短期氣候預(yù)測(cè)基礎(chǔ)

前言

我校建校初期就在天氣動(dòng)力學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了長(zhǎng)期預(yù)報(bào)課程，以已故的中國(guó)工程院院士章基嘉先生為主，編寫(xiě)出版了相應(yīng)的教材。該課程一直是我校大氣科學(xué)專(zhuān)業(yè)的主干必修課程之一，為形成我校大氣科學(xué)專(zhuān)業(yè)的特色做出了重要貢獻(xiàn)。20世紀(jì)70年代后期以來(lái)，氣候變化及其預(yù)測(cè)引起了世界各國(guó)政府和科學(xué)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(jì)之初，為了完成中國(guó)氣象局的培訓(xùn)任務(wù)，我們編寫(xiě)了一本短期氣候變化及其預(yù)測(cè)的講義并多次應(yīng)用。隨后，根據(jù)本科生的教學(xué)要求，又聽(tīng)取了各方面的意見(jiàn)，反復(fù)修改，寫(xiě)成了這本教材，在近10年的教學(xué)實(shí)踐中受到好評(píng)。氣候變化及其預(yù)測(cè)的研究成果涉及諸多方面。在一本主要為大學(xué)本科生使用的教材里如何構(gòu)建課程框架和取材是一個(gè)很困難的問(wèn)題。這需要考慮三個(gè)問(wèn)題：培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)時(shí)要求；學(xué)科自身的理論體系；實(shí)際應(yīng)用的要求。我們根據(jù)國(guó)內(nèi)外氣候研究的進(jìn)展和我國(guó)氣候預(yù)測(cè)的現(xiàn)狀，為本教材構(gòu)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(chǔ)上，以短期氣候變化和預(yù)測(cè)為主要內(nèi)容。為了既體現(xiàn)出學(xué)科自身的特點(diǎn)，又符合大學(xué)本科教材的要求，我們廣泛聽(tīng)取了校內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者的意見(jiàn)，提出了教學(xué)大綱和內(nèi)容安排，幾經(jīng)修改，最后確定本教材共設(shè)10章。其中第1章講述氣候、氣候系統(tǒng)、氣候變化和氣候預(yù)測(cè)的基本概念和性質(zhì)。第2～5章分別講述氣候系統(tǒng)各成員的性質(zhì)及其相互作用，并討論了在短期氣候預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。第6～9章講述了短期氣候預(yù)測(cè)方法，包括統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、動(dòng)力數(shù)值方法和統(tǒng)計(jì)與動(dòng)力相結(jié)合的方法；作為各種方法的綜合應(yīng)用，特別介紹了我國(guó)夏季降水的成因和預(yù)測(cè)；還介紹了預(yù)測(cè)評(píng)分方法。第10章介紹了年代際和更長(zhǎng)時(shí)間尺度的氣候變化以及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)氣候變化的影響，作為短期氣候變化及其預(yù)測(cè)的背景。最后的附錄給出了9個(gè)實(shí)習(xí)和計(jì)算機(jī)程序。每一章還給出了復(fù)習(xí)思考題。

內(nèi)容概要

　　《短期氣候預(yù)測(cè)基礎(chǔ)》用現(xiàn)代氣候概念，總結(jié)了短期氣候變化及其預(yù)測(cè)的最新理論研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以近40年長(zhǎng)期預(yù)報(bào)教學(xué)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了現(xiàn)代短期氣候預(yù)測(cè)的理論框架。全書(shū)共10章和一個(gè)附錄，分為五個(gè)部分：氣候系統(tǒng)及其變化和預(yù)測(cè)；氣候系統(tǒng)各個(gè)圈層的變化特征及其與短期氣候變化和預(yù)測(cè)的關(guān)系；短期氣候預(yù)測(cè)方法介紹，包括物理統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、數(shù)值方法和評(píng)分方法，這部分還重點(diǎn)介紹了中國(guó)夏季降水的預(yù)測(cè)方法；年代際氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)氣候變化的影響簡(jiǎn)介，作為短期氣候預(yù)測(cè)的背景；《短期氣候預(yù)測(cè)基礎(chǔ)》還包括了9個(gè)實(shí)習(xí)和相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序。每一章都附有復(fù)習(xí)思考題?！　　抖唐跉夂蝾A(yù)測(cè)基礎(chǔ)》可作為高等學(xué)校大氣科學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的教科書(shū)，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(guān)部門(mén)的專(zhuān)業(yè)人員、師生和研究生參考。

書(shū)籍目錄

前言第1章 氣候系統(tǒng)及其變化和預(yù)測(cè)1.1 氣候和氣候狀態(tài)1.2 氣候系統(tǒng)及其性質(zhì)1.3 氣候變化及其原因1.4 氣候預(yù)測(cè)的性質(zhì)1.5 短期氣候變化及其預(yù)測(cè)復(fù)習(xí)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(wèn)題2.4 東亞大氣環(huán)流和季風(fēng)2.5 大氣環(huán)流表征方法復(fù)習(xí)思考題第3章 大氣低頻變化及其遙相關(guān)3.1 大氣低頻變化的基本特征3.2 大氣遙相關(guān)3.3 不同時(shí)間尺度的低頻變化3.4 大氣低頻變化的可能原因復(fù)習(xí)思考題第4章 海氣相互作用與短期氣候預(yù)測(cè)4.1 海洋的基本特性4.2 ENSO及其對(duì)氣候的影響4.3 不同海區(qū)海溫對(duì)東亞氣候的影響4.4 海冰對(duì)氣候變化的影響4.5 海洋資料在短期氣候預(yù)測(cè)中的應(yīng)用復(fù)習(xí)思考題第5章 陸面過(guò)程與短期氣候預(yù)測(cè)5.1 陸面過(guò)程在氣候預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)中的應(yīng)用復(fù)習(xí)思考題第6章 氣候模式及其在短期氣候預(yù)測(cè)中的應(yīng)用6.1 氣候模式6.2 當(dāng)代氣候模擬6.3 氣候敏感性試驗(yàn)6.4 短期氣候的數(shù)值預(yù)測(cè)復(fù)習(xí)思考題第7章 短期氣候預(yù)測(cè)的物理統(tǒng)計(jì)方法7.1 統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方法7.2 動(dòng)力一統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方法7.3 集成預(yù)報(bào)7.4 短期氣候預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)復(fù)習(xí)思考題第8章 中國(guó)東部夏季降水預(yù)測(cè)8.1 中國(guó)夏季降水的主要特征及其三類(lèi)雨型8.2 影響中國(guó)汛期降水的主要物理因子8.3 中國(guó)夏季降水的預(yù)測(cè)復(fù)習(xí)思考題第9章 預(yù)測(cè)評(píng)估方法9.1 預(yù)測(cè)評(píng)估方法9.2 預(yù)測(cè)評(píng)估方法在短期氣候預(yù)測(cè)中的應(yīng)用復(fù)習(xí)思考題第10章 年代際與長(zhǎng)期氣候變化10.1 年代際氣候變化10.2 長(zhǎng)期氣候變化10.3 人類(lèi)活動(dòng)對(duì)氣候變化的影響復(fù)習(xí)思考題參考文獻(xiàn)實(shí)習(xí)實(shí)習(xí)1大氣環(huán)流狀況的表征實(shí)習(xí)2大氣環(huán)流分型實(shí)習(xí)3大氣遙相關(guān)實(shí)習(xí)4預(yù)測(cè)因子的選擇（1）——合成分析方法實(shí)習(xí)5預(yù)測(cè)因子的選擇（2）——奇異值分解方法實(shí)習(xí)6我國(guó)夏季降水雨型的預(yù)測(cè)實(shí)習(xí)7夏季區(qū)域降水的定量預(yù)測(cè)實(shí)習(xí)8數(shù)值模式結(jié)果在短期氣候預(yù)測(cè)中的應(yīng)用實(shí)習(xí)9預(yù)測(cè)評(píng)分附錄實(shí)習(xí)參考程序

章節(jié)摘錄

插圖：地和其他外強(qiáng)迫的平均條件來(lái)定義氣候狀態(tài)。因此，對(duì)于大氣來(lái)說(shuō)，平均時(shí)段必須至少超過(guò)天氣系統(tǒng)的平均生命期。據(jù)此，我們就可定義一個(gè)月、一個(gè)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(lái)確定氣候狀態(tài)。這對(duì)大氣來(lái)說(shuō)雖是一個(gè)特例，卻仍是一個(gè)有用的概念。對(duì)于不同的外界條件，又可以得到內(nèi)部系統(tǒng)的另一個(gè)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(lèi)的兩個(gè)氣候狀態(tài)之間的差異。例如，兩個(gè)典型的八月份的氣候狀態(tài)之差異、兩個(gè)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(gè)給定時(shí)段的某個(gè)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(gè)或兩個(gè)一起出現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)意義上顯著的變化。平均值變化，表明氣候變化進(jìn)入另一個(gè)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(shuō)明氣候變化與平均值變化和離差值變化的關(guān)系。假定某一地區(qū)或地點(diǎn)的溫度時(shí)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??；極冷或極熱的天氣（一般在2倍標(biāo)準(zhǔn)差一以上）出現(xiàn)的概率很小，稱(chēng)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(shí)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(shuō)極端高溫氣候事件增加。圖1.1.1 b則說(shuō)明平均值不變，但離差增加后，也會(huì)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(shuō)明，對(duì)于一個(gè)服從正態(tài)分布的氣候變量來(lái)說(shuō)，氣候變化可以由氣候平均值或離差的變化描述，當(dāng)其中的一個(gè)量變化而另一個(gè)不變化的時(shí)候，也能說(shuō)明氣候變化與極端氣候事件出現(xiàn)的關(guān)系。但是應(yīng)該指出，當(dāng)平均值和離差同時(shí)變化的時(shí)候，氣候變化與極端氣候事件的關(guān)系就復(fù)雜得多了，當(dāng)然，大多數(shù)氣候變量并不服從正態(tài)分布，情況就更復(fù)雜了。

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《短期氣候預(yù)測(cè)基礎(chǔ)》：普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材

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