奇异谱分析的广义性及其应用特色

本文从理论上证明,奇异谱分析（ＳＳＡ）是一种广义功率谱分析。其广义性及应用特色是：（１）它具有稳定的识别和强化信号功能,在识别优势周期信号及强化显示方面,功能超过最大熵谱分析（ＭＥＳＡ）;（２）其识别和描述信号的方式是时域性的频域特征分析,即时频域相结合,有益于天气气候诊断和预测;（３）它并不受正弦波假定的约束,对于各种非正弦波信号同样有稳定的识别功能。文中实例也验证了理论证明。     

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。     

1964-2013年大连地区暴雨气候特征及变化规律

利用1964—2013年大连地区6个气象站逐日降水资料,采用线性倾向估计、Mann-Kendall和 Yamamoto检验及最大熵谱分析等方法,对大连地区暴雨的气候特征及变化规律进行分析。结果表明：大连地区3—12月均可出现暴雨,72.7％的暴雨出现在7—8月,7月暴雨出现最多,8月上旬是暴雨出现最集中的时期。4—8月各月暴雨日数均呈上升趋势,且4月暴雨日数上升最明显,8月次之,至9月暴雨日数呈下降趋势。大连地区各站年平均暴雨日数为1.8—2.8 d,暴雨日数分布从大连西北内陆向东南沿海地区逐渐增多,暴雨日数大值中心在庄河（2.8 d）。各站年暴雨日数均呈上升趋势,大连北部普兰店、东部长海和西南部旅顺地区年暴雨日数呈显著上升趋势,其他地区年暴雨日数上升趋势较弱。近50 a来,大连地区暴雨初日有所提前,暴雨终日变化不明显。年暴雨日数、暴雨强度和暴雨贡献率均呈不显著的上升趋势,且均从2003年以来增加明显,均有2.0—3.0 a的周期振荡;此外,年暴雨日数、暴雨强度和暴雨贡献率分别存在准12.5 a、准5.0 a和准16.7 a的振荡周期,仅年暴雨贡献率在1977年和1978年发生显著突变。     

臭氧总量对太阳活动长期变化的响应

通过对１９５９－１９８５年逐年的年平均臭氧总量在１０°，２０°，．．．，７０°Ｎ各纬圈进行极大熵谱分析及回归分析，发现臭氧总量对太阳活动１１年和２２年周期性变化的响应在北半球各纬圈并非一致。在低纬和高纬度地区，臭氧总量对太阳活动２２年周期性变化的响应较强，对１１年周期变化的响应较弱；在中纬度地区则与此相反，臭氧总量对太阳活动１１年周期性变化的响应比２２年周期性变化的响应强。     

中国春季沙尘暴的趋势变化及年代际变化

利用奇异谱分析等方法,对北疆等7个区春季1960—2000年的沙尘暴日数的趋势和周期进行了初步分析,结果表明：除北疆区未表现出明显的趋势外,南疆区等其它6个区春季沙尘暴日数变化总的趋势是减少的,都是在20世纪60年代和70年代偏多,80年代沙尘暴开始减少,90年代最少;其中南疆区、河西区和东北区的年代际变化最为明显,大约是80年代初开始沙尘暴明显减少,其它几个区的年代际变化不是很明显。南疆等大部分地区春季的沙尘暴日数在70年代末和80年代初发生了由多到少的转变,基本上与北半球大气环流的调整同步,这可能是对大气环流调整的响应;除西藏区有7．7年的周期外,其它6个区的周期基本上都集中在准2年和5～6年两个周期段。     

辽宁电线覆冰日数气候特征与大气环流异常的关系

利用1980—2019年辽宁地区11个有电线覆冰观测项目的气象站资料、NCEP再分析资料和Hadley海温资料,分析辽宁电线覆冰日的气候特征以及利于覆冰发生的环流特征和影响因素。结果表明：辽宁电线覆冰现象出现次数存在三个高值地区,分别为辽宁北部地区、辽东山区和辽宁中西部沿海地区。辽宁电线覆冰主要发生在10月至翌年4月,1980—2019年辽宁电线覆冰日数呈显著减少趋势。电线覆冰日数具有显著的年际变化周期,主要的年际变化周期为5—7 a,近40 a年际振荡能量经历了3次增强—减弱的变化。辽宁覆冰高指数年与低指数年秋季9—11月SST距平之差表现为El Nino型分布。覆冰日数异常偏多年,太平洋海温呈现El Nino型,西北太平洋海表温度整体偏冷,日本海区海表温度存在明显负异常;同时大陆上贝加尔湖上空存在高压中心,北半球亚洲地区纬向为“北高南低”的形式,冬季风偏强,冷空气南下频繁。辽宁受到贝加尔湖异常反气旋环流东南侧东北气流控制,鄂霍茨克海上空存在弱反气旋环流,导致日本海上空有异常东风,当南下冷空气与东侧日本海输送的偏冷水汽交汇,容易导致温度较冷的大雾,引发雾凇现象,过冷水汽在电线上凝结,导致电线覆冰现象的发生。     

江淮梅雨的时空变化特征

利用江淮地区37站1954--2001年48a梅雨特征量资料,采用谐波分析、EOF和最大熵谱分析等方法讨论了江淮梅雨的时空变化特征。结果表明：江淮梅雨时空分布不均,梅雨特征量存在显著的年际一年代际变化特征,梅雨特征量年代际变化之间存在明显的负相关或正相关关系;梅雨特征量存在显著不同的多时间尺度振荡周期和长期演变趋势且江淮地区雨季也呈不同的年际和年代际变化特征。     

全球大气能量演变及其与太阳活动的关系

利用1979—2010年间的JRA-25再分析资料、太阳常数观测资料,重现了1979—2010年间的各能量的时间序列,并对整层大气、对流层大气和平流层大气这3个大气层能量的演变规律及其与太阳活动的关系进行了分析。结果表明:(1)整层大气的总能量和对流层大气的总能量,两者都存在一个显著的3.7 a的周期;而平流层大气的总能量具有一个显著的11~22 a的振荡周期;平流层大气对太阳活动的响应,与对流层大气对太阳活动的响应有所不同:平流层大气的总能量的变化略落后于太阳常数的变化,但是整层大气和对流层大气的总能量的变化均是超前于太阳常数的变化。(2)整层大气、对流层大气和平流层大气这3个层次的总能量和太阳常数分别具有显著的4~11 a的共振周期、5.5~7.3 a的共振周期和3.7~11 a的共振周期。     

沈大高速公路雾气候特征与气象要素分析

利用1958—2007年沈大高速公路沿线6站雾日资料对沈大高速公路雾的气候特征及气象要素进行分析。结果表明：沿海地区雾日偏多,且总体呈上升趋势,内陆地区雾日偏少,且呈下降趋势。内陆地区雾多出现在秋冬季,沿海地区多出现在夏季。雾多在凌晨至日出前后时段生成,日出后逐渐消散,持续时间多为1—3 h。相对湿度、气温、风速和风向对雾的预报有较好指示意义：当相对湿度在90%—100%时,春季气温为-5—15 ℃、夏季为16—24 ℃、秋季为-3~19℃、内陆冬季为-20~2 ℃,沿海冬季为-7~4 ℃范围内,内陆风速为0—3 m•s-1,沿海风速为0—6 m•s-1,且沿海地区为偏南风时,雾易发生。     

中国东部气温异常型与海表温度异常模关系的诊断

基于国家气候中心整编的160站常规观测气温资料和HADLEY中心的海表温度资料,应用最大协方差分析方法,诊断了中国东部各季节气温异常型和前期海表温度异常(SSTA)模的关系,并重点分析冬季气温与SSTA模的最佳耦合模态及海温异常对大气环流的影响。结果表明:中国东部四季气温异常型与前期海盆SSTA模的显著耦合关系表现出不同的特征。超前6个月的热带太平洋第二模和南印度洋第二模与东部地区冬季气温一致变化型耦合关系最佳。西南冷东北暖的气温异常型与超前4个月热带大西洋一致增暖模有最佳耦合关系。大气环流对与全区气温一致偏冷型对应的SSTA模的回归表现为:西伯利亚高压和阿留申低压增强,东亚大槽加深,中纬度西风加强。对与气温西南冷东北暖型对应的SSTA模的回归表现为:西伯利亚高压和阿留申低压略有增强,东亚大槽槽区附近位势升高,大槽变浅,槽线偏向西南,东部40°N以北风速加强,以南风速减弱。     

辽宁冬季气温变化特征及与东亚冬季风的关系

采用1961-2012年辽宁省53站月平均气温资料及NCEP/NCAR再分析的月平均高度场、风场和海平面气压场资料,分析了近51 a来辽宁冬季气温的时空变化特征。在归纳并计算了前人定义的六种东亚冬季风指数的基础上,对比了辽宁冬季气温与这6种东亚冬季风指数的关系。结果表明：1961-2011年辽宁东部冬季气温均方差大于西部,全省绝大部分地区为显著的正趋势;辽宁冬季气温EOF第一模态表现为全省一致异常偏高或偏低的特征;时间系数显著上升,于1977年发生突变;并存在4.5 a、2 a和3 a的周期变化;朱艳峰定义的东亚冬季风指数是各指数中与辽宁冬季气温变化关系最紧密的指数,它无论从突变时间、周期特征、相关系数还是反位相对应关系上,都与辽宁冬季气温关系最密切,且850 hPa经向风场和海平面气压场也能说明二者有较好的对应关系。     

河南省年平均气温的时空分布及变化特征

采用EOF分析、气候突变分析、最大熵谱分析、倾向率等多种方法,对河南省1961-2005年的年平均气温进行时空特征分析,结果表明:河南省年平均气温空间分布由南向北递减;第一主分量代表了河南省年平均气温变化的时空特征,显示出全省气温变化具有高度的一致性;1994年为气温变化的突变点,其后气温增温明显;时间序列具有4 a、5.5 a、2.4 a的变化周期。     

东亚夏季风边缘摆动区陆面能量时空分布规律及其与气候环境的关系

东亚夏季风边缘摆动区既是气候敏感区,也是生态脆弱区和农牧交错带,其特殊陆面能量空间分布格局和演变特征对理解该区域天气和气候变化有重要意义。然而受限于陆面观测资料缺乏,对这部分陆面特征的认识仍非常有限。通过对34 a陆面模拟集成产品的分析,发现夏季风边缘摆动区内潜热和感热通量在空间上表现出明显的过渡特征,由摆动区外的相对均衡状态进入到摆动区内的“突变转换”;陆面能量平衡具有明显的区域特征,能量平衡各分量在纬向和经向都表现出了“阶梯型”的变化。就演变而言,区域平均感热和潜热没有表现出规律性的递减或递增趋势,波动幅度在±20%以内,但在20世纪末存在一个较为明显的摆动相位转换:1997年之前夏季风边缘摆动区夏季风相对活跃,潜热通量总体高于其气候值而感热通量则低于其气候值,之后出现了相反的现象。此外,区内感热和潜热通量对气候环境干湿性质非常敏感,两者存在明显的线性关系。      

钦州市蔗糖生产与气象条件关系的初步分析

通过对广西钦州市多年原料蔗产量、榨季糖分含量与气象条件关系的相关分析,结果表明：春、秋两季的降雨量是制约钦州市原料蔗产量高低的主要气象因子,而秋末冬初的温度日较差、日照时数等气象因子对榨季糖分含量影响最大,这一研究结果对指导钦州市蔗糖发展有积极意义。     

钦州市蔗糖生产与气象条件关系的初步分析

通过对广西钦州市多年原料蔗产量、榨季糖分含量与气象条件关系的相关分析,结果表明:春、秋两季的降雨量是制约钦州市原料蔗产量高低的主要气象因子,而秋末冬初的温度日较差、日照时数等气象因子对榨季糖分含量影响最大,这一研究结果对指导钦州市蔗糖发展有积极意义。     

暴雨和中尺度气象学问题

目前人们对超级单体云团降水回波结构的认知仍有限。本文采用GPM (Global Precipitation Measurement) 卫星搭载的测雨雷达DPR (Dual-frequency Precipitation Radar)和微波成像仪GMI (GPM Microwave Imager)的探测结果,结合FY-4A静止卫星多通道扫描成像辐射计(AGRI)的热红外10.8 μm通道观测结果、探空站的温湿风观测结果及欧洲天气预报中心再分析数据,利用雷达回波剖面和回波反射率因子概率密度随高度分布的方法,分析了2018年5月重庆地区超级单体云团的降水结构特征。结果表明：该超级单体云团由西北向东南运动的冷空气与暖湿空气交汇而引发;超级单体云团内存在对流降水和层状降水等次尺度系统;强降水区位于云贵高原与四川盆地交界处至盆地的西南部;超级单体暴雨云中冰相粒子多;对流降水的回波顶高度超过12 km,且最大回波强度多数位于地面上空4-5 km;对流降水比层状降水拥有更高的降水粒子浓度,而粒子大小却小于后者;对流降水的粒子尺度随着高度下降而明显增大,反映了其明显碰并增长过程。

     

热带印度洋海温异常与ENSO关系的进一步研究

用1955年1月-2001年12月美国Scripps海洋研究所的海温再分析资料、美国NCEP再分析资料和美国气候预测中心(CPC)资料,讨论了热带太平洋ENSO与热带印度洋海温距平以及与印度洋偶极子(Dipole)的关系,研究结果发现:在垂直最大温度距平曲面(MTAL)上,热带印度洋海温距平分布存在着与热带太平洋ENSO密切相关的Dipole现象,其中最大的相关在太平洋ENSO 超前印度洋Dipole一个月.但是,热带印度洋Dipole的分布与Saij定义的位置略有不同,为东北西南向,它们分别在6°-10°S、65°-75°E(西印度洋)和2°-6°N、85°-95°E(东印度洋),它是赤道印度洋的一个主要海温距平系统.另外,在热带印度洋东北部与ENSO相关的海温距平是一个上下不一致的系统,该海温距平并没有伸展到海面,从海面到20-50 m的浅薄水层,则为与赤道西南印度洋相同符号的海温距平分布.因此在海面,海温距平不存在与ENSO有关的Dipole现象,赤道印度洋Dipole只存在于次表层以下,这是赤道印度洋Dipole与ENSO不同之处.这种赤道东北印度洋表层与赤道西南印度洋表层同符号的海温距平现象,有可能是海气热力过程如感热过程造成的.热带印度洋Dipole的周期要小于El Nio,一般为1-6 a.     

南京市呼吸系统疾病死亡率与气象要素的关系及预测

在全球气候背景下,气象要素的变化对呼吸系统疾病的影响不可忽视。基于2004—2010年南京地区呼吸系统死因监测资料、人口资料和同期气象数据,利用主成分分析法,讨论区域呼吸系统疾病患者死亡率的分布特征和对气象要素的响应及疾病死亡率预测模型的建立。结果表明：呼吸系统疾病死亡率在7月最低,1月最高,上半年变化幅度大于下半年。夏半年,气候以低压、高温和多降水为特点,呼吸系统疾病患者死亡率低;冬半年,气候有相对湿度大、日照时间短的特点,呼吸系统疾病死亡率呈上升趋势。回代检验结果 r=0.755,预测检验的拟合系数为r=0.795,均通过了0.01的显著性水平检验。主成分回归模型的拟合效果较好,可为相应预报工作提供参考。     

江西大岗山负离子浓度与气象因子之间的响应关系

利用江西大岗山森林生态地面标准气象观测场内2019年度空气负离子和气象监测数据,分析了负离子浓度与气象因子之间的响应关系.结果表明:1)该地区年均负离子浓度1411.5个/cm3.夏季负离子浓度和温度呈负相关、和湿度呈正相关,在其余季节负离子浓度和温度呈正相关、与湿度呈负相关.2)无雨天与日降雨量少于50 mm的雨天,负离子浓度与温度呈负相关,与湿度呈正相关;暴雨天负离子浓度与温度呈正相关,与湿度呈较弱的负相关.3)不同季节,温度、湿度的大幅变化常伴随着负离子浓度的大幅变化,而温度、湿度变化较小时,负离子浓度的变化幅度也较小,说明温度、湿度的变化对负离子浓度的影响很大.4)暴雨过程中,负离子浓度随降水量的增加(减少)而增大(减小);暴雨发生时,负离子浓度急剧增大.     

华南前汛期开始日期异常与大气环流和海温变化的关系

利用1961—2012年美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料、NOAA海温资料,CMAP降水资料和华南261个测站降水观测资料,首先分析华南前汛期开始日期(以下简称华南开汛)异常的气候特征,然后采用相关分析、合成分析的方法研究华南开汛异常与3—4月大气环流以及海温变化的关系。结果表明,近52 a来华南开汛具有显著的年际变化特征,但变化趋势不明显。开汛最早出现在1983年3月1日,最晚出现在1963年6月1日,1961—2012年华南平均开汛日期是4月6日。华南开汛主要出现在3—4月,占92.3%。华南开汛与3—4月华南降水相关最显著,开汛偏早(晚),对应华南3—4月降水偏多(少)。华南开汛偏早年,在3—4月,对流层高层副热带西风急流偏强,中层西太平洋副热带高压偏强偏西、低层南支槽偏强,华南上空西南气流偏强;华南开汛偏晚年则相反。华南开汛与3—4月中国南海及周边地区海温显著相关,海温偏低(高)对应华南开汛偏晚(早)。华南开汛偏晚年的海温和大气环流异常比早年显著。