EOF分解与GA优化的热带太平洋海温场动力预报模型反演

基于NCEP/NCAR提供的1950-2000年月平均海温场资料,首先用EOF方法对海温场序列进行时、空分解,在考虑相邻时段位势场空间模态基本稳定的前提下,引入动力系统重构思想,以EOF分解的空间模态时间系数序列作为动力模型变最,用遗传算法全局搜索和并行计算优势,进行了模型参数的优化反演,建立了EOF分解时间系数的非线性预报模型。通过模型积分和EOF时、空重构,实现了海温场的中长期预报。试验结果表明,在1—6月时效预报上,模型预报海温场与实际海温场非常吻合;对于7 15月时效的预报,尽管模型预报的海温场与实际海温场存在一些出入,但基本构型大致相符,特别是对12月以上的海温场形态和范围仍然能较为准确地描述。所有时效的预报结果均能对1997年的El Nino事件特征有不同程度的描述。该研究方法为海温场以及El Nino/La Nina事件的预报提供了一种新的思路,文中提出的反演热带太平洋海温场与El Nino/LaNina的动力统计模型的研究思想和技术途径,在热带太平洋海温场的预测试验中(特别是中、长期预报)表现出良好的预报效果,为热带太平洋海温场及其异常的El Nino/La Nina事件的中、长期预报提供了有益的研究和参考方法。     

吉林省春旱的时空分布特征及预测研究

根据吉林省46个代表站1961-2009年月平均降水量资料,然后利用Z指数方法确定了反映吉林省春季旱涝强度的旱涝指标,分析其演变规律,对历史上出现的干旱事件进行诊断。利用经验正交函数(EOF)方法分析了吉林省春旱的时空分布特征,结果表明,吉林省春旱有全省型、中西部型、东南部型及西部型等几种主要空间类型。将EOF的前三个时间系数作为预报对象,利用相关普查筛选出通过显著性水平检验的前期500h Pa高度场关键区环流因子,建立预报方程,然后将预报出的时间系数再恢复成降水场,由此建立一套适用于区域干旱的场预报模型。对2010-2013年的预报结果表明,该模型对吉林省春季大部分地区的旱涝趋势有较好的预报能力。     

7月西太平洋副高相关分析及预报

对7月500hPa西太平洋副高的高度场格点历史资料进行EOF分解,在相关普查的基础上,分别建立前5个特征向量所对应的时间系数的预报方程,然后用预报的主成分求得7月西太平洋副高500hPa高度场的预报值,对2003年7月西太平洋副高形势进行试报,并对2003年7月西太平洋副高异常的成因进行了探讨。     

达州伏旱强度预测技术研究之二

应用北太平洋海温资料,分析了达州盛夏雨量和伏旱强度与海温的联系,在北太平洋海温与达州伏旱气候非同步联系的基础上,通过多时次多因子EOF选代方法进行了达州盛夏雨量和伏旱的短期气候预测,独立预报试验和实际应用表明:以前期多时次海温因子,建立达州伏旱EOF迭代预测方法,具有一定预报技巧和明显的应用价值。     

多时次EOF迭代方法在川渝伏旱预测中的应用

应用北太平洋海温资料,分析了川渝地区盛夏雨量与海温的联系,在关键海区海温与川渝伏旱气候非同步联系的基础上,建立了多时次海温EOF迭代方法,进行了川渝地区盛夏伏旱的短期气候预测.实际应用表明:以前期多时次海温为预报因子,通过历史独立预报试验建立的多时次EOF迭代伏旱预测模型,预见期长,准确率高,并可实现滚动预测,具有明显的预报技巧和应用价值.     

四川盆地5—9月降水与500hPa高度场和海温的关系

夏季盆地5—9月总降雨量经EOF（经验正交函数）展开，第一特征向量反映盆地东西部的差异．分析了该类雨型与北半球500hPa高度场及北太平洋海温场的关联，得到了一些有益的结果，提出了一种该类雨型的预报模型。     

我国东部旱涝变化规律及其影响因子

根据近五百年旱涝等级和近40年500hPa 高度和太平洋海面温度资料,用 EOF 方法研究了中国东部各站汛期旱涝等级的时空分布及其所对应的环流和海温场特征.分析表明,各旱涝特征向量在环流和海温场上的差异,主要表现为从亚洲西风带到东亚副热带500hPa 高度距平的波列分布,以及与 ENSO 相联系的北太平洋海温距平场的特征.在时间变化方面则是各旱涝型均有37.8、23—26和17—19年周期,它们分别与南方涛动、太阳活动和月赤纬的变化周期相对应.     

呼和浩特周边地区典型旱涝及环流海温特征分析

章利用呼和浩特及周边地区12个站夏季6～8月降水原始资料做EOF展开,取第一特征向量的标准化时间系数,找出典型涝年和早年,并对典型涝年、早年与500hPa同期6、7、8月高度场做了差值场分析及相关场分析,同时对西太平洋海温变化与同期典型旱、涝关系进行了探讨。     

降尺度方法在安徽省月降水量预测中的试用

基于NCEP/NCAR 500 hPa高度场、T63月动力延伸预报500 hPa高度场和安徽省降水资料,依据动力预报产品释用方法中所建立的月降水距平百分率预报方程,从月和旬两种不同时间尺度以及固定资料和选择资料来反演方程系数共4种降尺度方法来预报安徽省20个代表站月降水。1995—2005年11 a的回报检验表明了4种方法都具有较好的预报能力,从旬时间尺度较月尺度来预报月降水具有优势,在汛期和汛期降水偏多年更为明显。     

印度洋海温的偶极振荡与高原汛期降水和温度的关系

利用1961—2000年近40年印度洋海温距平场资料及对应的青藏高原35个观测站的降水与温度资料,通过相关普查得出,印度洋地区东西海温的偶极振荡与青藏高原汛期降水、温度有较好的相关关系,特别是前期1月、12月～2月的印度洋地区东西海温的偶极指数与青藏高原汛期(6～8月)降水和前一年6月的印度洋地区东西海温的偶极指数与青藏高原汛期(6～8月)温度有很好的相关。分析1961—2002年NCEP／NCAR 500hPa北半球高度场资料发现,印度洋地区东西海温的偶极指数与欧亚500hPa的高度场异常有密切的关系,并通过印度西南季风的强弱,影响到青藏高原汛期降水和温度的变化。     

Teleconnections of the sea surface temperature in the indian ocean with sea surface temperature in the eastern equatorial pacific,and with the 500 hPa geopotential height field in the Northern Hemisphere

The observational data of global sea surface temperature and the 500 hPa geopotential height field in the Northern Hemisphere are used to get two teleconnection patterns. The time interval of the data is from January 1950 to December 1979. The results show that the sea surface temperature anomalies in the Indian Ocean have evident positive correlation with the SSTA in the eastern Pacific and obvious teleconnection with the 500 hPa geopotential height field in the Northern Hemisphere.     

500 hPa球函数谱异常用于我国东部汛期降水预测的尝试

用北、南半球500hPa月平均位势高度场球函数系数资料代替格点资料，用区域降水指数表示华北、江淮、华南五区汛期(6～8月)降雨。通过引进复相关系数和构造复相关系数场模．分析了半球500hPa环流与我国东部汛雨异常的同时和时滞相关联系。在此基础上．选取5月份北半球、1月份南半球球函数系数与东部汛期降水作时滞的奇异值分解。由此得到的预测关系在1998～2001年汛期降水预报试验中取得了一定效果，从而对500hPa环流的球函数系数资料在区域月、季长期天气预报中的应用作了有益的尝试。     

夏季中高纬500 hPa高度和海表温度异常特征及其相关分析

用旋转主分量（ＲＰＣ）方法,对１９４９～１９８８年４０个夏季的中高纬５００ｈＰａ高度场以及北太平洋和北大西洋海表温度异常（ＳＳＴＡ）的主要时空分布特征作分析,然后通过交叉相关讨论夏季海气相互作用的特征。结果表明,夏季中高纬５００ｈＰａ高度场最明显的异常型为副热带型（ＳＴ）,极地北美型（ＰＡ）,４波型（ＦＷ）,以及３波型（ＴＷ）。夏季北太平洋ＳＳＴ的主要异常型为赤道东太平洋型（ＥＥＰ）,阿拉斯加湾型（ＢＡＬ）,热带中太平洋（ＣＴＰ）,以及北部北太平洋型（ＮＮＰ）。而夏季北大西洋ＳＳＴ的主要异常型为赤道大西洋型（ＥＡＬ）,加勒比海型（ＣＡＲ）,东部北大西洋型（ＥＮＡ）和中部北大西洋型（ＣＮＡ）。夏季中高纬海气之间的最强相关出现在海气异常对应的空间位置上。这种区域性或邻域性的海气相关呈正相关的特征。但海气之间的相关耦合不及冬季紧密,赤道ＳＳＴＡ与中高纬５００ｈＰａ高度异常的相关不显著。太平洋ＳＳＴＡ所对应的５００ｈＰａ高度场的相关中心多为局地性,而大西洋ＳＳＴＡ所对应的５００ｈＰａ高度场的相关中心呈现更有组织性的,甚至是波状的形态。     

冬季大尺度流型与夏季中国降水量

对近45年（1951—1995年）前期冬季北半球500 hPa高度距平场和夏季中国降水量进行旋转奇异值分解（RSVD）,研究了耦合相关空间分布的区域特性,同时分析了相关型的时间演变。结果表明,旋转奇异值分解有效地揭示了前期冬季北半球500 hPa大尺度流型与夏季中国降水耦合相关型的区域分布特征,并且物理意义明确。利用Galerkin有限元集中质量法,讨论了非饱和土壤水流动的数值计算模型,用以模拟均质土壤,地下水埋藏很深且在不同的初始和边界条件下的水分运动。通过将第一类边界条件齐次化,而对于第二类非线性边界条件采用变分的办法将其直接转化为已知边界通量的计算,从而容易且较好地处理了带通量约束边界条件。对于入渗或蒸发问题,用通常的在分析比较不同地区降水化学特性时,如果列出各种离子的具体数值,既显得繁琐又不容易得出结论。现提出一种简便方法,即先概括出几种最重要的降水化学特性,分别以字母代表,再把这些特性分成几个等级以数字表示,就能很直观方便地比较这些地区的降水化学特性。还利用权威观测资料,以上述方法具体比较了世界主要酸雨地区的降水化学特性。       

中国春末5月区域降水和北半球500hPa高度场典型相关分析

利用典型相关理论，研究了中国15个区春末5月降水指数与其前期(1—4月)和同期北半球500hPa高度场之间的相关关系。研究结果表明：我国5月降水和前期及同期500hPa环流场的相关性以前期1月和同期5月的最好。前期500hPa环流场对我国5月降水的影响具有明显的全球性，而同期的高相关区主要出现在上游的欧亚地区。此外，前期不同的大气环流运动变化形式对5月降水有不同的影响，即对于时间相隔较长的1—2月，中高纬度超长波的发展变化是主要的影响因子，对于相邻4月和同期5月更主要是不同类型遥相关的变化，如前期4月的西太平洋型(WP)和西大西洋型(WA)对我国5月黄河中上游地区的降水有着相当的影响。另外还发现，5月降水和1—5月高度场相关的典型特征向量分布在东部地区由南向北呈正负相间的波列结构，在全国范围内的东西方向上，相关区也是正负交替出现。     

冬季北太平洋风暴轴的年际型态及其与大气环流的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,运用31点带通数字滤波、线性相关和合成分析方法,研究了1961/1962—2010/2011年冬季北太平洋风暴轴西部、东部区域强度指数的年际演变特征,划分了风暴轴的典型型态,并进一步探讨了与同期北半球500 hPa位势高度场和SLP的关系。结果表明:风暴轴气候态的极大值区域位于中纬度北太平洋中西部,最大值点的频数集中区域和均方差分布的异常中心都有两个。风暴轴西部和东部区域强度指数(WI和EI)的年际演变具有独立性,典型型态可分为单、双中心型两类。WI(EI)指数与北半球500 hPa位势高度场的相关分布类似于WP(PNA)遥相关型;单中心型风暴轴偏强时,极涡南扩,平均槽加深;呈双中心型时,极涡明显偏西。WI(EI)指数与SLP的相关分布类似于NPO(NAO)遥相关型;单中心型风暴轴偏强(弱)时,SLP距平场呈AO遥相关型的正(负)异常位相。     

南半球西风指数变化与中国夏季降水的关系

根据NCEP/NCAR提供的1950～2007年南半球12～2月、6～8月500 hPa位势高度的月平均再分析资料,采用合成分析方法讨论与中国夏季3类雨型相对应的南半球500 hPa距平高度场的分布特征;运用多变量方差分析方法确定12～2月和6～8月与3类雨型相对应的南半球西风指数波动关键区A;分析关键区A的西风波动与中国夏季降水之间的关系;寻找南、北半球西风相互作用影响中国夏季降水分布的可能途径。分析表明,6～8月与3类雨型相对应的南半球500 hPa距平高度场显示出不同的距平分布形式,并存在显著差异区在（35°N～50°N,35°E～80°E）。12～2月南半球的西风指数变化关键区A在22.5°W～2.5°W,6～8月关键区A在10°E～55°E。南半球关键区A的西风指数强弱变化与中国夏季降水的关系密切,且12~2月南半球的西风波动对北半球夏季关键区的西风环流的变化有预测意义,而前期南半球关键区A的平均西风指数与北半球夏季高度场的显著负相关区在贝加尔湖。南、北半球大气环流经向传播是两半球西风相互作用的可能途径,前期南半球的异常西风使夏季贝加尔湖的平均槽强度变化,进而造成北半球关键区的西风环流异常,从而影响中国夏季雨型的分布。     

神经网络模型预报湖北汛期降水量的应用研究

使用人工神经网络方法建立了湖北省汛期 (6～ 8月 )总降水量的短期气候预测模型 ,该神经网络模型的输入是汛期前期 (2～ 4月 )的北半球月平均 5 0 0 h Pa高度场、海平面气压场和太平洋海温场的扩展自然正交展开 (EEOF)的前几个主要模态的时间系数 ,输出了湖北汛期降水场的自然正交展开 (EOF)的前 2个主要模态的时间系数。41 a历史资料的交叉检验表明 :样本试验的预报技巧评分平均为 0 .2 4 6 ,虽然该模型对各年的预报效果仍存在一定的不稳定性 ,但它可为湖北汛期降水的短期气候预测提供一种具有明显统计预报正技巧的预报方法     

北半球夏季位势高度场遥相关型的观测研究

本文利用点相关普查和经验正交函数展开分析了北半球夏季500hPa位势高度场的年际变化特征,指出在北半球夏季主要存在4种遥相关型,它们分别被称作亚洲/北美型、欧亚型、东北太平洋型和北美/西欧型.其中前两种遥相关型和东亚夏季大气环流年际异常有直接的联系.北半球夏季遥相关型的揭示对于研究东亚大气环流年际变异的机理及其预报有参考价值.