北半球大气环流的最佳相似识别

北半球大气环流的最佳相似识别 k氟j苫稼|以 Al辛 一 砰北半球大气环流的最佳相似识别 李双林 (武汉中心气象台 丁一 武汉430074) 采用综合考虑形相似和值相似的相似指敷法?,通过建立i佳相似识别自动化未蚝 对1989~1991年共144个相似样式,在谯报月雨量,捧雨量连势中的可覆较性进行了袋骚,蛄果表 明-(1)环泣形势相似方法作月降书量谯报,以2月和5月关束鞋好,相似样式比较月提前一个 月l(2)环流形势相似作捧雨连势较时,以1月和5月关意鞋好l(3)环流相似的持续性一般鞋盖,采用一种综合考虑相似系数 和距离系数,以反映形相似和值相似为特点的相似 指数法,作为识别北半球5OOhPa高度场最佳相似的 数学工具.为检验诫方法在降水量长期预报上的应 用前景.本文选取1930,1991年共J2年逐月 5OOhPa月平均高度场网格点资料,逐月计算该验证 年与前推刊1951年以来的各年的相似指数,并按相 似指数大小顺序排列出所对应的年份,统计其最相 似的5年所具有的预报能力.此外还计算了江淮大 涝的l954,1969,1980,1983,1991年4月至6月 5OOhPa高度与历史同期的相似指数,以寻找大涝年 前期环流的共同点,晟后应用t检验,检验这种关 系. 2相似指数及最佳相似场 表征物理量相似程度的统计量有符号相似,夹 收稿日期:l995--ll一29 湖北气象?1996?l 角余弦,相似系数,距离系数(包括欧氏距离及马氏 距离)和相似指数,其中以相似指数较为全面,既考 虑形相似,又考虑值相似,其表达式为. =圳一鲁) 式中是欧氏距离,=?(+)为两十场的均 方差叽和的平均,11.是正整数,用来调节形相似和 值相似之间的权重,可由计算机自动调节直到取得 最佳效果.圈1是搏报年1983年5月500’~高度 场与计算得到的最佳相似年1969年5月高度场的 对比(图略),两年的超长波橹脊位置及硎高强度位 置基本一致,因此1969年的棒雨趋势可作为1983 年的预报背景. 3环流相似方法在月,季雨量预报中可预 报性检验 利用中央气象台提供的北半球5OOhPa月平均 高度塌舟搭点赍料,设计了北半球大气环流最佳相 似识别程序,并对1980~1991年逐年逐月50OldPa 高度场进行验算.下面是这些相似场在作月降水量 或梅雨量预报中应用前景的统计结果. 3.1量隹相似场预报月雨量的意义 利用1980,19-91年共12年的资料,计算各月 与历史同期的相似指数,投出最相似5年和最不相 似5年,统计最相似和最不相似两组样本次月对应 我省降水量级的关系.在统计中,降水量缎以表1标 准确定(表1). 3 鼹 衰l湖北省月雨量待级表 评定时怍如下规定:(1)同一量级或趋势一致定 为正确’(2)省内5个区域中有4个区域正确即为正 确.表2为500hPa月平均环流相似中最佳二十相似 场所对应的次月雨量的趋势关系.所列数值为趋势 相同的机率. 衰21980~1991年备月前二个相似蝎预报 坎月雨量正确的比率 嚣123456789lO1112 比16151518】5l3141471212】1 重242424242424242424242424 由表可见,利用环流相似一预报次月湖北省范围 内月雨量存在一定关系,其中以预报2月和5月较 好,正确率在63,75之间.预报其他月份效果 不明显.为了进一步说明这种关系的可信性.用t检 验,比较最相似5年和最不相似的5年武汉市平均 月雨量差异的显着性,其结果仅眩通过…010的 显着性检验,这说明单纯应用环流形势相似预报月 雨量是不报理想的. 3.2量佳相似蝎丑报拇雨量趋势的意义 选取梅雨期洪涝的1994,】96g,1980,1983, 1991年.计算4,5,6三个月96Oh]Pa北半球平均高 度场与历史同期的相似指数,井取一个最佳相似年 及三个最佳相似年来预报梅雨重趋势.其预报成功 辜见表3 衰3相似场预报拇雨趋势正确率 由表可见.利用5月环流形势最佳相似场顶报 当年梅雨趋势意义最大.进行t检验.即选取最相似 5年和最不相似5年,把对应年的梅雨量距平,分成 两组样本进行检验.计算得到5月僻c一233>hat =2,l0,通过了显着性检验5月份是西南季风开始 14 活跃的月份.梅雨的多少与该月的大气环流有密切 关系,因此,选择的最佳相似也具有较好的顶报意 义.根据近3年的实际应用.有一定效果.如.1994 年5月的第一相似年是1965年’1995年5月的第 一 相似年是1980年.这两年梅雨量距平趋势与选上 的相似年距平符号一致. 用同样方法验证1月份环流场一结果表孵t最相 似的5年所对应的梅雨量与最不相似的5年所对应 的梅雨量有十分显着的差异t=5.21大大超过梅雨 期邻近月份的t值.这一统计关系说明.大气环流存 在着以半年为振档周期的韵律现象,由此表明对梅 雨量的预报,一方面可考虑梅雨前期大气环流的特 征,另一方面还要注意大气运动的自身振荡规律. 3.3环流的持续相似 所谓环流的持续相似是指某月相似的两个环流 形势场到次月两者仍然相似.取前5位最佳相似场 考察环流的持续相似,表4为对1980~lgg1年共 12年各月的统计情况. 表41980~1991年备月翦5位 相似年的持续相似宰() 月份1234567891011l2平均 相似率2O171722101013121212222317 由表可见,环流的持续相似总的来看是报低的. 但各季节比较.以冬夏季较好,春,秋季较整. 4小结 长期天气碗报由于大气外界的强迫影响因子较 多.因此单纯考虑环流形势相似来预报月降水量是 有困难的,怍为一种方法.可在预报中参考.但利用 5月和1月环流形势相似.预报梅雨趋势有比较好 的效果. 参考文献 l仇永史等.中期天气预报.北索t科学出版社. 1985 2赵振国.相似法在中央台长期期报中的应用.北 京气皇中,0技求(内部刊柏). 湖北气象?l996?l