近百年全球平均地面气温准周期信号及其长期演变特征的分析

应用奇异谱分析(SSA)方法,对全球及南北半球近100多年(1856～1997年)逐月地面气温距平序列的年际变化准周期性进行诊断分析,结果表明,全球平均气温序列中以准5～6年和准4年周期振荡最显著,其次是准两年周期振荡.各种准周期振荡年代际演变特征及其变率的阶段性,不但表现在振幅上,而且其波数亦很明显.上述特征在全球、南北半球都各有明显的差异.奇异交叉谱分析(SCSA)表明,全球平均地面气温的年际振荡与气候系统中其他各子系统所隐含的准周期信号具有各种耦合关系,尤其表现在与Nino区海温或南方涛动指数中的准周期信号的耦合关系上.     

奇异交叉谱分析及其在气候诊断中的应用

提出了一种新的用于气候诊断的奇异交叉谱分析方法（记为SCSA）。从理论上证明,它是一类时频域相结合的广义交叉谱分析,也是奇异谱分析（SSA）的一个推广。SCSA可获得比经典交叉谱更为强化的耦合振荡信号,并在时域上描述两个系统之间各种耦合振荡信号的时变特征,因而可将频域上的耦合振荡信号在时域上加以合成和分解,包括非线性耦合振荡的弱信号,这对短期气候预报十分有益。文中实例证明,SCSA比经典交叉谱分析有更为优良的特性。     

中国降水场QBO分布型态及其长期变率特征

采用带通滤波法，奇异谱分析（SSA）和小波分析（WTA）综合研究了近50年中国降水场的准两年周期振荡（QBO）的分布型态及其长期变率特征。结果表明，QBO分量在中国降水场年际振荡中举足轻重，具有显著而稳定的特征：50年代到60年代初期，QBO分量振幅较大，频率较小；60年代中后期到70年代初，振幅有所衰减，频率有所加大；70年代中后期到80年代直至90年代初，频率再次减小，振幅也相对较小；90年代中期，振幅和频率都有增大的趋势。准两年振荡在不同季节主型态中表现有所不同，在冬、夏季表现较强、秋季次之，春季最弱。     

多窗谱分析方法及其在全球变暖研究中的应用

多窗谱分析方法是一种低方差、高分辨的谱分析方法 ,尤其适合于非线性气候系统中高噪声背景下弱信号、时频演变信号的诊断分析。文中简要地介绍了多窗谱分析方法的基本原理 ,并将其用于近 1 5 0 a来全球及南、北半球温度变化的研究。结果表明 :(1 )在温度呈线性变暖的背景趋势下 ,北半球、全球年平均温度还具有显著的 40～ 70 a的准周期低频振荡 ,它们与变暖过程中的波动性密切相关 ;(2 )年代际振荡信号在北半球温度序列中也相当明显 ,南半球则存在多种低于 5 a尺度的显著振荡周期 ,半球或全球 ENSO振荡分量、QBO周期信号的振幅都具有缓变包络的特性 ;(3 )与传统功率谱估计、最大熵谱估计结果的对比表明 ,多窗谱分析方法方法得到的谱估计分辨力高 ,稳定性强。     

全球气温与ENSO多年际耦合振荡关系的初步研究

借助于最优分割法和多通道奇异谱分析（MSSA）等方法对全球气候变化背景场阶段性变化及其与ENSO振荡信号的相互关系作了详细的诊断分析。结果表明：（1）全球近百年气温长期变化阶段性明显，各阶段之间的气候变率特征差异较大；（2）全球气温变化背景场的阶段性对ENSO的年际及年代际准周期振荡有较为明显的影响；（3）全球气温与Nino区海温的年际变率存在着准4年和准2年的显著耦合振荡。     

全球平均海温演变的奇异谱分析

用奇异谱分析（ＳＳＡ）研究了１３６年（１８５６－１９９１年）全球平均海温季距平演变特征，并对各主分量作了最大熵谱分析。结果表明，海温演变除了具有８１年周期外，还有一些非常明显的周期振动，这些周期主要是准１０年和２．６－６年。从各主分量的方差贡献来看，前１５个主分量的方差贡献之和是总方差的７８％。从特征向量的分布函数来看，第１、２特征向量表示了海温序列的线性特征，它们的方差之和可以占到总方差的４８％     

重庆市气温及降水变化的奇异谱分析

采用奇异谱分析（SSA）方法对重庆市长年代逐月地面气温及降水资料进行了分析，结果表明，重庆市气温序列存在准2年、准4年周期及16个月的年际振荡特征；而降水序列有准4年、准2年周期及8～16个月的年、季振荡特征。     

基于神经网络奇异谱分析的ENSO指数预测

采用奇异谱分析方法研究了ENSO指数及相关序列, 结果表明奇异谱分析能很好的对原始序列进行信噪分离, 增大了ENSO指数的可预报性.在此基础上, 提出了人工神经网络和奇异谱分析相结合的ENSO指数预测方法, 进行了不同因子组合的预报试验, 预报效果明显优于持续性预报, 超前4季的Nio 3区、 Nio 4区预报相关系数仍高于0.5.     

奇异交叉谱在海气相互作用诊断研究中的应用

利用SCSA（奇异交叉谱分析）方法,对中低纬海气及中低纬环流相互作用的耦合同期信号进行分析。结果表明：在3－7年尺度上海气相互作用关系密切,这个尺度与ENSO循环尺度基本一致,且其振荡行为与ENSO根荡相似．从这个意义上说在中低纬海气相互作用中,ENSO是个强信号;中低纬环流相互作用存在10－12年及准4年的优势耦合周期,其中准4年振荡和ENSO循环尺度相一致．这说明中低纬环流相互作用,除受ENSO影响外,自身还存在10年左右的振荡周期。     

我国近百年气温变化的奇异谱分析

用奇异谱方法分析我国近百年平均气温的准周期性,结果表明：我国平均气温的年际变化以２～３ａ周期振荡为主,同时１ａ左右的准同期振荡也较强,和同期北半球平均气温的准周期性有差异,不过它们的准１ａ周期振荡随时间的阶段性变化特征非常相似。将我国大致分成７个区域,对７个区域代表站气温进行奇异谱分析,结果表明：各区气温的准周期振荡及其随时间的变化互不相同。华北、东北、西北、和青藏高原４区气温以１ａ周期振荡最为显     

GRAPES全球集合预报初始条件及模式物理过程不确定性方法研究

为描述GRAPES全球模式初始条件的不确定性,基于适合集合预报应用的GRAPES全球奇异向量技术,依据大气初始误差符合正态分布的特征,采用高斯取样奇异向量来构造全球集合预报初始扰动,在此基础上建立了GRAPES全球集合预报系统(GRAPES-GEPS)。利用GRAPES全球同化分析场,对采用初始扰动的GRAPES-GEPS连续试验预报结果进行检验和分析。结果表明:GRAPES-GEPS中高度场、风场及温度场预报的集合离散度能有效快速增加,集合平均均方根误差与集合离散度的关系合理;相对控制预报的均方根误差,集合平均的预报优势在预报中期非常显著。为进一步体现GRAPES-GEPS中模式物理过程的不确定性,发展了模式物理过程倾向随机扰动技术(SPPT)。试验结果表明:SPPT方案的应用有效提高了GRAPES-GEPS在南、北半球和热带地区等压面要素预报的集合离散度,同时一定程度减小了集合平均误差,进而改进了集合平均误差与集合离散度的关系,其中SPPT方案在热带地区的改进最为显著。本文发展的基于奇异向量的初始扰动方法和模式扰动SPPT方案在中国气象局2018年12月业务化运行的GRAPES-GEPS中得到了应用。     

广西近百年气温和降水序列的多时间尺度分析

对广西近百年平均气温及降水量变化进行了多时间尺度的层次结构研究,并与Nino3区的海温距平进行奇异交叉谱分析。结果表明：平均气温有较强上升趋势并伴有明显的准两年周期振荡;降水则呈下降趋势,主要周期为32 a左右及准两年振荡。1884至1910年代初,广西处于干冷期;1910年代初至1930年前后,处于湿冷期;1930年前后至1950年代后期,处于湿暖期;1950年代后期至1990年代前期,处于干暖期。ENSO事件3~7 a的周期对广西平均气温及降水影响显著,赤道太平洋海温变化对广西气温的影响主要表现在年代际变化上,对降水的影响主要体现在年际变化上。     

热带太平洋SST异常对IAP-9 LAGCM 年际变率影响的模拟

通过1960~1989年实测的热带太平洋(30.5°N~30.5°S,120°E~70°W)SST(热带太平洋区域以外用气候平均值)强迫AGCM得到的结果,以此来研究热带SST的变化对全球大气环流年际变化的影响。首先,我们分析了南方涛动,分别给出了Tahiti和Darwin海平面气压异常及赤道附近(-5°S~5°N)外逸长波辐射(OLR)时间演变,都能很好与观测相比较。然后,讨论了全球大气环流对热带SST的变化的响应,全球主要的遥相关型都能很好地再现。最后,通过奇异值分解(SVD)技术研究了热带SST与冬季北半球500 hPa位势高度主要的耦合型,模拟的相关型与NCEP再分析资料的相关型非常相似。     

1948～2001年全球陆地12～2月降水旱涝长期变化

本文利用1948～2001全球陆地月降水资料(PREC／L)，研究了全球、北、南半球及欧亚、非洲、澳洲、北美、南美和南极大陆6个大尺度区域12～2月的降水趋势变化及早涝气候变化。结果表明：全球、南、北半球的12～2月的陆面降水有明显的年代际变化，全球12～2月降水量从1975年开始有明显的下降趋势，回归系数约为-0．017mm／a。北半球有明显的降水减少，约为-0．028mm／a，南半球12～2月降水表现为极微弱的下降趋势，且在统计上是不显著的。划分出了全球、南北半球、全球6个大尺度区域12～2月旱涝年，指出全球及北、南半球12～2月的旱涝有明显的年代际变化。70年代中期以前是全球洪涝多发期，80年代到90年代为全球干旱多发期。北半球旱涝特征与全球特征相近，南、北半球12～2月的旱涝没有明显的联系。12～2月大尺度区域中：欧亚大陆、北美洲、南极大陆旱涝年的分布有明显的年代际特征，并指出全球大部分地区的旱涝年降水量有显著的差异。6个大尺度区域12～2月的降水相关关系中，欧亚大陆和非洲大陆的相关系数最高，为-0．35，北美大陆与欧亚大陆，南美洲和澳洲的12～2月降水也有较高的相关关系。     

北京冷暖冬年环流特征及其与前期北太平洋海温的关系

利用1951～2005年北京气温资料和北半球500 hPa高度及北太平洋海温资料,分析了北京冬季气温的异常变化及其环流特征以及与前期北太平洋海温的关系.20世纪50年代以来北京冬季气温变化具有50、60年代低,自70年代开始逐年代升高的趋势,90年代至今处于高温时期.北京冷暖冬年,其同期和前期500 hPa环流特征具有明显不同;前期北半球副高及有关副高单体其强弱变化,对北京冬季气温有很好的指示性.前期春季西风漂流区海温和南赤道海流区海温异常变化可作为北京冬季异常冷暖的前兆信号.前期春季南赤道海流区海温异常偏高时,有利于北京暖冬年环流形势的形成.前期春季西风漂流区海温异常偏低时,有利于北京冷冬年环流形势的形成.     

Relationships of southern-oscillation and other large-scale features with bay of bengal cyclones during the post-monsoon season

Relationships of three Southern Oscillations and a few other large-scale atmospheric indices, like Stratos-pheric Quasi-Biennial Oscillation, Northern Hemispheric surface air temperature, 50 hPa subtropical ridge po-sition, Indian monsoon rainfall, with the movement and formation of the tropical cyclones over the Bay of Ben-gal during the post-monsoon season are examined. In general, these relationships are not very satisfactory. However, there is some indication that the low phase of the Southern Oscillation is associated with lower mean latitude of the track of cyclones.     

Long-Term variability of the indian summer monsoon and related parameters

The long-term variability of the Indian summer monsoon rain-fall and related regional and global param-eters are studied. The cubic spline is used as a digital filter to smooth the high frequency signals in the time series of the various parameters. The length of the data series varies from 95 to 115 years during the period 1871-1985. The parameters studied within the monsoon system are: (a) monsoon rainfall of the country as a whole; (b) number of break-monsoon days during July and August; (c) number of storms/ depressions in Bay of Bengal and Arabian Sea during summer monsoon season; and (d) dates of onset of summer monsoon over South Kerala Coast. The parameters studied outside the monsoon system are: (a) the Wright’s Southern Oscillation Index (June-July-August); (b) the January mean Northern Hemi-spheric surface air temperature anomaly; and (c) the East-equatorial Pacific sea surface temperature anomaly.In order to examine the variability under various degrees of the smoothing, the series are filtered with splines of 50% variance reduction frequency of one cycle per 10, 20 and 30 years. It is observed that the smoothed time series of the parameters within the monsoon system comprise a common slowly varying com-ponent in an episodic manner distinctly showing the excess and deficient rainfall epochs. The change of intercorrelations between the time series with increasing degree of smoothing throws some light on the time scales of the dominant interactions. The relation between Southern Oscillation and East equatorial Pacific sea surface temperature and the Indian summer monsoon seems to be dominant on the interannual scale. The low frequency variations are found to have significantly contributed to the instability of the correlations of monsoon rainfall with parameters outside the monsoon system.     

南极洲低层两种位势高度再分析资料的比较

比较NCEP/NCAR和ECMWF两种再分析资料南半球低层等压面(700 hPa及以下)的平均位势高度场,结果表明:两者在南极洲差异显著,除12月、1月(南半球夏季)外,NCEP/NCAR资料存在一个虚假的很强的极地高压,而ECMWF资料正常。分析表明该两种再分析资料的上述差异来源于南极洲地面以下虚拟气压场的产生过程;NCEP/NCAR资料较ECMWF少了一个对南极洲过低地面温度的修正。由此得到的NCEP/NCAR资料若用于南半球低层大气环流整体结构的分析,会导致严重的错误。