短期氣候預測基礎

前言

我校建校初期就在天氣動力學專業(yè)開設了長期預報課程，以已故的中國工程院院士章基嘉先生為主，編寫出版了相應的教材。該課程一直是我校大氣科學專業(yè)的主干必修課程之一，為形成我校大氣科學專業(yè)的特色做出了重要貢獻。20世紀70年代后期以來，氣候變化及其預測引起了世界各國政府和科學家的高度重視，取得了突破性的研究成果，但是缺乏能夠反映新成果的教材。本世紀之初，為了完成中國氣象局的培訓任務，我們編寫了一本短期氣候變化及其預測的講義并多次應用。隨后，根據(jù)本科生的教學要求，又聽取了各方面的意見，反復修改，寫成了這本教材，在近10年的教學實踐中受到好評。氣候變化及其預測的研究成果涉及諸多方面。在一本主要為大學本科生使用的教材里如何構建課程框架和取材是一個很困難的問題。這需要考慮三個問題：培養(yǎng)目標和學時要求；學科自身的理論體系；實際應用的要求。我們根據(jù)國內(nèi)外氣候研究的進展和我國氣候預測的現(xiàn)狀，為本教材構建的框架是：在現(xiàn)代氣候基本概念和氣候變化理論的基礎上，以短期氣候變化和預測為主要內(nèi)容。為了既體現(xiàn)出學科自身的特點，又符合大學本科教材的要求，我們廣泛聽取了校內(nèi)外專家學者的意見，提出了教學大綱和內(nèi)容安排，幾經(jīng)修改，最后確定本教材共設10章。其中第1章講述氣候、氣候系統(tǒng)、氣候變化和氣候預測的基本概念和性質。第2～5章分別講述氣候系統(tǒng)各成員的性質及其相互作用，并討論了在短期氣候預測中的應用。第6～9章講述了短期氣候預測方法，包括統(tǒng)計學方法、動力數(shù)值方法和統(tǒng)計與動力相結合的方法；作為各種方法的綜合應用，特別介紹了我國夏季降水的成因和預測；還介紹了預測評分方法。第10章介紹了年代際和更長時間尺度的氣候變化以及人類活動對氣候變化的影響，作為短期氣候變化及其預測的背景。最后的附錄給出了9個實習和計算機程序。每一章還給出了復習思考題。

內(nèi)容概要

　　《短期氣候預測基礎》用現(xiàn)代氣候概念，總結了短期氣候變化及其預測的最新理論研究成果和實踐經(jīng)驗，以近40年長期預報教學為基礎，構建了現(xiàn)代短期氣候預測的理論框架。全書共10章和一個附錄，分為五個部分：氣候系統(tǒng)及其變化和預測；氣候系統(tǒng)各個圈層的變化特征及其與短期氣候變化和預測的關系；短期氣候預測方法介紹，包括物理統(tǒng)計學方法、數(shù)值方法和評分方法，這部分還重點介紹了中國夏季降水的預測方法；年代際氣候變化和人類活動對氣候變化的影響簡介，作為短期氣候預測的背景；《短期氣候預測基礎》還包括了9個實習和相應的計算機程序。每一章都附有復習思考題?！　　抖唐跉夂蝾A測基礎》可作為高等學校大氣科學類專業(yè)及相關專業(yè)學生的教科書，也可供氣象、海洋、水文、地理、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、航空和航海等有關部門的專業(yè)人員、師生和研究生參考。

書籍目錄

前言第1章 氣候系統(tǒng)及其變化和預測1.1 氣候和氣候狀態(tài)1.2 氣候系統(tǒng)及其性質1.3 氣候變化及其原因1.4 氣候預測的性質1.5 短期氣候變化及其預測復習思考題第2章 大氣環(huán)流的基本狀況2.1 控制大氣環(huán)流的基本因子2.2 平均水平環(huán)流2.3 平流層大氣環(huán)流的若干問題2.4 東亞大氣環(huán)流和季風2.5 大氣環(huán)流表征方法復習思考題第3章 大氣低頻變化及其遙相關3.1 大氣低頻變化的基本特征3.2 大氣遙相關3.3 不同時間尺度的低頻變化3.4 大氣低頻變化的可能原因復習思考題第4章 海氣相互作用與短期氣候預測4.1 海洋的基本特性4.2 ENSO及其對氣候的影響4.3 不同海區(qū)海溫對東亞氣候的影響4.4 海冰對氣候變化的影響4.5 海洋資料在短期氣候預測中的應用復習思考題第5章 陸面過程與短期氣候預測5.1 陸面過程在氣候預測中的重要性5.2 土壤濕度和土壤溫度的影響5.3 植被的影響5.4 積雪的影響5.5 陸面資料在短期氣候預測中的應用復習思考題第6章 氣候模式及其在短期氣候預測中的應用6.1 氣候模式6.2 當代氣候模擬6.3 氣候敏感性試驗6.4 短期氣候的數(shù)值預測復習思考題第7章 短期氣候預測的物理統(tǒng)計方法7.1 統(tǒng)計預測方法7.2 動力一統(tǒng)計預測方法7.3 集成預報7.4 短期氣候預測業(yè)務系統(tǒng)復習思考題第8章 中國東部夏季降水預測8.1 中國夏季降水的主要特征及其三類雨型8.2 影響中國汛期降水的主要物理因子8.3 中國夏季降水的預測復習思考題第9章 預測評估方法9.1 預測評估方法9.2 預測評估方法在短期氣候預測中的應用復習思考題第10章 年代際與長期氣候變化10.1 年代際氣候變化10.2 長期氣候變化10.3 人類活動對氣候變化的影響復習思考題參考文獻實習實習1大氣環(huán)流狀況的表征實習2大氣環(huán)流分型實習3大氣遙相關實習4預測因子的選擇（1）——合成分析方法實習5預測因子的選擇（2）——奇異值分解方法實習6我國夏季降水雨型的預測實習7夏季區(qū)域降水的定量預測實習8數(shù)值模式結果在短期氣候預測中的應用實習9預測評分附錄實習參考程序

章節(jié)摘錄

插圖：地和其他外強迫的平均條件來定義氣候狀態(tài)。因此，對于大氣來說，平均時段必須至少超過天氣系統(tǒng)的平均生命期。據(jù)此，我們就可定義一個月、一個季度、一年、十年等的氣候狀態(tài)。傳統(tǒng)上用30年（由世界氣象組織確定）的平均值和高階矩來確定氣候狀態(tài)。這對大氣來說雖是一個特例，卻仍是一個有用的概念。對于不同的外界條件，又可以得到內(nèi)部系統(tǒng)的另一個不同的氣候狀態(tài)。因此，我們可以定義氣候變化為同一種類的兩個氣候狀態(tài)之間的差異。例如，兩個典型的八月份的氣候狀態(tài)之差異、兩個典型的十年的氣候狀態(tài)之差異，等，這種差異既包括平均值的差異，也包括高階矩的差異。而氣候距平則定義為一個給定時段的某個氣候狀態(tài)與同等狀態(tài)的總體之偏差。氣候狀態(tài)是不斷變化的，氣候變化是指氣候平均狀態(tài)（平均值）和離差（方差）兩者中一個或兩個一起出現(xiàn)了統(tǒng)計意義上顯著的變化。平均值變化，表明氣候變化進入另一個氣候態(tài)；離差，則表示氣候變化幅度。離差值增大，表明氣候變化的幅度增大，氣候狀態(tài)不穩(wěn)定性增加，氣候變化敏感性也增大。圖1.1.1 以溫度為例說明氣候變化與平均值變化和離差值變化的關系。假定某一地區(qū)或地點的溫度時間平均值（月、季或年）服從正態(tài)分布，則該地區(qū)的溫度平均值在多年平均溫度處出現(xiàn)的概率最大，偏冷和偏熱的天氣出現(xiàn)的概率較?。粯O冷或極熱的天氣（一般在2倍標準差一以上）出現(xiàn)的概率很小，稱為極端氣候事件。假如由于氣候變暖的作用，平均值增加（圖1.1.1 a），在離差不變的條件下，這時偏熱天氣出現(xiàn)的概率明顯增加，并且極熱天氣出現(xiàn)的概率也明顯增加，也就是說極端高溫氣候事件增加。圖1.1.1 b則說明平均值不變，但離差增加后，也會造成極端氣候事件（偏冷或偏熱以及極冷或極熱）出現(xiàn)的概率增大。圖1.1.1 說明，對于一個服從正態(tài)分布的氣候變量來說，氣候變化可以由氣候平均值或離差的變化描述，當其中的一個量變化而另一個不變化的時候，也能說明氣候變化與極端氣候事件出現(xiàn)的關系。但是應該指出，當平均值和離差同時變化的時候，氣候變化與極端氣候事件的關系就復雜得多了，當然，大多數(shù)氣候變量并不服從正態(tài)分布，情況就更復雜了。

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《短期氣候預測基礎》：普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材

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