[科普中国]-气候持续性

概念

气候持续性是指某种气候状况连续出现的统计特征。

在气候演变的过程中，往往会出现一段时间连续温暖或者一段时间连续寒冷，降水也往往会出现一段时间多雨洪涝，一段时间少雨干旱，真现象称为气候的持续性。

持续性是气候变化的一种常见现象，例如冰期和间冰期，寒冷与温暖都持续一个相当长的时期。大范围的冰雪覆盖需要相当长的时间才能消融。20世纪70年代我国的干旱也是气候持续性的反映。如果一种气候状态持续很久，则往往会形成气候灾害。1

研究方法研究前期气象要素对后期的关系能反映前期外力因素及气象要素自身对后期气象要素的影响，这种影响称为要素持续性。气候状态的形成是多种具有不同尺度变化的大型气候因子影响的共同结果。因此，通过对气候状态变化的不同尺度结构的分析来了解外力的影响是十分必要的。

天气过程的持续性是大气过程的可预报性研究的重要内容，大多使用相关系数和自回归模式进行研究。

自相关系数与大气环流的持续性计算各个网格点的不同落后步长（天）的自相关系数，用她们来度量大气过程逐日持续性程度。显然，自相关系数为正值，表明大气过程有高持续性。自相关系数计算用如下公式：г（τ）=σ（τ）/π2

在研究高度场的持续性中，自相关系数的计算常在网格中进行。而网格点资料易受各种随机因素的影响，其稳定性不强，在此基础上的持续性研究也受到影响。为克服这一缺点，可以用模式相关来表征某一局地范围内环流或天气系统的持续性。

自回归与持续性在描述天气变化的过程中通常用自回归模式来描述。在方程中序列落后时刻的关系就反映其变化的连续性。最坚定的自回归模式是一阶自回归模式，又称一阶马尔可夫过程，或红噪音过程，即天气状态的变化仅与前一天状态有关。例如有研究者对南半球1000和500hPa高度场作了逐日的持续性分析，发现中纬度大部分地区用一阶自相关回归模式拟合得很好，但在极地和低纬度地区用高阶自回归模式更为适合。

相关系数在考虑长期过程持续性的度量方面，也可以用相关系数来衡量。利润考虑6月的热力持续性，可以计算6月份的热力持续性，可以计算6月多年的序列与7月序列的相关系数。其持续性的检验用相关系数检验代替。但是，如果考察特殊年份与一般年份不同的持续性特征，用统一一个样本下计算的可持续性相关系数就不好度量了。这时可以用分类相关系数来度量其持续性。

概率对降水和气温的持续性也可以用转移概率来度量。把气象要素某种状态用状态转移的观点来研究。从马尔科夫链的观点来看，一种状态持续而不转移或一种状态转移到其他状态的概率很小时，定义此状态有持续性。显然，若将天气气候现状按其属性划分为两种或多种状态，例如晴雨、干湿日、高低温和旱涝年等。这样就可以把天气气候序列看成状态离散、时间离散的马尔科夫链。设有两种状态A和B。令第i日为A状态而第i+1日仍为A状态的转移概率记为Pn（A/A）；第i日为B状态，第i+1日仍为B状态的概率类似的有Pn（B/B）。按照上述观点当状态转移率大于状态的气候概率时，认为序列有持续性。2

气候持续性的诊断设χ1，χ2，....，χn是某气候要素χ的n次观测，根据气候持续性定义，得出：χt=aχt-1+εt，式中的εt是随机误差。一个时间序列是否具有持续性，需要进行统计检验。由于气候持续性特性由它观测序列的自相关系数觉决定，故要对自相关系数，注主要是后延为1 的自相关系数ρ1进行检验。3

气候持续性模式气候持续性模式（简称P 、C法）是台风路径统计预报的一种最基本的方法，目前，这类模式已被国外台风业务预报广泛选用。C.J.Neumann曾对各类台风路径预报模式进行过检验，证实了对大西洋24.5°以南地区，以CLIPER （气候持续性方法）为最佳。最近，美国咫风中心在研制墨西哥湾咫风预报模式时，还是选用这种方法建立模式（称为CLIPER-GULF）。

由于P 、C法没有选取与天气图直接相联系的因子, 因此研制出的这类模式, 缺乏当时天气形势的信息, 要想在任何区域预报效果都十分理想, 自然是不可能的。但是,该方法简便易行, 有台风定位及中心强度资料, 模式就能执行运算, 一天可提供四次预报。特别在低纬地区, 测站稀疏, 天气图因子在资料提取上含有较大的虚假性, 易造成因一子数据的误差, 这时就显示出P 、C法积极的一面。

发展这一模式的另一个作用是便于对其他统计模式进行检验。过去我们也进行过模式比较, 但是仅基于平均误差的比较, 由于时次不一致, 往往会引起误解, 无法对各种预报方法的性能作出恰当的评价。美国气象学会曾发表政策声明（1979）指出：“如果预报精度不胜过基本方法（如气候持续性）所达到的水平, 那就谈不上存在预报方面的技能” 。Neumann提出了用CLIPER模式来检验其他模式的技能水平。我们认为, 通过比较, 能进一步理解各种模式的性能和特点, 并有利于P 、C法作为一个子方法, 与其他模式, 或者在不同地区与不同模式集成具有时空优势的综合摸式。

在模式建立过程中, 考虑到在目前国内外的P 、C模式中, 只用位置和日期来反映气候规律, 似乎过于简单, 我们利用气候平均位移强化了气候因子, 从而更好地反映了台风移动的气候规律性。4

持续性与突发性气候从一种状态发展到另一种状态需要经过很长的一段时间进行调整，如果这种调整的时间很短，且两种状态的差异较大，往往就称之为气候突变。

从间冰期到冰期往往变化的很快，容易产生突变，从冰期到间冰期过渡时，往往发展较缓慢，具有明显的持续性。干湿变化也有类似的情形，从少雨干旱期到多雨湿润期发展较快，容易发生突变，而从多雨湿润期向少雨干旱期过渡时，发展较缓慢，往往有明显的持续性。这种现象在短期旱涝变化的过程中也常常看到，例如一个地区在连续几天甚至一天大暴雨即可造成严重的洪涝灾害，而大的干旱往往是几个月甚至几年的少雨形成的。1

持续性暴雨通过分析持续性暴雨的气候特征，以广东省为例,结果表明:地形对持续性暴雨的分布有重要影响,持续性暴雨的中心主要分布在沿海地区,粤中地区是次多发区。持续性暴雨中心主要在沿山体南侧分布,即迎风向的山前和迎风坡,前汛期主要以沿海的恩平、阳江和斗门为中心;后汛期主要以海丰、南澳为中心。全省各站都以持续2d的暴雨为主,持续性暴雨在前汛期发生的次数比后汛期多,最多的月份是6月。全省全年及前后汛期持续性暴雨次数的年代际变化相似;但从年际变化看,前汛期与全年发生持续性暴雨次数呈正相关关系,而后汛期与之则呈现一定的反相关关系。持续性暴雨有20~25a的长周期变化和2~4a的短周期振荡。5

事件持续性降雪降温气候将会造成能见度差冷暖空气交汇影响

2016年1月17日，市气象台发布降雪气候预报：受冷暖空气交汇影响，19～22日，我市将出现持续性降雪气候过程，气温将下降8～10℃。

气象部门提醒：目前正值春运期间，持续性降雪降温气候将会造成能见度差、道路结冰严重，会给春运带来较大影响，希望交通、公安、市政等相关部门按照职责，做好应急工作；驾驶人员采取防滑措施，听从指挥，慢速行驶；市民合理安排出行时间。

据市气象台预报，此次降雪过程最大降雪时段将出现在19～20日，全市过程降雪量介于2～8毫米，最大积雪深度可达5～10厘米。受降雪过程影响，我市21～25日气温显着下降，降温幅度为8～10℃。6