我国夏半年降水距平与北太平洋海温异常的奇异值分解法分析

利用奇异值分解法分析了我国夏半年各月降水距平与北太平洋海温异常的相互关系，指出：（１）平均意义上，秋冬季海温与我国春末至盛夏各月降水存在显著相互关系；（２）秋冬季赤道东太平洋海温对次年４－５月江南东部和７月高原东侧，黄河中下游地区的降水有显著的影响；（３）盛夏至冬季的赤道中东太平洋海温与前一年６月黄淮地区及７月长江流域降水关系密切。     

新疆季降水与太平洋海温的相关分析

用相关分析法分析了新疆南北疆各季降水与前一年及当年太平洋各区海温的关系，结果表明太平洋海温对新疆季降水的影响因季节不同而影响的相关区域、相关时间、相关程度也不同。太平洋海温对北疆季降水的影响明显大于南疆，对北疆汛期降水的影响明显大于其他季节。最后重点分析了ENSO事件与北疆汛期降水的关系，结果表明汛期降水异常易出现在ENSO爆发年的次年或结束年的次年。     

中国西北春季降水与太平洋海温的相关特征

我们用奇异值分解 (SVD-Singular Value of Documents) 方法客观地析离出同期和前期北太平洋海温场与我国西北地区春季降水的高相关区, 分析两个场之间的相关关系。并对高相关区的预报指示意义进行了讨论。     

陕西盛夏极端降水频次及其与全球海温的遥相关研究

基于陕西省78个测站1961~2011年盛夏逐日降水量资料以及NOAA全球2°×2°海温场资料,分析了陕西盛夏极端降水事件气候特征及其与海温场的遥相关关系。结果表明:(1)盛夏,陕西南部、关中西部及陕北南部是极端降水事件高发区;(2)近年来盛夏极端降水事件呈上升趋势,1976年后显著上升;(3)极端降水事件与前期海温场具有较好的遥相关关系,与同期(同月)海温场相关性不显著;(4)上年秋季、冬季赤道中东太平洋和上年秋季阿拉伯海海温异常偏暖,赤道中东太平洋南北两侧海温偏冷,以及前期2月印度洋和中国近海海温异常偏暖,关中中东部及陕南中东部局地7月极端降水偏多,反之亦然;上年秋季印度洋和赤道东太平洋、上年冬季及当年春季印度洋西部海温异常偏暖,关中中西部地区8月极端降水偏多,反之亦然。     

奇异值分解及其在北美陆地气温与我国降水遥相关中的应用

从矩阵理论的奇异值分解（ＳＶＤ）定理出发，详细地论述了有关数学原理及计算方法，作为ＳＶＤ的一个应用，计算了北美陆地气温场与我国夏季降水场的奇异值解，并对分离出的主相关区的可靠性及预报蕴示进行了讨论，结果表明：北美陆地气温与我国夏季降不存在明显的线性相关，尤其是冬季、陆地气温场以降江中下游及西北地区夏季降不有很好的指示意义     

青藏高原东侧降水与印度洋海温的遥相关特征

选取高原东侧近50年（1951-2000年）35个气象观测站降水和同期印度洋海温资料,运用SVD分析方法讨论了其同期与印度洋海温的遥相关关系。结果表明：高原东侧降水与同期印度洋海温有三种基本的遥相关模态。合成分析表明,高原东侧降水异常与大气环流异常有密切的关系,海温偏高年,高度场偏高,西风偏弱,北风偏强,不利于降水的形成;海温偏低年,高度场偏低,西风偏强,南风偏强,有利于降水形成。     

贵州夏季降水场与北太平洋海温场的非同步相关研究

用合成分析、奇异值分解方法（SVD）对冬季、春季北太平洋海温与我省夏季降水的关系进行了分析计算。合成分析表明贵州多雨年份冬季北太平洋海温场从西北－东南呈负－正－负－正的里平分布,少雨年份则呈相反的分布。SVD方法揭示了海温场和夏季降水奇异向量分布型,海温场与降水场具有密切的时空相关性,第1模态反映了两场间的主要耦合特征,冬季海温场第1奇异向量呈北正南负的距平分布,且黑潮区为负距平。与之对应,夏季降水第1奇异向量表现为全省一致性的负距平分布;春季海温第1奇异向量西北太平洋为正距平,黑潮区为负距平,暖地海区为正距平,NINO4区北侧海温（0～10°N180～150°W）与加利福利亚负距平区连成一片,在NINO3区有一正距平区与之对应,降水第1奇异向量表现为全省一致性的负距平分布。海温场与降水场的这种非同步联系,是一种有价值的预测贵州夏季降水异常的强信号。     

奇异值分解方法对降水的预测试验

SVD方法由于可以用来研究两个气象场的相互作用，本文将其与多元回归方法结合作短期气候预测试验，并用它对云南5月雨量与海温进行分解，客观地反映出海洋和大气的耦合关系，所选高相关区的预报因子物理意义清晰，并与多元回归模型进行了预测效果比较，从所作的6年预报试验和2年独立预报检验结果来看，效果较好，值得进一步研究应用。     

中国西北春季降水与太平洋秋季海温的异常特征及其相关分析

艇中国西北五省（区）８９个测站的１９６０～１９９４年历年春季（３～５月）的月、季总降水量和北太平洋０℃～５０℃Ｎ,１２０℃Ｅ～８０℃Ｗ范围内的秋季（９～１１月）平均海表温度,通过ＥＯＦ,ＲＥＯＦ,ＳＶＤ等方法,对我国西北地区春季降水和前期秋季太平洋海温的异常特性以及两者之间的空间遥相关特征进行了统计分析。结果表明,秋季北太平洋ＳＳＴＡ的主要型态是Ｅｌ Ｎｉ＾～ｎｏ／Ｌｉ＾～ｎａ分布型,其次是副热带     

EL Nino事件与黑龙江省天气的遥相关

ＥＬ Ｎｉｎｏ事件发生前，春季阿留申低压异常发展，并有大量的动能由高纬向低纬输送。在ＥＬ Ｎｉｎｏ发展时期副高增强，东亚区５００ｈＰａ高度场呈现北负南正的遥相关形势，此时黑龙江省易发生代温。ＥＬ Ｎｉｎｏ现象减弱转为反ＥＬ Ｎｉｎｏ时，鄂海高压发展可引起较大降水。     

基于奇异值分解的气象数据推测

以中国662个气象台站的2004—2013年逐日平均气温、平均相对湿度、日照时数和气温日较差4个气象要素为研究对象,使用奇异值分解方法来推测缺失气象数据。为降低随机的不利影响,将10年的逐日气象数据做平均。分别采用奇异值分解的相对误差和相似度矩阵来证实气象数据的近似低秩性,并探讨气象要素之间的相关。分析主要的基向量,设计3组推测试验。第1组试验随机选取6个气象台站的数据用于测试,其余台站用于训练,以获得5个最佳的基向量。随机选取每个测试台站的12个观测值,再由所选取的基向量来推测未知值。平均气温、平均相对湿度、日照时数和气温日较差的平均推测误差分别为8.00%、7.83%、17.17%和10.82%。在第2组试验中,随机选取70%的气象台站用于训练,其余气象台站用于验证推测性能。试验结果表明基向量的数目可选为5—15,随着基向量或观测值数量的增加,推测性能也随之改善。第3组试验,根据10个台站1952年下半年的气象观测数据,推测上半年的未观测值,试验结果合理可靠。     

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.     

下半年Nino3区海表升温对东亚春季大气环流及山东春季降水的影响

通过分析下半年Nino3区(150º~90ºW,5ºS~5ºN)海表温度(SST)升高引起的次年春季500 hPa高度、850 hPa及200 hPa经向风的异常特征,发现下半年Nino3区显著升温,可导致次年春季热带和西北太平洋副热带地区的500 hPa高度场升高,即西太平洋副热带高压偏强、偏西、偏北,东亚大槽偏弱、偏东;巴尔喀什湖至贝加尔湖的高度场降低,即该地区经常有低槽维持;亚洲至西太平洋地区盛行纬向环流。我国东部沿海地区及邻近海域的偏南风加强,而我国东北和华北地区的偏北风偏弱。这种高度场与风场的异常恰与山东4月降水偏多年所对应的异常特征相吻合,即下半年Nino3区显著升温通过影响次年春季大气环流异常,进而影响山东春季降水。资料统计表明,下半年Nino3区显著升温,次年山东及我国中纬度东部地区春季尤其4月的降水往往偏多。     

1957~2000年沈阳地区气温和降水变化特征分析

利用1957～2000年沈阳地区逐日平均气温、降水量资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall突变检测法和Morlet小波变换等方法,分析了近44a来沈阳地区气温和降水变化的总体特征及趋势,并利用极端气温和降水指数探讨了其变化特征。结果表明:近44 a来沈阳地区气温呈显著的上升趋势,气温变化有较明显的突变特征,突变时间出现在1981～1982年;降水呈波动下降趋势,自20世纪80年代以来,极端降水事件的强度和频率均呈上升趋势。     

春季中国东海黑潮区大气热源异常对中国东部降水的影响

采用ERA-interim逐日再分析数据集与中国东部389个站逐日降水资料,通过相关和合成分析讨论了不同时间尺度上,春季中国东海黑潮区上空大气热源异常对东亚大气环流和中国东部降水的影响。观测分析表明,春季中国东海黑潮区上空为一显著的大气热源,大气对该热源的响应在不同时间尺度上表现出不同的形式。在较长时间的季节和年际尺度上,春季中国东海黑潮区大气热源增强时,可在大气对流层低层强迫出偏南气流,同期春季及后期夏季西太平洋副热带高压增强并西伸,相比于热源低值年西北太平洋副热带地区为一反气旋式异常环流所控制,中国长江中下游以南地区降水增多;反之亦然。与年际和季节时间尺度不同,在较短的天气时间尺度上,中国东海黑潮区上空大气热源增强可在其下方强迫出气旋式异常环流。大气热源的增强与中国东部对流层低层气旋式异常环流的东移有关,相应地在中国东部地区出现了显著的降水增多。     

CMIP5多模式模拟两类El Niño海表盐度分布及与降水的关系

利用CMIP5提供的25个工业革命前控制试验（piControl）模拟数据评估了热带太平洋两类El Ni?o（即东部EP和中部CP型El Ni?o）的海表盐度（SSS）空间结构差异及其与海表温度（SST）和降水的关系。结果表明:（1）大部分模式能够模拟出EP和CP型空间结构,两类El Ni?o中的SST、降水和SSS的空间技巧评分依次减小,其中,EP型SST和降水水平分布的模拟能力强于CP型,SSS则为CP型强于EP型,CP型模拟的SST、SSS和降水异常中心位置较EP型偏西且强度偏弱;（2）CP型SST、降水和SSS三者空间分布的线性一致性比EP型好,即在CP型中,SST影响降水,进而影响SSS,同时SSS对SST调制的反馈机制较显著,而对于EP型,由于海洋水平平流和非局地效应等因素,使得SST与SSS空间对应较差;（3）依据多模式模拟的SSS空间技巧评分高低将CMIP5模式分为两类,技巧评分低（高）的模式模拟的SST、SSS和降水异常值的中心位置偏西（偏东）,引起中心位置偏移的原因与模式模拟赤道太平洋冷舌的位置有关,即赤道太平洋冷舌西伸显著,导致发生El Ni?o时SST异常变暖西伸显著,进而使得降水异常和SSS异常位置偏西。同时,技巧评分低的模式还易出现向东南延伸的负SSS异常,原因是双赤道辐合带的东南分支过于明显,即降水偏多,导致SSS偏淡。SSS变化会影响ENSO的发生发展。因此,探讨两类El Ni?o盐度分布的差异及相关物理场的关系,为提高模式的气候模拟和预测提供有益的借鉴。     

华北春季降水及其与前期印度洋海温的关系

利用华北17站1951-2002年春季（3-5月）逐月降水资料和NOAA再分析海表温度资料，研究了华北地区春季降水特征及其与海温的关系。得知华北春季降水偏少年出现频次比偏多年频次高，但是年际变化明显，强度没有偏多年严重。华北地区春季降水有一定的年代际变化和周期性，降水周期在20世纪70年代中期以前为4-6a，在70年代中期以后为6-8a。同时用相关分析方法找出了影响华北地区春季降水的海温关键区为印度洋，发现印度洋在前一年11月到当年1月存在一个相关系数较高海区。用SVD方法证实了前期冬季印度洋海温正是与华北春季降水相关最显著的时段和地区。并用合成分析初步得到印度洋海温异常强迫影响大气环流，并通过遥相关影响华北地区降水。     

CMIP5多模式模拟两类El Ni(n)o海表盐度分布及与降水的关系

利用CMIP5提供的25个工业革命前控制试验(piControl)模拟数据评估了热带太平洋两类El Ni(n)o(即东部EP和中部CP型El Ni(n)o)的海表盐度(SSS)空间结构差异及其与海表温度(SST)和降水的关系.结果表明:(1)大部分模式能够模拟出EP和CP型空间结构,两类El Ni(n)o中的SST、降水和SSS的空间技巧评分依次减小,其中,EP型SST和降水水平分布的模拟能力强于CP型,SSS则为CP型强于EP型,CP型模拟的SST、SSS和降水异常中心位置较EP型偏西且强度偏弱;(2) CP型SST、降水和SSS三者空间分布的线性一致性比EP型好,即在CP型中,SST影响降水,进而影响SSS,同时SSS对SST调制的反馈机制较显著,而对于EP型,由于海洋水平平流和非局地效应等因素,使得SST与SSS空间对应较差;(3)依据多模式模拟的SSS空间技巧评分高低将CMIP5模式分为两类,技巧评分低(高)的模式模拟的SST、SSS和降水异常值的中心位置偏西(偏东),引起中心位置偏移的原因与模式模拟赤道太平洋冷舌的位置有关,即赤道太平洋冷舌西伸显著,导致发生El Ni(n)o时SST异常变暖西伸显著,进而使得降水异常和SSS异常位置偏西.同时,技巧评分低的模式还易出现向东南延伸的负SSS异常,原因是双赤道辐合带的东南分支过于明显,即降水偏多,导致SSS偏淡.SSS变化会影响ENSO的发生发展.因此,探讨两类El Ni(n)o盐度分布的差异及相关物理场的关系,为提高模式的气候模拟和预测提供有益的借鉴.     

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。     

中国东部夏季降水年际变化与东中国海及邻近海域海温异常的关系

本文首先利用1979～2008年中国756个站点和GPCP2.1的降水资料与Hadley中心的HadISST再分析海温资料以及应用合成和相关分析方法, 分析了中国东部夏季降水年际变化及其与东中国海及邻近海域海温异常的关系。分析结果表明: 当东中国海及邻近海域为暖 (冷) 异常时, 长江中下游、 江淮地区夏季降水减少 (偏多), 而东北南部的降水偏多 (减少)。并且, 本文应用RegCM3区域气候模式对上述关系进行数值试验, 结果表明了东中国海及邻近海域的暖 (冷) 异常, 将使得我国长江、 黄淮流域和华北大部分地区夏季降水的减少 (增加), 而华南地区、 东北南部和朝鲜半岛等地夏季降水的增加 (减少)。此外, 本文还利用NCEP/NCAR再分析资料和数值模拟对上述关系的大气环流变异过程进行了分析, 分析结果揭示了上述海域的升温或降温对东亚地区上空的纬向和经向环流有较明显的影响。当东中国海及邻近海域升温时, 除了在该海域东部引起低空辐合, 高空辐散, 产生上升运动外, 还在其西部的长江、 黄淮流域和华北地区引起低空辐散, 高空辐合, 产生下沉运动, 这将引起长江、 黄淮流域和华北等地夏季降水的减少; 并在华南、 东北南部和朝鲜半岛地区引起低空辐合, 高空辐散, 从而产生上升运动, 这使得华南地区、 东北南部和朝鲜半岛夏季降水的增加。反之, 当东中国海及邻近海域降温时, 上述区域出现相反的现象。这些都说明东中国海及邻近海域的热力状态可能是影响我国东部夏季降水的重要因子之一。