梅雨天气形势的经验正交函数分析

众所周知,梅雨天气形势与副热带高压位置和强度的季节性变动关系密切。本文应用经验正交函数展开形势场的方法分析1982年6—7月副热带高压的变动和晚梅天气形势的特点。结合卫星云图等分析,对江淮两次梅雨期的暴雨成因作了探讨。     

自然正交函数在梅雨天气分析中的应用

本文讨论了自然正交函数的优缺点,并将它用于我国梅雨天气分析.结果表明:自然正交函数作天气分析是可行的.这种方法能得到与天气学分析一致的结果.这是一种统计学分析方法,若与天气动力学方法相结合,可望在天气分析与预报中发挥更大的作用.     

利用正交函数作气候要素场定量描述的试验

在本文中,首先提出了用近似的解析表达式定量描述气候要素场的一般问题。作者认为:利用正交函数的线性组合作为近似表达式是具有许多优点的。提出了一个衡量准确度的计算公式,计算了两个实例,求出线性组合中各项的系数、用线性组合表示的定量描述方程、原始资料数据相对于描述方程的相关指数、标准误差和方差比,并且从各项系数对相关指数的贡献中比较了各项的相对重要性。     

用隶属函数作梅雨长度预报的改进方案

前言梅雨是长江中下游地区春夏过渡季节的重要天气。每年梅雨期的长短存在着很大的差异。我区梅雨最短的年份只有5天(64年),最长的达78天之多(54年),雨季维持时间过短易造成空梅,带来干旱,而雨季维持时间过长又易造成夏季温度偏低日照偏少,还会带来洪涝等现象。这对农业生产、水库蓄水都有较大影响。故尽早地预测未来梅雨期长度,就显得更为重要。     

经验正交函数在解释数值预报产品中的应用

本文用经验正交函数展开的分析方法，确定了各种数值预报产品物理场中和对应时效的运城日降水量显著相关的物理量要素及关键区域，对关键区域的物理量场使用典型相关分析进行处理，得到了数量较少，而又能代表该关键区物理量分布状况主要信息的新因子，从而建立使用数值预报产品制作短期单站降水预报模式，进行预报效果较好。     

梅雨锋暴雨和梅雨锋生函数

梅雨锋锋面两侧温度对比很不显著,而湿度差别则较明显。因此在个例研究中分析梅雨锋垂直结构的剖面图上常用θ_(se)取代θ的分析而取得较好的结果。本文分析了1981年梅雨锋降水与低空梅雨锋——700毫巴θ_(se)密集区的关系,用梅雨锋生函数公式计算了1981年6月22—26日淮河流域一次静止锋的生消演变过程,并且讨论了强锋生中心和暴雨产生的关系,希望能对台站作梅雨锋分析有所帮助。     

东亚夏季波列经验正交函数分析

利用经验正交函数作为分析工具,利用500 hPa高度场资料针对东亚地区波列出现情况进行研究,得出结论如下：（1） 从东西伯利亚上游经鄂霍茨克海到日本东部海面的波列（OKJ波列）在初、仲夏（6—7月）的信号很强,为欧亚范围内最主要的分布类型。（2） 从菲律宾经日本到北美的波列（P-J波列）可在整个夏季（6—8月）具有相当强的信号,虽然均表现为第二特征向量分布,贡献率与6—7月欧亚范围内第一特征向量表现OKJ波列的相当。（3） 合成分析表明OKJ和P-J类波列在某种程度上可以共存。     

经验正交函数展开精度的稳定性研究

在文献[1]中,我们已从理论和数值模拟两个方面研究了用经验正交函数作基函数缩减气候数值模式自由度的可行性与有效性。用理论模型作数值试验的结果是令人满意的,应用于实际气候数值模拟,一个还需考虑的关键问题是大气外强迫等各种因子变化允许的范围内,对实际资料作EOF展开的稳定性问题。本文分别用1951—1984年500 hPa月平均高度距平场资料,1966—1975年500 hPa候平均高度距平场资料,1965—1978年夏季500 hPa逐日高度距平场资料作EOF展开,并提出了经验正交函数展开精度稳定性的判断方法,旨在证明实际资料EOF展开在大气外强迫等各种因子变化的允许范围内是稳定的,以便为我们用实际资料的经验正交函数作基函数建立一个合理的简化动力模型提供坚实的资料基础。     

应用物理量预告图作暴雨预报

1983年5月20日到8月10日,我们共接收北京气象中心播发的物理量预告图325张。通过对这些资料的统计分析和应用,感到它们对县站短期大—暴雨等转折性天气的预报有较好的参考价值。 我们对16张物理量预告图进行了统计分析,从预报时效上看,36小时预告图的时效以24—36小时为宜;48小时预告图以36—48小时为宜。从预报效果来看,700毫巴36小时T-Td图;700毫巴36、48小时和850毫巴36小时水汽通量图;700、850毫巴全风速图;700毫巴36小时θ_(se)图以及700毫巴36、48小时垂直速度等9张图,在降水预报中效果较好。当然,对于某一个天气系统,只用1—2张图是很难报出来的。尤其对强降水天气过程,更应全面分析水汽输送、层结稳定度、垂直速度以及高低空急流的所在位置。     

显著经验正交函数分析及其在淮河流域暴雨研究中的应用

经验正交函数分解（EOF）是气候特征研究中常用的分析方法,但由于方法本身的原因,EOF 主要模态不一定都能有效揭示资料场包含的气候模态。利用中国基本站和基准站1950—2009年逐日降水资料,运用显著经验正交函数分解（Disˉ tinct EOF,DEOF）方法研究了淮河流域暴雨的统计特征。结果表明 DEOF 第1模态呈现了淮河流域暴雨量在南北方向上存在相反的变化,即流域中部、南部偏多（偏少）时,北部则偏少（偏多）,第1主成分具有显著的16—17 a 周期性变化,表明流域南北的旱涝变化存在年代际振荡;第2模态表现了淮河流域中部暴雨量的异常变化,第2主成分有明显的线性趋势,说明近50年来流域中部地区暴雨量有明显的上升趋势,并且在1990年前后由偏少转为偏多。对比 DEOF 和 EOF 的分析结果,发现DEOF 能排除资料场中与随机扩散模型相关性较高的空间特征,能抓住与随机扩散模型有显著差异的分布特征并凸出显示出来,能从较强的背景噪声中凸出物理信号,因而能更好地估计真实的气候模态。     

经验正交函数在两个气象场相关分析中的应用

五十年代以来,经验正交函数的应用愈来愈广泛.气象方面,大多用于气象场的定量描述.许多人用特征向量表示个别气象场的特征,也有人用组合特征向量表示多个气象场的特征,这种方法可以大大减少信息量,给天气气候的分析和预报带来方便.     

复经验正交函数分析结果的直观显示

对复经验正交函数分析结果显示作了改进，导出了时空振幅、位相函数，并给出了时空振幅位相函数图。试验及实际分析表明，它具有直观性。     

利用经验正交函数绘制低频天气图的研究

根据NCEP/NCAR1再分析资料及GFS模式资料,利用经验正交函数分解及Morlet小波变换方法,制作EOF低频天气图。与Butterworth滤波方法提前设定低频周期不同,该方法遵从大气自身的时-频变化特征,能够及时调整显著周期,提取研究时段的主要低频振荡。跟踪分析表明:EOF低频天气图上的低频系统的准周期性和准定常性都较为稳定,能够反映大气环流的主要特性。比较而言,在EOF低频天气图上,中低纬地区的主要低频系统的位置及气流的辐合区更接近实际大气的主要特征。而Butterworth低频图对中高纬低频系统的刻画能力更强。可综合两种低频图的特点加以利用。另外,利用GFS模式的预报场获取未来1~10 d的EOF低频预报图,将其用于延伸期预报,可增长低频天气图方法的预报时效。     

经验正交函数展开气象场收敛性的研究

本文从理论上证明,一个气象场的总方差可分解为代表气象场基本特征的信号场方差和代表随机干扰的随机场方差两部分。研究表明,若给定气象场总方差,则当噪声场方差强时,信号场方差必较弱,反之亦然。在此基础上,论证了经验正交函数(记为EOF₃)收敛速度的影响因素,指出EOF₃用于气象场时,其收敛于原始场的速度取决于场的联合熵及场内各站点的个别熵敛两方面因素,并以前者为主。在标准化情况下,上述因素等价于气象场本身的相关结构和场内空间分布变动程度对收敛速度的影响。文中提出对任一气象场资料应用EOF₃方法时,预估其收敛速度的几种经验性判据。分析表明,这些判据的应用效果很好。      

经验正交函数展开气象场的几个问题

经验正交函数(简称EOFs)展开气象场或对多气象指标进行主成分分析,已成为表示天气气候资料信息特征的有力工具。EOF's原是一种定量描述实际场序列(向量空间)主要信息特征的函数逼近方法。引入随机观点后,这种展开方法不仅是纯粹的函数逼近问题,而且是对具有随机噪声的信息场提取信息特征,排除随机干扰的统计学方法。事实上,任何一种气象要素场都可视为附加随机扰动的随机场(如气温场、气压场     

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。     

热带风暴和台风路经的经验正交函数分析及其在预报上的应用

一.经验正交函数分析为了客观和定量地测定热带风暴和台风(TSTy)的位移,本文对163个台风样本中的12个纬向位移和12个经向位移(相对于163个样本平均值和距平)进行了经验正交函数分析。设 F 是一个24行163列的资料矩阵,其中(?)表示第 n 个热带气旋和台风的纬向和     

用自然正交函数分解法作昌吉州月气温、降水预报

本文利用昌吉州各站的历年月气温、降水资料,通过自然正交函数分解,得到空间函数场和时间函数场。挑取主分量,对时间场作自回归预报,从而得到场要素的预报。近2年的实际应用,预报效果较好。     

向量场的经验正交展开及其应用

本文提出了一种向量场经验正交展开的方法。我们对N×T个离散点上的向量所构成的一个N×T维矩阵,设法寻找一组称为经验正交函数的向量,使其中每一个分量都在均方意义下最接近矩阵的每一列。这组向量可以从特征方程确定。对于有N列元素的矩阵(注意每一个元素都是一个向量),有不少于N个经验正交函数分量。用这些分量所作向量场的正交展开级数收敛很快。给出的展开实际例子说明:向量场经验正交展开,可以比一般标量场经验正交展开,取得更好的效果。