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气候预测可以分为两类,一类采用统计方法,另一类为动力学数值预报。
大约100年前,有的国家已经开始用相关回归方法作长期预报。世界范围正式作月、季气候预报的大约有30多个国家。其中工作较多的除中国以外,有美国、日本、前苏联等国。但是,经验预报一般水平不高,用比较粗略的分级检查,大约预报准确率只有55%~60%。如果严格地逐月进行检查,甚至于还达不到这个水平。其中气温预测水平稍高,降水量预测准确率有时还不到55%。
另一条途径为动力学数值预报。欧洲中期数值预报中心(EcMwF)按时发布10 d逐日预报。如果以预报场与实况之间相关系数达到0.6作为可以接受的标准,预报时效已超过1周。但是,逐日预报是不可能无限制地作下去的。逐日预报有一个不可逾越的鸿沟——可预报性(predictability)。理论分析及数值实验均证明,逐日预报可预报性大约是2~3周,这就是说要做2~3周以上的逐日预报是不可能的。
1.后者是具体天气状况的预报,而前者则是某时段内气候要素和天气状况平均统计量的预测。
2.天气预报一般仅限于对大气圈和水圈物理过程的分析,而气候预测必须考虑包括大气、海洋、大陆、冰雪、生物圈等在内的气候系统内能量和物质交换以及天文因子的影响。
3.后者主要依赖于初值,而前者既依赖于初始条件,也依赖于边界条件或者完全依赖于边界条件。依赖于以上两种条件的可预报性被洛仑茨称为第一类可预报性。对于长期(几十年或几百年)的气候变化预测,如由人类活动造成的温室气体增加引起的全球气候变化,将不依赖于大气的初始条件,这是由于模式在长期积分之后,将完全丧失对初始条件的记忆。这种完全依赖于详细边界条件变化的气候预测被洛仑茨称为第二类可预报性,其可预报性决定于外界强迫变化的时问尺度。由于气候系统的惯性,即使施加于边界的外强迫消失之后很久,气候系统还将继续变化相当长的时间,甚至长达十年以上,海平面上升的响应就是一个例子。由于第一类可预报性的时间一般不超过3周,因此,月时间尺度以上的短期气候预测,基本上也是在第二类可预报性意义下进行的。
4.时间较长的气候预测,还要考虑到人类活动对气候变化的影响。最早的气候预测是根据过去某一段时间气候平均值的外推。但在编制时效为数年的气候预测时,大都沿用长期天气预报中的某些方法。例如,用时间序列的分析技术,分析气候要素的历史变化,寻找序列本身的演变规律,建立气候预测方程,或者寻找气候要素同一种或数种环境因子之间的统计联系,然后根据相关因子的变化来预测未来的气候。有的国家已用数值模拟方法推断未来气候。
气候预测就是根据过去气候的演变规律,推断未来某一时期内气候发展的可能趋势。由于气候有各种时间尺度的变化,从预测几十年以内的短期气候变化到预测万年以上冰期和间冰期的气候变迁,都属于气候预测的范畴。冰期的来临不仅使整个气候系统发生变化,甚至影响到整个地理环境的改变,而短期气候变化则是在不改变地理环境情况下发生的。前者属于地质学时间尺度的气候预测,后者属于气候学时间尺度的气候预测。和人类活动最密切的是一年以上到几十年以内的气候预测。
气候预测需要考虑的因素包括太阳辐射、下垫面、大气环流和人类活动四个方面。它们之间有着极为复杂的关系。对长时间尺度的气候变迁,还要考虑地壳的运动及太阳系在宇宙中所处位置的变化等。气候预测是一个复杂的综合性科学问题,涉及到天文、地理、海洋、地球化学、生态学等学科,还处在发展的初期。
为了减少由初始场误差和模式不完善而造成的预报误差,气候预测是采用多初值和多模式的集合预报方法,因而气候预测实际上是一种概率预报。
由于各国气候预报中心使用的模式并不完全相同,而是各具特点,因而也可以采用数学方法对各种模式的预报结果进行集合,这叫做超级集合方法。但有一个前提,就是参加模式超级集合的各气候模式一般要有较好的预报性能。通过集合,一方面可使模式的随机误差或噪音相互抵消以及系统偏差减小;另一方面可突显出由耦合强迫与外强迫在模式中产生的有用气候信号,以提高集合预报的信噪比。
为了给公众和用户一个确定性的预报结果,是对各个预报成员简单地用算术平均得到预报结果,也可根据各成员过去的预报能力和表现,采用不同的权重进行加权平均得到的预报结果。这在某种程度上是解决作为混沌现象的气候变化的一个很好的途径。
2012年9月24日上午,中国气象局局长郑国光到国家气候中心听取气候趋势预测会商意见,并对未来气候趋势关注重点进行了指导。
郑国光与国家气候中心专家讨论了当前厄尔尼诺事件发展和北极海冰减少可能对我国气候造成的影响,重点关注了未来一段时间西南地区等地林区火险情况和以及可能致灾的气候事件。郑国光还就如何进一步将预测的不确定性体气候服务中提出了指导意见。
国家气候中心专家分析了近期气候特征及气候异常的成因,并介绍了10月全国气候趋势展望。 2100433B
热湿气候地区建筑空调系统能耗预测与优化
随着人们对室内环境、空气品质的要求愈来愈高,空调系统的用电量已经成为建筑能耗的主要部分.由于夏季空调冷负荷高峰负荷与城市用电高峰负荷几乎同步,加剧了峰谷供电的不平衡,使峰谷供电不足的矛盾更加突出.热湿地区夏季具有高温高湿的气候特点,空调系统维持建筑内热环境稳定所需的能耗相应增加,严重影响电网的安全运行.
通道县40年气候变化及未来5年气候趋势预测方法(摘要)
本文利用气象要素曲线波谱相似原理分析通道县1957~1995年40年气候变化趋势,再用时间序列外推方法诊断预报1996~2000年平均气温,年总雨量及主要农业气象灾害的变化趋势。 绘制40年平均气温变化曲线图,年均气温经历“三暖两冷”交替变化过程,1958~1966年、1977~1979年、1990~1992年为三个暖期,两个冷期是1967~1976年、1980~1984年。 由40年年总雨量绘制的曲线功率波谱图可知,1957~1967年、1974~1975年、1984~1987年为少雨阶段(1959、1961、1965年例外);1968~1973年、1976~1983年、1988~1994年(1989年例外)均为多雨阶段,有11年左右的大波动和3~4年的小波动。
由于气候灾害发生的成因是很复杂的,国内外还没有一个很有效的方法来准确地预测它,这主要是由于对气候灾害发生的规律和成因还没有清楚的认识。鉴于气候灾害预测的需要,国内外许多气象学家经过多年的研究,发展并设计了“海一陆一气耦合”的气候数值模式,并且把这些气候数值模式应用到实际的短期气候预测实践中,得到了一定的预测效果。在对旱涝规律与成因研究的基础上,提出了一种综合旱涝预报方法,即利用物理相关与气候数值模式相结合的方法,经过多年的预报试验,证明这是一种有发展前途的行之有效的旱涝气候灾害预测方法。例如,1991年夏在淮河流域和长江中、下游地区发生了严重的洪涝灾害,1998年夏季在长江流域以及嫩江、松花江流域发生了特大洪涝灾害,以及最近三年华北地区发生了严重干旱灾害,利用我们所提出的方法比较成功地把这些严重的旱涝区域预报出来,这说明物理相关与气候数值模式相结合的旱涝预测方法对于严重的旱涝灾害还是有一定的预报效果的。
近年来,我国华北地区发生了持续的严重的干旱现象,长江流域频繁发生洪涝灾害,在内蒙古和新疆等地,冬季时常有严重的雪灾发生,春季在我国华北、西北地区频繁出现沙尘天气或沙尘暴现象。如果要较准确地预测这些灾害的发生,就必须搞清这些气候灾害发生的规律与成因。这不仅需要通过大量的观测把全球气候系统各子系统的相互作用搞清楚,而且还应利用数学、物理学的最新成果,把气候系统的各圈层相互作用的物理、化学、水文和生物过程用数值模式表示出来,再利用巨型计算机通过这些模式的计算来模拟气候系统的季度、年际、年代际变化。在这些研究的基础上,经过大量的预测试验,才能够利用这些气候数值模式来预测上述气候灾害的发生。因此,要比较准确地预测气候灾害的发生还需漫长而大量的研究。 2100433B
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气候分析是指从研究一地气候要素变化的规律着手,分析气候随时间的变化规律及其在空间分布的特征。
气候分析是根据统计学和气候学原理.对气象资料进行统计、分析。结合气候调查,从中寻找气候特征和规律,为预防自然灾害,开发利用气候资源服务。
气候分析主要包括气候监测、气候重建、气候诊断、气候评价和气候预测这五个方面的内容。
气候是指一个地区大气的多年平均状况,主要的气候要素包括光照、气温和降水、风力等,其中降水是气候重要的一个要素。一般来说年降水量在800毫米以上的地区,就是多雨地区;年降水量在400至800毫米的地区,就是少雨地区;年降水量在200至400毫米的地区,就是半干旱地区;年降水量在200毫米以下的地区,就是干旱地区。
一个地区降水的分布特点可以分为地区分布状况和季节分布状况两部分来组成。我国位于亚欧大陆东部和太平洋的西岸地区,有着巨大的海陆热力性质差异,从而形成了世界上最为典型的季风气候,我国的降水主要是由夏季的东南季风带来的。东南季风为我国带来太平洋的水汽,我国东南沿海地区会最先得到东南季风带来的水汽,形成丰富的降水,也就成为了我国年降水量最为丰富的地区。
“秦岭-淮河”是中国南北方的地理气候分界线。冬天,秦岭够阻挡寒潮南下进入南方地区;夏天,阻挡湿润海风进入北方地区。从年降水量的地区分布状况来看,我国年降水量总体上由东南往西北递减,我国的西北地区由于地处内陆,距离海洋遥远,海洋水汽难以到达,成为我国年降水量最少的地区。从降水的季节分布状况来看,我国的降水主要集中在夏季,也就是东南季风盛行的时候,所以我国的气候特征表现为“雨热同期”。而在冬季,我国盛行来自亚欧大陆内部的西北季风,水汽含量很少,形成的降水也不多。
除了东南季风给我国带来降水以外,我国也能得到来自印度洋的西南季风的水汽,我国的西南地区受西南季风的影响较大,比如西南季风通过雅鲁藏布江谷地,把暖湿的印度洋水汽送到青藏高原深处。在我国西北地区的北疆地区,也能得到少量来自大西洋和北冰洋的水汽,使得我国新疆的北疆地区比南疆地区要相对湿润。
季风气候是我国气候的主要特点,我国的降水主要是由东南季风带来的,东南季风为我国带来海洋的水汽,我国东南沿海地区会最先得到东南季风带来的水汽,形成丰富的降水,也就成为了我国年降水量最为丰富的地区。西南季风也为我国带来降水,可影响到我国华南一带;当西南季风发展强盛时,也可深入到长江流域。我国的南方热带和亚热带地区就是典型的雨热同期。
由于我国的降水主要是由东南季风带来海洋的水汽而形成,受夏季风的影响,降水自东南沿海向西北内陆逐渐减少。我国北方的西北地区由于深居内陆,距海遥远,成为我国年降水量最少的干旱地区。而我国北方的华北、东北地区相对于西北地区较近海洋,在每年7月下旬至8月上旬会进入全年中降水较多的雨季。从降水的季节分布状况来看,我国的南方地区属典型的雨热同期。我国北方的华北、东北等地区的降水主要集中在夏秋之交,虽降雨期短、降雨量少,但也是表现为“雨热同期”的气候特征。雨热同期是我国非常优越的气候资源,十分适宜农作物生长,是诞生农耕文明的重要条件。