青藏高原地面加热及上空环流场与东侧旱涝预测的关系

应用奇异值分解(SVD)技术研究了青藏高原地面加热场与高原上空100 hPa高度场及其东侧川渝地区夏季降水场的时空联系和旱涝预测的关系.结果表明:地面加热场与高度场的第一模态代表了两场间的主要耦合特征,具有高度的时空相关;前期青藏高原地面加热场通过影响后期高原上空100 hPa高度场,导致未来高原东侧川渝地区夏季降水异常;加热场-高度场-降水场之间的这种非同步关系,反映了川渝地区旱涝灾害的影响因子和物理成因; 前期高原地面加热场与前期100 hPa高度场SVD第一模态的变化,是高原东侧地区未来夏季旱涝异常的预测信号.并由此提出了一种基于SVD技术的旱涝预测思路.     

混合海气耦合模式中与ENSO相关的大气年际变化性

利用混合海气耦合模式45年模拟积分的结果,对模式大气的年际变化性进行了分析。结果表明,在这样的海气耦合系统中,大气分量表现出显著的年际变化,冬、夏季异常环流型的分布与观测资料的分析结果基本相符。因此,该模式不仅能较好地再现热带太平洋的ENSO变化性,而且能较好地再现ENSO引起的全球大气环流的年际变化性。     

The SST–Wind Coupling Pattern in the East China Sea Based on a Regional Coupled Ocean–Atmosphere Model

To study the interaction between sea surface temperature (SST) and surface wind in the East China Sea (ECS), the Coupled Ocean–Atmosphere–Wave–Sediment Transport (COAWST) modelling system is used to downscale a global atmospheric reanalysis product over the study area in 2013. A singular value decomposition (SVD) method is applied to SST and surface wind speed to study their coupling relationship in the ECS. The heterogeneous correlation map indicates that the surface wind has a negative correlation with the SST, especially in the Kuroshio Current. From lead-lag correlations between the first principal component of SST and surface wind SVD (filtered using a Lanczos high-pass filter with a 90-day cut-off), a correlation of about 0.1 is found at lag ?6, and a negative correlation of about ?0.3 is also found around lag 1. The results indicate a negative feedback between SST and wind fluctuations at short time-scales. Air–sea heat ?uxes contribute little to the SST variability in the ECS section of the Kuroshio and the analysis of the mixed-layer heat budget shows that the contribution of horizontal advection is dominant in determining the intraseasonal SST signals.     

青藏高原上空环流变化与其东侧旱涝异常分析

应用奇异值分解（SVD）技术研究了青藏高原上空100 hPa高度场与高原东侧地区夏季降水场的时空结构及相互关系。结果表明: 第一模态代表了两场间的主要耦合特征,具有高度的时空相关;前期10～12月、1～4月青藏高原上空100 hPa高度场与高原东侧地区6～8月降水场具有显著的联系,前期高度场变化引起后期南亚高压状况异常,导致高原东侧地区旱涝灾害;高原东侧地区严重干旱（洪涝）年,其上空100 hPa高度场为负（正）距平控制; 高度场与降水场的这种非同步联系,时空相关显著,时间间隔长,物理意义明确,是高原东侧地区夏季旱涝异常的一种预测信号。     

两种四维奇异值分解同化方法的比较及误差分析

4DSVD是最近提出的一种新的资料同化方法。目前还存在一些需要解决的问题,比如如何选取样本,如何得到支撑大气吸引子的基向量以及选取基向量的个数问题等等。作者利用奇异值分解(SVD)与经验正交函数分解(EOF)两种方法来获得支撑大气吸引子的基向量,推导了基于这两种方法的4DSVD分析场的理论公式,并用简单的数值试验比较了基于这两种方法的4DSVD分析场的空间相关系数和误差,初步分析了分析场与基向量个数的关系以及与样本选取的关系和分析误差的来源及各种误差对分析误差影响的相对大小。结果表明,用SVD方法作为获得支撑大气吸引子基向量的方法得到的分析场较EOF方法稳定,分析场与基向量个数有密切关系,观测误差、模式误差和观测代表性误差是分析误差的主要来源,且其引起的分析误差随着基向量个数增多而增大。     

两种四维SVD同化方法的比较及误差分析

4DSVD是最近提出的一种新的资料同化方法。目前还存在一些需要解决的问题,比如如何选取样本,如何得到支撑大气吸引子的基向量以及选取基向量的个数问题等等。作者利用奇异值分解(SVD)与经验正交函数分解(EOF)两种方法来获得支撑大气吸引子的基向量,推导了基于这两种方法的4DSVD分析场的理论公式,并用简单的数值试验比较了基于这两种方法的4DSVD分析场的空间相关系数和误差,初步分析了分析场与基向量个数的关系以及与样本选取的关系和分析误差的来源及各种误差对分析误差影响的相对大小。结果表明,用SVD方法作为获得支撑大气吸引子基向量的方法得到的分析场较EOF方法稳定,分析场与基向量个数有密切关系,观测误差、模式误差和观测代表性误差是分析误差的主要来源,且其引起的分析误差随着基向量个数增多而增大。     

An Intercomparison of Rules for Testing the Significance of Coupled Modes of Singular Value Decomposition Analysis

This paper clarifies the essence of the significance test of singular value decomposition analysis （SVD）, and investigates four rules for testing the significance of coupled modes of SVD, including parallel analysis, nonparametric bootstrap, random-phase test, and a new rule named modified parallel analysis. A numerical experiment is conducted to quantitatively compare the performance of the four rules in judging whether a coupled mode of SVD is significant as parameters such as the sample size, the number of grid points, and the signal-to-noise ratio vary.
The results show that the four rules perform better with lower ratio of the number of grid points to sample size. Modified parallel analysis and nonparametric bootstrap perform best to abandon the spurious coupled modes, but the latter is better than the former to retain the significant coupled modes when the sample size is not much larger than the number of grid points. Parallel analysis and random-phase test are robust to abandon the spurious coupled modes only when either （1） the observations at the grid points are spatially uncorrelated, or （2） the coupled signal is very strong for parallel analysis and is not weak for random-phase test. The reasons affecting the accuracy of the test rules are discussed.     

城市区域下垫面性质和位置差异对太阳辐射平衡的影响

介绍了时间序列的经验模态分解(EMD)方法，将EMD方法应用于近400年北半球重建平均气温资料的分析，从气候时间序列中提取气候信号中各个尺度的变化，进而分析气候的周期性振荡在20世纪的20年代变暖、40年代变冷及70年代变暖的可能作用。     

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。     

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。     

冬季北大西洋地区海表温度与500百帕高度的奇异值分解

本文介绍奇异值分解方法的原理及其在分析两个要素场之间线性关系中的应用。并用其对冬季北大西洋地区海表温度与500百帕高度标准化距平进行分析。结果表明,冬季北大西洋地区海表温度主要分布型与该地区的大气遥相关型密切相关。理论分析和实际计算结果都表明,奇异值分解方法在分析两个要素场之间的线性关系是很有效的。     

热带西太平洋、印度洋海表温度与欧亚500hPa高度关系

用奇异值分解方法,对热带西太平洋和印度洋海表温度距平与欧亚500hPa高度距平进行分析,揭示了它们相互关系的事实。表明在它们相互作用的过程中,存在成对的典型空间分布,相应每对分布的时间系数同期相关较高。     

利用奇异值分解方法预测东北地区夏季气温

利用1961-2002年东北地区80个测站的夏季气温和冬季北太平洋海温场资料,采用奇异值分解技术,探讨了前冬北太平洋海温与东北地区夏季气温之间的关系。结果表明,前冬北太平洋海温场与东北地区夏季气温之间存在着较好的相关关系,并基于SVD(Singular Value Decomposition)分析的结果,建立了用前冬北太平洋海温场预测东北地区夏季气温定量空间分布的方法。从近几年的试报效果看,此方法具有一定的预测能力和较好的稳定性。最后,采用此方法和2002年冬季北太平洋海温场实况资料对2003年东北地区夏季气温做出了预测。     

SVD方法在场的定量预测中的应用

经SVD分析,截取足够多的预报场和因子场时间系数,使其相互关系代表两场的大尺度联系,预报场时间系数与其奇异向量线性组合估计场能反映原场主要特征.利用最小二乘法得到数值上最接近原场的初值,借助最优化技术,确定合理的系数,建立预测公式,由因子场时间系数预测预报场时间系数,同时订正预报场时间系数a1,a2,……,aN本身的误差和反演过程中分析误差造成的场格点趋势预测的误差.最后将预测的预报场时间系数和对应奇异向量反演为整个场的预报.预报过程重点考虑可预报的大尺度变化,滤去不可预报的小扰动,依据两场主要耦合关系,预测预报场未来的主要变化.     

1998年秋到1999年春华南特大干旱气候成因

利用奇异值分解 (SVD) ,配合统计相关技术的应用 ,研究了广西秋季到第 2年 3月降水与 5 0 0 h Pa高度场和热带、北太平洋海温场的时间和空间结构及其相互关系。结果表明 ,第一耦合场明显反映了 ENSO信息 ,具有很高的相关 ;而海气配对的第二耦合场反映了作为关键区的日本海域以东的海温与 1 0 0°E以东 5 0 0 h Pa高度有较好的负相关。分析 1 998年以来海气场的变化 ,高度场上北太平洋中高纬 5 0 0 h Pa高度明显偏低 ,亚洲大陆和北太平洋中低纬高度偏高 ,因此其间冷空气明显偏弱 ,路径偏东 ;而海温场上 ENSO的变化 ,L ANina的发展过程与第一耦合场的海温变化模态一致 ;后期海、气关键区变化与第二耦合场相符。因此 ENSO的变化 ,日本海域以东升温造成了环流形势的异常 ,这是华南特大干旱的原因。利用时间系数互为因子法对广西 1 998年 8月到 1 999年 3月逐月降水作 SVD定量预报 ,预报降水持续偏少 ,1 999年春季干旱将非常严重。