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延伸期天气预报是指 10-30d的天气预报。它对于气象防灾减灾和经济社会的稳定发展具有重要意义,也是填补1-3d短期天气预报和3-10d中期天气预报与短期气候预测(月和季节预报)之间的时间缝隙和构建完备性预报体系的要求,具有突出的科学价值和很高的应用价值,是近10年来国际上天气和气候业务预报发展的一个重要方向。 

 

      1030d延伸期预报的核心问题,即持续性异常天气事件(特别是极端天气事件)的形成和变化,只要能预测出延伸期时段内的主要异常天气过程(如强降水),则认为延伸期预报取得了成功。许多较长生命周期的大气现象,如行星尺度的北半球热带外对流层高层的CGT(绕球遥相关波)( Ding, et al ,2005)、南半球中纬度地区的SCGT(南半球绕球遥相关波)(Yang,2009)Madden-Julian oscillation (MJO)Arctic Oscillation(AO)等,它们对天气尺度系统有明显的影响。过去的研究表明,当这些大气季节内振荡(ISO)信号明显持续时,对于1030d延伸期天气过程往往具有很好的可预报性,它们经常会引发后期的极端天气气候异常事件(如强降水、强升(降)温过程等)。 

 

    总体而言,延伸期天气预报的基本方法主要有动力模式和基于大气低频信号演变的统计方法以及大数据方法3类。美国、英国、加拿大、欧洲中心、澳大利亚等诸多国家将动力模式应用于对MJO的延伸期预报中,且实时业务模式主要以发布未来2周的MJO指数预报为主。但由于数值预报模式对于MJO的延伸期预报技巧仍有限,对与MJO相联系的强天气过程及异常事件的延伸期预报存在较大难度。 

 

    另一方面,从物理上来说,在延伸期尺度内,ISO既是大气活动的强信号,也是诱发大气环流演变的重要因子,因此基于ISO信号开展延伸期预报成为除数值方法之外的另一个主要研究方向。从气候角度来说,ISO既是高频天气变化的直接背景,又是月、季气候的主要构成分量,它是“天气—气候界面”,是连接天气和气候的直接纽带。通过对观测资料的合理处理和分解,可直接从观测资料中提取与高影响极端事件密切相关的不同时间尺度的主要大气ISO 型,在分别研究制约这些不同的ISO 型演变的因子和时间变化规律的基础上,利用大气低频振荡动力机制分析可传播信号(如与长江下游地区强降水(暴雨)等极端事件密切相关的ISO)的放大和对预报区域的影响,基于各种不同类型的ISO的综合作用,建立简化统计动力学模型,可以作出远高于随机判断和单纯依靠统计计算的有效延伸期天气预报。 

 
    随着卫星遥感等多种观测手段进步,近年来气候观测获得的各种全球数据迅速增加,这些具有高度数据相关性和多重数据属性的科学大数据反映和表征着复杂的自然现象与关系。采用数据分解、扩展和变换等技术,从大量数据中提取出部分有效数据,可以获得比过去抽样分析更全面的两半球中纬度大气低频变化信息,为极端天气事件10~30 d延伸期预报提供了更好的发展基础,并形成从天气到气候的无缝隙业务预报体系。直接从多变量、超长序列、高度耦合相关的大量观测资料中提取与特定区域(如长江流域等)极端天气事件关系密切的主要的全球ISO,约简系统复杂度,由动态数据来驱动复杂低频变化过程与系统的构建,可以显著延长区域极端天气过程预报时效。这些大数据分析方法和技术的研究是10天以上天气预报方法发展的主要动力。它不预设物理条件,可以不受数值预报时效的可预报性限制。这种方法减少人们处理数据时带入的主观假设的影响,可以很偶然的发现一些非预期但很有价值的知识和信息。它需要一定条件下的全体数据,评估对于不同的重要程度是否有足够的数据支撑。通过数据的不断叠加而增加发现事物规律或关联关系的可能性,基于多种观测数据增加获取的预测信息的增量可以显著改进延伸期预测精度。 

 
    总的看来,目前经验统计模式和大数据简化模型对ISO的预报能力要比动力模式好,在动力模式进一步得到改进之前,研究ISO可预报性的更加有效的途径。