云南雨季开始期的特征以及与南海季风和印度季风开始期的可能关系

应用EOF、Morlet小波分析方法对云南雨季开始期的时空特征及多尺度周期变化特征进行分析,使用相关分析初步分析印度季风和南海季风开始期与其关系.结果表明：（1）云南雨季开始期的EOF第一模态表明全省雨季开始期一致偏早（晚）,EOF第二模态表明滇中及以东、滇东北、滇东南、滇西南部分地区与滇西、滇西北、滇南大部分地区雨季开始期反相变化的空间分布特征.（2）云南雨季开始期存在着明显的周期性波动,连续小波变换分析表明云南雨季开始期存在2～4年和5～7年的振荡周期.（3）南海季风开始期与云南雨季开始期相关不好,印度季风开始期与云南雨季开始期存在很好的相关性.     

云南干季月蒸发量与常规气象要素的关系

基于112个站点干旱期4月39年蒸发皿蒸发量和常规地面气象观测8要素数据,应用EOF和典型相关分析,深入论证各常规气象要素与气候蒸发量的相关性,分析并比较各要素对蒸发量场总方差的解释能力;同时应用线性回归分析作为验证,并探寻多气象要素对蒸发量模拟的最优要素组合。结果显示,从单要素影响角度分析,常规地面气象观测要素与蒸发量相关性的排列次序为：平均相对湿度＞平均气温＞平均地面温度＞日照时数＞平均风速＞平均水汽压＞气压＞降水量,这与蒸发的热力学和动力学理论解释相一致。回归分析验证了典型相关的主要结果;单个常规气象要素中平均相对湿度对气候蒸发量的模拟效果最好;基于平均相对湿度、平均气温、风速、日照时数和平均水汽压资料的前3个要素组合和全部5要素组合,分别是简便普通精度和高精度需求下常规气象要素推算模拟气候蒸发量的最优要素组合。本文加深了对气候蒸发量的相关认识,并对其模拟推算和空间分布量化有重要指导意义。     

气候变化对秦岭北陂径流过程的影响机制研究——以灞河流域为例

综合运用距平分析、连续小波变换（CWT）、交叉小波变换（XWT）、小波相干（WTC）和时滞相关性分析等方法对秦岭北坡灞河流域径流与六大气象因子进行了多尺度分析。结果表明：水文气象因子在不同时频域中存在1~4个显著性周期,且都能通过95%置信水平检验;太阳黑子数8~11.4 a的显著性周期对同时间尺度年均SOI和年均MEI的连续小波能量谱具有明显的影响;交叉小波变换和小波相干分析相结合的方法在识别水文和气象要素的共振周期、相位角变化、丰枯阶段转换、时滞性、相关性、突变与显著性检验等方面具有独特的优势;同期降水是灞河流域径流形成和变化的控制性因素,年均太阳黑子数的影响作用微乎其微,月均流量滞后月均AOI0个月或8~9个月时的相关系数绝对值达到最大,滞后月均SOI2个月或7~8个月达到最大,滞后月均MEI6~8个月达到最大。     

北极海冰与大气环流耦合主模态的时空特征分析

对1979—2009年月平均的CFSR（The Climate Forecast System Reanalysis）海冰密集度（SIC）和海平面气压（SLP）资料进行多变量经验正交函数分解（MV—EOF）,得出耦合主模态,并通过对温度、位势高度和风场的回归分析,进一步探寻海冰与大气环流的关系,第一模态SLP的特征为北极涛动（AO）,SIC呈离散的正负中心分布但大体为东西反位相,AO正位相时,喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海和鄂霍次克海海冰减少,巴芬湾、波弗特海、楚科奇海和白令海海冰增加。耦合第二模态的SLP呈偶极子分布,负、正异常中心在巴伦支海和波弗特海,SIC在巴伦支海,弗拉姆海峡,格陵兰海,拉布拉多海和白令海,鄂霍次克海地区有正异常,在喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海、楚科齐海和波弗特海为负异常。耦合第三模态SLP在冰岛地区存在负异常中心,在拉普捷夫海地区有正异常中心,SIC在巴伦支海北部、弗拉姆海峡、格陵兰海为负异常,其余地区全为正异常。 对SLP和SIC分别进行EOF分解,并与耦合模态进行比较,SLP的EOF主模态的时空分布与耦合模态中SLP的时空分布十分相似,SIC的EOF模态的时空分布则与耦合模态中SIC的时空分布有较大差别,说明耦合模态对SIC的分布影响较大,即大气环流对海冰分布的影响为主要的过程,海冰对大尺度的大气环流的模态的影响不明显。     

气候变化对秦岭北坡径流过程的影响机制研究——以灞河流域为例

综合运用距平分析、连续小波变换(CWT)、交叉小波变换(XWT)、小波相干(WTC)和时滞相关性分析等方法对秦岭北坡灞河流域径流与六大气象因子进行了多尺度分析。结果表明:水文气象因子在不同时频域中存在1~4个显著性周期,且都能通过95%置信水平检验;太阳黑子数8~11.4 a的显著性周期对同时间尺度年均SOI和年均MEI的连续小波能量谱具有明显的影响;交叉小波变换和小波相干分析相结合的方法在识别水文和气象要素的共振周期、相位角变化、丰枯阶段转换、时滞性、相关性、突变与显著性检验等方面具有独特的优势;同期降水是灞河流域径流形成和变化的控制性因素,年均太阳黑子数的影响作用微乎其微,月均流量滞后月均AOI 0个月或8~9个月时的相关系数绝对值达到最大,滞后月均SOI 2个月或7~8个月达到最大,滞后月均MEI 6~8个月达到最大。     

黄河流域不同时间尺度干旱对ENSO事件的响应

利用黄河流域1963-2012年逐月气温和降水量数据,计算了各气象站点不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),通过对不同时间尺度SPEI与Niño 3.4区海洋表面温度距平(SSTA)的时空相关性进行分析,揭示不同时间尺度干旱对ENSO事件的响应及ENSO事件对黄河流域不同区域降水量和气温的影响。结果表明:(1)黄河流域1、3、6个月时间尺度的干旱在各时间段均有发生,12、24个月时间尺度的干旱主要发生在20世纪末和21世纪初的近20年。黄河上游和中游地区不同时间尺度的SPEI与SSTA均呈负相关关系,下游地区呈正相关关系。(2)黄河流域不同时间尺度的SPEI与SSTA相关性在空间分布上具有显著的差异性。久治站以上的黄河上游地区、中游地区的宁夏、内蒙古、陕西和山西的北部以及下游地区均呈正相关关系,其余地区呈负相关关系。全流域1、3、6、12个月和24个月时间尺度的相关性系数通过0.05显著性检验的站点占总站点数分别为14%、43%、61%、75%和44%。(3)ENSO事件强度与降水量在黄河上游地区的相关性较弱,在中游和下游地区呈显著的负相关性,强度增大时降水量下降,减弱时降水量上升。全流域ENSO事件强度与气温呈显著的正相关性,强度增大时温度有上升趋势。其中El Niño对气温有抬高的趋势,La Niña对气温有降低的趋势。     

气候变化背景下东北地区气象干旱的时空演变特征

基于中国东北地区98个气象站点历史数据和WCRP多模式耦合CMIP3输出的IPCC SRES A1B、A2和B1气候变化情景下的降雨资料,计算3、6、12和24个月尺度上的标准化降水指数(SPI),结合M-K检测、EOF分解和小波分析,研究东北地区干旱的时空变化格局及其对气候变化的响应特征。结果表明：① SPI能较好地检测东北地区干湿变化状况,4个时间尺度上主要的空间模态具相似的分布型,其中12个月尺度SPI显示东北大部分地区在过去50 a干旱程度呈显著加剧、范围有明显扩大的趋势,其中南部和中部辽河流域是干旱严重区;② 干旱时间变化特征具明显的空间差异,南部干旱第一主周期为11 a,北部则为3.5 a;③ 气候变化情景下,2011~2060年的干旱以前30 a趋强,之后趋缓,且干旱高发区存在一定的北移趋势。     

锡林郭勒积雪日数时空分布规律研究

利用1971-2015年锡林郭勒地区15个气象观测站近45 a的逐日积雪日数资料,采用滑动T检验、Mann-Kendall检验、小波分析和EOF方法对研究区的积雪日数时空变化特征进行分析。结果表明：研究期内积雪日数在1996年发生了一次由多到少的突变,且日数变化存在7 a的主周期和11 a、22 a的副周期。积雪月际变化呈单峰型的分布特征,多雪期主要集中在12~2月,少雪期分布在10月份和4月份;研究区空间分布差异性显著,总体呈东多西少、南多北少的分布格局,区内大部地区属于稳定积雪区。对积雪日数及其影响因子进行聚类分析,将研究区划分为4种类型,分别为降雪量偏少-积雪日数偏高区、降雪量-积雪日数一致偏高区、降雪量-积雪日数中值区、降雪量-积雪日数一致偏少区。该区有3种异常分布型：第一模态为全区一致偏多（少）型;第二模态为北多（少）南少（多）型;第三模态为中西部多（少）,东南部少（多）型。     

基于小波分析的地下水水位与降水的周期性特征研究

选取北京西山地区2000-2010年6个第四系承压水长观孔逐月观测水位及气象站降水数据,运用连续小波变换方法,对降水量和地下水水位的多时间尺度变化特征进行分析,并采用交叉小波变换探讨了二者关系。结果表明:1)北京西山地区降水具有9~16个月的主振荡周期,持续时间较长,不同季节的多周期特征明显;2)承压水水位存在12个月左右的振荡周期,但持续时间较短,且各观测孔水位周期性特征差异较大;3)交叉小波变换结果表明该地区降水量和承压水水位具有显著的共振关系,地下水水位峰值出现时间一般滞后降水峰值约5~7个月。     

西北地区东部夏季水汽输送特征及其与降水的关系

采用ERA Interim 再分析资料和160 站逐月站点降水资料,运用经验正交函数（EOF）分析、合成分析等方法揭示了西北东部3 个分区的水汽输送的区域气候特征、与降水EOF气候模态相对应的整层水汽输送特征以及降水偏多（少）年的水汽输送异常特征。结果表明：西北地区东部夏季经向水汽输送的大值区处于900 hPa~800 hPa 高度上;纬向水汽输送大值位于700 hPa~500 hPa 高度上。对西北东部降水做EOF 分析,第一模态为全区一致型,与降水相对应的西风影响区主要盛行西风水汽输送,季风边缘区的南部盛行西南风水汽输送;第二模态为东南-西北型,东风、东北风水汽输送流入西北东部地区;第三模态为东北－西南型,西风和西北风水汽输送将水汽带到西风影响区内。     

中国东北夏季温度年代际变化特征

东北地区夏季温度变化主要有4个独立模态,其中EOF1呈全区一致型为第一模态,占总方差贡献的72%左右,其时间系数呈现多年代际尺度变化;其他3个模态仅分别占总方差贡献的10%、4%和3%,表现出受海洋、地形及纬度差异的影响,呈南北向、东西向和山脉与平原地区的反向异常分布型;突变和小波分析进一步揭示EOF1模态的多年代际尺度变化具有突变性质,2007~2010年受20 a左右周期影响,东北地区温度变化全区一致的模态时间系数处于负值为主的阶段,值得关注。东北地区夏季温度变EOF1模态与北半球500 hPa高度场和对流层中上层纬向风场(西风急流)在30oN~40oN呈环球尺度带状显著正相关分布,在东北亚地区纬度较高,可达60oN附近,而且该区500 hPa高度场与东北夏季温度EOF1模态多年代际变化近于同步。EOF1模态与靠近亚洲大陆沿岸和西太平洋暖池(包括印度洋的中部和北部)、南太平洋环澳大利亚、靠近北美大陆及北大西洋北部的漂流区和北赤道漂流区的海表温度存在显著的同步正相关,而与太平洋海表温度的年代际振荡模态亦有较显著的正相关;表明东北地区夏季温度的EOF1模态与北半球海-气系统多年代际变化联系密切,同时也受到全球变暖的影响。     

山区月降水量的短序列订正方法

山区降水量数据非常有限,而且它们的时间序列长短不一,需要将短时间序列的降水量数据延长到统一的长时间序列,才能进行相互比较,这是山区气候研究中的一项重要的基础工作。以浙江省仙居县为例,通过分析月降水量的时间分布类型,选择了县内10个降水量测站,分别以上张水文站和苗寮水文站为基本站,以其它7个水文站和括苍山气象站为订正站,对基本站和订正站的月降水量之间进行相关分析,并采用月降水量相对系数的稳定性特征对各订正站的月降水量进行了时间序列订正,然后,从订正误差的角度分别对订正结果进行了分析。结果表明：基本站与订正站月降水量之间的相关系数越大,则订正站月降水量的订正误差越小。此外,当基本站与订正站月降水量之间的相关系数相差不大时,则订正站月降水量的订正误差与月降水量的时间分布类型有关,月降水量属于同一类型的订正误差比不属于同一分布类型的订正误差小。     

Streamflow trends and hydrological response to climatic change in Tarim headwater basin

This paper has studied the change of streamflow and the impact of climatic vari-ability conditions on regional hydrological cycle in the headwater of the Tarim River Basin. This study investigates possible causes of observed trends in streamflow in an environment which is highly variable in terms of atmospheric conditions, and where snow and ice melt play an important role in the natural hydrological regime. The discharge trends of three head streams have a significant increase trend from 1957 to 2002 with the Mann–Kendall test. Complex time-frequency distributions in the streamflow regime are demonstrated especially by Morlet wavelet analysis over 40 years. The purpose is to ascertain the nature of climatic factors spatial and temporal distribution, involved the use of EOF (Empirical Orthogonal Function) to compare the dominant temperature, precipitation and evaporation patterns from normally climatic records over the Tarim’s headwater basin. It shows that the first principal component was dominated since the 1990s for temperature and precipitation, which identifies the significant ascending trend of spatial and temporal pattern characteristics under the con-dition of the global warming. An exponential correlation is highlighted between surface air temperature and mean river discharge monthly, so the regional runoff increases by 10%–16% when surface air temperature rises by 1℃. Results suggest that headwater basins are the most vulnerable environments from the point of view of climate change, because their wa-tershed properties promote runoff feeding by glacier and snow melt water and their funda-mental vulnerability to temperature changes affects rainfall, snowfall, and glacier and ice melt.     

Statistical EOF analysis of spatiotemporal glacier mass-balance variability: a case study of Mittivakkat Gletscher,SE Greenland

An Empirical Orthogonal Function (EOF) variance analysis was performed to map in detail the spatiotemporal variability in individual stake mass-balances (ba) on Mittivakkat Gletscher (MG) – in a region where at present five out of ~20.000 glaciers have mass-balance observations. The EOF analysis suggested that observed ba was summarized by two modes: EOF1 and EOF2 represented 80% (significant) and 6% (insignificant) of the explained variance, respectively. EOF1 captured a decline in ba that was uniformly distributed in space at all stakes. The decline was correlated with albedo observations and air temperature observations from nearby stations. EOF2, however, described variations in ba that were heterogeneously distributed among stakes and associated with local slope and aspect. Low elevation stakes (~<400 m a.s.l.) showed relatively negative (out of phase) correlation and higher elevated stakes relatively positive (in phase) eigenvector correlation values with EOF2. Such relatively negative and positive eigenvector correlation values were present where the constituted of exposed glacier ice or snow cover, respectively. The results from this study show how EOF analyses can provide information on spatiotemporal patterns of glacier mass-balance. Understanding such detailed variabilities in mass-balance on a Greenlandic glacier is of interest because a fifth of the Arctic contribution from glaciers and ice caps to sea-level rise originates from Greenland.     

我国中部五省雷暴日时空分布特征

为研究中部五省雷暴日时空分布特征,利用1961―2010年中部五省85个气象台站雷暴日资料,采用小波分析和EOF分析等数理统计方法,对其雷暴日时空分布特征进行了统计分析。结果表明：近50年来,中部五省初雷日期和终雷日期没有表现出提前或推迟的趋势,年平均雷暴日整体呈下降趋势,夏季雷暴日的减少是影响年雷暴日减少的主要原因。中部五省年平均雷暴日为41 d,其中春季占全年雷暴日的30.3%,夏季占57.6%,秋季占8.5%,冬季占3.6%;五省平均初雷日期在3月1日或2日,从南至北初雷日期依次推迟,南北最大相差近3个月;终雷日期在10月4日或5日,终雷日期是南晚北早,南北最大相差近2个月;雷暴日月变化曲线呈双峰型,主峰在7月或8月,次峰在4月;通过小波分析,年平均雷暴日主要呈11 a、17 a和6 a、4 a左右的振荡周期;长江以北地区,20 d＜年平均雷暴日≤40 d,属多雷暴地区;长江以南地区,年平均雷暴日＞40 d,属于高雷区或强雷区,其中赣南和湘南少部分地区年平均雷暴日＞60 d,属强雷区。根据EOF分析,将五省年平均雷暴日空间分布划分为：一致型、南北反相型、梅雨型和局地型等4种类型。年平均雷暴日整体呈下降趋势的原因,可能与夏季风的强弱和大气环流突变有关。     

近55年淮河上中游流域气候要素多时间尺度演变特征及关联性分析

选取1960~2014年淮河上中游流域19个气象站点的月降水量、气温和日照时数等数据,采用气候倾向率、Mann-Kendall、Morlet小波和相关系数法,对流域年和四季降水、气温和日照时数的变化趋势、多时间尺度演变特征以及相关性进行了研究。结果表明：① 降水在年和四季线性变化趋势不显著;气温除夏季不显著外,年和春、秋、冬季变暖趋势显著;日照时数除春季不显著外,年和夏、秋、冬季节变短趋势显著;② 降水、气温、日照时数在年和四季分别表现出多个时间尺度的相对丰枯、冷暖和长短交替特征;第一主周期尺度及其相应的平均变化周期在年和四季有的较接近有的相差较大,第一主要平均周期介于2~10 a之间;③ 气温的复相关系数均小于降水和日照时数;除冬季气温复相关系数较小外,其他季节各要素均较大。降水-日照的偏相关系数绝对值在年和四季均最大。降水-日照时数、降水-气温大部分情况呈反相关系,冬季气温和日照时数在主周期尺度28 a下呈同相变化。     

石羊河流域1961-2005年蒸发皿蒸发量变化趋势及原因初探

 利用1961—2005年石羊河流域上、中、下游当地气象站的逐月20 cm口径蒸发皿蒸发量、平均气温、平均相对湿度、降水量、平均风速、日照时数、最高气温和最低气温资料,研究了近45 a石羊河流域蒸发皿蒸发量变化趋势及原因。结果表明,45 a来,石羊河流域及上、下游年蒸发皿蒸发量呈上升趋势,中游年蒸发皿蒸发量呈下降趋势,上游上升趋势最明显。四季中,春、秋、冬季蒸发皿蒸发量呈上升趋势,上升最明显的是冬季,其次为秋季,春季变化不明显,夏季蒸发皿蒸发量变化呈下降趋势。石羊河流域在不同时段不同区域年蒸发皿蒸发量都存在明显的6～7 a周期和1～2 a的短周期,并都发生了突变。相关系数法分析表明,影响石羊河流域及中、下游年蒸发皿蒸发量变化的主要影响因子是相对湿度和降水,上游的主要影响因子是相对湿度和气温。四季中,春季的主要影响因子是相对湿度和降水;夏季影响石羊河流域及上、中蒸发皿蒸发量变化的主要因子是相对湿度和气温,下游的主要影响因子是相对湿度和降水;秋季影响石羊河流域及中、下游蒸发皿蒸发量变化的主要影响因子是相对湿度和气温日较差,上游其主要影响因子是相对湿度和降水;冬季的主要影响因子是气温和相对湿度。影响年以及春、夏、秋最显著的因子是相对湿度,冬季最显著的影响因子是气温。     

基于统计降尺度方法的陕西省月气温预测分析

从短期气候预测的实际出发,针对月尺度的气温分县预测,使用逐步回归和主成分分析（即经验正交函数）的统计降尺度方法,利用地面观测站的气温资料、美国国家环境预报中心和美国大气科学研究中心的大尺度气候变量（NCEP/NCAR）和国家气候中心月动力延伸预报模式资料（DERF）,对1982-2015年陕西省96个县区的1月和7月气温进行预测,建立统计降尺度模型,并采用交叉检验方法检验模型的预测效果,表明基于经验正交函数和逐步回归的统计降尺度方法在陕西省1月和7月气温的预测中是合理可用的。全省96个县区1月份预测值与观测值距平符号一致率大于60%达到了50个县区,7月份大于60%达到了60个县区。预测值可以较好的预测出气温变化趋势,但预测值变化幅度明显小于观测值。