引言

全球气候变暖，极端天气气候事件频繁发生，特别是2008年1月中旬发生在我国南方的罕见低温雨雪冰冻灾害，对国民经济造成了严重损失，极大地影响了人民的生产生活^[1]。各级政府、社会公众急切呼唤气象部门在目前预报的基础上，进一步提供准确的延伸期(10~30天)天气预报，及早提醒大家做好充足准备，以便更好地应对大面积的灾难性气象灾害。数值天气预报及其客观解释预报方法，已能够比较准确预报未来1~10天中短期天气预报，陈静等^[2]从气温变化的物理过程出发，设计了一种数值预报产品的动力-统计释用方法，开发了一套四川盆地寒潮入侵事件和降温幅度的释用方案，并用ECMWF全球模式产品建立四川盆地寒潮自动预报系统滚动预报1~6日内的寒潮过程，投入中短期运行，效果显著。钟元^[3]提出一个对多元判据综合评估的中期大气客观相似预报模式。模式应用同中期大气过程的时间—空间尺度相适应的经过时间滤波的大气环流背景为客观判据，比较全面地评估了预报时刻前后多层次、多要素的大气环流动态变化的相似，预测未来1~10天的中期大气过程。模式检验和预报试验表明该模式具有预报技巧。但是对10~30天延伸期天气预报缺少必要的手段和相应的解释方法，延伸数值预报模式尚未达到业务运行的要求。

延伸期(10~30天)属大气的低频变化部分，延伸期预报是指10~30天的预报，介于中期预报和短期气候预测之间。相关研究指出^[4-5]，由于大气过程的复杂性以及人类观测手段和认识水平的限制，人们给出的可预报性估计为，逐日天气预报存在上限为2周左右，天气尺度的个别预报的可能性不超过2~3周。如何开展延伸期预报，目前多是提供一些思路，至于怎么做，正在探索研究中。2006年底，陕西省气象局设立了“延伸期(10~20天)降水预报方法研究”基金课题，专门来对10~20天降水预报进行探索研究和预报尝试。本文就是该探索研究及业务化试验的介绍。

1 研究出发点和方法

大气低频振荡有两个频带，即10~20天(准双周)和30~60天(40~50天，30~50天，准40天)两个周期段，这两个周期变化是相互联系的，且在季风区最突出^[6]。说明大气10~30天可能是前期大气变化的周期性的延续。10~30天的可预报性，可从大气环流场的变化的稳定性、持续性和相似性获得理论支撑。

相似预报的依据是如果两个大气状态初始相似，它们在未来一段时间内的演变将保持一定程度的相似性。任宏利等^[7]应用Lorenz在1963年和1969年的工作，从物理本质上解释了相似预报：由于非线性动力系统对于初值的敏感性，具有微小误差的初始状态可能演变成完全不相干的两个状态，这样的两个状态在保持一段时间接近以后，必然会变得越来越不相似，直至完全不同。因此，系统对初始误差的敏感性客观上决定了相似预报只能在一段时间内有效。并进一步说明相似状态初始越接近，相似性持续的时间就会越长；系统所处时期的可预报性越高，相似性的持续时间就越长，可预报性的高低与大气环流形态变化密切相关。相似预报效果由三个方面决定：一是选择更近的初始时间点，二是更接近的初始场，三是大气环流形态。随着全球观测系统的不断完善，资料同化技术的提高以及集合预报技术的使用，中期数值预报模式发展迅速，特别是欧洲中期天气预报中心全球模式500hPa高度场的预报值和实况相当一致。以往做相似预报大都采用实况和历史资料来进行^[8-9]，而现在数值预报场与实况场有较好的一致，采用预报场和历史场来求相似，把预报的初始时间点往前移，从而延长预报时效；由于500hPa高度场反映大气环流形态，因此采用500hPa高度场来寻找相似年份；在找相似年时，一方面要求500hPa高度场相似，另一方面利用历史资料求出历年逐日晴天、小雨、中雨、大雨和暴雨及以上5个级别的发生频率，作为背景概率，要求5个降水级别在相似年最可能发生。从这些出发点作延伸期预报，不仅尽量满足了相似预报效果三个条件，而且既发挥了数值预报产品的作用，又充分利用了历史资料。这样做应该是一种较好的尝试。具体做法如下：

把陕西省划为陕北北部(榆林站)、陕北南部(延安站)、关中西部(宝鸡站)、关中中部(西安站)、关中东部(渭南站)、陕南西部(汉中站)、陕南东部(安康站)等7个区域，并选取相应的代表性气象站(见括号内)。利用1960—2003年，共44年的逐日实况降水资料，求出每片晴天、小雨、中雨、大雨及暴雨以上5个级别的发生频率，把它当作背景概率。两个高度场相似则采用场相关分析得到，计算方法见文献[10]。

2 资料

历史资料采用逐日1960年1月1日至2003年12月31日500hPa NCEP高度场再分析资料，根据ECMWF全球模式和对陕西省天气影响情况确定相似区域为：30°~60°N，30°E~180°, 1960年1月1日至2003年12月31日逐日降水量资料，实时资料采用ECMWF全球模式500hPa 8天高度场格点预报值。

3 预报业务流程

利用ECMWF全球模式未来8天的500hPa高度格点预报场，求出其平均场作为实况场，与历年同一时间的500hPa格点高度场(NCEP再分析场)进行场相关分析。算出这两个场之间的相关系数，并进行排序，从中挑出相关系数大的前三位(3年)作为相似年。

求出相似分析挑选出的3个相似年与ECMWF全球模式500hPa预报场对应时段(8天)的逐日实况级别，认为发生这种级别的概率值为背景概率值，求出8天的概率值的平均值，选出平均值最大的对应年份，即降水场最可能出现的年份，作为最后的相似年份。这个相似年份未来10~20天的降水量空间时间分布实况就是预报时段降水的空间时间分布。

逐日滚动求相似，从而做出逐日滚动的10~20天降水预报。预报流程如图 1所示。

在进行实际业务预报时，选择最近一天的滚动预报作为最新的延伸期预报，如果不需要延长10天，为了使预报更可靠，可以用多日滚动预报的集合预报来决定预报意见。

4 预报试验和结果的检验

为了检验预报效果的好坏，把陕西分为陕北(榆林站、延安站)、关中(宝鸡站、西安站、渭南站)、陕南(汉中站、安康站)三个大区域，并选取相应的代表性气象站(见括号内)。使用该方法对2001年、2002年、2003年10~20天降水进行预报，并与实况资料进行比较检验，得到3年三个区域的晴天预报准确率和雨天预报准确率。由1960—2003年实况资料求出其44年三区域的晴天、雨天出现频率，作为气候概率。由2001年、2002年、2003年三个区域的实况资料，求出这3年的晴天、雨天实际出现的频率，结果进行比较(见表 1和表 2)。

由表 1可知，2001年、2002年和2003年各区域晴雨预报准确率都在70%以上，比实际出现的频率和气候概率都大且高出10%以上，从全省平均情况来看，晴天预报准确率都比晴天实际出现频率高，2001年高19%，2002年高13%，2003年高20%；特别是，晴天预报准确率都比晴天气候概率高出19%以上。陕北晴天预报准确率最高，但因晴天实际出现频率最大，预报效果中等；陕南预报效果最好，晴雨预报准确率比晴天实际出现频率高19%~23%，比气候概率都高出20%以上。以上分析说明该方法对晴天有很好的预报技巧。

由表 2可知，2001年、2002年和2003年各区域雨天预报准确率都在50%以上，比实际出现的频率和气候概率都大且陕北和关中高出20%以上，陕南高出15%以上。从全省平均情况来看，雨天预报准确率都比雨天实际出现频率高，2001年高22%，2002年高23%，2003年高18%；雨天预报准确率都比雨天气候概率高出17%以上。陕南雨天预报准确率最高，都在60%及以上，但雨天实际出现频率最大，预报效果中等；陕北预报效果最好，雨天预报准确率比雨天实际出现频率高18%到28%，比气候概率都高出20%以上。以上分析说明该方法对雨天也有很好的预报技巧。该方法2007年6月投入业务试验，每天进行滚动预报。假设连续3天及以上出现降水为一个降水过程，我们选取陕西省7个代表站，2007年7—10月出现的降水过程进行预报检验，来了解该方法对降水过程的预报效果，具体预报情况见表 3。

从表 3可知，如果简单地把预报正确天数50%及以上判定为过程预报正确，则过程预报准确率：榆林为100%，延安为75%，宝鸡为50%，西安为60%，渭南为80%，安康为100%，汉中为100%。陕南、陕北的降水过程的预报比关中的预报效果好，特别是陕南汉中和安康达到100%。

5 结论

(1) 利用欧洲中期天气预报中心全球模式500hPa高度格点预报场，与历年同一时间的500hPa格点高度场(NCEP再分析资料)求相似，并由背景概率的控制，选出最后的相似年份。由此来进行10~20天降水预报，方法是可行的，且操作简便，预报结果具有较好的参考价值。

(2) 对2001年、2002年、2003年预报检验可知，晴天和雨天预报准确率均比晴天和雨天实际出现频率大，且都大于历年出现的气候概率10%以上，说明该方法有很好的预报技巧。

(3) 对2007年7月到10月出现的降水过程进行预报，并与实况对照检验可知，该方法对降水过程预报效果较好。

当然，10~20天的预报还有许多理论和实际问题需要研究、解决，本项研究只是对10~20天业务预报的一个探索，工作是初步的，效果还有待于进一步的检验。