经验正交函数展开气象场的几个问题

经验正交函数(简称EOFs)展开气象场或对多气象指标进行主成分分析,已成为表示天气气候资料信息特征的有力工具。EOF's原是一种定量描述实际场序列(向量空间)主要信息特征的函数逼近方法。引入随机观点后,这种展开方法不仅是纯粹的函数逼近问题,而且是对具有随机噪声的信息场提取信息特征,排除随机干扰的统计学方法。事实上,任何一种气象要素场都可视为附加随机扰动的随机场(如气温场、气压场     

1996年3月500hPa平均高度、涡度距平的球函数展开系数、振幅、位相

1996年3月500hPa平均高度、涡度距平的球函数展开系数、振幅、位相$国家气候中心     

气象要素场的混合多项式展开

混合多项式是以切比雪夫多项式与三角级数所组成的多项式。文中首先给出混合多项式展开系数及度量展开精度的相对指标的计算式；再通过实例，展开不规则空间点要素场及单站单要素和单站多要素场。计算结果表明，混合多项式展开，不仅可用于等距空间点要素场展开，而且可用于不规则空间点及时间序列场展开；最后，对混合多项式展开气象要素场的数理意义等问题做了讨论     

2002年11月500hPa平均高度,涡度距平的球谐函数展开系数、振幅、位相

ｍｎ0002040608010111315171911122242628210212Ａｍ高度系数ｎ涡度系数-112 00-30 9218615 2 3-30 5894-376-7605 47-6186802 163-4 33172-3811176-35 3172 0-9631846-1661-3634 792 35-1412 2 7-2 451115-4 682 40 2-173012 5 2-1377-4 36680Ｂｍ高度系数ｎ涡度系数79-2-12 0 914 5-32 296-19310 8690-62 190 0-11881680-10 15 12 1-10 2 434 69-14 5 7165-119493-5 43134 2-2 0 94Ｃ ｍｎ 振幅 2 1633912 2 17319797170 5 2 73642 41135 14 1Ｑ ｍｎ 位相 2 33934 5 35 42 0 112 4138362 115 4ｍｎ3335373931131344464841041241455575951…     

1996年6月500hPa平均高度、涡度距平的球函数展开系数、振幅、位相

１９９６年６月５００ｈＰａ平均高度、涡度距平的球函数展开系数、振幅、位相国家气候中心ｍｎ０００２０４０６０８０１０１１１３１５１７１９１１１２２２４２６２８２１０２１２Ａｍｎ高度系数涡度系数１７０４０２５３－１５－１２５４２５１－１１９４５０２－２５...     

2002年7月500hPa平均高度,涡度距平的球谐函数展开系数、振幅、位相

ｍｎ0002040608010111315171911122242628210212Ａｍ高度系数ｎ涡度系数2 70 706 91-4 1-13792 76-114 94835 5 8-4 0 2872-95 9-1172-4 725 776 0-2 2 8-880493-30 452 741-112 514 85-6 44875-17590 6-3805 92-4 2 7974-10 7172 3-112 9Ｂｍ高度系数ｎ涡度系数5 6 6-116 6 7-80-2 8184-176 8990-10 5 2947472-6 2 36 38-381347-2 6 912 2 3-5 18887-6 39-32 335 6-2 2 835 5Ｃ ｍｎ 振幅 5 882 8119832 2 12 2 6 416 115 310 710 376Ｑ ｍｎ 位相 10 2 12 5 340 2 4419915 7482 82 72 8171171ｍｎ333537393113134446484104124145557595115…     

有限区域气象场的谱展开

本文讨论了有限区域内气象场的谱展开方法。由于有限区域存在侧边界,其上的气象场量值并无周期性,因此,在有限区域内将气象场量按谱方法展开时,需要作特殊的处理。本文利用侧向边值的线性扣除法,将气象场作线性变换,使侧边界值为零值,将变换后的气象场量作谱展开,并推导出导数的求导公式。变换时利用FFT方法,最后用理想函数作了检验,结果表明,本方法具有较高的计算精度,可用于气象场的谱分析,滤波和物理量的诊断分析中。     

气象场经验正交函数不同展开方案收敛性问题的探讨

本文从理论上证明EOFs(经验正交函数)用于气象场时,三种不同计算方案特征值的相互关系.指出利用原始场积和矩阵展开的特征值λ_j等于用协方差阵展开的特征值λ_j~*加上平均场方差引起的特征值λ_j.进而论证了收敛速度差舁的原因.最后又以实例表明,不同展开方案的典型场意义及其与时间权重系数的对应关系.     

热带高度场的振荡与厄尔尼诺现象

本文使用美国国家气候资料中心1946—1978年月平均海温值和美国世界月气候资料1964—1984年月气压高度值,分析研究热带高度场的长期振荡特征及其与厄尔尼诺的关系,发现南美洲、北美洲、北非洲、太平洋等热带地区的850—30 hPa月气压高度值存在准三年振荡。厄尔尼诺现象出现后1—3个月,500—30 hPa热带月气压高度距平值从负值变为正值,反厄尔尼诺现象出现后1—2个月,热带500—30 hPa月气压高度距平值从正值变为负值。全球热带气压高度场变化最敏感的地区是塔希堤站。     

冬春500hPa高度场与中国夏季降雨场的场相关分析

利用场相关理论，分析了中国大陆6－8月降水场与前期1－5月各月北半球500hPa高度切之间的关系，得到一些有意义的结果，并提出一种研究场与杨之间相关关系的长期天气预报思路和方法。     

经验正交函数展开气象场收敛性的研究

本文从理论上证明,一个气象场的总方差可分解为代表气象场基本特征的信号场方差和代表随机干扰的随机场方差两部分。研究表明,若给定气象场总方差,则当噪声场方差强时,信号场方差必较弱,反之亦然。在此基础上,论证了经验正交函数(记为EOF₃)收敛速度的影响因素,指出EOF₃用于气象场时,其收敛于原始场的速度取决于场的联合熵及场内各站点的个别熵敛两方面因素,并以前者为主。在标准化情况下,上述因素等价于气象场本身的相关结构和场内空间分布变动程度对收敛速度的影响。文中提出对任一气象场资料应用EOF₃方法时,预估其收敛速度的几种经验性判据。分析表明,这些判据的应用效果很好。      

前期高度场和海温场变化对我国汛期降水的影响

利用1952～2001年我国160个测站汛期降水和前期500 hPa高度场和太平洋海温场资料以及三因子最佳子集回归求最大复相关系数的方法,把前期不同时间步长、不同时段的高度场和海温场同时作为预报因子与汛期降水求相关.结果发现:前期两个场共同作为预报因子比把其中某场单独作为预报因子的相关要好.并且存在着较好的"隔多季度相关"现象.预报因子具有实际预报意义的最佳时段为上一年的6～9月.影响我国汛期降水的最佳预报因子主要集中于高度场和海温场具有重要天气气候意义的关键区域.汛期降水可预报性在北方和长江以南均较好.     

前期高度场和海温场变化对贵州冬季冻雨的影响

基于1962~2008年贵州84站冬季冻雨日数、前期北半球500h Pa高度场和西北太平洋海温场资料,利用秩序量三因子最佳子集回归法,开展前期高度场和海温场变化对贵州冬季冻雨的影响分析。结果发现:前期两个场共同作为预报因子比把其中某场单独作为预报因子的相关要好,预报因子最佳时段为同年的4~7月,并存在着较好的"跨季度相关"现象。影响贵州冬季冻雨的最佳预报因子主要集中于高度场和海温场具有重要天气气候意义的关键区域,如暖池附近以及北美洲东北部等区域。     

我国暴雨的500 hPa高度信号场分析

提出用气候信号噪音比的概念来分析500hPa逐日高度场,并建立500hPa高度信号场用来分析我国暴雨发生的气候异常环境.从暴雨发生日当天和前两天的500hPa高度场中提取气候异常信号,发现在中国周围的东亚地区(30～180°E,80～20°N),500 hPa信号场的西部出现显著负信号区,中部为正显著信号区,东北部为显著负信号区,大体自西向东呈经向-+-的分布形势.信号场主要显著信号区大体分布在我国境外的西部和东部,它们的符号相反,是造成我国各大流域地区出现暴雨的主要模态.结果表明,此方法能进行天气意义分析和气候异常现象的统计规律诊断,对我国年度暴雨短期预报分析有一定的参考价值,可以作为传统天气动力诊断的补充工具.     

关于流场、高度场的一个客观分析方法

本文介绍一个低纬度流场和高度场客观分析方法,这个方法主要依靠当时观测资料而无需预备场。我们曾在上海气象局台风研究协作期间试验过高度场的客观分析方法。本文则在这基础上探讨低纬流场和高度场的客观分析方法,并进一步地考虑了船舶、飞机等非常规报的利用方案。     

冬季北半球500hPa高度场变异的关键区

运用方差分析、相关分析、回归分析对1951～2001年500 hPa高度场资料进行分析,结果表明:冬季有三个区域(180°E～150°W,45～60°N;70～100°W,45～75°N;60～100°E,65～80°N)方差最大,是大气环流发生变异的关键区.各个关键区平均高度的变化和不同的大气环流遥相关型的相关关系不同,与同期500 hPa高度场之间的线性相关较密切,能代表同期500 hPa高度场约88%的变化,且在一定程度上能说明后期3～4月的500hPa大气环流的变化情况,对后期大气环流的演变具有一定的预报意义,但时间间隔越大,可预报性越差.     

T213 100hPa高度预报场的检验

用2002年3月～2004年9月能使用的共24个月的T213 100hPa24～168h7个时效的逐日高度预报场资料，分别计算各时效逐月高度预报场的月平均误差和方差，分季进行检验分析；对冬半年超长波调整过程中长波东移以及夏季南亚高压呈双体型时副热带长波槽东移的预报能力进行了综合检验；检验结果对预报工作有很大的实用价值。     

华南冬季特大冷害500hPa高度场和海温场特征分析

本文从华南冬季月平均气温入手,挑选出各月的特大冷害个例３个,分析它们与５００ｈＰａ高度场和海温场的关系,从而寻找预测用的强信号。寒潮是小概率事件,特大低温冷害更是罕见的小概率事件。它的样本序列太短,统计特征不明显,是本研究工作的困难所在。１　资　料　　１９５８～１９９５年５００ｈＰａ高度场资料（２－５°×２－５°）和海温资料（１°×１°）取自美国国家大气研究中心的再分析资料（ＮＣＡＲ／ＮＣＥＰ）。华南冬季各月平均气温用１５个站（厦门、梅县、汕头、曲江、河源、广州、阳江、湛江、海口、桂林、柳州、梧…