A Multivariate Empirical Orthogonal Function-Based Scheme for the Balanced Initial Ensemble Generation of an Ensemble Kalman Filter

The initial ensemble perturbations for an ensemble data assimilation system are expected to reasonably sample model uncertainty at the time of analysis to further reduce analysis uncertainty. Therefore, the careful choice of an initial ensemble perturbation method that dynamically cycles ensemble perturbations is required for the optimal performance of the system. Based on the multivariate empirical orthogonal function (MEOF) method, a new ensemble initialization scheme is developed to generate balanced initial perturbations for the ensemble Kalman filter (EnKF) data assimilation, with a reasonable consideration of the physical relationships between different model variables. The scheme is applied in assimilation experiments with a global spectral atmospheric model and with real observations. The proposed perturbation method is compared to the commonly used method of spatially-correlated random perturbations. The comparisons show that the model uncertainties prior to the first analysis time, which are forecasted from the balanced ensemble initial fields, maintain a much more reasonable spread and a more accurate forecast error covariance than those from the randomly perturbed initial fields. The analysis results are further improved by the balanced ensemble initialization scheme due to more accurate background information. Also, a 20-day continuous assimilation experiment shows that the ensemble spreads for each model variable are still retained in reasonable ranges without considering additional perturbations or inflations during the assimilation cycles, while the ensemble spreads from the randomly perturbed initialization scheme decrease and collapse rapidly.     

冬季黑潮延伸体海温异常结构及其与热带太平洋海温变化关系分析

基于NASA遥感系统提供的2003~2015年全球高分辨率海表温度资料,应用经验正交函数分析、时滞相关分析等方法,对北太平洋冬季黑潮延伸体区海温异常特征及其与热带海表温度的可能关系进行了初步分析。研究发现,冬季延伸体区的海温异常主要表现为两类结构特征,其一为上游区域发展型,包括海盆尺度一致性变化的季节模态和纬向反位相的收缩型结构;其二为纬向延展型,包括分叉东扩结构和通道东扩结构,且该两结构型在2010年前反位相,使得2006年前暖异常东扩路径基本控制在36°N以南,其后至2010年期间,暖异常东扩路径偏北,而2010年后结构型转为同位相,暖异常东扩路径偏北。分叉东扩结构表现为与热带海温变化紧密相关,进一步的时滞相关分析与合成分析表明,热带太平洋不同地区对中纬度海温分叉东扩的影响存在差异,Ni?o3区海温异常超前延伸体区分叉东扩模态约1~2个月,而Ni?o3.4区及Ni?o4区则与延伸体区海温分叉东扩保持前后各约3个月的宽谱同期负相关,或可表明El Ni?o的东部型和中部型对中纬度延伸体暖流分叉东扩存在超前和同期相关影响,且中部型影响更显著。     

湖南月蒸发量的时空变化特征及其与月平均气温的相关性

运用经验正交函数（EOF）和交叉小波变换法,分析了湖南省1981―2013 年月蒸发量的时空分布特征及其与月平均气温之间的非线性交互关系。月蒸发量的EOF 分解表明：前3 个空间模态的累计贡献率达77.9%。其中EOF1（63.4%）揭示了湖南省月蒸发量最主要的时空分布特征呈东西反向型,体现出月蒸发量与高程之间存在一定的负相关性;EOF2（8.5%）具有正负位相频繁交替的时间系数,反映了更为复杂的时空变化特征;EOF3（6.0%）的值自西北向东南呈“＋、-、＋”分布。然后,分别选用洪江、桑植和新晃站作为3 个空间模态的代表站点,并计算出各站点的月蒸发量与月平均气温之间的交叉小波谱和小波一致性,结果表明：两者之间的相关性在8~16个月的时间尺度下最强,且其相位角均为0°,说明气温对蒸发量的影响在该时间尺度下最为显著且不存在时滞效应,但在＜8 个月和＞16 个月的时间尺度下,强相关性的出现频率和分布以及相位角的方向沿时间轴均呈现出较大的差异性。     

寒区级配碎石冻胀正交试验研究

级配碎石作为季节性冻土地区高铁路基基床表层填料,其防冻胀问题尤为关键。为研究在不同条件下级配碎石的冻胀特性,选取不同的含水率、细颗粒含量、冷端温度和压实度进行了室内封闭系统冻胀正交试验。结果表明,在不同因素、不同水平的组合时,级配碎石有不同程度的冻胀。当级配碎石含水率为5%时,试样的冻胀率较小;当含水率超过7%时,大部分试样冻胀率超过1%。对冻胀过程中试样温度场、冻结深度、冻胀变形过程和冻后试样含水率分布进行了分析,发现冻后试样冷端位置的含水率高于初始含水率,暖端位置的含水率低于初始含水率。当以冻胀率作为参考序列,其他试验条件作为比较序列时,灰色关联度分析结果表明,影响级配碎石冻胀率的主要是含水率,其次为细颗粒含量、压实度及冷端温度,其关联度相差不大。并得出了最有利于冻胀发展的组合。为满足寒区高速铁路变形量的要求,提出以控制级配碎石含水率小于5%为指标。     

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.     

长江三角洲地区近30年非雾天能见度特征分析

利用地面能见度观测数据和中分辨率成像光谱仪(简称M(ODIS)所提供的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)资料,分析了中国长江三角洲地区近30年的能见度变化特征。结果表明,该地区1980—2009年能见度年均值为19.5±1.8km,其中最高值为21.9km,在1984年,最低值为16.1km在2007年。近30年能见度呈下降趋势,平均年递减率为-0.20±0.013km/a,近几年能见度趋于稳定。该地区能见度:夏季能见度最好,秋、春季次之,冬季最差;沿海地区能见度好于内陆地区,沿江(河)两岸能见度较差;沿江(河、海)地区能见度的下降速度大于其他地区,在浙江东南部沿海地区尤为明显。利用EOF方法分析长三角地区能见度,结果表明第一模态的特征向量均为正值,说明全区能见度均呈下降趋势。利用MO-DIS AOD数据分析区域性及长期能见度变化趋势与利用地面观测数据方法分析结论相一致。     

倾斜摄影三维模型的房檐改正方法分析与精度评估

利用倾斜摄影技术生成的实景三维模型一般都仅仅作为一种浏览演示的方式,使用方式较为粗糙单一,其成果并没有真正应用到常规测绘产品生产的各个环节。本文对一种利用倾斜摄影三维模型的房檐改正方法进行了分析与精度评估。在已有倾斜摄影快速建立三维模型的基础上,采用建筑物立面散点正交原理直接对倾斜摄影三维模型居民地区域进行去房檐采集。该方法提供了一种全内业测图的模式,对地形图生产方法的改进具有重要意义。     

药剂与粉煤灰联合处理再生造纸废水的实验研究

通过混凝实验探讨了用PAC处理再生造纸废水的最佳混凝条件.在此基础上,选用PAM为助凝剂,通过正交实验,获得了较佳的水平条件:先加PAM,质量浓度为3 mg/L,后加PAC,质量浓度为0.2 g/L,反应9 min;处理后的出水经粉煤灰过滤,ρ(COD)可降至37.383 mg/L,ρ(BOD)为20.7 mg/L,浊度为0,pH为11.12,在空气中放置24 h后pH变为8.02.     

基于倾角仪与测量机器人的异形桥变形监测研究

为研究影响异形结构桥梁变形的因素,分析不同测量手段反映异形桥变形的灵敏度,以吉林省延边朝鲜族自治州安图县二道白河镇美人松空中廊桥公园内空中廊桥为例,采用倾角仪和测量机器人联合的方式,在顾及荷载、风向和风速的作用下,测定廊桥的倾斜角和位移量,获取两套独立观测数据。通过正交试验分析荷载、风向和风速对廊桥倾斜程度的影响,并通过灵敏度试验分析两种测量手段反映廊桥变形的灵敏度。研究结果表明,倾角仪和测量机器人都能较高精度地反映廊桥变形且数据相近,倾角仪反映廊桥变形灵敏度更高,廊桥变形主要受荷载和风速影响。