华南高温过程低频监测与动力-统计延伸期预报方法及系统与流程

本发明涉及气象科学，尤其涉及华南高温过程低频监测与动力-统计延伸期预报方法及系统。

背景技术：

1、随着全球变暖，近50多年以来，华南地区极端高温日数呈增加趋势，广东省高温热浪变化率增加趋势更为明显，且绝大部分站点于20世纪90年代后期进入快速增长期(陈颖等，2016；张平等，2018；伍红雨等，2020)。统计表明，有气象记录以来广东区域平均年高温日数最多的前十位均出现在1998年以后，尤其是2014年-2019年有4年均处在历史高位(伍红雨等，2020)。由于高温热浪对人类生存、社会经济发展、水资源和生态环境造成严重威胁，现已成为气候变化领域中各国学者及社会公众所关注的热点(徐金芳等，2009；沈皓俊等，2018)。若能提前10-30天对未来可能出现的高温天气过程做出较准确的中期-延伸期预报，则可减少高温天气对社会、经济、能源、城市建设和人民生产生活的影响。

2、有关华南或广东的高温天气，不少学者主要从气候变化特征及其影响因子(黄忠等，2005；纪忠萍等，2005；炎利军等，2008；伍红雨等，2011，2020；ding t et al.,2018)及典型高温过程成因(张宇等，2014；邹海波等，2015；张芳华等,2019)进行研究，但关于华南高温过程的季节内变化及其环流演变特征，特别是从低频环流演变特征方面来研究的较少。数值模式产品是延伸期业务预报的重要支撑之一，欧洲中期天气预报中心(ecmwf)的次季节预报系统是业务中常用的延伸期参考模式，它对未来2-3周的高空位势高度、温度和风场具有预报技巧(buizza和leutbecher，2015)，但对第16-30天的延伸期日最高气温预报与实况相差较大，预报以偏低为主(尹姗等，2020)。因此，若能掌握华南夏季高温的季节内变化规律及其关键影响因子与关键区，建立夏季高温的定量预报模型，结合ecmwf32天或46天的延伸期预报模式产品，建立华南高温过程的动力-统计延伸期预报系统，对做好夏季高温天气过程的延伸期预报有重要意义。

3、建立华南高温过程的动力-统计延伸期预报系统，主要存在以下几个问题：

4、(1)华南夏半年逐日最高温度的季节内振荡特征如何？

5、(2)华南典型高温过程季节内振荡不同阶段的环流场特征如何？

6、(3)哪些因子与关键区影响华南逐日最高温度变化？

7、(4)不同关键区因子与华南逐日最高温度的关系如何？哪些因子组合可建立最佳多元回归方程？所建方程的效果如何？

技术实现思路

1、本发明的目的是提供华南高温过程低频监测与动力-统计延伸期预报方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案，

3、具体的，提出华南高温过程低频监测与动力-统计延伸期预报方法，包括以下：

4、确定华南逐日最高温度的季节内振荡特征；

5、确定华南逐日最高温度季节内振荡不同变化阶段的环流场演变特征；

6、确定影响华南逐日最高温度变化的关键因子与关键区域；

7、根据确定影响华南逐日最高温度变化的关键因子的关系来确定用于实际预报的最佳因子，再结合多元线性回归方法确定回归系数，以建立预报方程；

8、基于建立的预报方程对华南地区的目标代表站未来32天的逐日最高温度做出动力-统计延伸期预报。

9、进一步，具体的，确定华南逐日最高温度的季节内振荡特征包括，

10、对目前现有文献定义的华南区域，即(26-32°n，105-122°e)范围内站点平均的1961～2019年逐年5月1日～9月30日逐日最高温度距平序列做功率谱分析，其中最大滞后长度m＝45，并将每年各个周期上的功率谱值与0.05显著性水平值相比，从而得到每年各个周期上的比值，以时间为横坐标，各周期为纵坐标，得到4天以上二维的功率谱值过0.05显著性水平检验图，结合对大气低频变化时间尺度的定义：季节内低频振荡一般指时间尺度大于7-10天但小于90天的准周期变化，得到能通过0.05显著性水平检验的准单周振荡以及准双周振荡的时间范围。

11、进一步，具体的，确定华南逐日最高温度的季节内振荡不同变化阶段的环流场演变特征，包括，

12、首先，对1961～2017年逐年5～9月逐日最高温度做10～20天滤波，以波峰的振幅大于1倍标准差，作为一次准双周振荡过程选取的标准，根据现有文献对持续性高温过程事件的定义，选取1961～2017年6～8月120个华南持续性高温过程的典型个例，并基于此将每次循环分为5个位相，将1～4个位相对应日期的原始200hpa、500hpa风场与高度场、850hpa风场及其低频滤波场分别进行合成，可得到反映华南持续性高温过程的大尺度环流场的共同演变特征。

13、进一步，具体的，确定影响华南逐日最高温度变化的关键因子与关键区域，包括，

14、根据反映华南持续性高温过程的大尺度环流场的共同演变特征、结合极端位相即波峰与波谷之间的差值场特征，选取影响华南地区夏季日最高温度变化的关键因子和关键区域为：200hpa(100.0-120.0°e，20.0-40.0°n)位势高度(x1)，500hpa(20.0-40.0°e，60.0-70.0°n)位势高度(x2)、500hpa(115.0-140.0°e，45.0-60.0°n)位势高度(x3)、500hpa(100.0-120.0°e，20.0-30.0°n)位势高度(x4)，850hpa(107.5-120.0°e；20.0-30°n)西南风(x5)与温度(x6)，利用ncep/ncar再分析资料，计算逐年6个关键区域内区域平均值，作为初选的预报因子(x1～x6)。

15、进一步，具体的，建立预报方程的过程，包括以下，

16、计算目标区域1961-2010年共50年逐年5-9月总时间序列及逐年5-9月逐日最高气温时间序列与初选的预报因子之间的相关系数，并采用有效自由度的方法计算相关系数的置信度水平，根据置信度水平形成多个初步的预报因子组合方案，对初步的预报因子组合方案从相关系数、误差的标准差以及所采用的预报因子数量进行分析，得到最优的预报因子组合方案，并基于此得到预报方程。

17、进一步，基于建立的预报方程对华南地区的目标代表站未来32天的逐日最高温度做出动力-统计延伸期预报，包括，

18、利用micaps逐日最高温度的实时资料，采用小波逆变换进行多尺度滤波，建立近半年华南18个代表站逐日最高温度实时观测的原始及其10～30天与30～60天的滤波曲线，对近半年华南18个代表站的逐日高温的实时与低频变化进行监测，并对华南区域平均的最高温度及最高气温≥35℃站数进行监测。

19、再结合ecwmf32天预报的逐日环流场，提取未来32天关键区域的关键因子值，从而对华南18个代表站未来32天逐日最高温度做出动力-统计延伸期预报。

20、本发明还提出华南高温过程低频监测与动力-统计延伸期预报系统，包括：

21、季节内振荡特征计算模块，用于确定华南逐日最高温度的季节内振荡特征；

22、环流场演变特征计算模块，用于确定华南逐日最高温度的季节内振荡不同变化阶段的环流场演变特征；

23、关键因子与关键区域计算模块，用于确定影响华南逐日最高温度变化的关键因子与关键区域；

24、预报方程建立模块，用于根据影响华南逐日最高温度变化的关键因子确定用于实际预报的最佳因子，结合多元线性回归方法确定回归系数，建立预报方程；

25、动力-统计延伸期预报模块，用于基于建立的预报方程对华南地区的目标代表站未来32天的逐日最高温度做出动力-统计延伸期预报。

26、高温过程低频监测模块，用于建立近半年华南18个代表站逐日最高温度实时观测的原始及其10～30天与30～60天的滤波曲线，并对华南区域平均的最高温度及最高气温≥35℃站数进行监测。

27、本发明的有益效果为：

28、本发明提出华南高温过程低频监测与动力-统计延伸期预报方法，利用micaps实时及历史逐日最高温度资料，基于华南地区的目标代表站所建立的预报方程，结合ecmwf32天预报的逐日环流场，提取未来32天关键区预报因子值，从而对华南18个代表站未来32天最高温度做出动力-统计预报，建立每日定时运行、滚动更新的“华南高温过程低频监测与动力-统计延伸期预报系统”，提升了华南逐日最高温度尤其是持续性高温过程季节内变化的实时监测和延伸期预报能力。