东北夏季(6-8月)气温异常的时空特征分析

利用夏季（6—8月）中国东北地区91站44a气温资料，采用谐波分析方法将该区夏季气温异常变化的年代际、年际尺度分量分离，研究时空特征，然后应用REOF进行气温异常的区划，研究局域异常变化的年代际、年际分量的变化特征。结果发现：1）东北各站夏季异常方差中，东北大部分地区的气温异常的年代际变化分量均明显大于年际变化分量。2）区域气温异常的年代际变化主要特征为线性上升趋势。大范围夏季异常高温（低温）常出现在年代际、年际异常同时为正（负）的年份。3）气温异常可划分为南部型、北部型、东部型、西部型4个型，其中南部型和西部型的年代际变化相对重要，而东部型和北部型的年际变化相对重要。     

全球海温异常年代际分量的方差贡献及其与中国气候异常的相关

将全球海洋海表温度异常 (SSTA) 分解为年代际、年际变化两部分, 用方差分析法给出年代际变化分量显著的洋区及其季节变化, 用奇异值分解 (SVD) 方法分析了它与中国冬温 (冬季平均气温)、夏雨 (夏季总降水量) 年代际异常分量的同期和时滞相关联系的时空结构。结果表明, 无论冬、夏, SSTA的方差构成中, 年代际变化分量方差均较年际变化分量显著; SSTA年代际分量正异常时, 中国 (以北方和东部为主) 易出现一致的冬温正异常, 长江流域、华南夏雨易出现正异常, 而华北夏雨易出现负异常; 反之亦然。     

月平均位势高度场异常持续性初步分析

使用NCEP/NCAR的500hPa月平均位势高度场球函数展开系统资料，分析了北、南半球1、7月具有较大年际异常方差贡献的5种低阶球函数（全波数n=0-4)分量振幅异常的持续性，以及它们与热带太平洋海表温度年际异常的关系。结果表明：振幅异常的持续性随n增大迅速减小，明显的持续性只存在于少数低n值超长波分量；均匀球函数分量振幅异常的持续性显著，且存在季节、半球际差异；北、南半球均匀球函数分量（n=0)振幅异常呈准同步变化，它们与热带太平洋SSTA在ENSO尺度上准同步；南半球n=2的带型球函数分量振幅异常也具有较强的持续性，且其变化与热带太平洋SSTA在年代际尺度上准同步。     

春季对流层温度的季内和季节以上分量对南海夏季风爆发的年代际变化的相对影响

南海夏季风爆发时间在1993/1994年出现显著的年代际提早, 探讨了大气要素场的不同时间尺度分量季节演变的年代际变异对南海夏季风爆发时间的年代际变异的相对影响作用。南海夏季风爆发时间的年代际提早与南海季风区对流层经向温度梯度季节性逆转的年代际提早有密切联系。南海季风区5月中对流层经向温度梯度年代际增强主要由季风区北部温度的年代际显著增暖造成。季内分量和季节以上分量对1993年之前南海季风区经向温度梯度逆转及加强时间偏晚的作用同等重要。经向温度梯度距平的季节以上分量主要源于季风区北部温度相应分量的贡献, 而季节内分量则主要由南部相应分量影响所致, 并由25~90 d分量所主导。季节以上分量对1994年之后南海季风区经向温度梯度逆转及加强时间偏早的贡献要大于季节内分量的贡献。经向温度梯度距平的季节以上分量和季内分量对总距平的正贡献都主要来自于季风区北部温度相应分量。两种季内低频分量对温度梯度季内分量的贡献率相当, 10~25 d分量主要由南海北部温度相应分量所主导, 25~90 d分量对总距平的正贡献也源自北部分量。准双周振荡分量对各年代南海夏季风爆发具有明显的触发作用。      

登陆中国热带风暴年际和年代际变化及其与全球大尺度环流的相关

利用集合经验模态分解（EEMD）方法研究了登陆中国热带风暴频数的非平稳年际和年代际变化主要周期型。对1951—2006年登陆中国的热带风暴频数序列进行分解,分别得到包含有准4年（C01）、6～7年（C02）的年际周期分量和14～16年（C03）的年代际周期分量的时间变化型。这些分量给出了登陆中国热带风暴频数在不同时间尺度上独立的变化特征,其中C01周期分量强度最大,且与ENSO有关。登陆中国的热带风暴频数趋势分量不显著,表明近56年来登陆中国热带风暴无明显增加（减少）趋势。这些周期分量与夏季海平面气压场的相关分析表明,登陆中国热带风暴频数年代际变化与南半球热带和中高纬度环流系统的相互作用密切相关。     

中国6个CMIP5模式对全球降水年际-年代际变率模拟的定量评估

本文利用美国全球降水气候中心(GPCC)的降水资料和中国参加国际第五阶段耦合模式比较计划(CMIP5)的6个气候模式[BCC_CSM1.1、BCC_CSM1.1(m)、BNU-ESM、FGOALS-s2、FGOALS-g2和FIO-ESM]的历史模拟试验的降水数据,采用可以表征降水变率相对和绝对量级的方法,定量评估了6个模式对降水年际-年代际变率的模拟能力。研究表明,观测降水的年际变率一般占总方差的65%~80%,年代际变率占总方差的10%~35%。在CMIP5历史试验中,6个模式平均的降水年际分量方差对总方差的贡献(超过70%)较观测偏强,模拟降水年代际分量的方差对总方差的贡献较小(约为10%~20%)。模式总体低估了全球平均总降水、年际降水和年代际降水的变率,但是高估了年际降水对总降水的贡献、低估了年代际降水对总降水的贡献。与观测相比,6个模式对东亚和澳大利亚地区的年代际降水的模拟都比较好,模拟与观测年代际降水方差的比值为1左右。在非洲、南美洲和海洋性大陆,BCC_CSM1.1模式模拟的降水年代际变率最接近观测;在欧亚和北美,BNU-ESM模式模拟的降水年代际变率与观测最接近。在欧亚大陆上,BCC_CSM1.1模式模拟的降水年际分量与年代际分量的方差比最接近观测;在非洲和美洲,FGOALS-s2模式模拟的降水年际分量与年代际分量的方差比最接近观测。本文的研究结果有助于理解中国当前气候模式对降水年际-年代际变率的模拟能力,以及未来改进模式。     

大气环流的奇偶对称性（Ⅱ）度量方法和异常分析

本文首先给出南，北半球环流奇，偶对笱分量的绝对，相对度量方法，用它分析了１９８０－１９８６年月平均５００ｈＰａ高度场中奇，偶对称分量的季节变化和年际异常。结果表明：重大ＥｌＮｉｎｏ事件事件与全球月平均环流奇，偶对称分量的异常存在明显联系，环流偶对称分量的异常与ＥｌＮｉｎｏ事件盛期准同时出现、奇对称分量的异常在ＥＩ Ｎｉｎｏ事件发生半年出现。     

广东大尺度大气水汽汇的年际及年代际变化特征

用1958～2004年实测降雨量和NCEP／NCAR再分析资料,分析了广东地区大尺度水汽汇的年际和年代际变化特征及其与水汽通量变化的关系。结果表明,气候平均而言,广东春夏季大气向地面输送较多水资源,秋季地气间相互交换的水分相当,冬季由地面向大气输送较多的水资源。四季和年水汽汇的年际分量方差贡献均占主导地位,秋、冬季水汽汇的年际分量有约3年的显著周期。除了显著的年际分量外,冬、春季和年水汽汇的年代际分量方差贡献也较显著,占总方差的40％以上,以30多年的长周期变化为主,目前正处于由正位相向负位相转变的过渡期,预示今后广东有偏旱趋势。广东冬春季水汽汇的异常有显著的同相关系。另外,夏、秋季水汽汇的年代际分量有10～15年的显著周期。广东各季大气水汽汇偏强（弱）是由于从热带低纬输送到南海北部至华南地区的水汽增强（减弱）,并伴随着水汽通量的辐合的增强（减弱）造成,但各季水汽通量异常分布型是有差别的。     

奇异交叉谱分析方法在夏季降水预报中的应用

利用奇异交叉谱(SCSA)分析方法，提取1951～2002年夏季(6～8月)河北省降水和北半球2～3月500hPa高度场关键区相互作用的耦合周期信号及其分量序列年际和年代际时变特征。基于SCSA，重建耦合振荡分量序列(RCCS)，并与自回归分析相结合，建立预测模型，对河北省夏季降水趋势进行预测试验。结果表明：2003年以后河北夏季降水将转入一个相对多雨阶段，若将此方案进一步完善，可望在业务中推广应用。     

时间尺度分离在华南夏季极端高温预测中的应用

基于高温日数存在受不同物理因子影响不同时间尺度变率的特征,应用滤波对华南夏季高温日数进行时间尺度分离,得到高温日数的年代际分量和年际分量。统计分析高温日数总量、年代际分量和年际分量在各自对应时间尺度上的影响因子,采用"向前"交叉检验逐步回归法,分别建立高温日数总量、年代际分量和年际分量的回归模型。高温日数总量的回归模型即为高温日数不区分时间尺度的直接回归模型,而两个分量回归模型拟合结果的叠加,即为高温日数时间尺度分离统计模型对总量的拟合。利用十折交叉检验法,对高温日数直接回归模型和时间尺度分离统计模型的拟合结果进行比较:相比高温日数直接回归模型,时间尺度分离统计模型的年代际分量均方根误差由2.6降低到2.3,与观测数据的相关系数由0.69提高到0.73（显著性水平α=0.01）;年际分量均方根误差由3.2降低到2.9,与观测数据的相关系数由0.4（α=0.1）提高到0.48（α=0.01）;高温日数总量均方根误差由4.1降低到3.7,与观测数据的相关系数由0.48提高到0.62（α=0.01）。1979~2010年拟合时段华南夏季高温日数的回报结果表明:两模型回报结果与观测数据均存在明显相关（α=0.01）,直接回归模型的相关系数为0.57,时间尺度分离统计模型提高到0.72。2011~2013年独立检验时段的预测结果表明:直接回归模型预测结果的平均均方根误差为26.4%,时间尺度分离统计模型降低到12.3%。初步结果表明,两模型对华南夏季高温日数均有一定的预测能力,而时间尺度分离统计模型的预测结果有所改进。     

中国气温和降水序列年代际分量的显著性检验

对1951—2008年中国160站年和四季的气温、降水序列是否服从正态分布进行显著性检验,以此为基础进一步对气温和降水序列中的年代际异常分量显著性作了严格的统计学分析,结果表明：1）大多数测站气温序列服从正态分布,大多数测站降水序列不服从正态分布;气温、降水序列是否服从正态分布与地域有一定联系。2）气温、降水序列中年代际变化分量的显著性存在明显差异,多数测站气温序列年代际分量显著,只有少数测站降水序列的年代际分量显著。3）因为1951—2008年中国160站年、季气温和降水序列不全服从正态分布,特别是降水序列的非正态性严重,建议对它们的统计显著性检验采用Monte Carlo方法。     

单站要素的周期分析

用统计分析来寻找单站要素变化的物理规律是本文的基本思路。在对单站要素及其派生量所作的方差分析中,获得了关于单站要素周期性的概念,单站要素的原始资料及其滑动平均的周期性很差;而其差分量有较好的周期性,其中以二级变量和年-日际变量的周期性最显著。     

奇异谱分析方法在夏季降雨预测中的应用

运用奇异谱分析方法对石家庄市83年降水进行了统计分析，结果表明：石家庄市近百年夏季降水的趋势变化不太显著，主要以波动变化为主，主振荡周期分别为5－6年、10年左右及30－40年左右的长周期变化，各重建分量振幅、位相具有明显的年代际变化。利用重建分量进行降水趋势预测，1998－2001年试报表明，效果较好。     

近百年全球平均气温年际变化型态的低频变率特征

利用时间上扩展的经验正交函数（TEEOF）分析方法，对近百年全球及南北半球平均气温一年、三年、六年和十年的变化形态及其频率进行诊断，结果表明，TEEOF第一模态占总方差贡献的50％以上，各种年际振动的第一模态基本上代表了与气候变化有关的年变化型，并能反映出气温的长期趋势变化，特别是十年际的第一模态，冬季气温湿示出较强的上升趋势，相应的第一时间主分量趋势与实际温度序列的走势非常一致。全球及南北半球各时域TEEOF除第一模态及一年TEEOF的第模态外，其它特同量所表示的年际变化型态各有差异，相应主分量都与一定的年际准周期振动结构的长期变率有关。年变化型态的T^2检验表明，南半球及全球的突变时间与年平均气温单要素t检验结果差异不大，而北半球的差异明显，表明T^2检验，对具有多变量的型态突变的检测比单要素的t检验理为合理。     

风应力的旋转和辐散分量在ENSO循环中作用的数值试验研究

将 1 960～ 1 991年的月平均 FSU风应力资料分解为旋转部分和辐散辐合部分 ,分别用以强迫模式海洋。所用的模式为一个 2层热带太平洋区域海洋模式。结果表明 ,就季节变化而言 ,不论是用旋转分量还是散合分量强迫海洋 ,都不能产生合理的冷舌 ,哪怕将旋转或散合分量放大一倍或缩小二分之一 ,也不能使冷舌的强度和分布得到合理的改善。若采用气候平均的含有季节变化的风应力 (未对旋转和辐散分量进行分离 ) ,则可产生与实际相符的海表温度分布。在此基础上 ,分别叠加旋转和辐散分量的年际异常部分 ,通过对海洋的强迫 ,可产生海表温度异常。在年际异常旋转分量的强迫下 ,可产生较强的 SSTA振荡且具有明显的 ENSO周期 ;而在辐散辐合年际异常风应力的强迫下 ,则产生较弱的 SSTA,且振荡频率较高 ,ENSO周期不很明显。这些结果说明 ,风应力的涡旋和辐散辐合分量在海温季节变化和年际变化的形成中具有不同的作用 ,即合理的冷舌分布需要风应力旋转分量和散合分量同时作用于海洋方可产生 ,而仅有异常风应力的旋转强迫就可产生合理的 EL Nino/ La Nina现象。同时 ,风应力的辐散辐合分量在海洋平均状态的形成过程中是重要的 ,但在 EN-SO过程中就对海洋的作用而言则不如旋转分量重要。     

从空间监测干旱

用1986－1988年期间美国大平原NOAA－9AVHRR资料对利用中下午卫星导出的地面温度以检测干旱的事件作了考察。对月平均晴空温度年际差和月平均值被指数标准化差与帕尔默干旱指数相应的差进行了比较。结果表明，当植被指数的变化不能产生有意义的信号时，极轨卫星的热量资料在检测地面湿度年际变化中可能是十分有用的。     

南海夏季风活动及其影响

资料分析及其同南亚（印度）夏季风的比较,指出建立的突发性和经向分量的重要性是南海夏季风活动的两个最基本特征。根据南海夏季风经向分量与纬向分量同样重要的特征,并考虑南海地区大气环流的基本形势,提出了用对流层高低层散度差构成季风指数,它可以更好地描写南海夏季风的活动。资料分析和大气环流模式（GCM）数值模拟试验都清楚地表明南海夏季风年际异常对大气环流和气候有极为重要的影响,不仅影响东亚地区,而且通过东亚-太平洋-美洲（PJ或称EPA）波列影响美国的天气气候变化。     

黄河中下游地区夏季逐候降水量的低频振荡特征

本文使用主分量分析黄河中下游地区(河南省)68站1982—1987年夏季(6—8月)逐侯降水量的主要时空特征,并用非整波技术分析所提取的第一主要分量频谱分布的低频振荡特点.分析结果表明该地区降水主要低频振荡周期为6—12候(30—60天)月际振荡及季问振荡15—24候(75—120天).它们年际变化有准两年振荡,其中月际低频振荡与赤道地区的纬向风准两年周期振荡有同相关系.     

冬季北太平洋风暴轴和北大西洋风暴轴的协同变化及其与同期海气系统的空间耦合关系

基于1960~2014年NCEP/NCAR（美国环境预报中心和国家大气研究中心）的逐日再分析资料以及NCPC（美国气候预报中心）的海温资料和大气环流及海洋指数,通过风暴轴指数、经验证交分解（EOF）等方法,研究了冬季北半球北太平洋风暴轴（PST）和北大西洋风暴轴（AST）之间不同时间尺度下的协同变化特征,并利用回归和相关分析对风暴轴的年际和年代际协同变化特征与同期海气系统的空间耦合关系进行了探讨。主要结论概括如下:（1）从所定义的冬季北半球两大洋风暴轴的纬度、经度和强度指数来看:三个指数均存在明显的年际变化和年代际变化,其中年际分量的方差贡献远大于年代际分量;对于单个风暴轴来讲,无论是滤波方差场原始序列还是其年际分量和年代际分量序列,每个风暴轴各自的纬度指数和经度指数均呈显著正相关,表明每个风暴轴各自的南北位移和东西位移具有很好的协同性;虽然从原始序列来看,两个风暴轴之间各指数之间的相关关系均并不显著,但是对于年际分量序列和年代际分量序列,两个风暴轴之间均具有显著的协同性变化,其中,在年际尺度上,两者仅强度变化之间具有显著的正相关,而在年代际尺度上,AST的经度（纬度）变化与PST的强度（纬度及强度）变化均具有显著的负相关。（2）EOF结果表明,两个风暴轴之间协同变化的空间结构在年际尺度上反映的主要是强度的变化,第一模态为两者强度在其气候平均位置附近同时减弱（增强）并伴随AST整体和PST东部均略有北抬（南压）,第二模态为两者强度在其气候平均位置附近同时减弱（增强）并仅伴随AST整体略有南压（北抬）;而在年代际尺度上,第一模态为AST整体偏北（南）中东部偏强（弱）与PST整体偏南（北）中东部偏弱（强）的反位相协同变化;第二模态为两个风暴轴的强度在其气候平均位置附近同时增强（减弱）的一致性协同变化。（3）进一步分析表明,两个风暴轴之间以不同模态协同变化时,与同期海温、遥相关型及环流异常等海气系统之间均呈现出很好的空间耦合关系,但具有不同的特点。     

我国冬季极端低温指数的年代际变化特征

前人在研究极端气温时,大多关注其长期变化趋势,而对其年代际变化的研究较少。本文利用1961～2016年全国839个台站的逐日最高气温、最低气温和日平均气温资料,重点分析了我国冬季极端低温指数的年代际变化特征。本文采用谐波分解提取了每个台站冬季极端低温指数前四波分量,将其作为年代际变化分量,并将其累计方差贡献大于25%的台站认为发生了明显的年代际变化的台站。结果表明:呈明显年代际变化的台站主要位于长江以北地区、新疆北部以及青藏高原东部地区。其中,长江以北地区及新疆北部地区的年代际变化在1979年后较为一致,据此可将1979年之后的时段大致划分为前冷期（1979～1986年）、暖期（1987～2007年）和后冷期（2008～2016年）三个时期。上述两个地区的冬季极端低温指数的年代际变化与东大西洋/西俄罗斯遥相关型联系在一起,该遥相关型的年代际变化对应着乌拉尔山阻塞型环流频次和东亚大槽强度的年代际变化。