中国北方荒漠区降水空间结构型及变异性研究

依据中国北方荒漠区35个站点1951—2005年降水资料,运用(旋转)经验正交函数分解(EOF/REOF)、主成分分析、分形理论及地统计学等方法探讨了北方荒漠区降水空间结构型及空间变异性。结果表明,降水空间分布以“相间复杂”型和“东西相反”型为主（对总体方差贡献分别为35.8%和20.4%）;降水趋势自西向东逐渐减弱,有西部增加、中部地区小幅增大而东部地区趋于干旱的可能。新疆地区对全区降水波动方差贡献率达70.4%。新疆地区及青海-河西-河套地区变异函数曲线符合球状模型,内蒙古高原中东部地区符合指数模型;随机因素引起的空间异质性占0.01%~1.62%。20世纪50年代和70年代青海-河西-河套地区变异性最强,新疆地区次之,内蒙古高原中东部地区最弱,90年代以后新疆地区最强,内蒙古高原中东部地区次之,青海-河西-河套地区最弱。新疆地区、青海-河西-河套地区及内蒙古高原中东部地区降水分别在南北方向、东西方向及东北-西南方向异质性最强。     

基于REOF分析的广东前汛期降水趋势的区域特征

采用旋转经验正交展开(REOF)方法,对广东48站前汛期降水标准化距平场进行客观分区,在此基础上对各区区域平均前汛期降水的长期演变趋势进行了讨论。结果表明:广东省前汛期降水量场可以划分为4个区域,即粤东区、粤中区、粤西北区以及雷州半岛区。该4区前汛期降水量线性趋势不显著,年代际变化特征明显。进入21世纪以来,除雷州半岛区降水持续减少外,其余各区出现明显增加。而20世纪90年代以来粤东区和粤中区旱涝发生更为频繁。     

青藏高原年降水量的气候变化及其异常类型研究

利用青藏高原的80个气象台站近34a来年降水量资料，采用EOF、REOF、气候趋势线性趋势分析以及累积距平法等方法对青藏高原年降水量的时空分布特征及其异常进行了分析。结果表明：EOF分解的前三个主向量的累积方差贡献占总方差的44．9％，地形特别是高原主体的阻挡和抬升作用对年降水量的空间变化影响显著；年降水量的时间变化在缓慢减少的过程中于1982年和1995年发生了2次突变，并经历了减少、增多和再次减少的3个变化阶段；青藏高原年降水量的空间异常类型均可分为高原中东区、高原南部区、高原北部区、高原腹地区和西藏西南区共5个区，其分区主要受地形和低涡的影响较明显。     

基于REOF方法的江西省6月降水趋势分区预测

在经验正交函数分解(EOF)分析的基础上,采用旋转经验正交展开(REOF)方法,对江西省81个气象站6月降水进行客观分区,发现前4个主成分的累积方差达到了76.6%,这4个旋转主分量的高值区(绝对值≥0.5)基本覆盖整个江西省地区,且第1、2、3和4旋转主分量的高值区分别位于赣北南部、赣南、赣中及赣北北部,这表明江西省6月的降水可以划分为赣北北部(Ⅳ区)、赣北南部(Ⅰ区)、赣中(Ⅲ区)及赣南(Ⅱ区)4个区域。分别对各区6月降水与上年9月—5月SST和OLR场进行相关分析,找到了对各区6月降水有预报指示意义的因子(前期SST或OLR),并利用多元逐步回归方法建立了各区6月降水的预报模型。利用这些预报模型对1980—2008年各区6月降水进行了模拟,各区模拟值与观测值的吻合较好,两者的相关系数分别为0.55(I区)、0.43(Ⅱ区)、0.58(Ⅲ区)和0.54(Ⅳ区),这表明了这些模型对各区6月的降水有较好的模拟能力。2009—2013年各区6月降水模拟效果检验结果也显示,4个区模拟效果检验5 a中有4 a符号与实况一致。2014年6月预测结果的检验也显示,Ⅰ区、Ⅲ区、Ⅳ区预测的降水距平百分率与实况非常接近,进一步证明了这些模型的模拟性能。     

江淮梅雨分区特征的比较研究

对江淮地区63站1957—2003年6—7月平均的月降水、梅雨期降水量和入梅期进行旋转经验正交展开, 将江淮梅雨区分为中心区、东南区和西北区。三子区入梅出梅的早晚顺序依次为东南区、中心区、西北区, 与雨带地理位置的时间变化一致。三子区梅雨参数存在不同的年际、年代际变化特征。在趋势变化上, 西北区与其他两区的差异很明显。中心区和东南区的梅雨长度和梅雨量存在上升趋势, 出梅期推迟; 西北区梅雨参数的变化与中心区、东南区相反。分析江淮各子区梅雨异常所对应的环流形势结果表明:北半球500 hPa高度场各区多雨年减少雨年的差值图上都呈现正负相间的波状结构, 东南区与中心区的正负差值分布型类似, 但比中心区的略偏东和偏南; 西北区与中心区、东南区呈现出相反的形势。各区早入梅年减晚入梅年北半球的500 hPa高度场正负差值分布形势基本类似, 但东南区较中心区偏东, 西北区较之偏西。     

夏季黑潮区域SSTA及其与中国夏季降水的联系

采用海温、降水、OLR和NCEP／NCAR40a再分析资料，利用REOF方法，研究了夏季北半球海温异常(SSTA)的变化特征，结果显示：第4个REOF空间型是黑潮海温异常的典型形态。相关、合成分析表明，夏季黑潮海温正异常年时，长江流域降水偏多，洞庭湖流域显著偏多；负异常年时则反之。     

我国旬降水年变化特征的区域分布

利用全国多年平均旬降水资料，通过旋转EOF分解，将全国各地旬降水的年变化特征划分为6大类别，在地理分布上归属为8个区域，各区域的降水除了夏季多，冬季少的共同特征外，还有其地域性特点。各区域特征时段降水量间的显著统计相关有一定的中期天气预报意义。各区域特征时段降水量和年降水量近44a来有不同的趋势变化，部分区域可用特征时段的降水变化特征表示年降水的变化特征。     

中国春末夏初降水量异常的气候类型

选取中国大陆均匀分布的８０个测站１９５１—１９９４年历年５—６月月总降水量标准化距平资料，利用ＥＯＦ和ＲＥＯＦ方法对春末夏初降水量异常的空间结构及时间演变规律作了研究。结果表明，中国春末夏初降水异常在空间上主要表现为南北相反变化的差异（ＬＶ）。旋转载荷向量场（ＲＬＶ）反映出１１个主要降水异常类型区。旋转主分量（ＲＰＣ）揭示了４４年来春末夏初降水的时间演变特征：江淮和江南地区降水量减少，东北和南疆地区降水量增多；河套东部、华南、北疆、华北地区呈多雨—少雨—多雨的抛物线型，而河套西部、西南地区呈少雨—多雨—少雨的反抛物线型。     

中国东北地区冬季气温变化特征及其大气环流异常的关系

利用1957-2010年冬季中国东北地区90站气温资料,应用REOF和聚类分析方法将东北划分为南、北两个冬季气温变化子区,分析讨论其冬季气温的变化趋势和冷暖异常特征,及其与主要环流指数之间的同期和滞后关系。使用向后去除变量选择法,选取最优预测因子,并建立了全区和各子区的回归统计模型。结果表明：东北冬季增温较明显,平均上升速率达到0. 45 ℃/ 10 a,北部略高;与同期欧亚纬向环流指数之间存在着较显著相关;前期8月东太平洋副热带高压面积指数、前期10月亚洲区极涡面积指数和前期8月北半球极涡面积指数与东北冬季气温存在着显著相关,复相关系数达到0.70,并且是回归方程最关键预测因子。在对冷、暖冬预测时,可以把选定时段和区域副热带高压和极涡面积指数作为重要的影响因素,且误报率较低。     

渤、黄海风生流场季节循环时空模态与变异

根据1978—2015年渤、黄海沿岸观测风应力场与二维非线性垂直平均风生流模式,以及旋转经验正交函数（REOF）、调和分析等方法,研究了渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场季节循环时空模态与年际变异.渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场主要有两种时空模态,季节周期分量是时空模态的主要分量.由于风应力场季节循环变异,渤海流函数场季节时空循环变异程度大于速度势场,速度势、流函数场第二模态是季节变异的主要分量,黄海速度势场季节时空循环变异程度大于流函数场,速度势场第二模态是季节变异的主要分量.由于月平均风应力场强度年际变化显著线性减弱,渤、黄海季节平均风生流场强度年际变化也显著减弱.渤、黄海暖流与冷水团季节生消是风生流水平环流与垂直对流对冷 暖水体输送与汇集共同作用的结果,渤、黄海春、夏季辐合上升环流延缓及减弱了浅层暖水向深层传播,是春、夏季冷水团与温跃层形成的重要动力因素,因此,速度势是研究渤、黄海风生流场十分重要的因素.冬季渤海中部、黄海东部反气旋型及辐散下沉环流与黄海中部气旋型环流、辐合上升环流是黄海暖流季节转换与强度的主要动力控制因素,夏季黄海东部气旋型环流、辐合上升环流与黄海中部反气旋型环流、辐散下沉环流是黄海冷水团季节转换与强度的主要动力控制因素.