5):887-897. http://rcg.gvc.gu.se/dc/PUBs/fanljetal07.pdf
    [7] 丁裕国, 刘吉峰, 张耀存.基于概率加权估计的中国极端气温时空分布模拟试验.大气科学, 2004, 28(5):771-782. http://www.oalib.com/paper/4878938
    [8] Yuan X, Liang X Z.Improving cold season precipitation prediction by the nested CWRF-CFS system.Geophys Res Lett, 2011, 38:L02706. http://adsabs.harvard.edu/abs/2011GeoRL..38.2706Y
    [9] Gao H, Yang S, Kumar A, et al.Variations of the East Asian Meiyu and simulation and prediction by the NCEP Climate Forecast System.J Climate, 2011, 24(1):94-108. doi:  10.1175/2010JCLI3540.1
    [10] 李春晖, 林爱兰, 谷德军, 等.基于CFS预报产品的广东省季节降水统计降尺度预测.热带气象学报, 2012, 28(6):797-808. http://www.cqvip.com/QK/92292A/201206/44479221.html
    [11] 刘颖, 范可, 张颖.基于CFS模式的中国站点夏季降水统计降尺度预测.大气科学, 2013, 37(6):1287-1296. doi:  10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12143
    [12] Saha S, Moorthi S, Wu X, et al.The NCEP climate forecast system version 2.J Climate, 2014, 27(6):2185-2208. doi:  10.1175/JCLI-D-12-00823.1
    [13] 谷德军, 纪忠萍, 李春晖.南海夏季风爆发日期与海温的多尺度关系及最优子集回归预测.海洋学报, 2011, 33(6):55-63. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_hyxb201106006.aspx
    [14] Trenberth K E.Signal versus noise in the Southern Oscillation.Mon Wea Rev, 1984, 112(2):326-332. doi:  10.1175/1520-0493(1984)112<0326:SVNITS>2.0.CO;2
    [15] Kug J S, Lee J Y, Kang I S.Global sea surface temperature prediction using a multi-model ensemble.Mon Wea Rev, 2007, 135:3239-3247. doi:  10.1175/MWR3458.1
    [16] Chen J M, Li T, Shih J.Asymmetry of the El Nio-spring rainfall relationship in Taiwan.J Meteor Soc Japan, 2008, 86:297-312. doi:  10.2151/jmsj.86.297
    [17] Hsu Pang-chi, Li T, Lin Y C, et al.A spatial-temporal projection method for seasonal prediction of spring rainfall in Northern Taiwan.Journal of the Meteorological Society of Japan, 2012, 90(2):179-190. doi:  10.2151/jmsj.2012-202
    [18] Zhu Z W, Li Tim, Hsu Pang-chi, et al.A spatial-temporal projection model for extended-range forecast in the tropics.Clim Dyn, 2014, DOI: 10.1007/s00382-014-2353-8.
    [19] Wang H J, Zhou G Q, Zhao Y.An effective method for correcting the seasonal-interannual prediction of summer climate anomaly.Adv Atmos Sci, 2000, 17(2):234-240. doi:  10.1007/s00376-000-0006-9
    [20] 王会军, 周广庆, 赵彦.降水和大气环流距平年际预测的一个高效的修正方案.应用气象学报, 2000, 11(增刊Ⅰ):40-50. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=yyqxxb2000Z1005
    [21] Chang C P, Zhang Y S, Li T.Interannual and interdecadal variations of the East Asian summer monsoon and tropical Pacific SSTs.Part Ⅰ:Roles of the subtropical ridge.J Climate, 2000, 13, 4310-4325. doi:  10.1175/1520-0442(2000)013<4310:IAIVOT>2.0.CO;2
    [22] Wang B, Wu R, Lau K M.Interannual variability of the Asian summer monsoon:Contrasts between the Indian and the western North Pacific-East Asian monsoon.J Climate, 2001, 14:4073-4090. doi:  10.1175/1520-0442(2001)014<4073:IVOTAS>2.0.CO;2
    [23] Wu B, Zhou T J, Li T.Contrast of rainfall-SST relationships in the western North Pacific between the ENSO developing and decaying summers.J Climate, 2009, 22:4398-4405. doi:  10.1175/2009JCLI2648.1
    [24] Lau N C, Nath M J.Impact of ENSO on the bariability of the Asian-Australian monsoons as simulated in GCM experiments.J Climate, 2000, 13:4287-4309. doi:  10.1175/1520-0442(2000)013<4287:IOEOTV>2.0.CO;2
    [25] Lau N C, Nath M J.Atmosphere-ocean variations in the Indo-Pacific sector during ENSO episodes.J Climate, 2003, 16:3-20. doi:  10.1175/1520-0442(2003)016<0003:AOVITI>2.0.CO;2
    [26] Chen J M, Li T, Shih J.Asymmetry of the El Nio-spring rainfall relationship in Taiwan.J Meteor Soc Japan, 2008, 86:297-312. doi:  10.2151/jmsj.86.297
    [27] Gong D Y, Ho C H.Arctic oscillation signals in the East Asian summer monsoon.J Geophys Res, 2003, 108(D2), 4066, DOI: 10.1029/2002JD002193.
    [28] Hung C W, Hsu H H, Lu M M.Decadal oscillation of spring rain in northern Taiwan.Geophys Res Lett, 2004, 31, L22206, DOI: 10.1029/2004GL021344.
    [29] Yang S, Lau K M, Yoo S H, et al.Upstream subtropical signals in preceding the Asian summer monsoon circulation.J Climate, 2004, 17:4213-4229. doi:  10.1175/JCLI3192.1
    [30] 温之平, 吴乃庚, 冯业荣, 等.定量诊断华南春旱的形成机理.大气科学, 2007, 31(6):1223-1236. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_daqikx200706018.aspx
    [31] 郑菲, 李建平.前冬南半球环状模对春季华南降水的影响及其机理.地球物理学报, 2012, 55(11):3542-3557, DOI: 10.6038/j.issn.0001-5733.2012.11.004.
    [32] 李宏毅, 林朝晖, 宋燕, 等.华南春季降水纬向非均匀分布及异常年大气环流特征分析.气象, 2013, 39(12):1616-1625. doi:  10.7519/j.issn.1000-0526.2013.12.010
    [33] 李宏毅, 林朝晖, 陈红.我国华南3月降水年代际变化的特征.气候与环境研究, 2010, 15(3):311-321. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_qhyhjyj201003011.aspx
    [34] 李宏毅, 林朝晖, 陈红.我国华南4, 5月份降水年代际变化的特征及其与中西太平洋海温的可能关系.气候与环境研究, 2012, 17(4):481-494. doi:  10.3878/j.issn.1006-9585.2011.11040
    [35] 梁建茵.6月西太平洋副高脊线的年际变化及其对华南降水的影响.热带气象学报, 1994, 10(3):274-279. http://www.oalib.com/paper/5075326
    [36] 陶诗言, 张庆云.亚洲冬夏季风对ENSO事件的响应.大气科学, 1998, 22(4):399-407. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK804.001.htm
    [37] 纪忠萍, 温晶, 方一川, 等.近50年广东冬半年降水的变化及连旱成因.热带气象学报, 2009, 25(1):29-36. http://www.oalib.com/paper/5074773
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-08
  • 修回日期:  2017-11-28
  • 刊出日期:  2018-03-31

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