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文丨史上见
编辑丨史上见
前言
詹金森-科里森天气分类方案是一种自动化方法，用于将区域海平面压力分类为数量较少的典型循环模式。该方法最初是在 1970 年代初根据专家知识为不列颠群岛开发的，此后得到了许多应用。
JC-WT 应用于全球 2.5规则网格的每个网格盒，不包括内部热带地区。先后获得了 5 次不同的再分析的 6 小时目录，然后将其用于探索方法适用性的限制和再分析数据集固有的观测不确定性。
不同天气类型的影响
发生环流类型的多样性和未分类情况的频率提取了凭经验得出的适用性阈值，这表明 JC-WT 通常可以在 23.5 极地方向的任何地方使用。沿该域赤道方向的季节性波动会影响这一发现。
在地形复杂的高海拔地区，再分析海平面压力估计值不可靠，阻碍了该方法在这些地区的应用。其他一些地区，不同的再分析得到的JC-WT分类之间存在很大差异，这可能会在模型评估中使用该方法时带来额外的不确定性。
大范围的环流格局对区域气候有直接影响，持续高压系统和北大西洋涛动模式扰乱了主要的气旋西风流，它在很大程度上调节了欧洲的气候。与高温相关的事件，季节性极端事件发生变化。
南半球南环模，也称为南极涛动，影响高纬度和中纬度地区的气候系统，显示大气质量的“跷跷板”模式。本质上，南半球环状模由南极洲周围的强西风或低压带组成，其主要变化模式是向北位移。
它与从西向东移动的风暴和冷锋有关，很大程度上决定了澳大利亚南部的降水。此外，大规模气候变率的各种模式，厄尔尼诺南方涛动或马登朱利安涛动在很大程度上决定了SH的区域气候。
天气类型计算的方法
大气环流和高低压变化对于正确描述主要区域气候特征至关重要。在这种情况下，天气类型是一个有用的工具，因为它们将数据的整个变化范围总结为一些可解释的模式。一种著名的环流分类方法是兰姆天气类型分类。
LWT 分类是由气候学家创建的主观聚类方法，观察不列颠群岛的天气气候学。该系统依赖于确定性天气类型分类，该分类基于需要气象专家知识来解释每日 SLP 图表的许多规则，从而提供对 SLP 模式的简单且定义明确的物理解释。
后来在计算机时代，气候学家遵循 Lamb 原理开发了一种更客观的方案，称为天气类型分类。JC-WT 方法是一种自动化程序，使用一组基于 SLP 的方程，能够重现环流类型，与原始 LWT 目录的差异可以忽略不计。
与原始的 LWT 方法不同，JC-WT 方案的优点是通过引入一些调整参数来自动适用于不同的地理位置，以将相对网格间距考虑为纬度的函数。这种循环分型方法的优点在北半球得到了利用。
JC-WT 集中在伊比利亚半岛和中国东南部，奥特罗首次计算了 JC-WT 分类在欧洲的空间连续应用，品牌计算了覆盖大部分北半球温带区域的每个网格盒上的 JC-WT，以评估 GCM 性能。
JC-WT 分类很少在南半球使用，在智利南部这种情况下需要对模型方程进行调整以适应 SH 环流。通过天气类型评估模型性能的想法很久以前就开始了，并且基于过程的评估范式最近特别在降尺度社区中受到关注。
JC-WT 分类仅基于 SLP 场，GCM 进行最佳、客观的选择，其在广泛背景下推断与大气环流相关的其他大气特征的能力受到一定限制。关于低层环流物理的重要信息也可以从 JC 中间参数的分析中推断出来。
气流和剪切涡度这些气流指数相对容易的解释和 JC 方法的简单性，允许通过简单的实现转移到其他区域。此外，环流模式从根本上控制着地面的气象特征，因此使用SLP具有很多优势。
模型的分析与比较
“如果两个模型的压力场不同，大多数其他场也会不同”，这强调了SLP作为模型基本动力变量的重要性及其与模型评估的相关性。从这个意义上说，可以通过依赖基于 SLP 的分类技术来评估模型性能，作为模型排名和选择的有效工具。
模型评估涉及模型输出与观测值的分析比较，考虑到模型和观测值都可能是不确定的。分析产品被用作参考，需要仔细考虑它们在气候特征表示方面的差异，特别是在历史上背景观测网络稀疏的地区以及更多对观测系统纳入模型的同化数据中的时间非平稳性敏感。
人们广泛认识到在评估气候模型时需要考虑多种观测产品，JC-WT 分类在全球范围内的应用实施情况，其对 SH 位置的适应，根据全球覆盖范围内的五种不同的再分析产品计算得出的。
以最新的参考区域为参考，对 JC-WT 在全球范围内的适用性进行评估来总结结果。这些可以识别全球区域，其中 JC-WT 分类为表征 SLP 模式提供了有效的工具。比较不同的 JC-WT 再分析目录，目的是揭示具有高观测不确定性的区域。
在这些领域中提倡谨慎，因为需要使用多次重新分析，以便充分评估循环相关建模或降尺度练习中的不确定性范围。并且投入了大量精力来比较不同气候背景下的再分析产品以及对他们意见分歧的根本原因的理解。
詹金森-柯林森分类方法
作为输入使用 6 小时瞬时海平面压力数据，这些数据使用由 16 个点组成的十字形点图案进行采样。由于其形状，这种方案简称为“十字”，该十字可以以任何热带地区为中心。为了对整个地球进行分类，十字中心通过网格框和JC-WT 方法的范围，十字延伸南北从其中心。
JC-WT 方法是为温带应用而设计的，因为有意义的分类所需的交叉区域内的显着压力梯度预计主要出现在这些纬度地区。为了多样性，使用五个再分析产品的 6 小时 SLP 场计算了全局 JC-WT 分类。
在 JC-WT 应用之前，所有重新分析都保守地插值到常见的 2.5常规经纬度网格。为了比较所有重新分析，考虑它们共同的 27 年期间与 AR5 CMIP5 历史基线一致。ERA-20C 是通过仅同化 SLP 和海洋风而产生的，不能与其他同化更广泛的地面和卫星观测的产品完全可比。
南极洲和青藏高原全年都存在这种例外情况，格陵兰岛和中纬度南印度洋也有较小程度的影响。地图进行目视检查揭示了大约 16 种不同类型的显着经验阈值，与至少一半的时间记录属于 U 型。
JJA 季节影响地中海、中东和美国西南部，在 DJF 季节影响中纬度南大西洋东部和南太平洋东部。这种季节性波动与热带辐合带的季节性变化密切相关，其中局部尺度的深对流过程占主导地位，即使在温带地区一定程度上改变 JC-WT 分类的适用性。
地中海盆地DJF期间适宜性最佳，这是由于大西洋风暴路径向南移动以及地中海上空的本土气旋发生所致海。在 JJA中，U 型频率增加，同时类型多样性缩小，因此损害了该季节分类的有用性。
中北美洲和撒哈拉地区的季节性TPMS值大于年度值，在地中海和北美西部，TPMS 值在 JJA 最大，在 DJF 最低。反映上述季节性游行的情况是，南美洲和澳大利亚中部的TPMS 值达到最大值DJF 的强度比任何其他季节都要大得多。
天气类型频率和转变概率
天气类型的一个显着特征是其发生概率，可以通过样本中发生的相对频率来估计，分类为特定类别的 6 小时记录占整个时间序列长度的比例。JC-WT 持久性地说，两种不同类型之间的转换概率也很重要。
法术持续时间确定关键的时间特征，作为评估模型重现循环模式序列能力的有效工具。为了衡量重新分析之间的差异，评估每种类型的 JC-WT 发生概率，以及一种类型转变为另一种类型的概率。
Lamb 天气类型方法已被证明对北半球的许多地区有用，包括不列颠群岛等海洋性气候到中亚的极端大陆性气候。JC-WT 可以与近地表变量的变化联系起来，云量以及中欧风暴的识别。与影响智利中南部的遥相关有关的 JC-WT，厄尔尼诺南方涛动也称为南方环模。
为了评估在全球范围内获得的 JC-WT 的意义，确定了与三个主要遥相关指数产生最强正相关的天气类型。这三个主要遥相关指数在很大程度上影响两个半球的气候变化，即北大西洋涛动，太平洋-北美模式和南极涛动。
世界大部分地区的这些遥相关相关的预期最频繁的 JC-WT，不同类型的数量衡量区域环流的多样性。以及未分类类型的出现，见证没有明显涡度趋势的弱压力梯度，也称为气压沼泽。在尚未开发该方法的气候条件下，最突出的是季风区和热带辐合区。
天气变化要么在所考虑的尺度上缺失，要么由 SLP 以外的其他变量表示。为了评估重新分析之间的差异， WT 频率的相对偏差测量了 JC-WT 分类结果的差异，以及使用二比例 Z 检验这些差异的统计显着性。
相对偏差是一种无量纲测量，频率完美一致时为零。双比例 Z 检验的零假设是两次不同重新分析的给定类型的相对频率相同，此参数测试来识别其结果天气类型频率的显着差异。其中包括对小样本的精确测试，更适合不常见的天气类型。
U型的频率在热带地区表现出突然增加，遵循与类型多样性类似的模式。类型的多样性越低，U 型的频率就越高，但有一些地区例外，其中多样性的减少与 U 数量较小相一致。显示出明显的纬度梯度，类型多样性向热带地区减少。
结语
JC-WT 方法可以可靠地应用于两个半球纬度和对于该适用性领域的大部分，WT 具有很大的多样性，而 U 型出现的频率较低。作为对该方法失去适用性的警告，在 U 型成为主导类型的同时，WT 的多样性急剧下降，这一转变标志着 16 个不同 WT 的经验适用性阈值。