中国北方春季沙尘暴频数与北半球500hPa高度场的SVD分析

选取1957—2000年中国北方地区春季沙尘暴发生次数资料和北半球500hPa秋、冬、春季的平均高度场资料,对沙尘暴和高度场作SVD分析。结果表明,我国北方春季沙尘暴次数各地具有比较一致的变化趋势,表明可能与大尺度气候背景的变化有联系。变化的最敏感区域为内蒙古中西部地区、新疆西部、青海西部和东北地区。我国北方春季沙尘暴发生次数与同期及前期500hPa高度场有较好的相关关系,前期环流形势对春季沙尘暴频数有一定的指示和预测意义,冬季环流场尤其具有预报指示意义,因为前一年冬季北大西洋涛动对我国春季北方沙尘暴发生次数有影响。

冬春500hPa高度场与中国夏季降雨场的场相关分析

利用场相关理论，分析了中国大陆6－8月降水场与前期1－5月各月北半球500hPa高度切之间的关系，得到一些有意义的结果，并提出一种研究场与杨之间相关关系的长期天气预报思路和方法。

近20年全球冬、夏季海平面气压场和500 hPa高度场年代际变化特征分析

利用 195 8— 1997年全球海平面气压场和 5 0 0hPa高度场的月平均资料分析了 70年代中后期年代际突变前后 16a平均的冬、夏海平面气压场和 5 0 0hPa高度场的变化特征。结果表明 ,发生在 70年代中后期的年代际气候突变是全球性的 ;突变后与突变前相比 ,冬季海平面气压场上的阿留申低压增强并发生了东移 ,与之对应的冬季 5 0 0hPa高度场上的东亚大槽减弱 ,同时也发生了明显的系统性东移 ;冬季 ,蒙古高压北部减弱 ,南部稍有增强 ;夏季 ,印度低压和东亚的季风低压均减弱 ;

高层大气温度和高度场异常对我国地面气温和降水的影响

用SVD方法分析了NCEP/NCAR1958—1997年再分析资料中月平均的300hPa温度(下称"高层温度")和100hPa高度(下称"高层高度")距平场与中国160个测站的月平均地表气温(下称"我国温度")和月降水距平场的时滞和空间耦合关系,讨论了高层温度和高度距平场的空间分布和时间演变对我国气温和降水异常的影响。结果表明,高层温度和高度距平场的整体空间分布形势对中国气温和降水的影响明显,不同关键区的高层温度和高度距平场对我国不同区域的气温和降水异常有影响,具有明显的区域耦合特征。伊朗高原和青藏高原及其以南的热带低纬地区是高层温度和高度场的关键区。高层温度场对我国气温场和降水场的影响主要表现为年际变化,而高层高度场的影响主要表现为年代际变化。我国长江和黄河流域、华南和江南地区是受高层温度场和高度场异常影响最明显的地区。

ECMWF和NCEP再分析资料在青藏高原高度场变化中的对比分析

利用ECMWF和NCEP/NCAR北半球逐月平均的600hPa、500hPa和200hPa高度场再分析资料,对高原地区高度场流型及量值进行对比研究.结果表明:二者在不同的再分析资料中具有一定的相似性,但仍存在着明显的区别.高度场流型的区别由低层向高层依次减小,600hPa高度场除冬季的流型基本一致外,其余三季的流型均存在明显的区别;500hPa高度场除夏季的流型存在明显的区别外,其余三季的流型基本一致;200hPa高度场四季的流型基本一致,没有明显区别.量值的年际/年代际变化和季节循环趋势基本一致.结合高原代表站探空资料进一步分析表明,高原中部和南部地区ECMWF再分析资料的量值更接近事实,高原北部地区NCEP/NCAR再分析资料的量值更接近事实.

T63模式月动力延伸预报高度场的改进实验

为克服T63模式月动力延伸预报中纬向平均环流的系统性误差较大的情形 ,文章利用NCEP/NCAR逐候再分析 5 0 0hPa高度场资料和非线性时空序列预测理论的局域近似法进行逐候纬向平均高度距平场预报。近 30组个例的预报效果分析表明 ,就 1～ 3旬总体而言 ,非线性时空序列预测方法对纬向平均高度距平场的预报优于持续性预报和模式动力延伸预报 ,体现了改善纬向平均高度场的能力。尤其是第 3旬的预报 ,当持续性预报偏差与实况偏差明显增大、动力预报技巧相对于第 1旬和第 2旬降低时 ,相空间重构结果仍然保持一定的优势。

东亚地区500 hPa位势高度场NCEP/NCAR再分析资料与ERA-40资料的比较

运用统计分析方法对3份500 hPa位势高度场资料,即NCEP/NCAR全球大气再分析月平均资料和欧洲中心ERA-40资料,国家气候中心的NMC资料(该资料的基础是站点观测资料的实测数据,并结合中央气象台的日常累积资料整编而成)进行比较,以讨论NCEP/NCAR再分析资料与ERA-40资料以及NMC资料的相关性,尤其在东亚地区的可靠性。3份资料综合分析得到如下结论:在东亚地区,特别是贝加尔湖以南至中国西北和中西部的大部分区域内(30°—50°N,80°—115°E),NCEP/NCAR资料和ERA-40资料各季的平均场、相关场均存在大范围的显著性差异区,差异最大的季节在夏季,时段为1958—1970年,而在冬季相关较好。同时NCEP/NCAR资料在20世纪60年代初出现异常低值,在60年代中期有突然的增长,而欧洲中心的ERA-40资料和国家气候中心的NMC资料均无此现象。针对以上问题,对北半球500 hPa资料的使用提出如下建议:在东亚地区应用NCEP/NCAR资料时,如果范围涉及贝加尔湖以南至中国西北和中西部地区(30°—50°N,80°—115°E),尽量应用20世纪70年代以后的资料,尤其在春、夏两季;而该区域内的ERA-40资料和NMC资料在这一时段内是基本一致,具有可信性。

1983与1985年夏季北半球500hPa高度场大气低频波的振荡特征

本文利用观测资料分析了１９８３与１９８５年夏季半球５００ｈＰａ高度场大气低频波的振荡特征。结果表明，１９８３年（厄尔尼诺年）夏季热带中、东太平洋和印度洋以及东亚季风区上空的低频振荡比１９８５年（反厄尔尼诺年）夏季的低频振荡强，而热带西太平洋的情况恰好相反。这是由于反厄尔尼诺年夏季热带西太平洋对流活动强盛所致。分析结果还表明：１９８３年夏季低频波基本上是东传的；１９８５年夏季，在中高纬度地区低频波主要还是东传，热带是西传。西藏高原是大气低频振荡的汇区。

南海海面风场、高度场和温度场近十年的变化趋势及年际变化特征

利用2002—2011年南海海面风场、高度场和温度场的月平均资料分析了这些要素的变化趋势及年际变化特征。计算得到区域平均海面风东分量的线性趋势为(-0.012±0.014)(m·s^(-1))·a^(-1),北分量的线性趋势为(-0.014±0.019)(m·s^(-1))·a^(-1),其年际变化与NINO3指数相关系数可达0.63,滞后1个月;区域平均海面风应力旋度的线性趋势为(0.099±0.330)×10^(-9)(N·m^(-3))·a^(-1),其年际变化与中太平洋厄尔尼诺(EMI)指数呈高度相关,达到-0.85,滞后3个月;区域平均海面高度的线性趋势为(0.665±0.200)cm·a^(-1),其年际变化与EMI指数相关系数可达-0.80,滞后2个月;区域平均海表温度的线性趋势为(-0.016±0.017)℃·a^(-1),其年际变化与NINO3指数相关系数可达0.68,滞后4个月。其中海表温度的负趋势与近期全球变暖的停滞相一致。采用经验正交函数分解方法分析了各要素的年际变化特征,结果显示海面风场的第一模态呈现海盆尺度的反气旋格局,其对应的时间序列与NINO3.4指数相关系数最大可达0.68,滞后5个月。海面高度场的第一模态沿南海东边界和越南东部出现较高值,其对应的时间序列的变化滞后于EMI指数3个月,呈负相关,但系数最大为-0.32。海面温度场的第一模态呈西高东低的分布状态,其对应的时间序列与NINO3指数的相关系数最大可达0.62,滞后4个月。

GEOSAT卫星遥感资料研究南海海面动力高度场和地转流场

利用GEOSAT卫星在1987年和1988年执行ERM任务的雷达高度计资料来分析获取南海海面动力高度偏差的季节分布．根据卫星轨道误差和海域的特点，提出了适用于内海及边缘海域的二维共线轨道校正法，由此方法而得出的南海海面动力高度偏差的季节分布表明，南海表层流场在夏季总的环流形势是反气旋式环流，而冬季是气旋式环流．分析的结果同海上常规调查资料的分析结果相比较表明，在海流季节变化信号较强的海区（如南海中部和北部海区），利用高度计资料能很好地反映该海区的海流季节变化特征．

中国西北夏季降水的EOF分析及其与500hPa高度场的关系

本文利用我国110°E以西的140个台站7—9月月降水量及500 hPa 10°×5°网格点资料(1960—1990年),对7—9月月降水量分别进行EOF分解,并与500 hPa高度场进行了对比。结果发现:7—9月月降水量第一特征向量在青藏高原东北侧有一高值中心,该中心与有关学者计算的信噪比高值中心和准3年周期显著的区域一致(均指降水量);7—8月月降水量第一特征向量与500 hPa高度场在20°—40°N,100°—130°E和55°—70°N,50°—85°E两区域有较好的同期相关。

基于多尺度高度场修正的零件表面形貌建模及应用

针对目前产品设计阶段建立的零件表面模型局限于单一尺度,难以研究零件原始轮廓下的表面形貌对产品质量与性能影响的问题,提出一种基于多尺度高度场修正的零件表面形貌建模方法.首先提出包含加工参数的归一化分数维特征函数来模拟零件表面微观结构,再通过小波分析将零件表面高度场分解到不同的尺度下,并分别进行多尺度基准面评定和结构参数评定.然后提出基于多尺度参数驱动的零件表面形貌修正与合成方法,生成满足粗糙度、波纹度和等效平面度技术要求并叠加了形状的零件表面形貌模型.最后给出了在机床导轨设计分析中的应用实例,验证了文中方法的可行性和实用性.

前期高度场和海温场变化对我国汛期降水的影响

利用 1 95 2～ 2 0 0 1年我国 1 60个测站汛期降水和前期 5 0 0hPa高度场和太平洋海温场资料以及三因子最佳子集回归求最大复相关系数的方法 ,把前期不同时间步长、不同时段的高度场和海温场同时作为预报因子与汛期降水求相关。结果发现 :前期两个场共同作为预报因子比把其中某场单独作为预报因子的相关要好。并且存在着较好的“隔多季度相关”现象。预报因子具有实际预报意义的最佳时段为上一年的 6～ 9月。影响我国汛期降水的最佳预报因子主要集中于高度场和海温场具有重要天气气候意义的关键区域。汛期降水可预报性在北方和长江以南均较好。

半球月平均位势高度场的若干环流指数及其变化特征

给出了表征半球月平均位势高度场性质的若干环流指数 :气候场强度 Ic、气候异常场平均强度 Ia、气候场不稳定度 Ius。用 NCEP/ NCAR4 0 a再分析月平均位势高度场资料作了计算和分析 ,结果表明 ,这些环流指数存在清晰的时空结构和北、南半球差异 ,它们概括地给出了地球大气位势高度场气候及其异常的基本特点。

用500hPa月高度场作月降水预报所提供的可预报性时空分布

研究了用前期2～4个月500 hPa高度场预报后期我国160个测站月降水量所提供的可预报性时空分布特征,结果表明: 从空间分布上看,可预报性存在着西北高东南低的空间分布特点.从时间变化上看,4、5、6月降水的可预报性没有8、9、11、12、1月降水的可预报性好.同时,探讨了影响这种时空分布变化的可能原因,指出将500 hPa高度场作为对我国降水进行月长期预报的唯一因子,会受到时间和空间上的种种限制,为了提高预报效果,还需要考虑海洋等其它预报因子.

500hPa高度场的信号场突变与我国暴雨的发生规律性研究

作者在500hPa高度信号场与我国暴雨发生的规律研究基础上,进一步寻找高度信号场能显示与暴雨的突变现象有关的异常信号出现的地区和描述指标。发现异常信号出现的地区大致可分为三个区域:我国境外西部、我国内陆地区和我国境外东部,可以反映区域信号场的主要特征,并由此形成信号场指标。研究表明,利用致洪暴雨发生日的前期信号场指标序列,其累积距平和逐日滑动平均值与我国暴雨出现有密切关系。对我国年度暴雨短期预报分析有一定的参考价值,可以作为传统天气动力诊断与预测的补充工具。

中高纬度地区500 hPa高度场动力预测统计订正

利用DEMETER多模式集合研究计划中Meteo France模式的预报资料集,在分析其对冬季北半球中高纬度地区(20°～90°N)500 hPa高度场预报效果的基础上,针对模式预测较差的模态分别运用最优子集回归修正方案和回归-相似相结合的修正方案对其进行订正。结果表明:数值模式对观测模态的预测能力并非随模态数的增加而递减,方差贡献较小的模态的预报效果可能好于方差贡献较大的模态;基于最优子集的回归订正方法未能改进原模式预报技巧;在最优子集回归基础上再经相似订正的方法(DAP-OSR)能够改进预测效果,独立试报的距平相关系数平均每年提高0.1。

北半球500hPa高度场趋势变化与突变

用１９５１～１９９８年的资料研究了北半球５００ ｈＰａ四季高度场的长期趋势变化．结果表明， ４８年来低纬度 ５００ ｈＰａ高度场多为正趋势而高纬度则多为负趋势．近 ４８年低纬的西北非洲、地中海及以西的北非北部，低纬度的中太平洋、贝加尔湖及以东地区，西北北美的高度呈持续正趋势；而阿留申及北太平洋、格林兰以南及东北北美、阿拉伯海以北高度明显降低。突变分析表明，大约６０年代初及１９７６年，５００ ｈＰａ发生明显的环流突变。这两次变化在两大洋上的 ５００ ｈＰａ有明显不同，第 １次表现为低纬中大西洋高度降低，西北非洲高度增加。第２次则表现为低纬中太平洋、贝加尔湖地区高度增加，北太平洋高度降低。统计检验表明第２次突变，低纬的正突变比北太平洋负突变更明显，是一次北半球的大尺度跃变事件。

CMIP5模式对东亚500 hPa高度场主要模态时空结构模拟能力的评估

利用第5次耦合模式比较计划(CMIP5)提供的39个全球气候模式模拟的1961—2005年逐月500 hPa位势高度场资料,以及同期美国国家环境预测中心再分析资料,通过经验正交函数分解提取主要模态,基于泰勒图方法、概率密度函数的Brier评分和显著性评分指标,探讨CMIP5模式对东亚500 hPa高度场主要模态时空结构的模拟能力,寻求具有较好东亚环流型态模拟能力的气候模式以及模拟较好的主模态。结果表明:(1)CMIP5模式能够模拟出东亚500 hPa高度场主要模态,且各模式对冬季主要模态时空结构的模拟能力都高于夏季。(2)各模式对冬季模态(西太平洋遥相关型)模拟能力最强,第3模态最差,对冬季主要模态空间结构模拟较好的模式为IPSL-CM5B-LR、MPI-ESM-P、CMCC-CMS、FGOALS-g2、HadGEM2-ES;夏季第1模态空间结构模拟能力最强,其次分别为第2模态和东亚-太平洋型(简记第3模态),西太平洋遥相关型较差,对夏季主要模态空间结构模拟较好的模式为ECEARTH、CanESM2、CMCC-CM、GFDL-ESM2G、IPSL-CM5A-MR。(3)对主要模态时间系数概率密度函数特征的模拟评估表明,模式对冬季第2模态概率密度函数的模拟较好,其次为西太平洋遥相关型,其主要模态时间系数的概率密度函数模拟较好的模式为CESM1-FASTCHEM、HadGEM2-ES、INM-CM4、GISS-E2-H、BCCCSM1-1;模式对夏季第2模态时间系数的概率密度函数模拟较好,其次分别为第3模态、西太平洋遥相关型,其主要模态时间系数概率密度函数模拟较好的模式为CCSM4、HadGEM2-CC、GFDL-CM3、MRI-CGCM3、NorESM1-M。(4)综合时空结构模式模拟能力,对冬季主要模态模拟较好的前5个模式为HadGEM2-ES、IPSL-CM5B-LR、CESM1-FASTCHEM、INM-CM4、BCC-CSM1-1;夏季前5个模式为ECEARTH、CMCC-CM、CCSM4、CANESM2、MIROC5。

基于局部熵的高度场三角格网化研究

不规则三角格网表示以其优越的性能在地形高度场数据的简化中得到了广泛的应用 .在不规则三角格网生成的过程中 ,插入点的选取是关系到最终简化后的地形逼近质量好坏的关键 .由于我们通常对原始格网上的每一个点给出一个重要性度量 ,并以该度量值作为插入点选取的依据 ,因此重要性度量值计算方法的选取成为研究的重点 .本文在对传统重要性度量方法的性能比较和分析基础上 ,提出了一种基于局部熵的重要性度量方法 .实验结果表明 ,基于局部熵的插入点选取方法在各项性能上均优于局部误差估计的方法 ,并且有效的克服了以往方法中的“短视性”问题 .