低頻擾動增量法在華南冬季低溫延伸期預(yù)報中的應(yīng)用研究

楊德南，高建蕓，陳錦鵬，楊錫瓊，莊毅斌，劉 群

（1.福建省災(zāi)害天氣重點室驗室，福建 福州 350001；2.廈門災(zāi)害天氣重點室驗室，福建廈門 361000；3漳州市氣象局，福建 漳州 363000；4閩南師范大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院，福建漳州 363000）

中國南方持續(xù)性低溫天氣頻發(fā)危及人民生命財產(chǎn)安全，并造成嚴(yán)重的國民經(jīng)濟(jì)損失，引起了人們越來越多的關(guān)注。例如，2008年初南方發(fā)生了持續(xù)性雨雪冰凍過程，其持續(xù)時間、發(fā)生強(qiáng)度及破壞力都是歷史罕見的。因此，尋求此類事件預(yù)測預(yù)報的途徑和方法具有重大意義。隨著計算機(jī)快速發(fā)展、模式參數(shù)化方案和同化技術(shù)的不斷改進(jìn)，短期天氣預(yù)報和長期氣候預(yù)測能力均有較大提升，而介于天氣和氣候預(yù)測之間的10～30 d“延伸期”天氣預(yù)報一直是氣象預(yù)報業(yè)務(wù)的一大難題，從而限制了無縫隙天氣氣候預(yù)報的發(fā)展。許多學(xué)者在短期天氣預(yù)報和長期氣候預(yù)測方面對極端低溫事件作了大量的研究，楊貴名等[1]指出，在2008年低溫雨雪冰凍期間，冷暖氣團(tuán)長期對峙是此次強(qiáng)冷空氣過程持續(xù)的主要原因；BAO Q等[2，3]研究表明，青藏高原增暖以及北極濤動對低溫雨雪事件具有突出貢獻(xiàn)；朱毓穎等[4]研究發(fā)現(xiàn)西伯利亞地區(qū)低頻高壓的加強(qiáng)導(dǎo)致了源源不斷的強(qiáng)冷空氣南下，貝加爾湖—巴爾喀什湖的低頻橫槽加深與維持，有利于冷空氣影響中國地區(qū)；李燦等[5]認(rèn)為我國南方極端低溫事件主要是受西風(fēng)槽、地面強(qiáng)冷空氣等因素共同影響造成；王娜等[6]指出，在低溫年500 hPa高度上我國西部存在穩(wěn)定的負(fù)距平，垂直方向呈準(zhǔn)正壓結(jié)構(gòu)；丁一匯[7]指出，冷空氣向南傳播的主要形式是一種低頻模態(tài)的10～20 d周期振蕩，有些強(qiáng)寒潮到達(dá)中國前，可提前5～6 d追溯到有對應(yīng)的冷槽自北歐逐日向東南移動；孫國武等[8]揭示了低頻反氣旋和低頻氣旋與傳統(tǒng)天氣圖上大氣環(huán)流系統(tǒng)相互聯(lián)系和對應(yīng)的天氣學(xué)事實；丑紀(jì)范等[9]發(fā)現(xiàn)，大氣環(huán)流低頻振蕩異常信號的持續(xù)性能夠?qū)е绿鞖猱惓５某掷m(xù)性，為延伸期10～30 d預(yù)報提供科學(xué)依據(jù)。此外，提高延伸期天氣預(yù)報準(zhǔn)確率已成為WMO攻克的重要目標(biāo)，延伸期天氣預(yù)報方法的研究在近幾年也得到了快速發(fā)展，朱志偉等[10-11]基于時空投影方法（STPM）建立了南海季風(fēng)爆發(fā)、全中國降水和溫度的延伸期預(yù)報模式，取得了較好的預(yù)報效果；YOU L等[12]、高建蕓等[13-16]運用STPM方法首創(chuàng)了西北太平洋臺風(fēng)群發(fā)事件、生成個數(shù)和路徑的延伸期預(yù)報技術(shù)，并建立了福建省前汛期持續(xù)性暴雨及影響福建臺風(fēng)活躍期的延伸期預(yù)報業(yè)務(wù)服務(wù)體系；張超美等[17]用多變量時滯回歸模型（MLR），對影響2011年初夏江西降水過程的10～30 d和50～70 d低頻分量進(jìn)行10～30 d延伸期逐日變化預(yù)測試驗，結(jié)果表明降水50～70 d低頻分量延伸期預(yù)報技巧明顯優(yōu)于10～30 d低頻分量延伸期預(yù)報技巧。此外，應(yīng)用大氣物理量擾動分量做天氣氣候預(yù)報也取得進(jìn)展，錢維宏[18-19]研究指出，相鄰地面的高溫事件和低溫事件正是大氣中傳播型擾動在地面上的表現(xiàn)；錢維宏等[20]用大氣變量物理分解的思路，分別對115個區(qū)域低溫事件做了擾動分量的分析，得到了一些預(yù)報地面極端溫度事件的認(rèn)識，研究指出追蹤大氣中的高度擾動和溫度擾動信號可以提前13 d指示區(qū)域低溫事件的發(fā)生；江漫等[21]對全球大氣變量再分析資料做物理分解得到天氣尺度擾動分量用于全國23次低溫雨雪冰凍事件的早期信號分析，結(jié)果表明，在低溫事件發(fā)生時，南方地區(qū)上空300 hPa對應(yīng)有最大負(fù)高度擾動，850 hPa有負(fù)溫度擾動，這些擾動的傳播特性可以作為低溫事件發(fā)生的早期信號，它們的擾動信號平均可提前11 d追蹤到；范可等[22]提出了應(yīng)用年際增量方法來構(gòu)建短期氣候預(yù)測模型，該方法不僅可以放大預(yù)測因子和預(yù)測對象之間的異常信號使之更容易預(yù)測，還能在一定程度上克服年代際和年際變化預(yù)測信號不一致的問題。隨后，年際增量方法又被應(yīng)用于華北汛期降水[23]、東北冬季表面氣溫[24]、夏季氣溫[25]、降水[26]、北大西洋颶風(fēng)頻次[27]以及東北冬半年大雪—暴雪日數(shù)[28]的預(yù)測中，均取得了較好的效果。

目前，延伸期預(yù)報業(yè)務(wù)受限于模式在10～30 d期間的預(yù)報準(zhǔn)確性，業(yè)務(wù)上急需客觀定量的統(tǒng)計和動力相結(jié)合的預(yù)報方法。本文嘗試融合擾動物理量分解方法和增量預(yù)報方法，提出低頻擾動增量定義，分析了冬季大氣低頻擾動信號與華南低溫事件的可能聯(lián)系，構(gòu)建基于低頻擾動增量的華南冬季低溫延伸期預(yù)報模型，為低溫延伸期預(yù)報提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料

本文資料來自兩個數(shù)據(jù)集。第一個數(shù)據(jù)集是來自NCEP/NCAR 2.5°×2.5°再分析資料集；第二個數(shù)據(jù)集是來自中國氣象局整編的華南地面觀測站數(shù)據(jù)集。所有觀測資料使用的時間范圍為1979/1980—2017/2018年冬季（DJF，下同）共39 a，其中1979/1980—2011/2012年冬季共33 a用于建立預(yù)報模型，2012/2013—2017/2018年冬季作為后報檢驗。此外，為保證觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性與可靠性，所有站點數(shù)據(jù)進(jìn)行了均一化訂正，共有253個站點逐日最低氣溫資料被用于分析。

1.2 方法

利用低頻擾動增量方法替代傅里葉帶通濾波器提取低頻擾動信號；利用經(jīng)驗正交分析方法（EOF）、奇異值分解（SVD）以及相關(guān)分析等方法揭示了中高緯度大氣低頻擾動信號特征及對華南冬季低溫事件的影響。

錢維宏等[18-19]優(yōu)化了一種氣象要素場物理分解方法，分解后的擾動系統(tǒng)對區(qū)域持續(xù)性極端天氣事件的指示意義比未做分解的原始環(huán)流系統(tǒng)更清晰，應(yīng)用這個方法可以更好地識別區(qū)域性暴雨、高溫、低溫事件及其演變過程[29-31]，例如第y年d日t時刻在經(jīng)度λ緯度φ處p層上的物理量V可分解為：

式（1）中等號右邊第一項為d日的氣候平均項，第二項即為擾動項。

本文應(yīng)用該方法，分解出1979/1980—2017/2018年冬季逐日觀測地面最低氣溫（SAT）、500 hPa日平均位勢高度（HGT）和風(fēng)場（UV）的擾動分量。

低頻擾動增量的定義：

式中，V（λ，φ，p，d）y'為第y年d日在經(jīng)度λ緯度φ處p層上的物理量V的擾動項，右邊第一項為第y年d+1日隨位置（λ，φ，p）變化的擾動量連續(xù)10 d的平均值，右邊第二項為年份y中第d天隨位置（λ，φ，p）變化的擾動量連續(xù)10 d的平均值，V（λ，φ，p，d）y表示年循環(huán)y中第d+1天擾動場10 d滑動平均與第d天擾動場10 d滑動平均值的差值，本文將此差值定義為低頻擾動增量，表示大氣低頻信號的擾動值。文中所用HGT、UV和SAT低頻數(shù)據(jù)均為低頻擾動增量，用于分析大氣低頻信號的擾動對華南低溫事件的可能影響及其前兆低頻信號的演變規(guī)律。

2 中高緯度高度場低頻擾動增量特征分析

2.1 500 hPa高度場低頻擾動增量大氣低頻特征

采用2.5°×2.5°格點，經(jīng)度范圍40°～170°E，緯度范圍20°～90°N，樣本時長選取1979/1980—2011/2012年33個冬季（DJF）的500 hPa中高緯度低頻擾動增量，計算該區(qū)域500 hPa中高緯度低頻擾動增量均方根差。先求區(qū)域內(nèi)逐日擾動增量區(qū)域平均值，再求各格點偏差，再計算格點偏差33個冬季樣本的平方和與樣本總數(shù)比值的平方根，得到格點均方根差。圖1為計算所得的500 hPa中高緯度低頻擾動增量均方根差分布。500 hPa高度場低頻擾動增量均方根差的大值區(qū)主要位于中高緯度45°～80°N地區(qū)，尤其在烏拉爾山脈附近及其以西的東歐地區(qū)和貝加爾湖以北的中西伯利亞地區(qū)的均方根差值最大，表明該地區(qū)位勢高度擾動低頻變化最為顯著。孫國武等[8]指出，中高緯低頻天氣系統(tǒng)分布的地理位置大多集中在西伯利亞—貝加爾湖、新疆和蒙古人民共和國—河套等30°N以北地區(qū)。可見，500 hPa HGT低頻擾動增量能較好反映中高緯的大氣低頻信號特征，這與孫國武等[8]研究成果基本一致。

圖1 500 hPa HGT低頻擾動增量均方根差分布

為了揭示500hPa HGT和UV低頻擾動增量低頻信號的典型模態(tài)，選取歐亞大陸（20°～90°N，40°～170°E）作為EOF分析的空間范圍，對1979/1980—2011/2012年33個冬季的HGT、UV低頻擾動增量場作EOF分析，圖2表明前兩個EOF模態(tài)（簡稱“EOF1”和“EOF2”）冬季HGT和UV低頻擾動分量在歐亞大陸分布特征。由圖2a可見，冬季中高緯地區(qū)（45°～70°N）高度場低頻信號的擾動增量由西向東呈現(xiàn)“-+-”分布，配合風(fēng)場擾動為“氣旋—反氣旋—氣旋”式異常，該異常低頻擾動信號的出現(xiàn)導(dǎo)致中高緯度兩槽一脊型的天氣尺度的環(huán)流形勢維持，西槽位于烏拉爾山脈以東的西西伯利亞廣大地區(qū)，東槽位于東西伯利亞至中國東北一帶，在貝加爾湖以北的中西伯利亞為高壓脊控制。EOF2（圖2b）高度場低頻信號的擾動增量則呈現(xiàn)出“-+”分布，配合風(fēng)場擾動為“氣旋—反氣旋”式異常，反映的是中高緯度高空槽東移后出現(xiàn)的低頻擾動異常特征，此時，原始場表現(xiàn)為東部西伯利亞的東亞大槽東移入海，東西伯利亞至東北一帶轉(zhuǎn)為槽后的高壓脊控制，槽后偏北氣流引導(dǎo)冷空氣從中國東北地區(qū)源源不斷地向南擴(kuò)散，最終影響華南一帶（圖2b）。

圖2 500 hPa高度HGT和UV低頻擾動增量前兩個EOF模態(tài)的空間分布

為進(jìn)一步分析500 hPa HGT前兩個EOF模態(tài)之間的關(guān)系，圖3給出了前兩個模態(tài)對應(yīng)時間系數(shù)的超前/滯后相關(guān)關(guān)系。由圖3可知，PC1具有20 d左右的振蕩周期，細(xì)實線表示PC1與PC2的超前/滯后相關(guān)系數(shù)變化特征，兩者在5 d左右的超前/滯后關(guān)系上存在正負(fù)極值，這表明兩者變化大致相差π/4位相，PC1超前PC2大致5 d，此時正相關(guān)最大。結(jié)合EOF1和EOF2的空間分布特征，在500 hPa高度上HGT低頻擾動增量的前兩個模態(tài)實質(zhì)上反映了周期為20 d左右的HGT低頻振蕩的傳播型模態(tài)，而EOF2空間場可以看作是EOF1經(jīng)過5 d后出現(xiàn)的異常形勢場。馬曉青等[32]研究指出，冷空氣的向南傳播主要形式是一種10～20 d周期的低頻振蕩模態(tài)，500 hPa天氣圖上可在提前5～6 d捕捉到對應(yīng)的冷槽自西伯利亞逐日向東南移動，很多冷槽東移到中國東部沿海合并入東亞大槽中，使東亞大槽加深，引導(dǎo)冷空氣南下。這與文中研究結(jié)果基本一致。

圖3 500 hPa HGT低頻擾動增量EOF1模態(tài)對應(yīng)的時間系數(shù)序列PC1的自相關(guān)系數(shù)（粗實線）及其與EOF2模態(tài)對應(yīng)的時間系數(shù)序列PC2的相關(guān)系數(shù)（細(xì)實線）隨超前/滯后天數(shù)變化

2.2 500 hPa HGT和UV低頻擾動增量與華南低溫事件的可能聯(lián)系

為了分析500 hPa HGT和UV低頻擾動增量傳播特征與華南低溫事件的可能聯(lián)系，提取導(dǎo)致華南低溫事件發(fā)生的大氣低頻變化先兆信號，本文應(yīng)用張宗婕等[33]提出的區(qū)域持續(xù)性低溫事件的定義方法，對1979/1980—2011/2012年期間的33個冬季長江以南中東部地區(qū)共253個國家標(biāo)準(zhǔn)氣象站低溫事件進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到39個持續(xù)性低溫事件，以持續(xù)性低溫事件的起始時間為參照時間做合成分析，給出了低溫事件發(fā)生前15、10和5 d 500 hPa HGT和UV及對應(yīng)時期的華南地面最低氣溫低頻擾動增量分布（圖4）。無論是同期還是前期，華南最低氣溫低頻擾動增量與大尺度環(huán)流系統(tǒng)的低頻擾動增量關(guān)系都十分密切。在前15 d（lag-15），烏拉爾山脈西部、北部地區(qū)存在HGT擾動增量正異常大值區(qū)，UV擾動增量異常呈反氣旋狀態(tài)，說明在這一帶有低頻冷高壓擾動發(fā)展，在貝加爾湖—烏拉爾山脈及中西伯利亞區(qū)域為低壓氣旋性負(fù)異常，東南沿海是一個高壓擾動正異常，以此同時在華南地面為弱的負(fù)冷異常（圖4b），說明冷空氣過程處于減弱結(jié)束階段[8]；在前10 d（lag-10）烏拉爾山脈西部、北部的高壓擾動正異常信號的大值區(qū)東移至烏拉爾山脈—中西伯利亞一帶，此時烏拉爾山脈附近的擾動低頻阻塞高壓形成，貝加爾湖以東和以南的廣大地區(qū)為低壓氣旋性負(fù)異常，此時在華南地面為暖異常（圖4d）；在前5 d（lag-5）高壓正異常大值區(qū)東南移至貝加爾湖附近地區(qū)，此時冷空氣已經(jīng)擴(kuò)散南下，影響華南中北地區(qū)（圖4f）；在當(dāng)前時刻（lag0）高壓正異常大值區(qū)繼續(xù)東移至中國東北地區(qū)及東西伯利亞地區(qū)，正異常信號向南擴(kuò)展至華南東部省份，此時華南為增強(qiáng)的負(fù)冷異常（圖4h），持續(xù)性低溫事件開始形成。可見，500 hPa中高緯HGT和UV低頻擾動增量時空演變特征與華南低溫事件的關(guān)系密切，可以作為持續(xù)性低溫事件延伸期預(yù)報的前兆信號。

圖4 合成的低溫事件對應(yīng)500 hPa HGT和UV及中國華南SAT低頻擾動增量的時滯分布（5 d間隔）

3 構(gòu)建基于低頻擾動增量的延伸期預(yù)報模型

3.1 建立預(yù)報模型

選擇500 hPa HGT和UV低頻擾動增量作為華南一帶持續(xù)性低溫事件前兆信號，采用奇異值分解（SVD）方法，將1979/1980—2011/2012冬季（DJF）500 hPa HGT和UV的擾動增量和華南SAT的低頻擾動增量做了SVD奇異值分解，得到第一模態(tài)和第二模態(tài)異性相關(guān)系數(shù)（圖5），第一模態(tài)解釋方差為94.5%，第二模態(tài)解釋方差為3.3%。分析第一模態(tài)HGT異性相關(guān)系數(shù)可知（圖5a），在烏拉爾山脈及西部廣大區(qū)域，HGT和UV的低頻擾動增量與SAT擾動增量具有明顯反氣旋性高壓正相關(guān)，高壓正相關(guān)大值區(qū)在烏拉爾山脈一帶；在烏拉爾山脈以東—西伯利亞的廣大地區(qū)呈氣旋性低壓負(fù)相關(guān)，負(fù)值中心在蒙古草原一帶，此時對應(yīng)的華南大部分SAT相關(guān)系數(shù)分布呈正相關(guān)（圖5b），正相關(guān)大值區(qū)在江西省、福建省的西部和廣東省的中北部地區(qū)。可見，當(dāng)烏拉爾山脈及西部地區(qū)是一個HGT擾動增量正值區(qū)且配合著反氣旋式風(fēng)場異常，同時在西伯利亞至東亞廣大區(qū)域由擾動增量氣旋式環(huán)流控制，此時華南地面溫度暖異常。朱毓穎等[4]研究指出，烏拉爾山西側(cè)為反氣旋式異常環(huán)流，貝加爾湖以西為氣旋性異常環(huán)流時，中國溫度場表現(xiàn)為暖異常。

分析第二模態(tài)HGT異性相關(guān)系數(shù)可知（圖5c），在東西伯利亞到白令海峽的廣大區(qū)域是一個反氣旋性高壓正相關(guān)的大值區(qū)，正相關(guān)沿日本列島向我國東部沿海地區(qū)延伸，在烏拉爾山脈一帶由原來的反氣旋性正相關(guān)轉(zhuǎn)為氣旋性負(fù)相關(guān)，說明烏拉爾山脈一帶的擾動增量反氣旋環(huán)流已經(jīng)東移至東西伯利亞一帶。分析第二模態(tài)SAT異性相關(guān)系數(shù)可知（圖5d），在我國東部沿海地區(qū)是一個SAT的負(fù)相關(guān)區(qū)。可以解釋為冷高壓從烏拉爾山脈一帶東移至東西伯利亞一帶，冷空氣從東路擴(kuò)散南下，影響我國東部沿海地區(qū)。第二模態(tài)可以看成是第一模態(tài)向東傳播的一個表現(xiàn)。吳靜等[34]研究指出，當(dāng)烏拉爾山阻塞高壓維持時，500 hPa西伯利亞反氣旋異常，東亞大槽加深，對流層低層表現(xiàn)為東亞沿岸北風(fēng)顯著加強(qiáng)，東亞大部分地區(qū)地表溫度降低。

圖5 1979—2011年冬季500 hPa HGT和UV與SAT的低頻擾動增量SVD奇異值分解的第一模態(tài)和第二模態(tài)分布

選取1979/1980—2011/2012年冬季（DJF）中高緯度500 hPa（20°～90°N）日平均高度和華南253站SAT的逐日滾動低頻擾動增量作為SVD的左右場，由于SVD前兩個模態(tài)高度收斂，因此只保留前兩個關(guān)鍵模態(tài)作為建模的2個預(yù)報因子，預(yù)報因子經(jīng)過投影和多元回歸得到逐日滾動日最低氣溫旬延伸期擾動增量預(yù)報模型（公式3）和旬延伸期日最低氣溫還原公式（公式4）。

式中，x為預(yù)報對象，本文指地面日最低氣溫10 d滑動平均，等式左邊項為延伸期預(yù)報旬平均最低氣溫擾動增量，等式右邊第一項為500 hPa HGT低頻擾動增量SVD模態(tài)的前面2個關(guān)鍵預(yù)報因子ai及對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)ci，C為常數(shù)項。式中t0為當(dāng)前時刻，tlead為預(yù)報提前量，tfore為被預(yù)報量平均天數(shù)，tfore=10 d表示旬延伸期預(yù)報，tpred=10 d為預(yù)報因子平均天數(shù)。當(dāng)預(yù)報提前量tlead=10 d時，公式（3）模式為延伸期旬（11～20 d）擾動增量預(yù)報，當(dāng)預(yù)報提前量tlead=20 d時，公式（3）模式為延伸期旬（21～30 d）擾動增量預(yù)報。

（4）式為延伸期旬平均最低氣溫還原公式，等式左邊項x為t0+tlead時刻旬平均最低氣溫，等式右邊第一項Δx'為（3）式預(yù)報的t0+tlead時刻旬平均最低氣溫擾動增量，等式右邊第二項x'為t0+tlead-1時刻的旬平均氣溫距平，x為t0+tlead時刻的旬平均氣溫氣候值。

3.2 預(yù)報檢驗

本文采用時間距平相關(guān)系數(shù)（ACC）檢驗?zāi)Ｊ筋A(yù)報效果，2012/2013—2017/2018年冬季（DJF）華南253站點11～20 d和21～30 d旬延伸期模式預(yù)報的擾動增量與觀測值的ACC預(yù)報檢驗結(jié)果如圖6a、6b。由圖6a可知，11～20 d旬延伸期預(yù)測ACC值在0.295～0.33，有兩個大值中心，一個在華南東北部地區(qū)，包含福建省中北部、江西省和浙江省廣大區(qū)域，說明模型對華南東北部地區(qū)旬冷空氣事件有較強(qiáng)的預(yù)測能力。另一個大值中心在西南東部地區(qū)，包含廣西北部、貴州東部和湖南西部區(qū)域，而華南的南部地區(qū)距平相關(guān)系數(shù)相對較小，說明模型對華南的南部地區(qū)預(yù)報能力相對較弱。由此可見，由中高緯度大氣低頻傳播引導(dǎo)北方冷空氣南下對華南東北部地區(qū)影響較大，對華南的南部地區(qū)影響相對較小。由圖6b可知，21～30 d旬延伸期預(yù)測ACC值大部分區(qū)域＞0.2，對比11～20 d預(yù)報其ACC值相對較小，說明21～30 d旬延伸期模型有一定預(yù)報能力，但預(yù)報效果沒有11～20 d旬預(yù)報好。

為了更好地比較擾動增量預(yù)報方法與原始場預(yù)報方法在旬延伸期預(yù)報的優(yōu)越性，本文同樣選取1979/1980—2011/2012年冬季（DJF）中高緯度500 hPa日平均高度的10 d滑動平均，經(jīng)過10～90 d帶通濾波后取得的低頻信息作為SVD建模的預(yù)報因子，以華南253站點地面日最低氣溫10 d滑動平均作為預(yù)報對象，建立11～20 d和20～30 d旬延伸期預(yù)報模型。選取2012/2013—2017/2018年冬季華南253站點做試報，預(yù)報得到11～20 d和20～30 d旬原始場預(yù)報值，將原始場預(yù)報值與觀測值作ACC檢驗，檢驗結(jié)果見圖6c、6d。從圖6c可知，11～20 d旬延伸期預(yù)報ACC檢驗值在0.0～0.3，大值區(qū)分布在華南中北地區(qū)。從圖6d可知，21～30 d旬延伸期預(yù)報ACC檢驗值在-0.3～0.3，大值區(qū)分布在華南中北地區(qū)，南部地區(qū)為負(fù)值，說明用原始場法建立的旬延伸期預(yù)報模型對21～30 d旬預(yù)報能力較差。

分析低頻擾動增量法和原始場法兩種模型對應(yīng)的11～20 d和20～30 d的旬延伸期預(yù)報ACC檢驗結(jié)果可知，低頻擾動增量法旬延伸期預(yù)報ACC值（圖6a、6b）明顯大于原始場法旬延伸期預(yù)報ACC值（圖6c、6d），說明采用低頻擾動增量法建立的旬延伸期預(yù)報模型可以明顯提高旬預(yù)報準(zhǔn)確率。圖7為分析2012/2013—2017/2018年冬季（DJF）華南253站點逐年的ACC相關(guān)系數(shù)檢驗。由圖7可知，在6 a的試預(yù)報中，低頻擾動增量法ACC值明顯高于原始場法ACC值，兩種預(yù)報模式對應(yīng)的11～20 d的旬延伸期預(yù)報ACC值高于21～30 d的旬延伸期預(yù)報ACC值。

圖6 2012/2013—2017/2018年冬季（DJF）華南低溫11～20 d和21～30 d旬延伸期預(yù)測ACC檢驗

圖7 2012/2013—2017/2018年冬季（DJF）華南低溫11～20 d和21～30 d旬延伸期預(yù)測逐年空間ACC檢驗

4 結(jié)論

本文嘗試融合擾動物理量分解方法和增量預(yù)報方法，提出了低頻擾動增量的定義，分析了冬季大氣低頻擾動信號與華南低溫事件的可能聯(lián)系，構(gòu)建基于低頻擾動增量的華南冬季低溫延伸期預(yù)報模型，為低溫延伸期預(yù)報提供科學(xué)參考依據(jù)。研究表明：

（1）500 hPa高度場低頻擾動增量振幅最大區(qū)域東半球主要位于中高緯度45°～80°N地區(qū)，尤其在烏拉爾山脈附近及其以西的東歐地區(qū)和貝加爾湖以北的中西伯利亞地區(qū)，表明該地區(qū)位勢高度低頻擾動最為顯著。

（2）500 hPa中高緯高度場和風(fēng)場低頻擾動增量的前兩個模態(tài)反映了周期為20 d左右低頻振蕩的傳播型模態(tài)，EOF1反映的是導(dǎo)致中高緯度兩槽一脊型的環(huán)流形勢得以維持的低頻擾動特征，EOF2反映的是中高緯度高空槽東移后出現(xiàn)的低頻擾動異常特征。進(jìn)一步研究揭示了華南最低氣溫低頻擾動增量與該低頻模態(tài)的關(guān)系十分密切。

（3）選擇500 hPa HGT和UV低頻擾動增量作為華南一帶持續(xù)性低溫事件前兆信號，采用奇異值分解及多元回歸方法建立華南低溫旬?dāng)_動增量的延伸期預(yù)報模型；應(yīng)用距平相關(guān)系數(shù)來檢驗預(yù)報效果，結(jié)果表明，基于低頻擾動增量的延伸期預(yù)報準(zhǔn)確率明顯優(yōu)于直接應(yīng)用原始場的延伸期預(yù)報，可見，抓住大尺度環(huán)流的低頻擾動增量及由其引起的預(yù)報量的擾動增量，可以提高延伸期預(yù)報的準(zhǔn)確率。