东亚季风气候变异导致我国汛期旱涝频发,严重危害国家经济社会发展和人民生命财产安全,准确的旱涝预测是国家防灾减灾重大迫切需求。然而,由于大气混沌性,准确的旱涝预测仍然是世界性难题。东亚季风气候具有独特的多尺度变异和多因子影响的高度复杂性,目前动力模式对东亚及我国降水异常的直接预测技巧仍很低,我国气象业务部门尚缺乏被广泛应用的具有物理基础的客观定量化气候预测业务系统。

针对上述现状,南京大学大气科学学院暨中国气象局-南京大学气候预测研究联合实验室杨修群教授研究团队基于其对气候多尺度变异动力学机理和可预测性的长期研究成果,提出了利用最优可预测气候模态(Singular predictable climate ModesSM)来预测降水异常相对倾向(Anomalous Relative Tendency, ART)进而预测降水异常的新方法,即SMART旱涝预测方法。

SMART旱涝预测的基本原理如下:(1)通过预测降水的异常相对倾向(ART)来实现对降水异常的预测;(2)利用SVD方法,提取和选择决定降水异常相对倾向(ART)的前期或同期可预测气候模态(SM;3)建立最优气候模态(SM)与降水异常相对倾向(ART)之间的物理统计回归模型(即SMART关系或模型);(4)基于前期SM实况或同期动力模式对SM的预测,利用SMART模型,实现对ART进而对降水异常的预测。

基于SMART气候预测原理,该团队先后创建了“SMART物理统计季节预测系统(SMART-PSM-SPS)”、“SMART动力-统计结合季节预测系统(SMART-DSM-SPS)”、“SMART物理统计延伸期(旬)预测系统(SMART-PSM-EPS)“SMART动力-统计结合延伸期预测系统(SMART-DSM-EPS)”等,并形成了基于云服务器的SMART气候预测集成系统(Integrated SMART System for Climate Prediction, iSMART)软件。基于最优可预测气候模态和异常相对倾向的实时气候预测系统(Singular predictable climate Modes and Anomalous Relative Tendency-based real-time Climate Prediction System, SMART-CPS)已获得一系列授权的国家发明专利和软件著作权。

目前基于云服务器的SMART气候预测集成系统(iSMART)软件可在用户端安装使用,可用于全国、省以及特定区域的季节和延伸期气候预测业务运行,可制作降水、气温等多要素实时气候预测产品,也可进行历史回报评估。iSMART系统初始版本仅提供SMART物理统计季节预测系统(SMART-PSM-SPS V1.0)和SMART动力统计结合季节预测系统(SMART-DSM-SPS V1.0)两个子系统的业务运行。本系统可根据业务需求和技术发展进行扩展和升级。