谱分析在气象中的应用

人们很早就发现气象现象随时间变化具有周期性。寻找这种周期性的方法是把气象要素时间序列在频率域上进行展开,比较各种频率波动的振幅或功率来确定主要周期,这种方法称为功率谱分析的方法,亦称为(频)谱分析方法。这种分析方法的基本原理是常用的傅里叶分析,即把复杂的气象要素时间变化曲线分解成为若干个正弦波或余弦波的叠加。这一方法不单广泛地应用到气象要素的时间序列周期分析上,而且还应用到气象中各高度场的波动结构分析上。近30年来,国内外无论在气象要素时间序列分析上还是空间场的结构分析上,谱分析方法愈来愈受到重视,甚至应用到日常预报中作为常用工具(如合成波图),而且这一方法在应用的过程中本身也得     

南京地区初夏近地面大气折射指数变动的波谱分析

本文利用离散功率谱、连续功率谱分析方法对南京地区1950—1980年6月中旬31年的旬平均大气折射指数N单位多频振动进行了分析,结果发现:N单位值的主要振动周期为5.17年,N单位值峰值年与暖湿气流强弱有关。     

广西降水量的振动周期及其稳定性

本文对南宁等八个地区站的降水量时间序列进行波谱分析,找到了隐含于序列中的显著振动周期。并在此基础上,运用滤波技术,深入研究了降水量时间序列中显著振动成份的稳定性。文中的一些结果对气候振动的研究以及气候预报具有一定的参考价值。     

南京地区大气折射指数的周期振动

本文利用离散功率谱、周期图分析方法对南京地区1951—1980年6月上旬30年的旬平均大气折射指数N单位多频振动进行了分析,结果发现,30年中折射指数N单位值主要振动周期为5年,N单位值的峰值年与降水量峰值年相当吻合。     

莱芜月降水量和平均气温的谱分析

对一个时间序列,从时间域上研究序列中的周期振动的方法是谐波分析。但是长度为N的序列的谐波分析只能得到谐波长度为N/k(k=1,2,……,N)的各个谐波分量。而实际序列存在的主要波动周期并不一定包括在上述的周期之内。也就是说,容易漏掉主要周期,而只是采用了一些次要的周期。这也是谐波分析的局限性。而谱分析则从整个序列的频率域上考察其周期振动,分析各频率的贡献如何,借以确定哪些是主要振动频率。从而分析整个序列的周期振动。     

东北地区生长季积温与玉米产量的交叉谱分析

本文利用交叉谱分析方法,研究了东北地区5—9月积温与玉米气象产量序列周期振动间的相互关系,讨论了各序列的功率谱分布特征。结果表明,辽宁、吉林5—9月积温存在着3.33年的显著周期,黑龙江有2.5年周期。而玉米气象产量的显著周期,辽宁、吉林、黑龙江省分别为6.66、4.0、4.0年。     

南方涛动指数与南海高压强度指数的变化特点及其相互关系

本文对各季节的南方涛动指数(SOI)及南海高压强度指数的时间序列作相关分析,主成份分析、及对分离后的时间系数进一步作功率谱分析,发现对我区天气有重要影响的南海高压受南方涛动的制约,二者间具有很好的相关性、季节间的持续性。文章同时揭示了二个指数季节间的分布特点,为南海高压的长期预报提供了依据。     

北太平洋SST场的客观区划及其时频相关性

本文采用方差极大正交旋转的因子分析方法,对北太平洋SST场进行客观区划,结果表明,北太平洋SST场可划分为五大海区,即(Ⅰ)赤道东太平洋海区;(Ⅱ)加利福尼亚北信风海区;(Ⅲ)太平洋西部区;(Ⅳ)太平洋北部区;(Ⅴ)太平洋中部区。这些海区分别与整个北太平洋洋流和热通量空间分布具有很好的对应。其中海区(Ⅰ)在北太平洋SST场占有最重要的地位,它常年稳定少变,对SST场贡献最大。文中进一步对各海区SST时间序列作功率谱和交叉谱分析,得到有关各海区SST月际振动的显著周期和各海区之间显著的耦合振荡周期。计算表明,在这些时频相关性特征中,最为重要的周期振动和耦合振荡都与海区(Ⅰ)即赤道东太平洋海区有关。     

气象要素的多频振动对相关性影响的初步探讨

本文据随机过程的互谱理论,通过若干实例的统计计算,初步讨论研究了序列的多频振动对相关性的影响。指出:气象要素相关性大小,取决于两个序列中各种频率分量共振涨落的总效果,即共谱总和;由于大气运动在时间域上的多频特点,相关系数具有相对阶段性,且相关性概念应与大气振动尺度相联系相对应;由于大气过程的非定常性,采用互谱变动来反映各频率分量的变动,进而说明在各种分量中有较稳定性因素与不稳定性因素,何者占优势,则构成相关系数具有何种时变特点。     

长期大气折射指数预报研究

本文对近地面大气折射指数气候变化统计预报进行了研究,建立了逐步回归多重分析时变模式。在模式中考虑了大气折射指数肘间序列的振动周期、前期预报因子(降水量),还特别考虑了时间序列的振动位相,并随着新数据的到来,适时地改变预报因子和预报方程的参数。本文用该模式对上海近地面6月上旬旬平均大气折射指数进行了长期预报试验,结果表明预报误差较小,预报效果稳定,具有较好的实用价值。这方面的工作可用来对无线电波的传播环境进行预测,从而对电子工程系统进行适时的调整控制。除此而外,该预报模式也可以应用于其它的预报领域。     

历史时期“大型环流-天气气候-作物年景”系统低频振动的模拟试验

本文分别采用史料中农业灾情影响收成的记载和近百年气候-年景模式,经处理取得了长江下游地区近千年水稻5级年景长序列。功率谱分析表明,这一气候年景序列具有38—40年极显著周期和105—110年、180—200年显著周期的低频振动,表现为年景偏好期与偏差期的交替变化。然后,运用“环流-天气气候-年景”系统模式,模拟了长江下游近千年气候振动和与其有关的环流演变。     

近百年来上海地区初夏近地面大气折射指数变化趋势和周期

本文利用离散功率谱、周期图分析方法对上海地区1873—1972年6月上旬百年的旬平均大气折射指数N单位多频振动进行了分析,结果发现:在α为0.05显著性水平条件下,百年中大气折射指数N单位值最主要振动周期为45—50年和20年。经高通滤波后,又突出了准两年的振动周期。     

影响海南岛热带气旋的多层递阶周期分析长期预报模型

使用历年影响海南岛的热带气旋个数作资料样本,在经典多层递阶预报模型的基础上引进多层递阶周期分析,在时间序列自身周期显著的情况下,使用时间序列的显著周期分量取代经典模型中的自回归部份,建立影响海南岛热带气旋的多层递阶周期分析长期预报模型,合理地反映热带气旋影响海南岛的变化规律,提高预报的准确率。     

东北夏季气温与赤道东太平洋海温的统计分析

本文利用功率谱和交叉谱分析的方法,研究了东北夏季气温与赤道东太平洋海温序列的周期振荡及其相互关系。结果表明:东北夏季气温存在3.5年的显著周期;赤道东太平洋海温也有3.5年的振动周期;二者在2.3年振动周期附近有很好的关系,并且赤道东太平洋海温的变化超前于东北夏季气温0.33年。     

我国降水振荡周期特征的初步分析

本文采用詹金斯的谱分析方法,计算了我国160个代表站月降水量资料的自谱值,揭示出我国近30年来降水振荡主要周期及其分布特征.结果表明:我国西部地区(110°E以西),主要周期相对地集中在31.4—39.0个月之间,表现出以准三年振动为主;而我国东部地区(110°E以东),主要周期集中在21.2一29.2个月之间,表现出以准两年振动为主.特别是通过对青藏高原以东地区降水振荡主周期及其分布特征的分析,为我国雨带类型的区域划分范围提供了比较充分的依据,并为长期预报提供重要的气候背景.     

数字滤波方法在月尺度数值预报中的应用 II. 保留不同低频过程的效果比较

用数字滤波方法对观测资料序列进行处理，得到初始场用于T42L9全球谱模式的月预报，以去除误差增长较快的高频扰动对低频过程的影响，并且利用多时刻的观测资料提取低频过程的信息。对冬季和夏季两个不同个例进行了实验，并比较了取不同长度的观测序列，截取不同周期的过程作为初值对预报效果的影响。结果说明，经过滤波后对低频分量和平均场的预报都有较显著的改进。而且对于较长时效的预报，应保留更低频的过程（比如10 d以上周期）。最显著的改进是在第2旬。冬季个例经过滤波的初始场在第2旬对北太平洋阻塞形势的预报能力有较明显提高。     

北半球大气遥相关型的统计诊断及数值试验

此项研究旨在通过对北半球大气遥相关型的统计诊断及数值试验,探讨旬平均尺度遥相关型的存在和时空规律及其成因,以及各遥相关型之间的相互关系。结果表明:5种遥相关型在旬时间尺度上表现得十分清楚,且具有冬强夏弱的特点;各种遥相关型特征指数时间序列具有随时间演变的一般规律;某些海区的海温异常能激发出一定的遥相关型,5种遥相关型之间存在非线性相互作用;各种遥相关型特征指数能反映一定的大气环流和天气异常的特征,因而可以作为研究长期天气过程和预报方法的依据。     

桂北地区近四十年来降水的气候诊断分析

本文根据广西桂北地区四个站点的四十年(1948—1988年)降水量资料,运用功率谱分析方法,寻求该地区年降水量振动的主要周期,并对未来若干年内桂北地区年降水量进行变化趋势预测。结果表明:桂北地区四站年降水量振动具有明显的周期性,以7—9年周期最显著,2至3年周期次之。在未来若干年内,年降水量以桂林、都安,沙塘呈递增趋势,柳州年降水量呈递减趋势。     

中国飞机积冰的气候特征

本文利用美国国家环境预报中心（NCP）和国家大气研究中心（NCAR）联合处理的全球大气40年（1958－1997）资料，对近40年中国飞机积冰的气候特征进行了分析，通过功率谱及交叉谱分析的方法对南京地区的飞机积冰发生频率进行了周期变化的分析，并利用k均值法进行了飞机积冰的航空气候区划，给出了飞机积冰的时空分布特征。     

淮北雨季的中长期预报

本文利用24年亚欧500hPa候、旬平均环流、太平洋海温及15年波谱资料,从中长期预报的需要出发,普查淮北雨季各预报量与前期平均环流或距平值的相关关系,找出影响的关键候旬。再分析关键侯旬的主要影响系统和关键地区,以及雨季的波谱特征等。采用逐步判别、逐步回归等方法,从定性、定量方面进行分析探讨,对雨季的开始、结束时间及雨季降水量级的预报,分别建立回归预报方程,基本解决淮北雨季各预报量的预报问题。近三年的应用实践较满意。