全球百年海表面温度年际和年代际变化特征分析

利用100 a(1903—2002年)HadiSST的逐月资料,将全球海表面温度异常(SSTA)作为整体进行经验正交函数分解(EOF分解),提取了控制各大洋SSTA的主导模态和各大洋之间的联合模态,分析了相应的空间分布和时间序列。研究结果表明:SSTA变化最剧烈的海区是赤道中东太平洋、西北大西洋湾流海区和北太平洋黑潮延伸体海区。热带太平洋厄尔尼诺和南方涛动是主导模态并具有2~7 a周期的年际变化;SSTA变化第二主模态和第三主模态都是以大约70 a为周期的年代际变化为主的跨大洋联合模态。第二主模态的空间分布主要表现为中纬度北太平洋和北大西洋反位相、热带太平洋与大西洋反位相的太平洋-大西洋双偶极子型分布。SSTA变化的第三模态主要呈现南北半球海洋反位相的特征,为北太平洋-北大西洋-南大洋联合模态。第四模态基本上是反映各个不同海域特有的局地海洋-大气相互作用模态,该模态的时间序列具有1~4 a周期的年际变化和约9 a周期的年代际变化。     

利用卫星高度计资料分析热带大西洋表层环流的季节性变化

利用1993年4月至2001年3月的TOPEX/POSEIDON卫星高度计遥感资料,研究了热带大西洋(15°S-25°N,50°W-5°W)海面高度距平和表层环流结构的季节性变化。研究结果表明:夏季和冬季海面高度距平分布呈相反的结构,低纬度海区(0°-15°N之间的海区)海表风应力旋度所产生的Ekman抽吸而导致的海面升降是该海区海面高度距平季节性振荡的重要影响因素。热带大西洋表层流结构大部分海域季节变化不明显,部分流系具有明显季节振荡,东向的北赤道逆流夏季强度较大,冬、春季流速较小;非洲沿岸流冬季流向为东南向,其他季节流向为东北向。值得一提的是,几内亚海湾表层流秋、冬季为东向,而春、夏季为西向。通过卫星跟踪ARGOS漂流浮标观测结果进行的对比验证表明,上述遥感资料分析的表层地转流场与海上观测结果一致。     

热带太平洋-印度洋上层热含量年际变化的主模态

利用多种海洋资料,采用经验正交函数分解(EOF)与合成分析等方法研究了热带太平洋-印度洋热含量年际变化的主要模态及其对应的转换过程。结果表明其第一模态对应El Nino事件成熟位相时的空间分布,即热带西太平洋和东印度洋为一冷中心,西南印度洋和赤道东太平洋为暖中心;第二模态对应着El Nino事件过渡期的空间分布,太平洋10°N附近以及赤道带为变化中心,而印度洋的变化中心主要在苏门答腊岛西部的赤道东印度洋海区。这2个模态基本刻画了ENSO循环过程中热带两大洋热含量变化的关键海区。利用合成分析结果与EOF分解结果的相似性,探讨了EOF分解前两个模态之间的转换过程,发现第一模态可能主要是通过海洋波动的传播过程调整到第二模态的,而第二模态还可以作为El Nino或La Nina事件的预报因子。此外,分析结果还表明,El Nino事件与La Nina事件对应的热含量变化并不是反对称的。     

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     

黄渤海大气气溶胶卫星观测与长期变化趋势分析

收集了中国黄渤海区域(112°~125°E,35°~45°N)2000—2009年10 a内MODIS气溶胶光学厚度AOD月均标准数据,按陆地和海洋(陆海)像元及海洋像元两类分别进行经验模态分解(EMD),结合南方涛动指数(SOI)和我国年度化石燃料消耗总量讨论黄渤海海区气溶胶时间变化特征及成因。研究表明该陆海区域大气气溶胶光学厚度6月份多为全年最高,海洋区域最高值出现在4—7月之间;秋冬季(10—次年2月)气溶胶光学厚度达到最低;EMD分解获得气溶胶具有4 a变化周期特性,与南方涛动指数的相关性均达到0.7,说明大气气溶胶同样受到全球气候变化的影响;与我国煤炭化石年消耗量相关系数达到0.98,该研究区气溶胶受陆源影响明显,人类活动对海洋环境的作用不容忽视。     

吕宋海峡附近中尺度涡特征的统计分析

采用1993年1月到2008年12月16a融合海面高度距平数据,追踪吕宋海峡附近海域(18°～23°N,116°～126°E)中尺度涡的移动轨迹,结果表明:时间分辨率为7d的卫星高度计资料难以观测到中尺度涡从西北太平洋通过吕宋海峡传进南海的过程,但对1994年吕宋海峡中部观测到的一个气旋涡及其附近中尺度涡的运动轨迹进行分析可见,西北太平洋海面高度变化会与吕宋海峡内部海面高度耦合后向南海传播。海面高度距平数据的时间-经度图表明,西北太平洋海面高度变化信号在西传至吕宋海峡附近(121°～122°E)时出现信号不连续。对21°N,116°～140°E断面的海面高度距平数据按周期分别为1～3月、3～6月、330～390d(年信号)进行分段带通滤波,发现不同周期的西北太平洋信号穿过吕宋海峡传入南海受到的阻隔作用、向西传播的速度以及它们所受的强迫机制均不同。     

北太平洋风应力场变异规律及其与黑潮大弯曲和El—Nino的联系

利用COADS资料,计算北太平洋(包括赤道海区)1949—1979年海表面风应力,对其距平场进行矢量场的EOF分解,得到几个主要的距平风应力模态(EOF1—3)。分析了各自的时空分布特征,分析发现,风应力距平场的EOF1和EOF2模态分别对黑潮大弯曲和E1—Nino事件有重要影响,并讨论了其影响过程,为黑潮大弯曲预报的可能性提供了依据。     

赤道太平洋上层海洋垂向温度梯度距平与El NI(n)o的关系

用赤道太平洋长达21a的温度资料以及经验正交函数(EOF)分析方法,讨论了在5°S-5°N平均纬向垂直剖面上赤道太平洋垂向温度梯度距平的时空变化,得到了一些有意义的结果.赤道太平洋垂向温度梯度距平EOF分析第1模态的正/负位相反映了Ei(n)o/La Nia发生前赤道太平洋温跃层的分布,第2模态的正/负位相反映了Ei(n)o/La Nia鼎盛以及开始衰减时赤道太平洋温跃层的分布.根据我们对赤道太平洋温跃层核心位置的定义,在Ei(n)o向La Nia转换的过程中,赤道东太平洋温跃层上升了30-40m,而赤道中太平洋温跃层先是上升了40-50m,然后又下降了40-50m,赤道西太平洋温跃层下降了90m;随着赤道西太平洋暖水的堆积以及东移,温跃层首先在赤道西太平洋加深,Ei(n)o发生前赤道中东太平洋温跃层开始加深,Ei(n)o达到鼎盛时赤道西太平洋温跃层抬升,而赤道中东太平洋温跃层加深;赤道太平洋垂向温度梯度距平EOF分析第1特征向量的时间系数与Nio3区的SST距平有非常好的相关,并且超前于Nio3区的SST距平,超前3个月的相关系数高达0.7017,超前6个月的相关系数高达0.6467,因此可以用该量来预测Nio3区的SST距平.     

格陵兰岛附近海域海平面变化的初步研究

利用17年5个月的卫星高度计资料,探讨格陵兰岛附近海域海平面的季节变化和年际变化特征,结果表明,该区域海平面变化存在显著的季节信号和年际信号。近20a来,格陵兰岛附近海域海平面的平均上升速率为1.7mm/a,小于全球海平面的平均上升速率。该海域的海平面变化存在很强的区域性,通常多年平均海面高度异常(SSHA)大的海区,海平面上升速率也大;多年平均SSHA低的海区,海平面上升速率则较小。EOF分析表明第一模态为季节模态,整个海域第一空间模态的位相相同,说明该海域海平面的季节变化趋势是相同的。该区域的SSHA与海冰面积指数呈负相关,海平面的季节变化受海冰面积大小的影响显著。SSHA与经向风应力距平的低频分量具有很好的正相关性,与纬向风应力距平的低频分量具有不显著的负相关,说明该海域海平面的年际变化受风应力的影响显著。     

热带太平洋障碍层厚度的时空特征分析

利用中国Argo实时数据中心提供的9 a(2000—2008年)网格化Argo剖面浮标温、盐数据(G Argo),分析热带太平洋障碍层厚度的气候态分布和低频变化特征。气候平均结果表明,较厚的障碍层主要出现于西太平洋暖池区,并有3条纬向障碍层带状分布,从暖池出发向东延伸至120°W,分别位于以15°N,5°N和12°S为中心的纬度带上。经验正交函数(EOF)基本模态分析表明,热带太平洋障碍层低频振荡以季节和年际变化为主,在季节尺度上主要表现为15°N和12°S障碍层纬度带呈反相变化,都在当地冬季最大,夏季最小;在年际尺度上则主要表现为暖池东边界附近障碍层与厄尔尼诺南方涛动(ENSO)相关的变化,以及暖池中部障碍层与热带准2 a周期振荡(TBO)相关的变化。     

经验模式分解对恒电量瞬态响应信号的预处理

应用经验模式分解（EMD）将恒电量瞬态响应信号分解为不同时间尺度的内在模函数（IMF）分量。去除其中的小时间尺度的干扰噪声分量。然后经过拉普拉斯变换获得恒电量频谱以研究电化学腐蚀过程。     

基于EMD和辛几何的运动员表面肌电信号分析与评价

为对肌电信号的物理解释做出探索性的工作，本文运用经验模态分解和辛几何的方法，对不同等级短跑运动员腿部不同肌群的表面肌电信号进行处理分析。试验结果初步表明，应用上述2种方法可对运动员等级和竞技状态做出有效的评价，而且2种方法对肌电信号处理结果的一致性将有助于进一步描述肌肉系统的生物力学特性。     

基于EMD与神经网络的机械故障诊断技术

经验模式分解 (EMD)是分析非线性、非平稳信号的有力工具 ,它将信号分解为突出了原信号的不同时间尺度的局部特征信息的内在模函数 (IMF)分量。本文通过将各 IMF分量输入到 BP网络中进行训练学习和故障诊断 ,比直接输入原信号可以提高 BP网络对故障诊断的准确率 ,而且减少了训练时间。     

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.     

南海地区潜热输送与我国东南部夏季降水的遥相关分析

使用奇异值分解(SVD)和经验正交函数展开(EOF)方法,分析了我国东南部夏季降水与前期(冬季、春季)及同期(夏季)南海潜热输送之间相关场的分布型,从中找出遥相关的“关键区”,并对找到的高相关区的可靠性进行了讨论。结果表明,我国东南部夏季降水与前期(冬季、春季)及同期(夏季)南海潜热输送相关密切,尤其春、夏季潜热输送与降水相关程度更高。前期中的冬季,南海北部潜热输送与华南及其近海地区的夏季降水有较显着的负相关关系;春季,南海中部海盆地带的游热输送与长江以南至华南沿海地区的夏季降水有较强的正相关关系;夏季,南海中部海盆地带仍是影响同期华南降水的“关键区”.     

EMD方法和Hilbert谱分析法的应用与探讨

利用EMD方法对海浪观测资料进行处理 ,通过在数据两端的“平衡位置”处分别附加平行直线段的方法进行端点抑制 ,分解出 1 0个内在模函数和 1个剩余趋势项 ,再对各内在模函数进行Hilbert变换 ,得到波浪的Hilbert谱。对所得结果的分析表明 ,各模态在Hilbert谱中的分布趋势和Fourier谱中谱线的变化趋势是一致的 ,第一模态的中心频率与Fourier谱的谱峰频率相对应 ;EMD方法是对非线性、非平稳过程数据进行距平化的好方法 ,距平化的过程和消除趋势项的处理是统一的。     

一种新的声速剖面结构参数化方法

在Munk模型和GDEM模型的基础上,提出了一种新的声速剖面结构参数化模型,即分层声速剖面模型(LSSPM).模型用含9个参数的四层分段函数分别描述混合层、主跃层、深海声道层和深海等温层的声速结构,形式简明、直观.数值实验结果表明,LSSPM模型对声速剖面的拟合可达到较高的精度,且对于中国周边的深海和浅海区域有较好的适...     

利用EMD方法和小波变换进行信号奇异性检测

本文采用经验模式分解 (EMD)与小波变换相结合的方法分析非平稳机械故障信号的奇异性 ,进行机械故障诊断。与直接对原信号进行小波分析相比较 ,该方法提取的奇异性特征明显。数值模拟和对故障轴承的振动信号分析表明了该方法的有效性。     

赤道太平洋上层海洋垂向温度梯度距平与El Nio的关系

用赤道太平洋长达21a的温度资料以及经验正交函数(EOF)分析方法,讨论了在5°S-5°N平均纬向垂直剖面上赤道太平洋垂向温度梯度距平的时空变化,得到了一些有意义的结果。赤道太平洋垂向温度梯度距平EOF分析第1模态的正/负位相反映了El Nino/La Nina发生前赤道太平洋温跃层的分布,第2模态的正/负位相反映了El Nino/La Nina鼎盛以及开始衰减时赤道太平洋温跃层的分布。根据我们对赤道太平洋温跃层核心位置的定义,在El Nino向LaNina转换的过程中,赤道东太平洋温跃层上升了30-40m,而赤道中太平洋温跃层先是上升了40-50m,然后又下降了40-50m,赤道西太平洋温跃层下降了90m;随着赤道西太平洋暖水的堆积以及东移,温跃层首先在赤道西太平洋加深,El Nino发生前赤道中东太平洋温跃层开始加深,El Nino达到鼎盛时赤道西太平洋温跃层抬升,而赤道中东太平洋温跃层加深;赤道太平洋垂向温度梯度距平EOF分析第1特征向量的时间系数与Nino3区的SST距平有非常好的相关,并且超前于Nino3区的SST距平,超前3个月的相关系数高达0.7017,超前6个月的相关系数高达0.6467,因此可以用该量来预测Nino3区的SST距平。     

基于经验模式分解的希尔伯特变换包络提取在机械故障诊断中的应用

本文采用经验模式分解 (EMD)提取信号的内在模函数 (IMF) ,并利用希尔伯特变换对所得IMF进行包络分析 ,提取机械故障特征。与直接对原信号进行包络分析相比较 ,该方法提取的机械故障特征更明显。数值模拟和对故障轴承振动信号分析表明了该方法的有效性。