南海海面风、浪场的EOF分析

在气候分析中常常借助自然正交展开方法分析气象要素的时空分布特征,而对于海洋研究,由于过去观测手段的限制,很难获得较长时间序列和较大空间系列的观测资料,因此像气候分析中常用的经验正交函数(EOF)方法在海洋要素的分析中较少使用.卫星遥感技术的发展为海洋学研究提供了丰富的空间分布均一、时间序列较长的观测资料.本文根据TOPEX/Poseidon(T/P)卫星高度计获得的海面风、浪信息,利用气候分析中常用的EOF分析方法,分析了南海海面风、浪场的时空模态特征.这一分析结果可以很好地反映南海海面风、浪场间的关系,从而为海浪场的经验预报和分析提供参考.     

半遮蔽型海滩剖面长期时空演化过程的经验正交函数分析

半遮蔽型海滩由于一侧海岬的差异作用而影响海滩的演变过程.本文以青岛石老人海水浴场海滩为例,基于对3条典型剖面连续11年现场监测的高程数据,利用经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分析方法将该海滩各剖面高程数据组成的原始距平矩阵依次分解为相应的空间和时间特征函数,分析了石老人...     

西太平洋暖池海域SST场的时空特征

根据 1 950— 1 998年间月平均SST资料 ,用经验正交函数 (EOF)分析法 ,对西太平洋暖池海域SST场的时空特征进行了分析。结果表明 ,暖池海域SST场的主要模态包括年、年际和年代际变化 3个类型 ,其主要变化周期依次为 1 2、54、2 9和 1 2 0个月 ;暖池SST场的年际变化具有明显的区域性 ,全海域大致以 1 60°E为界分为东、西两部分 ,其SST的年际变化在变幅、相位和周期方面存在着明显差异。     

基于Argo 观测资料的南海北部海域声速场 时空特征分析

利用近5 年的Argo剖面序列,通过经验正交函数（EOF） 分析,分析了南海北部海域声速垂直结构的时空变化特征 和声速场水平分布特征。分析表明：EOF 的前6 个模态反映了海区声速结构的主要变化,可以很好地表示声速剖面。第1 模 态具有明显的年变化周期,主要受海洋混合层季节性变化影响;第2 模态与第1 模态时间函数具有明显的反向变化特征,主 要对次表层进行调制;第3 模态主要影响次表层以下声速变化;表层声速分布与深层声速分布有明显的差异,表层声速主要 受海水温度变化的影响,深层声速分布与南海环流系统关系密切;冷涡的存在会引起声速场的低值中心。     

西北太平洋海气界面热通量时空分布特征研究

基于第三版本HOAPs (Hamburg Ocean Atmosphere Parameters and Fluxes from Satellite Data)海表面温度、潜热通量、感热通量、海表面空气比湿以及海表面风场5个参量的18 a(1988～2005年)逐月平均资料,利用经验正交函数和奇异值分解方法分析了异常潜热和感热通量场在西北太平洋的时空分布特征及造成这种分布的主要影响因素.EOF的分析结果表明,异常潜热通量场主要体现为第一第二两个模态的变化,第一模态显示整个海域呈同相变化且在时间上呈准年周期变化,第二模态则描述了分别位于10°N,25°N和40°N的3个极值中心并伴随多年振荡,由因子载荷分布可知热带太平洋是第二模态的行为中心,因此该模态可能与ENSO事件相关.异常感热通量场则主要表现为第一模态的变化,在时间上呈准年周期变化并伴随有多年时间尺度的振荡.奇异值分解方法的分析结果表明异常海表面风场是异常潜热和感热通量场时空变化的重要影响因素.     

东亚及西太平洋地表温度时空模态分析及预测研究

地表温度(land surface temperature, LST)是地球表面(海洋和陆地)水循环和大气环境互通的重要参数,也是海、陆能量传输的重要体现。本文利用2003—2020年卫星反演的LST数据,通过M-K(Mann-Kendall)突变检验、线性回归、经验正交分解(empirical orthogonal function, EOF)等方法分析LST时空模态特征,并运用季节自回归移动平均(seasonal autoregression integrated moving average, SARIMA)模型预测LST的变化趋势。发现春、秋、冬三季沿海温度高,内陆温度低,由南向北(10°N—60°N),由东向西(70°E—140°E)递减;而夏季相反。EOF第一模态贡献率为29.58%,空间分布以昆仑山脉、秦岭为分界线。预计2020年以后, LST的变化范围在–5～35℃。结果表明:(1)由于纬度的增加及海陆位置的差异,导致日本的LST幅度小,蒙古国的LST幅度大,其余地区变化幅度平稳;(2)春、秋季温差不大,夏、冬季温差大,主要原因是太阳辐射;其次,季风气候显著。内陆高山多...     

丁坝间潮滩地貌变化的经验正交函数分析

经验正交函 数(EOF)是用来处理原始数据、进行多元统计分析的一种方法。本文将原始距平矩阵分解为空间特征函数和相应的时间特征函数,并用前3个经验正交函数,即表示潮滩总体冲淤变化的第一特征函数,表示季节性冲淤变化的第二特征函数和表示偶然因素扰动引起冲淤变化的第三特征函数的线性组合来反映潮滩的变化,分析浙江瑞安淤泥质潮滩在建立丁坝后的演变规律。初步探讨了动力过程和地貌之间的关系,分析了淤泥质潮滩在丁坝工程影响下的时空变化特征与动力过程的关系;并对第二特征函数对应的动力过程进行详细阐述,结果显示波浪作用是影响浙江瑞安淤泥质潮滩季节性变化的主要因素。     

基于EOF方法的南黄海西岸水位特征

对江苏沿岸2006年1月4日-2007年1月31日28个站位的水位数据使用潮位统计和经验正交函数(EOF)方法进行分析和比较.统计分析得到了各站位的平均潮差、最大潮差、平均潮周期、平均高潮相位差数据.经验正交函数分析结果显示,第1模态与平均潮差吻合较好,包含了水位数据73.7％的信息.前2个模态均为主要半日分潮的信息,为潮汐按相位正交分离的结果;第3模态显示了径流输入变化引起的海面变化信息;之后的数个模态还包含了水位扰动的信息.研究表明,经验正交函数应用于潮汐分析的效果良好,可作为潮汐分析的有效工具,且在扰动检测方面有一定潜力.     

用TOPEX/POSEIDON高度计数据研究南极绕极流流域海面高度的低频变化

采用TOPEX/POSEIDON(T/P)卫星高度计 1 993年 1月— 2 0 0 0年 1 2月海面高度数据 ,研究包含了整个南极绕极流流系 (40°— 6 0°S)的海面高度低频变化。首先采用EOF分解方法获取南大洋时空分布的主要模态 ,前 3个EOF模态分别占总方差的 2 4 .8%、1 3 .8%和 1 0 .7%。然后采用EMD方法分别分析了各个EOF模态的时间系数曲线的组成成分 ,对南极绕极流海域的各种时间尺度变化给出了清晰的描述 ,对于不同尺度变化所占的比例得到了定量的结果。研究结果表明 ,EOF的各个模态不仅在形态上存在差异 ,而且具有相互独立的物理背景。EOF的第一模态主要体现了以太阳辐射冬夏差异形成的年周期变化 ,另一个显著的特征就是南极绕极流从 1 993— 2 0 0 0年海面的整体上升趋势。EOF的第二模态体现了陆地地形对南极绕极流的约束作用 ,同时也显示了ENSO过程对南极绕极流 ,特别是对南太平洋的海面高度变化的影响。EOF的第三模态则体现了南极绕极流对南大洋表面风场东西方向不均匀变化的响应。同时 ,本文的研究也证明了EOF与EMD方法联合使用对揭示大范围时空变化有重要的实际意义     

山东半岛南北岸砂质海滩剖面时空变化过程分析

以山东半岛南北岸(烟台和日照)两个砂质海岸实测地形剖面为研究对象,应用经验正交函数(EOF)提取海滩2012年11月至2015年11月夏、冬两季剖面监测数据中的前4个模态的空间特征函数和时间特征函数,分析烟台和日照两个岸段砂质海滩剖面的时空演变特征,并对这两段海岸的地貌和沉积特征差异进行对比,探讨了山东半岛南北岸段砂质海岸动力环境的差异及影响因素。结果表明,第一特征函数是海滩剖面变化的最主要模式,两个岸段剖面的第一特征函数都以低潮线剖面的最大波动为主要特征,与波浪、潮汐共同影响有关;第二特征函数则是以高潮带至上冲流作用上限之间的剖面波动为主要特征,主要受风浪季节性周期变化控制;第三、四特征函数推测与偶然因素有关。     

A PRELIMINARY STUDY ON MEANFIELD DECOMPOSITION

Two kinds of the empirical orthogonal function analysis method for decomposing the mean-field are developed and a comparison is made between them. It is proved that the mean-field can be decomposed using eigenvectors obtained from anomaly-field decomposition, and that more information can be obtained. An example of sea bottom mean temperature analysis shows its remarhabk effect in depicting the distribution features of variousfactors, such as cold water mass, currents and radiation.A few problems concerning the efficiency of the method are discussedand two matrices of relationship which represent the space-time characteristics of the field are derived. The formulae of space-time transformation are obtained conveniently.     

Numerical modeling on the interaction of internal solitary wave with slope-shelf and modal analysis

On the basis of a nonhydrostatic numerical model,the interaction of internal solitary wave with slope-shelf was studied.The breaking and polarity transformation were analyzed.A "kink" structure,due to shoaling topography and higher nonlinear effect,was found to be generated by the leading wave before breaking.Coherent vortex shedding behind the leading wave was presented.The evolution characteristics of the modal structure were analyzed based on the empirical orthogonal function method.The modal structure was complicated due to the effect of the variable topography,especially when breaking occurred.In the performed experiments,the contributions to the total variance from higher mode jumped from no more than 20% to over 40%.     

Study of back-silting strength in the north passage channel of Changjiang Estuary

Temporal and spatial variations of the back-silting strength in the north passage channel of Changjiang Estuary are investigated using the empirical orthogonal function (EOF) method, with the aim to determine the imposed processes and time-scales. Data on back-silting quantity in every dredging unit of the channel have been collected since March 2000, predominantly once 15 d. The EOF analysis of the back-silting strength reveals two significant modes, which totally explain 58.33% of the overall variance, and the corresponding processes and time-scales. The first EOF mode shows a clear annual cycle which is determined by the riverine water and sediment discharge from the upstream. The second EOF mode reveals a close relation between the back-silting strength and project activities. Because the processes are greatly interrelated in this study case, the other EOF modes accounting for 41.67% of the total variance do not show clear processes and time-scales.     

Empirical orthogonal function analysis of short time series of sectional data in the tropical western Pacific

ＥｍｐｉｒｉｃａｌｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｈｏｒｔｔｉｍｅｓｅｒｉｅｓｏｆｓｅｃｔｉｏｎａｌｄａｔａｉｎｔｈｅｔｒｏｐｉｃａｌｗｅｓｔｅｒｎＰａｃｉｆｉｃ￥ＬｉｕＢａｉｑｉａｏ（ＮａｔｉｏｎａｌＭａｒｉｎｅＤａｔａａ...     

东海海域海表温度场的EOF分析

本文利用EOF分析方法,分析了东海26.5°N~33.5°N,122.5°E~129.5°E范围内自1984-2003年的年平均海表温度,结果显示出代表厄尔尼诺和黑潮、对马暖流、伸入黄海的高盐暖水舌的各种空间模态和时间演变情况。     

Rapid environmental assessment in the South China Sea: Improved inversion of sound speed profile using remote sensing data

Complex perturbations in the profile and the sparsity of samples often limit the validity of rapid environmental assessment (REA) in the South China Sea (SCS). In this paper, the remote sensing data were used to estimate sound speed profile (SSP) with the self-organizing map (SOM) method in the SCS. First, the consistency of the empirical orthogonal functions was examined by using k-means clustering. The clustering results indicated that SSPs in the SCS have a similar perturbation nature, which means the inverted grid could be expanded to the entire SCS to deal with the problem of sparsity of the samples without statistical improbability. Second, a machine learning method was proposed that took advantage of the topological structure of SOM to significantly improve their accuracy. Validation revealed promising results, with a mean reconstruction error of 1.26 m/s, which is 1.16 m/s smaller than the traditional single empirical orthogonal function regression (sEOF-r) method. By violating the constraints of linear inversion, the topological structure of the SOM method showed a smaller error and better robustness in the SSP estimation. The improvements to enhance the accuracy and robustness of REA in the SCS were offered. These results suggested a potential utilization of REA in the SCS based on satellite data and provided a new approach for SSP estimation derived from sea surface data.     

The low-frequency variance of the ocean surface wave field in the area of the Antarctic Circumpolar Current

The low-frequency variance of the surface wave in the area of the Antarctic Circumpolar Current (ACC) and its correlation with the antarctic circumpolar wave (ACW) are focused on. The analysis of the series of 44 a significant wave height (SWH) interannual anomalies reveals that the SWH anomalies have a strong periodicity of about 4-5 a and this signal propagates eastward obviously from 1985 to 1995, which needs about 8 a to complete a mimacircle around the earth. The method of empirical orthogonal function (EOF) is used to analyze the filtered monthly SWH anomalies to study the spatio-temporal distributions and the propagation characteristics of the low-frequency signals in the wave field. Both the dominant wavenumber-2 pattern in space and the propagation feature in the south Pacific, the south Atlantic and the south Indian ocean show strong consistency with the ACW. So it is reasonable to conclude that the ACW signal also exists in the wave field. The ACW is important for the climate in the Southern Ocean, so it is worth to pay more attention to the large-scale effect of the surface wave, which may also be important for climate studies.     

多尺度耦合经验正交分解法反演海洋次表层温盐结构

针对提升利用卫星观测海面信息重构三维温盐场精度的问题, 本文提出了一种基于多尺度耦合正交分解的三维温盐场重构方法。该方法利用多尺度耦合正交分解对历史温盐剖面进行从大尺度到小尺度的迭代分解, 以分层提取不同尺度三维温盐场的特征信息, 然后分别建立海洋表面卫星观测与不同尺度的三维温盐场特征信息的重构模型, 从而达到三维温盐场重构的目的。本文分别利用多尺度耦合正交分解法与单层正交分解法进行三维温盐场重构, 结果显示, 多尺度耦合正交分解优于单层正交分解法, 且随着分解的层次不断细化, 重构温盐场的精度及其垂直梯度精度均呈现明显的提升, 其中组合4精度提升程度最高, 分别提升了25.57%和27.58%; 同时, 对比HYCOM模式数据, 多尺度耦合正交分解重构方法能有效地捕捉次表层海洋的空间特征信息。总体上, 本文耦合经验正交分解法反演的温盐场与Argo温盐场偏差较小, 反演精度较好, 在空间分布上趋于一致。