ENSO集合预报研究

第一篇：ENSO集合预报研究

ENSO集合预报研究

作者简介：郑飞，男，1979年5月出生，2004年9月师从于中国科学院大气物理研究所 朱江 研究员，于2007年7月获博士学位。

中文摘要

过去20多年，ENSO（El Niño-南方涛动）研究取得了长足的进步，ENSO预测是目前短期气候预测中最为成功的。目前一些预报系统已经开始了实时的ENSO预报，并且其预报水平可以达到6～12个月的可信度，其中包括了经验性模式和物理耦合模式。这些物理耦合模式在复杂程度上存在较大差异，从中等复杂程度耦合模式（ICM）到混合型耦合模式（HCM），以及复杂的耦合环流模式（GCM）。即便如此，这些模式的单一确定性预报结果仍然存在着很明显的差异（说明确定性的模式预报结果有着很大的不确定性），实际上，由于气候变化的不规则性和噪音的存在，即使很短时间的ENSO预报也存在着很明显的不确定性。为了尽可能的降低ENSO预测的不确定性，我们应该采取集合概率预测的方法加以弥补。

集合预报在数值天气预报中已有了很好的研究和应用，但是在ENSO概率预测方面仍然处于起步阶段，目前大部分研究着重于初始扰动（不确定性）对ENSO预报的影响。同时模式物理过程的不确定性也是影响集合预报水平的一个重要因素，目前研究中考虑较少。在本文，我们尝试利用一个中等复杂程度耦合模式来探讨ENSO集合预测的方法，同时综合考虑和分析初值的精确性，初始不确定性（初始误差），以及预报过程的不确定性（模式误差）对ENSO集合预报的影响和作用。

1.通过合理的考虑模式误差的作用，有效的防止了集合Kalman滤波（EnKF）同化中常见的“滤波发散”现象的发生。相比目前其它一些简单的假设背景误差是固定的、不随时间变化的资料同化方法，EnKF通过提供“流型”和“局地”依赖的背景误差的估计，EnKF能够最优的使背景场逼近新的观测信息，得到更加精确合理的分析场和预报场。但是由于EnKF是利用一组预报样本来统计背景误差协方差矩阵，如果没有模式扰动或预报样本的膨胀，预报样本的离散度会迅速缩小，导致集合同化方案不起作用（亦即“滤波发散”现象）。

在本文，我们采用“将随机误差直接加入到模式方程右端”的方法，利用一阶马尔科夫随机模式来模拟模式误差。这种方法对于没有外强迫的模式非常便利，比如海~气耦合模式。在耦合模式的模式误差主要来源于模式的不完美所造成的假设下，我们定义模式误差为预报结果对观测的偏离（不考虑观测误差）。我们首先考虑了模式模拟的对海气耦合过程起关键作用的变量——海表温度（SST）异常，利用马尔科夫随机模式将随机组分加入到SST异常模式中来随机的扰动模拟的SST异常场。通过验证，该随机模式通过合理的保持模式变量的集合样本之间的离散度，可以有效的防止“滤波发散”，提高EnKF的同化效果。

2.对于集合预报，我们利用了一种新的方法来生成初始的集合样本和模拟预报过程中的模式不确定性。首先，我们利用EnKF资料同化系统为ICM提供100个样本的集合初始场。初始的各变量间的背景误差协方差矩阵在一系列同化循环之后能够与观测误差协方差矩阵适应协调起来。同时初始集合样本的标准差空间分布特征与观测误差的空间分布比较一致，说明每个初始样本都可以代表一种观测出现的可能性。并且初始的集合状态变量与模式和观测都是动力协调的。

其次，利用经验正交函数（EOF）方法，在同化过程中使用的线性、一阶马尔科夫随机模型被进一步的修改和扩展成预报12个月的模型。该模型同样被嵌入到ICM的SST异常模式中来模拟12个月集合预报过程中的模式不确定性。因此我们将这种综合考虑初始误差

和模式误差的集合方法应用到ICM中预报在热带太平洋的SST异常。后报试验从1975～2004年共30年的每个月都开始预报12个月，同时把预报结果与相应的观测资料和原始的确定性预报结果相比较。

最后，对于集合预报结果的检验包括了确定性预报检验和概率预报检验。确定性预报检验包括了相关系数和均方根误差。在概率预报检验方面，包括Talagrand概率分布检验、高斯分布检验、离散度检验、Brier评分检验、相对作用特征（ROC）检验的统计检验。检验结果表明，该集合预报方法是合理可行的，通过该集合方法明显的提高了ICM的确定性预报水平，集合预报系统也有较高的概率预报技巧，对确定性预报是一个完善和补充。

3.基于30年的集合后报结果，我们针对ENSO预报领域两个比较热门的研究问题，即“春季预报障碍”和预报误差对ENSO预报的影响。进一步探讨了该集合预报系统在不同季节的预报性能，以及集合预报系统中所采用的预报误差（初始误差和模式误差）方案对ENSO预报水平的影响。对于季节可预报性而言，确定性的样本均值预报仍存在明显的季节变化，而对于概率预报而言，集合预报系统的预报性能没有明显的季节变化，消除了“春季预报障碍”。

关于预报误差的影响，EnKF同化结果提供的作为确定性初始场的样本均值是一个最优估计，并且初始扰动对确定性预报水平的改进几乎无作用；EnKF同化方法相比原始的初始化方法能够提供更加协调的初始场，提高预报技巧；预报过程的模式误差扰动能使样本均值平滑掉一些不可预报的噪音，进一步提高样本均值的预报技巧；如不考虑预报过程的模式误差，EnKF提供的初始不确定性会在较短的预报时间内迅速减小，样本的分布不能够表征预报均值的误差；考虑预报过程的模式误差可克服这一点，从而大大提高集合预报系统的概率预报技巧。

4.为了检验我们的集合预报系统在更长的时期（更大的自由度）的可预报性，我们将只用SST观测资料做初始化的集合预报方法应用到过去120年的集合后报试验中，同时分析其在不同时期的年代际预报性能。检验结果表明：预报样本均值的确定性预报水平仍明显高于确定性预报，样本均值能够提前12个月对强度较大的ENSO事件做出正确的预测；确定性分析（相关系数和均方根误差）和概率预报分析（Talagrand分布和ROC面积）表明集合预报系统存在着较为明显的年代际变化；集合预报系统的概率预报性能随季节没有明显的变化。

5.为了进一步能将更多种观测信息同化入模式，为模式提供更加精确的初始场，在前面工作的基础上，我们扩展和改进了集合同化过程中的随机误差模型，将其从单变量（SST异常）模型拓展到双变量（SST和海表高度（SL）异常）模型，资料同化方案同样也扩展到能够同时同化SST和SL异常观测资料。为了能够得到随机误差模型中两个变量协调、平衡的系数，我们采用多变量的经验正交函数（MEOF）方法来分析变量SST和SL异常的模式误差属性，并将改进的马尔科夫多变量模型嵌入到ICM的动力海洋模式中来模拟模式的不确定性。

我们利用发展的集合同化方法为集合预报系统提供了更加精确且动力协调的100个样本的集合初始场。13年的后报结果与原始的集合后报结果相比，通过改进SL的初始条件来更好的参数化模拟次表层热力影响，新的集合预报水平到预报12个月均被很显著的提高了。这种改进表明，相比随机强迫，ENSO的可预报性在很大程度上是受初始误差的限制。同时预报水平的大幅度改进可以期待通过更加完善的集合资料同化方法来改进模式初始条件的精确性和协调性。

关键词：ENSO，集合预报，中等复杂程度耦合模式，集合Kalman滤波，马尔科夫随机模型，初始不确定性，模式不确定性，经验正交函数，样本离散度，预报水平，可预报性

本文采用正压准地转模式和T21L3斜压准地转模式,探讨了条件非线性最优扰动方法(CNOP)在中期集合预报中的可能应用。进而在此基础上,针对天气环流转型的预报,研究了特殊的集合扰动产生方法。主要结论如下:

1.在不考虑模式误差的情况下,采用正压准地转模式探讨了CNOP在集合预报中的可能应用。a)奇异向量(SV)和条件非线性最优扰动被用来产生集合预报试验的初始扰动,对14天的预报结果作了比较,发现用条件非线性最优扰动代替第一奇异向量的集合(S2)预报技巧在中期预报范围(6~14天)明显高于奇异向量法(S1)。该结论是在分析误差为快速增长扰动的条件下得到的,即分析误差的非线性发展在预报后期快于奇异向量的非线性发展,不依赖于分析误差的大小。

b)采用相似指数和经验正交函数分析方法解释了以上数值试验的结果。

c)预报技巧和离散度的关系以及Talagrand diagrams分析显示,新方法产生的集合预报的可信度更高。

d)敏感性试验表明,局部CNOP相对全局CNOP而言,在集合预报中可能起着更为重要的作用。

2.采用T21L3斜压准地转模式,从扰动的初始模态及其发展两个方面比较了CNOP与SV的异同,揭示了非线性对可预报性的影响。

a)CNOP与SV类似,也具有范数依赖性。流函数平方范数意义下的CNOP空间尺度最小,能量范数意义下次之,位涡拟能范数意义下空间尺度最大,甚至呈纬向流结构。

b)流函数平方范数或能量范数意义下的SV和CNOP都呈现出局地性的特征。然而,随着初始约束或优化时间间隔的增大,相对SV而言,CNOP的局地性减弱。在某些情况下,波列结构甚至存在于北半球的整个纬圈方向。

c)个例研究表明,在能量范数意义下,当SV在某一优化时间还没有促进纬向流向阻塞流转型的时候,CNOP可能导致了阻塞的爆发。这表明,在大尺度环流转型的研究中非线性过程起着非常重要的作用。

3.在不考虑模式误差的情况下,采用T21L3准地转模式探讨了CNOP在集合预报中的可能应用。

a)用异常相关系数(ACC)评估了北半球500百帕位势高度场的预报技巧。结果表明,如果大气环流本身的可预报性差,例如在预报中期范围有天气环流转型的发生,此时,CNOP方法相对SV方法能够提高预报技巧。

b)在集合扰动的建立过程中,局部CNOP相对全局CNOP而言可能起着更为重要的作用。

4.利用阻塞指数的定义,采用非线性优化技术研究了非线性框架下激发阻塞爆发的最优扰动,为天气环流转型的预报提供了特殊的集合扰动。

第二篇：《心情预报》说课稿

大班健康活动---《心情预报》说课稿

说课人 ：黄兰英

一、教材分析

1、说教学内容（活动来源）：情感教育无论在幼儿的日常生活教育中还是主题活动教育中，都应是一个不被忽视的主体，而且越来越受到老师和家长们的重视。我们结合主题活动“下雨啦”，在使幼儿知道天气预报会给人们的生活提供方便的同时，加强情感教育，我们本着如何帮助幼儿理解、体验别人的情绪情感，培养幼儿想象力和创造力以及互爱、互助情感的目的，生成了综合教育活动《心情预报》。我想以本次活动为契机，更深入地了解幼儿的内心世界，并逐步引导他们的心灵更加美丽、友善。

2、说教学目标

语言故事活动的目的不仅是让幼儿听懂、理解故事情节，还要发展幼儿的逻辑思维能力和想象能力，更要让幼儿从故事中体会明白事理，发展幼儿的口语表达能力。因此，我确定本次活动的目标为：

（1）认知目标：通过天气预报，看看、想想、议议、编编心情预报，帮助幼儿理解和体验别人的情绪感。

（2）能力目标：帮助幼儿理解和体验别人的情绪感。

（3）情感目标：发展幼儿的想象力和创造力，培养幼儿的互爱、互助情感。

重点：理解事故情节，能讲述画面内容及表达自己的心情。难点：理解他人的情绪情感，培养互爱的情感。

3、说幼儿情况

大班的孩子大多都在5岁左右，因为幼儿对故事活动的学习，已不仅仅是局限于听故事，已由原来的喜欢倾听故事逐渐过渡到想要加入到故事中，想要参与故事角色的行为、语言。所以通过让幼儿从有疑问到自己去分析、推理、讲述、表达等活动中，在探索求知的过程中得到发展和提高。

有了一定的分析综合能力，和以前相比本次孩子们参与活动的主动性与积极性得到了提高。我班女孩子多，较为活跃，许多幼儿能做到独立地思考问题，但总是怯于大胆站起来回答问题，让人感觉比较被动，但他们还是喜欢思考的，对于自己喜欢的事物，他们总是有着非常浓厚的兴趣。

4、说教学准备

（1）前期经验准备：前期主题活动知识的积累，请幼儿和父母一起观天气预报，了解表示天气的图标。

（2）课件准备：PPT（3）表示天气的图标和表示心情的图片

二、教法和学法

1、说教法：

充分运用多种教学手段来刺激幼儿的听说能力。主要采用直观法、设置疑问法、观察想象等。并通过了看电视、画面讲述，播心情、说心情的主题活动方式，使活动流程层层有主线，体现目标和过程的整体性。为什么要使用以上方法呢？因为直观法是由幼儿的年龄特点和思维特点决定的。通过观看电视画面，让幼儿直接感受到故事中形象的人物化、灵活化。引起学习的兴趣，从而积极主动地参与学习，有助于幼儿更好地理解故事内容，同时为幼儿口语讲述做充分准备；其次通过设置疑问法，引导幼儿想问题并回答问题。再次通过观察想象，让幼儿通过观察动物的心情与自己的心情实际联系到一起，使幼儿的“说心情”成为探索、发现的过程。根据目标和我班幼儿实际，我采用了以下几种教法。

（1）情境表演法：讲故事《黑猩猩的心情故事》后，由幼儿表演小动物及大猩猩的心情。（2）直观演示法：我运用图片和实物直观地向幼儿展示，引导幼儿认真观察事物，调动幼儿的观察兴趣，引发他们积极地思考。

（3）探究法：托尔斯泰说过：“成功的教学所需要的不是强制，而是激发学生的欲望。”在活动中，我以我们班幼儿芦家信生病一案例，鼓励幼儿主动参与讨论、怎样让路嘉欣心情好起来。

幼儿积极参与，送上自己的心意，培养幼儿互爱互助。

（4）多元激励法：在活动中我注意尊重每个孩子的想法，善于运用多种激励方法，通过语言赞美孩子、摸摸孩子的头、抱抱孩子、给他们发笑脸娃娃等，让孩子在心理上获得满足感，调动他们的积极性。

2、说学法

整个活动我以幼儿为主体，让幼儿在动动、想想、说说的轻松氛围中学习，本次活动主要采用了以下学法：

（1）观察法：为幼儿提供图片材料，引导幼儿学会观察，感受图片里的内容，让他们有所体会，有所感悟。

（2）自主操作法：心理学家皮亚杰认为，孩子是通过主动的实践经历来建构他们自己的知识、智能和道德的。

讲述法：在活动中启发幼儿大胆地用完整、准确的语言表述自己的观点和想法，给幼儿创建一个展现自我的平台。

三、教学过程

（一）、与幼儿谈天气，引发兴趣，提出主题。

1、出示电视播报天气预报，提问：刚才的天气预报播报了哪几种天气情况？

2、你还知道哪些天气情况？（幼儿边说教师边出示天气图示）

3、小结：天气情况真是千变万化，通过天气预报我们就能预知明天的天气情况了，给我们的生活带来了很大方便。

（二）、通过听听、想想、说说心情预报，帮助幼儿理解他人情绪。配班老师播报心情预报

提问：

1、刚才的心情预报是怎样播报的？主持人先说了什么，又说了什么，最后说了什么？ 小结：对了，主持人先问大家好，并和大家打招呼，然后介绍小动物的心情，最后有礼貌地和大家说再见。

2、那心情预报说大猩猩今天的心情怎样？

3、为什么说大猩猩的心情是雨天？说明它的心情怎样？那还可以用哪些天气情况来表示？

4、心情好呢?可以用哪些天气情况来表示？

5、小结：并引导、鼓励幼儿大胆想象，完整表述。

（三）、通过孩子议议心情预报，引导他们充分发挥想象力、创造力，培养互爱、互助的情感。（出示大猩猩背景图及生病的图)提问：

1、如果我们生病了，会是怎样的感觉啊？帮助、引导孩子体验他人情感，可以说出自己生病时的感受。

2、森林里的小动物听了这个预报后，会怎样做呢？

引导幼儿充分发挥想象力和创造力，培养孩子的互爱互助情感。老师出示小动物来看望大猩猩的图片。

3、总 结：大猩猩看到有这么多朋友来看望它，关心它，很高兴，头也不疼了，身体也不难受了，心情就慢慢变成晴天了。

（四）、学说心情预报，体验成功的快乐。

请个别幼儿到讲台上前做心情预报，体验小动物的心情。(五）、活动小结

大猩猩有了朋友的帮助，心情变好了，病情也很快好了。所以我问要保持快乐的心情，身体才会健健康康的，希望你们健康快乐的成长。

四、教学反思

本次活动将天气和心情结合起来，巧妙地将幼儿感受别人情绪与天气预报联系起来，同时设计提出问题，让幼儿投入到情景中去，更好的体验和感受。在设计此活动时，我考虑到这是个偏重语言领域的活动，于是我把幼儿的“注意听”与“大胆说”作为设计这次活动的重点，力争在问题的设计和提出上具有启发性、开放性。同时，注重了语言、艺术与科学不同领域内容的整合和同领域的不同方面内容的整合以及多种活动方式的整合。活动过程中，我注意用我的语言和眼神与孩子进行交流，为他们创设了一种积极、主动的活动氛围，充分调动了幼儿的想象力和创造力。但老师的随机教育能力和指导性语言的运用，还存在许多的问题，我会在平时的日常教育中不断反思自己的教育行为，结合理论，努力使自己的摸索、实践过程缩短，以便自己不断地、迅速地得以提高。

第三篇：节日活动预报

节日活动预报

中华曲苑

-戏曲舞台群芳争艳

节日期间，和平区中华曲苑精心烹制了丰富多彩的曲艺大餐，让广大市民和游客享受戏曲带来的欢乐。

9月29日、30日下午，举行南市街曲艺票友大赛；10月2日下午，丽荷梆子团将带来河北梆子演出；10月3日-7日下午，举行市京剧团知名票友演出；10月5日、6日晚，将上演话剧《买你100天》。

少儿图书馆

zxc文章来源：北京婚纱摄影WWW.DJYS1.NET

-两座书屋书香惠民

在“国庆节”来临之际，和平区少年儿童图书馆建立 “童阅书屋”,为百货大楼社区的外来务工人员子女增添了读书好去处。另外将在市第一老年公寓建立“幸福书屋”,为那里的老人们送去休闲图书。据悉，新建成的两所书屋将分别投放多类别图书百余册。

（张翅）

作者：张翅

中华曲苑

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-戏曲舞台群芳争艳

节日期间，和平区中华曲苑精心烹制了丰富多彩的曲艺大餐，让广大市民和游客享受戏曲带来的欢乐。

9月29日、30日下午，举行南市街曲艺票友大赛；10月2日下午，丽荷梆子团将带来河北梆子演出；10月3日-7日下午，举行市京剧团知名票友演出；10月5日、6日晚，将上演话剧《买你100天》。

少儿图书馆

-两座书屋书香惠民

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在“国庆节”来临之际，和平区少年儿童图书馆建立 “童阅书屋”,为百货大楼社区的外来务工人员子女增添了读书好去处。另外将在市第一老年公寓建立“幸福书屋”,为那里的老人们送去休闲图书。据悉，新建成的两所书屋将分别投放多类别图书百余册。

（张翅）

作者：张翅

中华曲苑

-戏曲舞台群芳争艳

节日期间，和平区中华曲苑精心烹制

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了丰富多彩的曲艺大餐，让广大市民和游客享受戏曲带来的欢乐。

9月29日、30日下午，举行南市街曲艺票友大赛；10月2日下午，丽荷梆子团将带来河北梆子演出；10月3日-7日下午，举行市京剧团知名票友演出；10月5日、6日晚，将上演话剧《买你100天》。

少儿图书馆

-两座书屋书香惠民

在“国庆节”来临之际，和平区少年儿童图书馆建立 “童阅书屋”,为百货大楼社区的外来务工人员子女增添了读书好去处。另外将在市第一老年公寓建立

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“幸福书屋”,为那里的老人们送去休闲图书。据悉，新建成的两所书屋将分别投放多类别图书百余册。

（张翅）

作者：张翅zxzx

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第四篇：大气污染预报问题

武汉纺织大学2011年校内大学生数学建模竞赛试题

大气污染预报问题

(由欧贵兵提供)

大气是指包围在地球外围的空气层，是地球自然环境的重要组成部分之一。人类生活在大气里，洁净大气是人类赖于生存的必要条件。一个人在五个星期内不吃饭或5天内不喝水，尚能维持生命，但超过5分钟不呼吸空气，便会死亡。随着地球上人口的急剧增加，人类经济增长的急速增大，地球上的大气污染日趋严重，其影响也日趋深刻，如由于一些有害气体的大量排放，不仅使大气造成局部地区的污染，而且影响到全球性的气候变化。因此，加强大气质量的监测和预报是非常必要。目前对大气质量的监测主要监测大气中SO2、NO2、悬浮颗粒物（主要为PM10）等的浓度，研究表明，城市空气质量好坏还与季节及气象条 件的关系十分密切。

附件给出城市A、B、C、D、E、F从2003年3月1日至2010年9月14日测量的污染物含量及气象参数的数据。

请运用数学建模的方法对下列问题作出回答：

1.找出各个城市SO2、NO2、PM10之间的特点，并将几个城市的空气质量进行排序。

2.对未来一周即2010年9月15日至9月21日各个城市的SO2、PM10NO2、以及各气象参数作出预测。

3.分析空气质量与气象参数之间的关系。

4.就空气质量的控制对相关部门提出你的建议。

第五篇：预报党员思想汇报

敬爱的党组织：

近段时间以来，我在党组织的关心和帮助下不断进步和成长，我充分感受到党组织这个大家庭的团结和温暖。在此期间，我严格按照党员的标准来要求自己，认真履行党员的义务。经过一段时间的学习，我在思想意识上和言谈举止上都得到了提高，各方面已经更加成熟，为了进一步接受党的教育，提高自己的思想，现将我近段时间的思想、工作、学习情况向党组织汇报：

在政治思想上，我主动加强政治学习，不断加深对党的认识，党在我心目中的地位更加确定。中国共产党是中国工人阶级的先锋队，是中国各族人民利益的忠实代表，是中国社会主义事业的领导核心。党的最终目标，是实现共产主义的社会制度。我通过经常看电视新闻、看报纸、阅读时事期刊以及时学习党中央颁布的决策和决议，在思想上和党组织保持高度一致。我认真学习并体会“三个代表”重要思想的内涵；深刻理解了党中央提出的“科学发展观”的指导思想。

在平时的工作和日常生活中，我保持积极向上的心态，乐于助人。经常向老党员和同事学习经验、交流心得，认真关心国家大事，在日常生活中处处以一名党员的标准来严格要求自己和激励自己。但自己也存在着诸多的不足，如和党支部思想交流不够等等，有待进一步的提高。我决心在今后的工作和学习中，注意克服自己的缺点和不足，争取在思想、工作、学习等方面有更大的进步。

总之，在这段时间里，我在组织的关怀与培养下，认真学习、努力工作，政治思想觉悟都有了很大的提高。以上是我近期的思想汇报,希望党组织及时给于我批评指导，我会虚心接受意见，不断改正缺点和不足，从思想上、行动上做一个合格的共产党员。请党组织在实践中考验我！

汇报人：