EOF迭代方案恢复夏季大气环流场的试验

本文设计了一种恢复夏季大气环流场的EOF(经验正交函数)迭代方案,并利用1951～1984年中国夏季降水距平场和北半球500hPa夏季高度距平场作镢复试验,数值试验效果较好.此项工作表明:利用某些长时间序列的资料通过EOF迭代方案恢复历史时期大气环流是可行的.     

全国各省市气象科技期刊文章摘编(26)

1动力延伸预报产品在辽宁短期气候预测中的释用《气象与环境学报》2006年第12期周德平基于1961年～2000年辽宁53个测站40a逐年的月气温距平和月降水距平百分率资料,根据EOF(经验正交函数)展开的空间特征向量分布特征,将前3个主要特征向量时间系数作为预报量,将500 hPa高度场的高度距平、地转涡度作为预报因     

北半球50 hPa位势高度距平场的EOF分析及其与对流层的比较

本文以EOF方法为基础对北半球50 hPa高度月平均距平场进行了分析，指出北半球50 hPa场存在着几种定常的环流型，且它的距平场的EOF展开精度具有相当好的稳定性。另外，北半球50 hPa高度月平均距平场高、中纬之间存在着远远超过α=0.001信度检验的“跷跷板”式振荡。功率谱分析发现，北半球50 hPa环流场有着显著的准2—3年及准4个月振荡周期，赤道平流层QBO现象在高度场上也有清楚的反映。通过与对流层的EOF分析比较得到，500 hPa与50 hPa第一、第二特征向量场有相似的空间分布，但对于EOF展开无论是从拟合精度的稳定性还是收敛性看，平流层都远远优于对流层。     

北半球月平均环流异常垂直结构的综合分析

本文用一种时空综合的经验正交函数分析方法,对北半球100、500和700hPa三层月平均高度距平场进行展开,得到了不仅能反映各层高度距平场本身的空间结构分布特征,而且能同时反映各层高层距平场之间有机联系的特征向量场.分析结果表明:北半球月平均环流异常在垂直方向上具有明显的相当正压性结构特征.     

改进的经验正交函数分析方法及其效果验证

基于中国站点网气候资料,简要介绍了经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)与改进的经验正交函数(adjusted EOF,AEOF)分析方法的关系,给出了验证其分析效果的方案;并将EOF、AEOF分析方法应用于中国160站60 a(1951—2010年)夏季气温距平场序列的分析。结果表明:AEOF分析方法前6个模态的模方拟合率和累积模方拟合率均高于EOF分析方法的相应量;AEOF分析方法前3个模态的典型场对夏季气温距平场序列的模方场的拟合效果明显优于EOF分析方法。由此论证了EOF分析方法中资料均匀化订正的必要性,验证了实际分析中AEOF分析方法的较优效果。     

模式气候的球谐谱分析

对模拟的气候场用球谐函数作波谱分析,得到了全球500hPa高度和海平面气压在不同截断时的波谱特征以及由CO2倍增(2×CO2)引起的流场变化。与用经验正交函数(EOF)对模式气候作分析不同,球谐波谱分析能清晰显示大气波动的物理图像,尤其是全球大气低频波。另外,试图通过分析2×CO2和1×CO2时的模拟环流,解释造成全球增暖的环流背景特征。       

山东伏期旱涝特征与大气环流异常

以山东75个观测站伏期降水资料(1959-2005年)分析得到山东伏期旱涝在演变趋势有其独特性;500 hPa高度场距平分析表明,在中高纬尤其是贝加尔湖地区大气环流的异常对山东伏期的严重旱涝和洪涝形成起着重要作用;500 hPa高度距平场的EOF分析进一步证明,山东上游蒙古地区的冷空气活动和副高的强度是500 hPa高度场上影响山东伏期旱涝的两个最主要因子.     

北疆冬季气温季节内变化及其环流特征

基于新疆北部区域(简称北疆)37个代表气象站1961—2019年逐月平均气温资料和NCEP/NCAR再分析环流资料,通过经验正交函数(EOF)分解和相关分析方法,研究北疆近58 a冬季气温季节内变化的时空演变特征及其对应的大气环流特征。结果表明:(1)北疆前冬和后冬气温EOF分解的前两个模态在空间上均表现为全区一致变化型和偏西偏北地区与中东部反相变化型。前冬和后冬气温全区一致型的时间系数与同期500 hPa位势高度场呈显著负相关关系区域位于乌拉尔山附近,气温反相变化型的时间系数与同期500 hPa位势高度场呈显著正相关关系区域位于波罗的海附近。(2)北疆冬季气温季节内主要有前后距平一致和前后距平相反两种特征。在北疆冬季气温前后距平相反年份",前冷后暖"时的500 hPa乌拉尔山高压脊减弱消失,欧洲槽东移加深,东亚大槽强度减弱";前暖后冷"时,500 hPa欧洲槽减弱西退,乌拉尔山地区高度场抬升,东亚大槽加深。(3)前冬偏冷时,后冬偏暖的主要原因来自于500 hPa极涡增强,欧洲槽加深;前冬偏暖时,后冬偏冷的大部分原因是受500 hPa欧亚大陆大片的负变高区影响。     

山东冬季气温年际变化及大气环流特征

采用经验正交函数(EOF)方法分析山东省43年(1961—2003年)冬季气温变化，结果表明，第1模态几乎反映了整个温度场的时空变化特征，冬季气温年际变化明显，增温显著；采用NCEP／NCAR月平均大气环流再分析资料(1961—2003年)，分析表明，冷、暖冬大气环流差异明显，冷冬年500hPa高度距平场呈北高南低的特征，西伯利亚高压加强，东亚大槽偏西加深，亚洲地区维持稳定的经向环流，利于冷空气南下，易造成冷冬；暖冬年呈相反特征。     

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。     

热带副热带高度异常对长江流域和华北旱涝影响的数值模拟与分析

前期南亚高压的异常增强或者减弱,热带、副热带地区100 hPa高度的异常增高或者降低,热带西风的异常增强或者减弱,对长江流域和华北地区夏季的降水异常具有预示作用。文中设计了一系列的数值试验进行模拟研究,包括控制试验、敏感试验和4组合成试验。合成试验模拟结果表明,前期热带、副热带高度异常分布,能够再现长江流域、华北旱涝情况。前期南亚高压、热带、副热带高度、风异常对长江流域和华北地区夏季降水的异常均有预示作用。100 hPa叠加高度、风异常的敏感试验结果表明:前期南亚高压、热带与副热带地区100 hPa高度场和环流场的异常不仅可以预示、事实上能够引起长江流域和华北夏季降水的异常———前期南亚高压异常增强、热带、副热带地区100 hPa高度场异常增高、西风异常增强,易引起长江流域降水偏多、华北降水偏少;反之,则容易引起长江流域降水偏少、华北降水偏多。     

青藏高原冬春季雪盖对东亚夏季大气环流影响的数值试验

利用ＩＡＰ２－ＬＡＧＣＭ进行了青藏高原冬春季雪盖异常对东亚夏季大气环流、加热场和降水影响的数值试验。结果表明，该影响十分显著，持续性很强。当高原冬春季雪盖异常增厚、范围扩大时，夏季（ＪＪＡ）高原地区及我国北方５００ｈＰａ位势高度降低，南方变高，西太平洋副高减弱。大气对雪盖异常的响应呈明显的波列特征。我国北方大部地区土壤温度降低，南方土壤温度升高。夏季各月降水异常分布形势并不完全一致，但与同期５００ｈＰａ高度场异常分布形势有关。     

江西地区冬季气温异常与北半球500hPa高度场的关系

利用1960—2011年江西省81个台站月平均气温观测资料和NCEP/NCAR北半球逐月500 hPa高度场再分析资料,分析了江西地区冬季(当年12月至次年2月)气温异常的时空特征、冷暖典型年500 hPa高度距平场特征以及气温异常与北半球500 hPa高度场的相关性,并运用奇异值分解(SVD)方法探讨了北半球500 hPa高度场异常与江西地区冬季气温异常之间的耦合关系。结果表明:(1)江西地区省冬季气温以全区一致的变化为主;(2)影响江西地区冬季气温异常的500 hPa高度场关键区为北大西洋(20.0°—42.5°N,10°—70°W)和欧亚地区(25.0°—72.5°N,40°—150°E),影响时段分别为当年7月(前期)和当年冬季(同期);(3)前期7月北大西洋关键区500 hPa高度场与江西地区冬季气温呈显著的正相关关系,其中最显著的区域为赣北地区;冬季欧亚大陆关键区500 hPa高度场与江西地区冬季气温也呈显著的相关关系,其中最显著的区域为赣北、赣中地区。     

云南夏季降水异常的影响因子及物理统计预测方法

云南夏季降水年际变化较大,影响因子众多,夏季降水的预测较为困难。使用1965—2017年云南省122个气象观测站的逐日降水资料和NCEP大气环流资料,采用年际增量的方法来预测云南夏季降水。文中基于云南夏季降水年际增量变化规律和影响夏季降水的环流形势及物理过程,选取了6个具有物理意义的预测因子,包括:前期2月南太平洋海温异常、前期2月东亚北部海平面气压异常、前期4月北美500hPa位势高度异常、前期5月太平洋北部海平面气压异常、前期1月印度半岛北部500hPa位势高度异常及前期2月澳洲以南地区200hPa高度场偶极子异常,来建立云南夏季降水预测模型。并对预测模型进行逐年交叉检验和1998—2017年逐年独立样本检验。交叉检验中夏季降水年际增量预测值和观测值的相关系数为0.85,相对均方根误差为8.0%。回报检验中夏季降水年际增量的相对均方根误差为9.1%,63.0%的异常年份预测值能够准确地预报出夏季降水异常。该预测模型有较好的预测能力。     

关键区海温年代际异常对我国东部夏季降水影响

利用1931—2010年UKMO HADISST1全球月海表温度、NOAA再分析资料及我国东部96个站月降水量资料,使用REOF,SVD及合成分析等方法探讨了关键区冬季海表温度 (SST) 年代际异常对我国东部夏季降水的影响。结果表明:当冬季黑潮区SST年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度呈“+-+”距平分布,西风带经向环流盛行,西太平洋副热带高压加强、西伸;850 hPa风场距平场上,北方地区为反气旋性异常控制,南海上空为异常偏南气流,这样的环流配置有利于我国东部夏季多雨带出现在长江中下游地区;当冬季南印度洋偶极子 (SIOD) 年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度为正距平,阻塞形势发展,经向环流盛行,有利于冷空气南下,西太平洋副热带高压强度偏强,位置略偏南、偏西;850 hPa风场距平场上,北方地区为一反气旋性异常控制,异常偏北气流延伸至我国南方地区,索马里越赤道气流偏强。这种环流配置使得副热带锋区偏南,夏季多雨带位于华南及东南沿海地区。     

1997年中国夏季旱涝和北半球平流层平均环流分析

通过分析对应我国夏季三类降水型的北半球50 hPa平均环流场特征,表明1997年我国夏季降水异常的50 hPa环流特征,主要是从冬到夏大范围高度场偏高,极地涡旋冬季弱春季强,太平洋高压冬春异常加强。     

青藏高原夏季热力状态和南半球大气环流的可能联系

本文通过对观测和再分析数据采用最大协方差分析以及回归、合成等分析方法,研究了青藏高原夏季地表气温与南半球大气环流之间的遥相关关系。结果表明,前期(4月)南半球极地—中高纬度大气环流呈现负位势高度异常、较低纬度印度洋—西太平洋区域呈现正位势高度异常时,高原中部和东部大部分区域夏季出现暖异常。在上述遥相关中,印度洋—西太平洋海温异常可能起到了重要的中间桥梁作用。在高原夏季温度偏高的年份,前期跨赤道的印度洋—西太平洋海温也持续偏暖,带来的海陆热力对比减小、经向跨赤道气流减弱有利于削弱夏季的季风环流,使得高原夏季降水偏少,有利于形成高原夏季的暖异常。在这一高原气温—南半球大气环流的遥相关关系中,4月南半球的大气位势高度场异常和与印度洋—西太平洋海温异常相关的异常高度场分布也十分相似。这一前期的跨赤道区域海温异常与南半球中高纬度位势高度场异常的因果关系仍有待进一步揭示。     

Effects of Sea Surface Temperature Anomalies off the East Coast of Japan on Development of the Okhotsk High

The study examined effects of sea surface temperature anomalies (SSTAs) off the east coast of Japan on the blocking high over the Okhotsk Sea in June by diagnostic analysis and numerical simulation. Firstly, based on 500-hPa geopotential height fields, the Okhotsk high index (OKHI) for June from 1951 to 2000 is calculated and analyzed. The result indicates that the OKHI has obvious inter-annual and inter-decadal variations, and there are 9 yr of high OKHI and 8 yr of low OKHI in 50 yr. Secondly, by using the OKHI, the relationship between the Okhotsk high and the 500-hPa geopotential height anomaly is investigated. The results indicate that the "+-+" pattern of geopotential height anomaly crossing Eurasia in the mid-high latitudes and the "+-" pattern of geopotential height anomaly from high to low latitudes over East Asia are in favor of the formation and maintenance of the Okhotsk high. The relationship between the OKHI and the SSTA over the North Pacific is investigated in early summer by using correlation and composite analysis. We found that when the blocking circulation over the Okhotsk Sea occurs, there is an obvious negative SSTA off the east coast of Japan in early summer. We simulated the effects of the negative SSTA of east coast of Japan on the atmospheric circulation anomaly over East Asia through the control and sensitivity experiments using NCAR CAM3 model in order to confirm our analysis results. The simulation shows that the negative SSTA off the east coast of Japan results in the significant positive 40 gpm 500-hPa geopotential height anomaly over the Okhotsk Sea and the negative anomalies off the east coast of Japan which might contribute to the formation and development of the Okhotsk high in June.     

全球大气位势高度场气候变率的球函数分析

为了研究全球大气位势高度场的气候变率, 利用NCEP/NCAR再分析资料, 按照距平高度场平均强度指数 (I_a) 分析发现, 半球距平高度场强度呈年单周振荡, 冬大夏小, 冬季随高度单调增大, 夏季有弱高、低值中心出现, 而北、南半球的差异明显表现在季节变化上; 进一步根据半球大气位势高度距平场球函数谱低维、低阶的基本特征, 将半球环流异常分为半球均匀异常 ( H ′₀₀)、纬向均匀异常 ( H ′₀)、超长波尺度异常 ( H ′_ul) 和长波尺度异常 ( H ′_l) 4种类型, 用波数域0≤m, k≤6上的球函数系数资料求得它们的方差贡献, 给出了4类异常的方差贡献随高度、季节变化的规律以及它们的半球际差异。由此得到异常环流球函数谱结构的总体特征为:对流、平流层之间存在明显变化。从对流层进入平流层, 一般由超长波异常为主转为纬向均匀异常为主 (冬半球) 或半球均匀为主 (夏半球); 半球均匀异常在对流层中不重要, 长波尺度异常在平流层中不重要, 它们拟合异常方差一般均小于10%; 北、南半球最大差异表现在冬季平流层R′₀₀和冬、夏季对流层R′₀南半球大于北半球, 冬、夏季对流层R′_l北半球大于南半球。