一個創(chuàng)新研究
——大氣數(shù)值模式變量的物理分解及其在極端事件預報中的應用

丑紀范

中國氣象局氣象干部培訓學院，北京 100081

一個創(chuàng)新研究
——大氣數(shù)值模式變量的物理分解及其在極端事件預報中的應用

丑紀范

中國氣象局氣象干部培訓學院，北京 100081

大氣溫度、濕度、位勢高度和風等數(shù)值模式變量可以物理分解為緯圈－時間平均的對稱部分和時間平均的非對稱部分，以及行星尺度瞬變擾動和天氣尺度瞬變擾動等四個部分.區(qū)域持續(xù)性干旱、暴雨、熱浪、低溫和雨雪冰凍等極端天氣事件與前期及同期數(shù)值模式中的行星尺度和天氣尺度大氣擾動系統(tǒng)之間呈現(xiàn)出密切的關系.瞬變擾動天氣圖可成為預報極端天氣事件的新工具.本文在歸納本期9篇原創(chuàng)性文章的基礎上，探討大氣變量物理分解后需要進一步研究的理論問題和應用前景.

物理分解，數(shù)值模式，極端天氣事件，天氣尺度擾動，創(chuàng)新研究

1 引 言

極端天氣和異常氣候事件，比如洪澇、干旱、高溫熱浪和低溫凍雨等，對社會經(jīng)濟和人們的生產(chǎn)、生活有著特別重大的影響.領導和公眾格外希望獲得對它們的準確預報.隨著經(jīng)濟發(fā)展和人們活動范圍的擴大，短期預報已不能滿足社會需求，迫切需要中期－延伸期的極端天氣預報.然而，暫且不論“極端”的確切定義，對這些小概率事件，統(tǒng)計預報方法難以奏效.中期數(shù)值天氣預報模式給這些預報帶來了希望，但模式變量的溫、壓、風與極端天氣和異常氣候事件之間又缺乏明確的聯(lián)系.對此，有長期實踐經(jīng)驗的個別專家有可能會悟出一些門道［1］，但這終究不是辦法.面臨的科學問題是，如何客觀地建立它們之間的聯(lián)系，從而可用中期天氣預報模式提供的9～10天預報產(chǎn)品作出某種極端氣象事件的預報，建立模式變量與天氣狀況的關系，用氣象術(shù)語表達是模式輸出產(chǎn)品的統(tǒng)計釋用，稱為MOS.然而對暴雨等極端事件，樣本不多，統(tǒng)計方法并非良策.在中小尺度的暴雨短期預報中，Gao等［2］開創(chuàng)的采用濕位溫、濕渦度等可稱為模式預報產(chǎn)品的動力釋用，得到了廣泛的應用，取得很好的效果.現(xiàn)在錢維宏等在這一期《地球物理學報》中的文章所建立的關系可稱為模式預報產(chǎn)品對極端氣象事件的天氣學釋用.如果人們希望把預報時效提前到10天以上，僅僅憑模式變量與極端事件的同期關系已經(jīng)不夠了，需要找出前期的關系，這是面臨的又一個科學問題.北京大學大氣科學系的錢維宏研究組對這兩個問題進行了系統(tǒng)的、創(chuàng)造性的研究，取得了豐富的成果.首先，該研究組基于中國臺站氣象觀測資料和他們?yōu)閰^(qū)域持續(xù)性暴雨、熱浪、低溫、干旱等四類極端天氣事件的明確定義，確定了我國近60年來發(fā)生的上千次暴雨事件和上百次熱浪、低溫和干旱事件，出版了《氣候變化與中國極端氣候事件圖集》［3］.以此為基礎，該研究組致力于在觀測的大氣變量和數(shù)值模式變量中，突出其中的異常值，即提煉出對區(qū)域極端天氣事件預報有用的信息.辦法是將規(guī)則的外強迫形成的氣候變化部分從觀測變量和模式變量中分離.據(jù)此，他們用觀測大氣變量和數(shù)值模式變量制作了擾動天氣圖.擾動天氣圖上的擾動系統(tǒng)與極端天氣事件之間有密切的聯(lián)系.該研究組從已有的某種極端天氣事件的全部樣本出發(fā)，尋找同期或前期瞬變擾動天氣圖上的共同特征，是為倒向問題.依據(jù)尋找出的共同特征作為歷史的回報和預報，是為正向問題.這一期《地球物理學報》中的9篇文章反映了他們在這方面創(chuàng)新研究的部分成果.本文在歸納錢維宏研究組已有研究的基礎上，對大氣數(shù)值模式變量物理分解的理論意義和潛在的可能應用做進一步的探討.

2 揭開面紗的分解法

大氣中充滿了各種時空尺度的變化.在引導天氣預報革命性的大氣動力學理論中，意義最重大的是尺度分離.從原始的Navier－Stokes（N－S）方程出發(fā)，比較方程中慣性力與地轉(zhuǎn)偏向力的大小，從而得到了Rossby數(shù).當Rossby數(shù)小于1（運動尺度大于百公里量級）的時候，簡化并得到了可指導逐日天氣預報的Rossby波方程，從而濾去了與逐日天氣變化無關的那些波動，更重要的是把逐日短期天氣預報提升到了理論的高度，即天氣動力學.這套流體力學的尺度分離思想與方法，后來也為數(shù)值天氣預報的成功作出了貢獻［4］.

天氣動力學對逐日天氣預報的突出貢獻就是Rossby波，也就是預報員每天做天氣預報時在天氣圖上跟蹤的“槽來脊去”波動.我們曾經(jīng)考慮，Rossby波僅僅是全球大氣三維空間中波動的水平分支，另外兩支分別是經(jīng)向垂直剖面內(nèi)的Hadley環(huán)流和緯向垂直剖面內(nèi)的Walker環(huán)流［5］.理論上，用這三支環(huán)流就可以描寫全球大氣的主要運動形態(tài)了.

上述的例子只是說明，要做好天氣預報和氣候預測，從混沌的大氣變量中得到簡化了的有用信息，是多么的重要.在錢維宏的《圖集》［3］中，他提出了氣候鐘的概念，認為觀測和模式輸出的大氣變量中包含著日循環(huán)、年循環(huán)、十年際和年代際等多時空尺度的已知外強迫下的變化［6］.這些因果關系比較清楚的規(guī)則變化就是氣候鐘，它們是需要認識的，相對這些規(guī)則變化的偏差及其出現(xiàn)的極端天氣事件和異常氣候事件才是需要預報的［7］.他對天氣與氣候的關系描述是，認識氣候及其變化是天氣預報的基礎.

我們確信，極端天氣和異常氣候事件與大氣的異常運動有關，而大氣運動總是有外強迫或激發(fā)源的.大氣作為相對稀薄的耗散流體，異常運動會滯后激發(fā)源，并且異常波動能夠傳播.大氣的這些特性表明，極端天氣和異常氣候的預報可以找到前期信號.姑且不考慮十年際和年代際以上時間尺度的氣候鐘或異常強迫，而只關注年（季節(jié)）循環(huán)的氣候鐘及其大氣的異常變化.錢維宏研究組的一套創(chuàng)新體系的基礎就表現(xiàn)在，對大氣變量所作的四部分分離，即緯圈－時間平均的對稱部分和時間平均的非對稱部分，以及行星尺度瞬變擾動和天氣尺度瞬變擾動［8］.前兩部分是太陽季節(jié)輻射和海陸調(diào)節(jié)的氣候鐘，第三部分是赤道海洋與極地熱力強迫的行星尺度擾動，第四部分是局地強迫或大氣內(nèi)部運動引起的天氣尺度擾動.他們得到，對觀測的大氣不同連續(xù)變量，從1到30天，四部分的相對貢獻率是隨平均時間變化的.

與球諧函數(shù)形式的數(shù)學分解有所不同，他們把這四部分的變化與太陽輻射、海陸分布和年際及季節(jié)內(nèi)的強迫聯(lián)系起來，稱為物理分解［8］.在分解的第一個層面上，他們看到了南北半球大氣變量以及全球季風降水隨季節(jié)的變化，并滯后太陽輻射的變化一個月［9］.在分解的第二個層面上，他們認識到了全球?qū)α鲗拥蛯哟髿庵写嬖?9個大氣活動中心，在22個氣候槽中有3個行星尺度的季風槽和6個半島尺度的季風槽［9］.在分解的第三個層面上，他們看到了在對流層頂，有來自赤道與El Nio年際海溫增暖有關的行星尺度大氣擾動向赤道外的傳播，有來自赤道向副熱帶和中緯度傳播的季節(jié)內(nèi)行星尺度擾動，和有來自極地向高緯度傳播的季節(jié)內(nèi)行星尺度擾動.南極濤動和北極濤動正是這些行星尺度擾動與穩(wěn)定的天氣尺度擾動在極鋒對流層頂疊加的表現(xiàn)［10］.經(jīng)向行星尺度傳播的大氣擾動與那些大范圍持續(xù)性的異常氣候事件有聯(lián)系，如2009年秋季至2010年春季的我國西南干旱事件［11］和2011年初夏江南地區(qū)的“旱澇急轉(zhuǎn)”事件［12］.

極端天氣事件和異常氣候事件往往與分解的天氣尺度大氣擾動有關.在傳統(tǒng)的天氣圖上，江淮氣旋的冷、暖鋒面是隨高度向冷區(qū)傾斜的，暴雨帶多位于低空急流的左側(cè).但在分解后的擾動天氣圖上，江淮氣旋冷、暖鋒在700hPa以下幾乎是垂直的［12］，暴雨帶位于低層大氣擾動氣流對峙的輻合線上［13］.每年夏季，我國東部都會出現(xiàn)高溫熱浪事件.錢維宏研究組的分解分析認識到，江南部分地區(qū)在7月底出現(xiàn)35℃的高溫是正常的氣候，而不出現(xiàn)高溫才是異常的事件［14］.如果沒有足夠的經(jīng)驗，在傳統(tǒng)的對流層天氣圖上，從大氣變量中很難看到明顯的熱浪事件異常信號.但在擾動天氣圖上，顯著的250hPa高度擾動和400hPa溫度擾動的下方就是地面熱浪區(qū)，并且這些大氣擾動是在幾天前，對有些強熱浪事件甚至是在十多天前從遠方移動而來的，大多數(shù)是從歐亞中高緯度移動來的［15］.利用大氣變量天氣尺度擾動的分析，他們發(fā)現(xiàn)2008年初發(fā)生在我國南方的雨雪冰凍極端天氣的前期冷信號，來自北非—中亞，并繞過青藏高原北側(cè)，最后才到達我國南方地區(qū)［16］.利用得到的這一認識，他們提前預報了2011年初的南方地區(qū)雨雪冰凍天氣過程［17］.

利用大氣變量物理分解的擾動，不但可以繪制水平的擾動天氣圖，還可以繪制垂直剖面上的擾動天氣圖.如在垂直剖面的熱帶地區(qū)擾動天氣圖上，早年Madden和Julian［18］提出的熱帶大氣向東傳播的40—50天振蕩就更清楚了［12］.有些天氣尺度擾動當它們的尺度比較大時會在一些地區(qū)穩(wěn)定很長的天數(shù).對天氣尺度擾動變量先做月平均，再做旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗正交函數(shù)展開，錢維宏研究組不但得到了早年Wallace和Gutzler［19］用北半球冬季500hPa位勢高度計算點相關發(fā)現(xiàn)的5種遙相關型，還新發(fā)現(xiàn)了北極地區(qū)的“兩對偶極濤動”、“歐亞濤動（EAO）”和“大西洋－歐亞型”（AEA）波列［20］.這些濤動連接了相鄰地區(qū)的異常天氣和異常氣候.

對物理分解后的四個部分，錢維宏研究組把第二部分氣候鐘描述的季節(jié)變化與擾動結(jié)合起來，他們又很好的揭示了華南沿海臺風在初秋增強的季節(jié)鎖相［21］.北京大學這個研究組用這套物理分解的方法把前人多年分散研究得到的這么多時空尺度的大氣環(huán)流系統(tǒng)在一個統(tǒng)一的框架下聯(lián)系起來了，同時在此框架下還發(fā)現(xiàn)了前人沒有發(fā)現(xiàn)和命名的環(huán)流系統(tǒng)，包括遙相關系統(tǒng).這讓我們回想起，門捷列夫化學元素周期表的摸索制作過程，及其對后來化學發(fā)展的深遠影響.

3 理論問題研究的意義

經(jīng)過化學領域研究人員的長期努力，今天化學元素的排列關系清楚了，人們利用這些組成關系合成和制造了很多新型材料.人們認識了化學，并利用了化學為人類服務.大氣運動中的多時空尺度變化關系也需要先認識，再后預報它們的變化，可為人類利用天氣氣候資源和避免氣象災害服務.北京大學錢維宏研究組雖然做了努力，但大氣運動的復雜性及其與外強迫的關系動力學問題和大量的擾動環(huán)流理論問題還沒有完全解決，需要更多研究人員的長期不懈奮斗.

既然大氣變量四個部分分解是有物理意義的，那么我們希望了解太陽輻射季節(jié)強迫引起的大氣環(huán)流緯圈對稱結(jié)構(gòu)的具體演變圖像.強迫與大氣響應的過程，包括全球季風對強迫響應的滯后時間關系，南海夏季風爆發(fā)在南、北半球季節(jié)轉(zhuǎn)換突變中的表現(xiàn)，經(jīng)向－垂直剖面上Hadley環(huán)流的演變等.我們希望認識，對流層低層的19個大氣活動中心在垂直方向上是怎么變化的？這些大氣活動中心的強度和位置季節(jié)變化和年際變化會帶來哪些地區(qū)的異常氣候？需要定義和構(gòu)造怎樣的一些大氣環(huán)流異常指數(shù)（指標）？哪些季風（或環(huán)流）指數(shù)之間是有內(nèi)在聯(lián)系（或是獨立）的？全球22個氣候槽在季節(jié)變化上隨高度是怎樣變化的？它們有怎樣的年際和年代際變化，如何表達？它們與區(qū)域和全球季風強弱變化有什么聯(lián)系？這些時間平均的海陸尺度非對稱系統(tǒng)季節(jié)演變的動力學是否還滿足傳統(tǒng)大氣動力學的那些平衡關系？緯向－垂直剖面上Hadley環(huán)流的演變怎樣？

大氣是一部多時空尺度的熱機.只要有冷熱源的變化，這些熱機就會被啟動起來.如果把冷熱源也分解成氣候鐘式的冷熱源和異常的冷熱源，那么我們只需關注異常的那些冷熱源.赤道太平洋上的年際El Nio事件、熱帶海洋上的季節(jié)內(nèi)熱力變化和地球上的冰雪面積季節(jié)內(nèi)變化都會形成行星尺度的冷熱源異常.它們在大氣變量中的反映可集中在物理分解的行星尺度緯圈平均的瞬變擾動中.在這些行星尺度強迫源的作用下，經(jīng)向剖面上的半球三圈環(huán)流會發(fā)生怎樣的變化，特別是不同時間尺度強迫源變化與大氣行星尺度波動的關系，以及不同行星尺度大氣波動在傳播中的相互作用，這些問題都需要研究.

更為復雜的問題是天氣尺度的大氣擾動.它們的激發(fā)源是來自外強迫，還是大氣內(nèi)部的運動不穩(wěn)定？錢維宏等用大量的區(qū)域暴雨、熱浪、低溫、冰凍等的例子，分析了天氣尺度擾動信號來源的地理位置和垂直結(jié)構(gòu).但不同擾動變量之間，為什么有這樣的配置，并且牽涉到對流層頂，甚至平流層的擾動？很多的動力學問題，特別是擾動系統(tǒng)的發(fā)展問題并沒有回答.

可以預見，天氣尺度擾動變量描述的大氣動力學可能會與不分解的傳統(tǒng)大氣動力學有所不同.傳統(tǒng)天氣動力學中的表現(xiàn)形式是Rossby波，是否在擾動天氣動力學中的表現(xiàn)形式成了一些擾動渦旋的“粒子”了呢？正像光的波粒二相性那樣，即光傳播的波動性和粒子性.不管光是按照什么理論傳播的，人們總是把光利用起來了，照相機、望遠鏡、顯微鏡、汽車后視鏡，無一不是.

4 天氣擾動應用的前景

在規(guī)則強迫的氣候鐘下，錢維宏研究組提出了大氣變量可物理分解得到擾動分量.他們通過大量例子，建立了天氣尺度擾動分量與極端天氣和異常氣候事件之間的聯(lián)系，這是天氣擾動的應用.在天氣預報中，當家的預報工具是天氣圖.根據(jù)大氣變量四個部分物理分解的關系，自從第一張?zhí)鞖鈭D問世以來的二百多年中，預報員使用的天氣圖上的信息包含了對指示極端天氣和異常氣候事件無關的氣候分量部分和有關的擾動部分.錢維宏研究組把這部分對極端天氣和異常氣候事件有指示意義的擾動部分單獨提取出來，繪制的變量空間分布稱為擾動天氣圖.長期以來，人們得到的經(jīng)驗是，每個時次的700hPa以下2—3個氣壓層上的常規(guī)天氣圖上的天氣系統(tǒng)可用于預報當日區(qū)域暴雨等極端天氣發(fā)生的具體位置，500hPa形勢圖用于短期2—3天的天氣過程預報，而對對流層上部和平流層的天氣圖很少在業(yè)務中使用.錢維宏等的擾動天氣圖恰反映出，對流層至平流層的各層變量的擾動都會對區(qū)域極端氣象事件有指示和預報意義.預報員需要通過大量的例子分析，建立極端天氣和異常氣候事件與相關擾動量之間的聯(lián)系.

各級政府和公眾對氣象預報的要求越來越高.盡管我們現(xiàn)在除了有分布全球的常規(guī)探空氣象觀測網(wǎng)外，覆蓋全球的氣象衛(wèi)星觀測資料和產(chǎn)品也越來越多.隨著全球城市化的發(fā)展和高速交通線路的運營，城市局地和交通沿線短時（2～6h，或2～12h）的詳細天氣預報，特別是高影響天氣預報，成為人們的迫切需求.為了預報短時高影響天氣，時空加密探測要先行.現(xiàn)在的上海地區(qū)，除了常規(guī)的氣象雷達和10km分辨率的自動氣象站觀測外，還分布有11部風廓線雷達.風廓線雷達提供了地面至3000m高度上高分辨率風的瞬時觀測.這些氣象儀器探測到的資料可以在每5min內(nèi)通過計算機自動收集和處理顯示在預報員的面前.按照錢維宏的理論探討［6］，顯示在預報員面前的這些要素中包含了逐時和逐日變化的氣候鐘式的分量.這些與局地高影響天氣關系不大的大氣分量要去除.留下的與高影響天氣有關的擾動分量還需要進行分析和加工，最后的信息會大大的減少漏報和空報.

在天氣預報走向客觀定量化的道路上，數(shù)值天氣預報模式無可替代.在時空尺度上，現(xiàn)代數(shù)值預報向兩極發(fā)展：“一是向行星環(huán)流的中長期演變和氣候預測發(fā)展，另一是向中小尺度的災害性天氣的‘甚短期預報’發(fā)展”［22］.建立什么樣的模式？提供模式什么樣的啟動預報的資料？又如何從海量資料中，依據(jù)什么物理規(guī)則提煉出有用信息？這些又是業(yè)務應用中的一系列問題.

問題多并不可怕.過去我們搞氣象的人，怕的是沒有資料.現(xiàn)在有那么多的資料，怕的應該是沒有物理思路和方法.如果我們能夠找到一條合理的物理思路和解決問題的方法，各種時空尺度的預報前景應該看好.

5 結(jié) 語

現(xiàn)實的對極端氣象事件的預報問題研究途徑，包括倒向問題和正向問題的雙向探索.首先，作為倒向問題，即從已發(fā)生的某種極端氣象事件的全部樣本出發(fā)，做大量的例子分析，尋找其數(shù)值模式同期和前期來自觀測的大氣變量的共有特征.然后作為正向問題，依據(jù)近期觀測的實況或數(shù)值模式的預報，當出現(xiàn)倒向問題得出的指標時，作出某種極端氣象事件的預報.作為倒向問題尋找出的指標往往不能概括所有全部樣本，總有些例外，埋下了漏報的隱禍.這些指標是必要條件，而非充分條件，由此而產(chǎn)生的正向問題存在著空報的可能.如何減少漏報和空報率是今后努力奮斗的目標.從根本上說，是需要將上述物理氣候統(tǒng)計的方法發(fā)展為動力學的方法.具體的，要研究瞬變擾動天氣圖上哪些指標有物理意義，以及哪些擾動可能引發(fā)極端氣象事件的物理機制.這顯然是個困難的問題，因為瞬變擾動天氣圖上的量，比如風速，并非實際的氣流.這需要從動力學上證明，實際氣流中被分離出的部分，它們對該現(xiàn)象不起作用，猶如實際風在分解為速度勢部分和流函數(shù)部分時，輻合輻散（垂直運動）完全由速度勢部分所產(chǎn)生的那樣.只有倒向問題得出的指標獲得動力學的闡明，并為實際預報所證實時，那才是真正的指標.顯然，要攻克極端氣象事件預報的難題，人們還有很長的路要走.

（References）

［1］ 謝義炳.今后天氣學走向何方？中國氣象學會訊，1983，5：8－12.Xie Y B.How going to where for the synoptic meteorology？Chinese Meteorological Society Letters，1983，5：8－12.

［2］ Gao S T，Wang X，Zhou Y，Generation of generalized moist potential vorticity in a frictionless and moist adiabatic flow.Geophysical Research Letters，2004，31，L12113.

［3］ 錢維宏.氣候變化與中國極端氣候事件圖集，北京：氣象出版社，2011.Qian W H.Atlas of Climate Change and China Extreme Climate Events（in Chinese）.Beijing：China Meteorological Press，2011.

［4］ Channey J G.On the scale of atmospheric motions.Geophys.Bubl.，1948，XVII（2）：3－17.

［5］ 劉海濤，胡淑娟，徐明，丑紀范.全球大氣環(huán)流三維分解.中國科學D輯，2007，12：1679－1692.Liu H T，Hu S J，Xu M，Chou J F.Three－dimensional decomposition method of global atmospheric circulation.Sci.China Ser.D－Earth，2008，51（3）：386－402.

［6］ 錢維宏.如何提高天氣預報和氣候預測的技巧？地球物理學報，2012，55（5）：1532－1540，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.010.Qian W H.How to improve the skills of weather and climate predictions？Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1532－1540，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.010.

［7］ 錢維宏.認識氣候變化與極端氣候預報.科學，2008，60（5）：12－15.Qian W H.Identifying climate changes and predicting extreme climate events.Scientific Magzine（in Chinese），2008，60（5）：12－15.

［8］ 錢維宏.天氣尺度瞬變擾動的物理分解原理.地球物理學報，2012，55（5）：1439－1448，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.002.Qian W H.Physical decomposition principle of regional－scale atmospheric transient anomaly.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1439－1448，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.002.

［9］ Qian W H，Tang S Q.Identifying global monsoon troughs and global atmospheric centers of action on a pentad scale.Atmospheric and Oceanic Science Letters.，2010，3（1）：1－6.

［10］ Qian W H，Liang H Y.Propagation of planetary－scale zonalmean anomaly winds and polar oscillations.Chinese Sci.Bull.，2012，doi：10.1007／s11434－012－5168－1

［11］ 錢維宏，張宗婕.西南區(qū)域持續(xù)性干旱事件的行星尺度和天氣尺度擾動信號.地球物理學報，2012，55（5）：1462－1474，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.004.Qian W H，Zhang Z J.Planetary－scale and regional－scale anomaly signals for persistent drought events over Southwest China.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1462－1474，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.004.

［12］ 錢維宏.中期－延伸期天氣預報原理.北京：科學出版社，2012.Qian W H.Principles of Medium to Extended Range Weather Forecasts.Beijing：Science Press，2012.

［13］ 錢維宏，單曉龍，朱亞芬.天氣尺度擾動流場對區(qū)域暴雨的指示能力.地球物理學報，2012，55（5）：1513－1522，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.008.Qian W H，Shan X L，Zhu Y F.Capability of regional－scale transient wind anomalies to indicate regional heavy rains.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1513－1522，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.008.

［14］ 丁婷，錢維宏.中國熱浪前期信號及其模式預報.地球物理學報，2012，55（5）：1472－1486，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.005.Ding T，Qian W H.Statistical characteristics of heat wave precursors in China and model prediction.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1472－1486，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.005.

［15］ 錢維宏，丁婷.中國熱浪事件的大氣擾動結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性分析.地球物理學報，2012，55（5）：1487－1500，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.006.Qian W H，Ding T.Atmospheric anomaly structures and stability associated with heat wave events in China.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1487－1500，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.006.

［16］ 錢維宏，張宗婕.南方持續(xù)低溫凍雨事件預測的前期信號.地球物理學報，2012，55（5）：1501－1512，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.007.Qian W H，Zhang Z J.Precursors to predict low－temperature freezing－rain events in southern China.ChineseJ.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1501－1512，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.007.

［17］ 錢維宏.基于大氣變量物理分解的低溫雨雪冰凍天氣的中期預報系統(tǒng)和方法：中國，CN10222174A.2011－10－19.Qian W H.Middle－range forecast system and method of the low－temperature freezing rain based on the physical decomposition of atmospheric variables：China，CN10222174A.2011－10－19.

［18］ Madden R A，Julian P R.Detection of a 40～50day oscillation in the zonal wind in the tropical Pacific.J.Atmos.Sci.，1971，28：702－708.

［19］ Wallace J M，Gutzler D S.Teleconnections in the geopotential height field during the Northern Hemisphere winter.Mon.Wea.Rev.，1981，109：784－812.

［20］ 錢維宏，梁浩原.北半球大氣遙相關型與區(qū)域尺度大氣擾動.地球物理學報，2012，55（5）：1449－1461，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.003.Qian W H，Liang H Y.Atmospherical teleconnections and regional－scale atmospheric anomalies over the Northern Hemisphere.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1449－1461，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.003.

［21］ 陸波，錢維宏.華南近海臺風突然增強的初秋季節(jié)鎖相.地球物理學報，2012，55（5）：1523－1531，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.009.Lu B，Qian W H.Seasonal lock of rapidly intensifying typhoons over the South China offshore in early fall.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1523－1531，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.009.

［22］ 丑紀范.天氣預報、氣候預測與防災減災.《院士展望二十一世紀》.上海：上?？茖W技術(shù)出版社，2000：128－135.Chou J F.Weather forecast，climate prediction，disaster prevention and reduction.Academician Prospect on the 21th century.Shanghai：Shanghai Scientific and Technical Publishers，2000：128－135.

An innovation study on the physical decomposition of numerical model atmospheric variables and their application in weather extreme events

CHOU Ji－Fan

CMA Training Center，China Meteorological Administration，Beijing100081，China

Numerical weather model variables such as temperature，humidity，pressure（geopotential height）and winds can be decomposed as four components，including the zonal timeaverage climate symmetric part，the time－average climate asymmetric part，the planetary－scale zonal－average transient symmetric anomaly，and the regional－scale transient asymmetric anomaly.Regional persistent extreme weather events such as drought，flood，heat wave，low temperature and freezing rain have closely relations with the present and previous planetary－scale and regionalscale atmospheric anomalies based on the numerical model output.The anomaly weather map may be a new tool to predict the extreme weather events.After a summery of innovation results from 9papers published in this volume，some theoretical problems and applying foregrounds of variable physical decomposition are discussed in this paper.

Physical decomposition，Numerical model，Extreme weather event，Regional－scale anomaly，Weather prediction

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.001

P433

2011－12－04，2012－04－20收修定稿

丑紀范，男，1934年生，中國科學院院士，主要從事大氣動力學和數(shù)值天氣預報研究.E－mail：nyz007＠126.com

丑紀范.一個創(chuàng)新研究——大氣數(shù)值模式變量的物理分解及其在極端事件預報中的應用.地球物理學報，2012，55（5）：1433－1438，

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.001.

Chou J F.An innovation study on the physical decomposition of numerical model atmospheric variables and their application in weather extreme events.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1433－1438，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.001.

（本文編輯 汪海英）