相空间EOF方法及其在气候诊断中的应用

提出了相空间EOF新方法，由此研究了四川测站降水和温度和气候变化。结果表明：突变性是气候变化最重要的特征，周期性是第二位的；突变在气候变化的高层次上有显著反映，低层次对突变具有反馈作用，正（负）反馈作用突出（掩盖）气候变化的突变性；并且在气候诊断分析中，这是一种有特色的方法。     

气候诊断分析中的相空间EOF方法

将相空间技术和EOF展开相结合，提出了相空间自然正交展开新方法，并由此分析了四川降水、温度变化的层次结构、突变特征和相互关系．     

EOF分解在分类问题上的应用

EOF分解能够将n维空间的问题转化成P维空间(P≤n),在此情况下,我们证明了“对原始资料的聚类,完全等价于对其时间系数的聚类。”详细论述了此种方法的物理及几何意义。     

利用EOF作相空间拓展与有限区域大气系统混沌吸引子维数的确定

提出用自然正交函数分解的方法来开拓相空间，从而研究有限区域上大气系统的混沌性质。与利用时间滞后作漂移来开拓相空间方法相比较，前者充分保证了相空间各基矢量的正交性，弥补了后者只能对单点资料进行计算的不足。文中利用欧洲中期数值天气预报中心1980－1986年北半球亚洲地区的500hPa位势高度场逐日格点资料进行了EOF分解并计算得到了该地区大气系统的分维数为D＝6．2，从而表明，为支撑该地区大气系统的混沌吸引子至少应取7维系统或以7个变量才能作出描述。     

基于EOF分解的中期平均气温距平客观预报方法

本文通过将500 hPa高度、850 hPa温度、海平面气压的预报与历史要素场进行EOF分解,并假定EOF分解空间函数(即特征向量)是基本稳定的,建立以EOF分解主分量系列的时间系数、预报站点附近基本要素值的时间序列与预报站点平均气温距平的多元线性逐步回归预报方程,结合ECMWF集合预报数值产品,生成全国范围未来10 d平均气温距平客观预报产品投入业务应用,并采用同号率方法检验。结果表明,客观预报产品在检验时段内,同号率平均值为0.77,明显高于ECMWF集合预报模式2 m温度直接计算得出的同类产品同号率0.63;该客观预报产品不仅在分布范围上,同时在距平幅度上预报效果均较好。此外,相关分析也证明同号率方法在检验中期时效气温距平预报中有其合理性。     

相空间中划分大尺度异常雨型的初步研究

文中针对以往雨型研究中的不足 ,从动力学角度将相空间引入到大尺度异常雨型的划分 ,通过估计EOF相平面上的概率密度函数、并确定局部极大值区域来划分主要雨型。分析表明 ,新雨型不仅再现了传统的 3类雨型特征 ,还得到了其他分型 ,并且能够反映出异常降水分布的季节内低频变化 ;分别采用 10和 2 0d低通滤波数据划分的雨型形态比较接近 ,但其种类、持续性和季节内分布等特征存在一定差异 ;雨型的气候分布与季风雨带有一定对应关系 ,其形成与夏季风异常关系密切。通过对简单直观的二维相平面问题的探讨 ,不仅证实了在相空间中划分大尺度雨型的可行性 ,也为进一步在高维空间中讨论雨型问题提供了依据。     

青藏高原及其邻近地区年平均气温的EOF分析方法应用

青藏高原及其临近地区包括云贵高原和四川盆地．海拔高差阶梯特征明显，地形差别大．其气候特征差异也较大．但是由于地域彼此相邻．同处我国西南．气候变化特征有相似也有差异，根据青藏高原及其临近地区1960到2000年132个站年平均气温资料，用EOF经验自然正交分解方法．分析青藏高原及其邻近地区年平均气温及其变化的时间空间分布特征。     

EOF分解与GA优化的热带太平洋海温场动力预报模型反演

基于NCEP/NCAR提供的1950-2000年月平均海温场资料,首先用EOF方法对海温场序列进行时、空分解,在考虑相邻时段位势场空间模态基本稳定的前提下,引入动力系统重构思想,以EOF分解的空间模态时间系数序列作为动力模型变最,用遗传算法全局搜索和并行计算优势,进行了模型参数的优化反演,建立了EOF分解时间系数的非线性预报模型。通过模型积分和EOF时、空重构,实现了海温场的中长期预报。试验结果表明,在1—6月时效预报上,模型预报海温场与实际海温场非常吻合;对于7 15月时效的预报,尽管模型预报的海温场与实际海温场存在一些出入,但基本构型大致相符,特别是对12月以上的海温场形态和范围仍然能较为准确地描述。所有时效的预报结果均能对1997年的El Nino事件特征有不同程度的描述。该研究方法为海温场以及El Nino/La Nina事件的预报提供了一种新的思路,文中提出的反演热带太平洋海温场与El Nino/LaNina的动力统计模型的研究思想和技术途径,在热带太平洋海温场的预测试验中(特别是中、长期预报)表现出良好的预报效果,为热带太平洋海温场及其异常的El Nino/La Nina事件的中、长期预报提供了有益的研究和参考方法。     

利用EOF相空间分析东亚梅雨旱涝长期过程的初步研究

利用非线性动力学中的相空间概念,分析了梅雨旱涝3～5年循环的长期过程.对全球热带850hPa的纬向风场距平所作的EOF,第1特征向量显示了Walker环流异常在赤道球圈上的分布;第2特征向量主要显示热带-副热带之间的环流异常的经向分布.在第1时间系数和第2时间系数所定义的2维相空间中,由相轨线分析,得到梅雨涝年主要集中于第2象限,而旱年则相对多在第4象限.说明梅雨旱涝年际变异的主导模态和热带大气环流的主要特征向量有着密切的关联.它们显示了以3～5年时间尺度的大气环流演变的长期特征性过程.     

重建动力系统方法制作月降水量预报的试验

利用时间滞后延拓相空间的方法，将南京地区一维月降水量资料序列拓展成高维相空间，计算得到降水系统的分维数为３．６，表明该系统是一混沌系统，其自由度最小取４。在具有二次非线性项的假设下求解设定的动力系统程数，建立降水预报方程。预报检验结果表明，利用该方法作局地降水气候预报具有一定的准确度。     

利用一维时间序列重建动力系统的进一步研究

对月平均气温一维时间序列作相空间拓展，并根据系统的分维数设定重建的动力系统，且在具有二次非线性项的假定下，利用最小二乘法求解相空间状态演化方程中的各项系数，以重建动力系统。结果表明：随相空间维数的增加，重建的动力系统对气候演化过程可作出更精确、细致的描述。     

中国夏季降水异常EOF模态的时间稳定性分析

本文基于1980~2012年中国160个台站降水资料,利用滑动交叉检验等方法讨论了中国夏季降水距平和距平百分率EOF各模态的时间稳定性,在此基础上探讨了EOF方法在中国夏季降水短期气候预测中的应用条件和潜在能力。研究表明,随机剔除一年样本,中国夏季降水距平场前四个EOF模态表现出显著的稳定性。若时间系数完全预测准确,则潜在的可预测站点主要位于黄河以南地区,理想预测与原始降水的距平相关系数为0.6左右。相对而言,降水距平百分率各模态的时间稳定性易受极端降水事件的影响,当人为削弱这种影响后,随机剔除一年样本,其前三个模态的稳定性得到提高,潜在的可预测站点均匀分布,理想预测与原始降水的距平相关系数为0.48。但是,伴随着预报时效的增加,降水距平和距平百分率后三个EOF模态的时间稳定性下降,预示着EOF方法对未来两年以上降水的预测能力将会明显下降。     

利用─维时间序列重建动力系统的进一步研究

对月平均气温一维时间序列作相空间拓展，并根据系统的分维数设定重建的动力系统，且在具有二次非线性项的假定下，利用最小二乘法求解相空间状态演化方程中的各项系数，以重建动力系统。结果表明：随相空间维数的增加，重建的动力系统对气候演化过程可作出更精确、细致的描述。     

利用一维时间序列重建动力系统的初步研究

通过对月平均气温一维时间序列作相空间拓展,和假定相空间状态变量随时间的演化方程含有线性和非线性二次项,再根据拓展后的资料进行拟合,利用最小二乘法求出各项系数,保留其方差贡献大的项,以重建动力系统.实际计算结果表明,重建的低阶动力系统有可能对月平均气温所表征的短期气候演化过程的非线性特性作出描写.     

我国盛夏500 hPa风场的EOF分析及其与大尺度气候异常的关系

本文利用NCEP/NCAR 1951-2004年盛夏(7-8月)平均风场资料,研究了与同期我国160个测站的温度和降水的关系。将东亚500 hPa风场,温度场,降水量场进行经验正交分解,得到它们的主要模态的时空变化特征。结果表明东亚风场EOF的主要模态与我国温度,降水量的EOF的主要模态对应,其第一EOF模态与盛夏温度,降水量的关系密切。研究还得到我国盛夏低温,雨涝的500 hPa大尺度风场的特征。最后指出,500 hPa风场异常对我国盛夏温度,降水量异常分布的解释方差明显比500 hPa位势高度场大。     

夏季东亚季风区500 hPa月环流异常及与我国降水关系的向量EOF分析

利用NCEP/NCAR1980～1997年夏季月平均风场及同时期我国160个测站月平均降水资料，讨论了运用向量经验正交展开(EOF)方法得到的流场月距平主要模态的时空变化特征。分析了主要模态与中国夏季降水(雨型)的相关分布，指出EOFl及EOF2模态与中国夏季降水最主要分布型式有很好的对应关系。用小波变换方法对主要模态的时间系数进行了分析，揭示了各模态的多时间尺度性质，发现3～6年周期振荡是主要的。     

EOF和CCA方法在台风路径预报试验中的比较

利用气候持续性因子，并分别考虑了５００ｈＰａ高度场的ＥＯＦ因子和ＣＣＡ因子，分别建立了基于ＥＯＦ因子和基于ＣＣＡ因子的南海台风２４－１２０小时路径预报模式。经过非独立样本和独立样本的预报检验，比较。将两种方法运用于５００ｈＰａ高度场的分析表明，ＣＣＡ方法得出的典型变量权重系数分布虽不能象ＥＯＦ方法的特征向量一样表示出明显的而且平滑的空间场形式，但ＣＣＡ方法浓缩了更多的与台风路径整体相关性最好的原变     

青海高原春夏云量场的EOF分析

主要利用青海省26个代表站1970—2002年33a的春夏(3—8月)地面观测总云量资料，采用经验正交函数(EOF)和累积距平法对高原春夏平均总云量的时空分布特征和变化趋势进行了分析。结果表明：经EOF分解后的前三个特征向量累积方差贡献达80．4％，青海高原春夏平均总云量不但具有变化趋势基本一致的特征，而且存在着东西、南北不同分布类型的差异，云的形成分布受地形抬升和大气波动影响比较明显；春夏平均总云量的年际波动变化呈现出较明显的下降趋势，30多年来春夏平均总云量经历了一次大的波动，70年代至80年代末平均总云量变化趋势为持续上升阶段，自1989年以后为下降阶段。