Significance test for empirical orthogonal function (EOF) analysis of meteorological and oceanic data

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＥｍｐｉｒｉｃａｌｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ (ＥＯＦ)ｉｓａｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｔｏｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙｅｘａｍ ｉｎｅｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｏｃｅａｎｉｃｄａｔａ (ＰｒｅｉｓｅｎｄｏｒｆｅｒａｎｄＢａｒｎｅｔｔ,1 977;Ｒａｓｍｕｓｓｏｎｅｔａｌ.,1 981 ;ＫｎａｐｐｅｎｂｅｒｇｅｒａｎｄＭｉｃｈａｅｌｓ,1 993 ;ＬｅｅａｎｄＣｏｒｎｉｌｌｏｎ ,1 995) .Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｅｅｋｓｏｕｔｔｈｅｆｉｒｓｔｆｅｗｏｒｔｈ…     

空间分辨率对中国夏季降水时空演变特征的影响

本文使用1979—2021年国家气候中心160站(R₁₆₀)和国家级地面气象观测站2 314站(R₂₃₁₄)逐月降水观测资料,利用EOF (Empirical Orthogonal Function)分解和相关分析等方法,研究两类资料夏季降水时空变化特征及其与海气因素之间物理联系的表征水平差异,并分析了差异的可能原因。结果表明,R₁₆₀在我国西北、青藏高原等地区站点极为稀疏,导致其各EOF模态对上述地区降水的时空变化特征描述失真,中东部地区偏低的空间分辨率会使局地强降水的变化特征信号损失,造成降水的年际变率降低。而R₂₃₁₄主模态能够更为真实地反映我国降水的时空演变特征,特别是在极端降水频发的江淮地区以及降水受局地地形影响较大的山区,其EOF主模态的空间分布和时间系数演变与ENSO (El Niño-Southern Oscillation)、西太平洋副热带高压、青藏高原雪盖等气候强迫信号之间的相关性更为显著。     

海南雷暴气候特征及大气环流背景分析

利用1966～2005年海南地区18个市、县逐日雷暴观测资料及NECP再分析资料和EOF分析方法,分析了海南地区雷暴天气的气候特征及其气候变化的可能影响因素.结果表明:海南雷暴的年际变化呈较明显的下降趋势;空间分布丰要旱现北部内陆地区多、南部沿海地区少的特点;全省雷暴集中发牛在4～10月,盛发期在5～9月;雷暴异常年5～9月平均大气环流与同期500 hPa大气环流特征的关系表现在雷暴频繁年低纬地区的位势高度距平场出现大范围的负距平.当年夏季西太平洋副热带高压较弱,位置偏东,雷暴偏少年则副高较强,脊线偏西.不稳定凶子K指数和TT指数对海南的雷暴有一定预报能力.     

基于大数据分析下的气候模型

为研究全球变暖与极寒天气间的关系,对加拿大13个省代表性测站10年的观测数据进行时空变化趋势分析,采用经验正交函数（EOF）寻找海洋表面温度历史数据的变化规律。另外利用BP神经网络建立了年平均温度、日降水量与地球吸热、散热、海表面温度、当地纬度间的关系,预测未来25年气候的变化,并建立了“极寒天气”与气候变化的关系模型。研究表明：高纬度地区温度、降水量普遍较低,同经度地区的温度差异较小且降水量变化不大;加拿大地区温度呈周期性变化,符合北半球的季节变化特征;北大西洋的东部与其他海洋的温度是反相关的,西太平洋南北回归线附近的海洋表面温度升高;“极寒天气”出现频率与气候变化有一定关系,局地极寒现象与全球变暖的大趋势并不矛盾。本研究为人们认识和理解“全球变暖”提供了一个新的思路。     

北太平洋海面异常风场的时空分布特征与海气热量交换

用北太平洋（含赤道太平洋区）１９４９～１９７９年的ＣＯＡＤＳ资料，通过矢量ＥＯＦ分解得到北太平洋异常风场的分布型及其时间变化规律。分析表明，ＥＯＦ１～５场与大气活动中心、海洋相互作用有联系，具有明显的天气学意义。此外，还讨论了ＥＯＦ异常风场间的转换及其季节性差异。     

热带地区积云对流的长期变化特征

使用１９７９年１月至１９８４年１２月向外长波辐射（ＯＬＲ）资料，对热带地区积云对流的长期变化特征进行了研究。结果表明：热带地区积云对流活动存在显著的季节变化，冬季积云对流区主要是东西向，位于南印度洋和西太平洋的近赤道地区；夏季则北移至北印度洋和菲律宾附近的西太平洋地区。低纬地区积云对流活动存在明显的季节性位移，北印度洋地区的积云对流活动主要集中在５—１０月，７—８月位置最北；北半球热带西太平洋地区的积云对流活动则主要集中在６—１１月，８—９月位置最北。标准差分析表明，冬季北半球热带西太平洋、赤道中太平洋及热带印度洋东部地区积云对流的年际变化最明显。经验正交函数（ＥＯＦ）分析的主要空间型反映了赤道中太平洋、热带西太平洋、阿拉伯海和副热带西太平洋地区的积云对流活动存在一定的关系。结合遥相关计算还表明秋云对流存在４种遥相关型，即２种东西向偶极型涛动型、西太平洋型和北印度洋型。     

2000-2008年期间南海海面温度的年际与空间变异

通过对2000-2008年更高空间分辨率的南海海面温度(SST)的卫星遥感数据进行经验正交函数(EOF)分析,着重研究21世纪以来整个南海海域SST年际变化的时空变异,并探讨了其与南海海面风场和海面高度的关系,以及期间南海发生的两次负异常事件的特点和成因.SST年际变化的第一模态表现为全海盆同相变化,年际振荡主要发生在...     

东、黄海海表面温度季节内变化特征的EOF分析

基于1998—2004年的TRMM/TMI卫星遥感海面温度(SST)数据,在初步分析东、黄海SST的季节分布特征的基础上,采用EOF方法分析了SST的季节内变化特征,进而对SST季节内变化的可能机制进行了探讨。EOF分析获得的前4个模态的累积方差贡献率为57.07%,其结果基本反映了东、黄海SST变化的主要物理过程。其中,EOF的第一模态的方差贡献率占30.17%,其空间模态揭示了以东海北部为中心的、整个海域SST变化趋于一致的特征,这一模态的显著变化周期为6.3周;第二模态的方差贡献率占14.36%,其空间模态呈现东南海域与西北海域SST的反相变化趋势,显著变化周期为8.7周和10.6周;第三模态的方差贡献率占7.02%,其空间SST变率最大的区域位于黄海海域,显著变化周期为6.8,8.7,10.2周等;第四模态的方差贡献率占5.52%,其空间SST变率最大的区域位于东、黄海近海,显著变化周期为6.8周。东、黄海SST季节内变化与此海区大气中的季节内振荡是紧密相关的。     

Comparison of long-, medium- and short-term variations of beach profiles with and without submerged geological control

Victoria Beach (Cadiz, Spain) comprises a rocky flat outcrop in its northern zone and a sand-rich southern zone. These natural features allowed for a 5-year monitoring period and subsequent analysis of two different profiles (one in each zone) based on differences in bottom contours. Topo-bathymetric data were analysed using empirical orthogonal functions (EOFs) to determine changes over the short-, medium- and long-term. Several morphologic phenomena were identified (generalised erosion, seasonal or summer–winter tilting of the profile around different hinge points, berm development and its posterior destruction, etc.) in terms of their importance in explaining the variability of the collected data for both profiles. It is worth mentioning that both profiles undergo parallel regression in the medium-term. Thus, the 1st eigenfunction enabled us to identify the true regression of the beach shoreline, independent of seasonal or summer–winter slope changes. Reconstruction of profiles using EOF components demonstrated that though accretion periods in the medium-term were similar for both types of profiles, the accretion speed was much faster in the sand-rich profile than in the reef-protected profile (1.01 m³/day versus 0.33 m³/day). Moreover, the seasonal erosion rate and the subsequent shoreline retreat for the sand-rich profile were much larger than for the reef-protected profile (121 m³/year versus 29 m³/year). Analysis in the short-term (changes induced by a single day's storm) showed an instantaneous tilting of the profile, with the mobilised sand volume being much greater for the sand-rich than for the reef-protected profile (68 m³/m versus 12 m³/m).     

夏季长江口外东海海域实测海流资料分析

根据2009年8,9月间长江口外海域C1,B1 2个站位的短期连续ADCP实测资料,采用调和分析、EOF分解、功率谱分析以及频率统计等方法,分析了该海域海流随时间的变化趋势和空间的结构特征。结果表明,2个站位流速在观测期间愈来愈强,准定常流动均是南向流动占优。长江口外海域M2为主要分潮,属于正规半日潮,各层潮流呈现出旋转流性质,旋转方向为顺时针占优。2个站位潮流的U,V分量均为第一模态主导,其垂向模态基本一致,体现了潮流的正压特征,2个站位的斜压性均不明显。海流的流速、流向频率统计显示两站均在SSE,S,SSW方向的频率最大。