近40年北疆年积雪日数变化的CEOF分析

通过1961—2001年间北疆年积雪日数的CEOF分析,研究了40年来北疆年降雪日数的时空变化特点。结果表明:北疆年积雪日数场有波动特征。第一种类型为南—北一致偏多(偏少)型,空间位相相近,并有6.4年和3.6年的周期。第二种类型为西南—东北一致偏多(偏少)型,空间位相相近,并有6.4年的周期。第一复主分量的时间位相和第二复主分量的时间振幅峰值年可用于年积雪日数的预测。

用CEOF分析近百年中国东部旱涝的分布及其年际变化特征

通过１８５０～１９９１年旱涝百分率的ＣＥＯＦ分析，研究了近百年来中国东部旱涝的分布特证、时空变化特点及年际演变规律。结果表明，我国东部主要有三种旱涝分布类型。第一种类型是以长江流域为中心全国大范围旱或涝，空间位相近似相同，且有１０．７年和３．１年周期性变化，振幅强度在１９２３～１９２４年间曾发生过增强突变。第二种类型为南北旱涝趋势相反的分布，空间位相自北向南变化显著，且有４．３年周期性变化，振幅强度在１８８４～１８８５年间曾有一次减弱突变。第三种类型呈江淮流域与华北和华南旱涝趋势相反的分布，空间位相从南北两个方向向中间或相反方向移动，并有３．４年周期性变化，振幅强度在１９１１～１９１２年有过增强突变。

用CEOF分析中蒙地温场的空间分布及时变特征

对 195 4— 1999年中蒙 0 .8m地温资料进行CEOF分析 ,发现地温场存在沿纬向的 4条波动结构 ,与我国的 4条纬向地震活动带一一相合 ;青藏高原边缘的“中印缅热点”和“中阿巴热点”及台湾东部的扰动先于其它地区 ,是我国地热涡的扰动源区。

用CEOF分析贵州春季旱涝(降水)分布及其时变特征

通过用CEOF对1961—2006年贵州32站春季降水距平的分析,得到贵州春季旱涝的分布和变化情况。贵州春季的旱涝变化多是全省性的;CEOF的第1模态能较好的反映贵州春季旱涝分布的平均状况;贵州春季3类旱涝分布型为:全省一致型、南北同相—中间异相型和东西同相—中间异相型。全省一致型能有效反映贵州春季旱涝的平均状况,其次是南北同相—中间异相型和东西同相—中间异相型。Morlet小波分析得出贵州春季旱涝存在明显的年际和年代际演变特征,其周期大致为9a和32a,且以年代际演变特征最为显著。

用CEOF方法探讨形成西北地区沙尘暴天气的源地及传播特征

利用西北地区311个气象站自1961—2003年43 a沙尘暴天气过程资料及近年来作为天气气候过程诊断分析的新工具之一(CEOF分析方法),分析研究形成西北地区沙尘暴天气的源区、传播方向及突变特征等。结果表明:①由沙尘暴天气日数及沙尘暴天气持续时间时变场CEOF展开的第一复主分量空间位相及空间振幅函数,对形成沙尘暴天气的源区有一个很好的反映,其空间位相函数的早位相中心与我国北方地区的主要沙漠区存在着很好的对应关系,并且沙尘暴天气持续时间时变场的CEOF展开项所包含的信息量更加丰富。②近43 a来西北地区沙尘暴天气日数总体上是在波动中不断减少的,其中前17 a间波动幅度相对较大,但基本没有出现明显的下降趋势,且属于沙尘暴天气的多发期,后26 a出现逐年下降的趋势。1977—1978年间是西北地区沙尘暴天气变化规律出现显著改变的时期。③1977年之前第二复主分量的时间位相序列为正位相,1978年以后出现位相上的突变,由正位相突变为负位相;第二复主分量的时间振幅在1975年之前偏高,1976年之后偏低;1976—1978年间西北地区沙尘暴天气日数由多发型转变为少发型。

CEOF ANALYSIS OF ATMOSPHERIC LOW FREQUENCY OSCILLATION IN LOWER LATITUDE REGION AND FREQUENCY MODULATION PHENOMENA OF LOW FREQUENCY SIGNALS

The low frequency oscillation of the low level atmospheric circulation in lower latitudes region is studied by using the CEOF method and other normal spectral analysis methods.It is found that in the atmospheric motion frequency spectrum,there exist certain frequency bands with relatively-concentrated energy among low frequency bands,and there is nonlinear interaction of frequency modulation among peak signals.It is this modulating action that leads to the change of the temporal-spatial features of frequency and phase of these low frequency signals.In the paper,the propa- gation picture of low frequency waves modulated and its influence on midium-range variation of summer monsoon are also discussed.

基于复经验正交函数的日本以南黑潮路径时空变化特征及其因果关系研究

日本以南黑潮路径变化的相关分析一直是热点之一。过去的研究指出日本以南黑潮路径变化受到多种因素的影响,如上游流量、中尺度涡旋、气候信号等。然而,关于这些影响因素之间的相互因果关系尚不完全清楚。本文基于50a(1958-2007年)中国海洋再分析数据集(CORA)和14a(2008-2021年)卫星高度计资料,获取了日本以南黑潮路径时间序列,并利用复经验正交函数(CEOF)分析方法对其进行时空特征分析。结果表明,经CEOF分析获取的前两个主模态可以描述日本以南黑潮路径时空变化的主要特征,且分别代表与之相关的东传和西传信号。进一步地,基于信息流理论的因果分析结果表明:一方面,太平洋十年涛动(PDO)通过风应力的变化影响副热带逆流(STCC)区域的涡旋活动,从而影响吐噶喇海峡的黑潮输运变化,进而对东传信号产生直接影响,最终影响日本以南海域的黑潮路径变化;另一方面,黑潮延伸体的涡旋活动受到北太平洋涡旋振荡(NPGO)的影响,促使该区域的中尺度涡旋向西移动,进而对西传信号产生直接影响,最终影响日本以南海域的黑潮路径变化。此外,分析结果还表明:日本以南海域的相对涡度和再循环流强度变化是对黑潮路径变化的响应,而非影响黑潮路径变化的因素。

2001及2003年夏季青藏高原及附近大气热源(汇)的变化特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,计算了2001及2003年青藏高原及其附近地区的大气热源(汇),再用CEOF方法分析了它俩的异同。结果表明:(1)该两年冬夏季节转换前的4月份,热源(汇)分布相似,强度不同;季节转换后的6月份,热源(汇)分布明显不同,强度也有很大差异;(2)该两年分别在青藏高原南侧到孟加拉湾北部和阿拉伯海东部到印度半岛西侧各有一个高值中心,但强度明显不同:表现为2001年夏季孟加拉湾地区的热源强度明显比阿拉伯海地区强,2003年夏季则相反;(3)两年季节转换期间的5月到6月下旬期间,高原及其南侧的热源变化趋势也是不同的。2003年6月下旬达最强值;2001年则是5月中下旬到6月初已达到较强,到6月下旬又突然减弱;(4)该两年<Q1>第一特征向量的空间位相上也是不同的。在2001年,印度半岛中部是晚位相中心,其四周的位相都相对较早,位相差近180°,因此印度半岛大部与其周围的大气热源(汇)有近似相反的变化趋势;而在2003年情况则有所不同,印度半岛与其两侧的阿拉伯海和孟加拉湾北部仅是一个相对高晚位相区,其西北部和南端是晚位相中心,高原南部和赤道附近的洋面上是早位相区。因此,在2003年的大气热源(汇)变化趋势与2001年有明显的不同。2001及2003年夏季青藏高原及其附近地区大气热源(汇)的这些差异可能正是影响我国江淮地区严重干旱/洪涝的原因之一。

冬季热带印度洋上层流场异常模态分析

利用复经验正交函数(CEOF)分解对冬季热带印度洋海洋上层流场异常做了模态分析和结果讨论,得到以下主要结果:该流场异常前两个模态均呈现赤道俘获波形式,其异常在赤道上最大,向南北两侧迅速衰减,呈现纬向流的形态;第一、二模态的性质分别是大洋赤道波动的半波和1波形态,这表明此时赤道波动异常在大洋流场异常中占有重要地位。冬季第一模态大洋垂直运动所导致的近表层海温异常与春、秋季不同,此时在赤道印度洋呈现正—负—正的经向分布态势,这与印度洋耦极子(Indian Ocean Dipole,IOD)的不同,并是IOD在冬季衰亡的直接原因。第二模态相应的海温异常则在赤道东印度洋呈现北负南正的分布态势。第一模态与南亚冬季风异常密切有关,为印度洋冬季风环流模态。第一、二模态都有明显的年际变化和年代际变化,年际变化均为3~5年,主要的年代际变化则分别为约18、22年,此外两者还均有约13年的年代际变化。本文第一、二模态年代际变化的主周期也是冬季北太平洋和冬季热带太平洋流场异常第二、一模态的主周期。

热带海洋SST与北半球大气环流的低频振荡特征

采用复鲜驻亚交函数展开（CEOF）等方法研究了热带海洋海表温度异常（SSTA）和北半球500hPa高度场异常（H500）的甚低频（LF）和准两年（QB）两种低频振荡的空间振幅和位相变化，发现SSTA变化信号在热带西太平洋最先出现，其后是热带中东太平洋，最后是热带印度洋和南海。副热带中西太平洋H500滞后于热带中东太平洋SSTA1-2月，H500的LF分量从副热带中西太平洋经西北太平洋至北美洲呈正负相间的驻波型振荡，而从H500的QB分量在该区域则呈现由低纬度向中高纬度传播的行进波特征。H500和SSTA的LF和QB分量极值位相都呈现一定的季节锁定特征，极端异常事件的出现与两种低频振荡的位相季节锁定的共性有关。

复经验正交函数方法对湛江南三岛海滩剖面季节变化动态特征研究

利用复经验正交函数(CEOF)分析方法对湛江南三岛2009年2月22日至2010年4月21日期间的实测海滩剖面数据进行了分析。结果表明该海滩的季节变化有3个主要模态:第1模态是海滩风暴剖面和涌浪剖面之间的相互转换,其贡献占总方差的71.18%。其原因是海区侵蚀性风暴大浪和建设性涌浪的交替变化。第2模态是平均高、低潮线之间的地形变化,其原因是由于潮汐变化导致入射波浪冲流活动范围变化,占总方差的14.28%。第3模态是侵蚀大浪过后的水下沙坝向岸迁移,并受潮汐影响在滩面上摆动,占总方差的6.80%。最后指出必须重视风暴对华南海滩演变季节性过程的影响。

西太平洋副热带高亚季节内振荡的基本模态及其与低频位势波的关系

基于NCEP/NCAR再分析资料,采用分层(500hPa、850hPa)与整层(4层)的EOF分解方法,提取出两个含有垂直结构的副热带高压(副高)的基本模态。分析表明,整层与分层EOF得到的模态有很好的一致性,这说明副高的确存在中下层一致的空间分布特征和时间变化规律;进一步引入小波能量谱讨论其周期特征,发现存在明显的20—30d和30—60d低频振荡现象;结合1995年的天气实况,诊断揭示出不同纬度上的低频位势波影响和制约副高活动的可能机理:副热带地区低频位势波影响和制约着副高主体20d左右的中期变动,而副高西端5—10d的短期过程则与热带和高纬地区低频位势波扰动能量在西太平洋地区聚集有关。

黑潮末端与黑潮延伸体的流场异常模态分析

对北太平洋黑潮末端及黑潮延伸体的流场异常采用复EOF分析,结果发现:该海域流场明显异常在全年四季都主要发生在黑潮末端和黑潮延伸体上,其异常的主要形式在前2个模态均表现为一条由中尺度涡旋组成的涡旋带,带上通常有两两旋转方向相反的涡旋偶。各季第一模态方差贡献表现的季节变化特征与日本以南的黑潮流量相一致,秋季最大,夏季次之。ENSO的机制是副热带太平洋经圈环流与热带太平洋纬向环流系统之间的相互作用,其在各季第一模态的年际变化上均有所反映。冬季PDO在年代际变化上表现明显,其他三季则NPGO表现明显。该海域流场异常的性质是海洋Rossby波的异常,而赤道太平洋流场异常的性质是赤道俘获波的异常,但两者均与风应力异常强迫有关。

赤道外北太平洋上层洋流异常分析

采用复EOF分析方法,对全年各月份除赤道太平洋外的北太平洋海域的上层洋流异常做了统计动力诊断,并与赤道太平洋洋流异常做了比较;得到的主要结论有:北太平洋海域上层洋流的明显异常发生在日本本州岛以东、以南范围不大的海域(关键区)内,此关键区仅占整个北太平洋海域很小的一部分;而在该海域之外,洋流异常均非常小。虽该洋流异常的第一模态与第二模态对整个异常的方差明显小于赤道太平洋;但其对以上关键区内洋流异常的贡献仍是不小的。在上述海域内,第一模态表现为东东北至西西南走向的涡旋偶,即一个反气旋涡旋和一个气旋涡旋的组合;第二模态也主要表现为涡旋形式。第一、二模态的时间系数均有两个状态,第一、二模态其模的数值大小则决定了其偏差流场的强弱,模值越大则异常越大。第一、二模态的时间系数均有年际变化和明显的年代际变化。以上两模态是异常风应力造成海洋西边界附近海水流动的异常所致,其性质是海洋Rossby波的异常,这与赤道太平洋洋流异常是Kelvin波的异常不同,但两者共同之处在于其均与风应力异常密切相关。

冬季北太平洋流场异常主要模态与PDO及NPGO的关系

采用复经验正交函数(EOF)分解和小波分析,对冬季北太平洋上层海流异常进行了统计动力诊断,并讨论了主要模态与北太平洋年代际振荡(PDO)模态和北太平洋环流振荡(NPGO)模态的关系。结果显示,冬季北太平洋上层洋流异常复EOF分解的第一模态是PDO在流场异常上的反映,第二模态则包含了NPGO的明显信息。主要依据有:(1)第一和第二模态的实时间系数序列分别有准20a和准13a的年代际变化周期,与PDO和NPGO模态的年代际变化周期相同;(2)第一和第二模态实时间系数与北太平洋海表面温度异常(SSTA)的回归系数场的空间分布分别与PDO和NPGO模态的空间结构相近。根据第一和第二模态上层洋流异常计算得到的垂直运动异常的分布,与SSTA的PDO和NPGO模态的空间分布类似,表明海盆尺度流场异常造成的垂直运动是形成PDO和NPGO模态的重要原因。

印度夏季风的年际变异与北半球大气环流的特征

印度夏季风的年际变异是大范围大气环流相互联系、相互影响的结果。本文应用１９５１—１９８５年印度夏季风资料，选取强季风年４年和弱季风年６年，分别对北半球５００ｈＰａ高度场进行距平合成分析和复自然正交函数（ＣＥＯＦ）分析。结果指出，大西洋和鄂霍次克海阻塞高压的稳定存在以及乌拉尔山低压槽的频繁活动与强印度季风年相联系，而大西洋和鄂霍次克海低压系统的频繁活动以及欧洲阻塞高压的稳定存在与弱印度季风年相联系。印度夏季风强弱不同年份，春季北半球大气环流已经出现了一些不同特征，这对于当年夏季风的强弱和北半球气候异常有预示作用。印度夏季风强弱的不同年份和不同季节，北半球存在极地和赤道低纬位相函数大而中高纬度位相函数小。

1982／1983年季风准双周振荡的位相传播及地理特征

选取１９８２／１９８３年夏季（６～８月）欧洲中期预报中心８５０ｈＰａ、３００ｈＰａ两层纬向风场的网格点资料，采用复经验正交函数（ＣＥＯＦ）讨论了准双周振荡的位相传播及振荡的地理特征。结果表明：①２０°Ｎ以南对流层高层（３００ｈＰａ）１９８２年振荡显著区域是印度半岛至菲律宾东部一个西西北－东东南走向的带状区域４低层（８５０ｈＰａ）１９８２年５°～１５°Ｎ之间以及中国东南部及其沿海地区都是振荡的显著区域；而１９８３年３０°Ｎ以南振荡明显比１９８２年弱，只有中国东南沿海部分地区及孟加拉湾东南、马来西亚北部是振荡的显著区域。②对流层高层（３００ｈＰａ）１９８２年８５°～９０°Ｅ，３０°～４０°Ｎ的青藏高原是振荡的源区，其南传支波列可传到盂加拉湾北部的２０°Ｎ附近；而１９８３年青藏高原上８０°～９０°Ｅ，３５°～４０°Ｎ区域是振荡的汇区。

热带太平洋上层洋流异常的复EOF分析

采用复EOF分析方法,对全年热带太平洋海域的上层洋流异常做了统计动力诊断,主要结论有:热带太平洋上层洋流异常复EOF分解第一、二模态的空间场均为赤道所俘获,并在赤道南北方向均呈迅速衰减的态势,其表现为赤道陷波的形式。第一、二模态时间系数为复数,其辐角均集中在两个状态,其模则表示了流场异常的大小。该时间系数均有年际变化和年代际变化,其年际变化的周期均与ENSO相同;在冬季,其年代际变化周期分别与北太平洋主要气候模态PDO和NPGO,以及热带外北太平洋流场异常复EOF分解前两模态的周期相同或相近,这反映了热带与中纬度各大气、海洋系统之间的相互耦合。由各模态流场异常可得相应的垂直运动异常,从而可估计SSTA的动力变化;第一模态在赤道东、西太平洋处呈现东西向的跷跷板变化;第二模态则在西太平洋赤道上以及其北侧的西太平洋暖池处,呈现南北向的跷跷板变化。第一模态的性质为海洋赤道Kelvin波的异常,可称之为ENSO的主要模态;第二模态的性质为海洋混合Rossby-重力惯性波的异常,可称之为ENSO的次要模态。

热带太平洋5月份上层洋流的动力统计诊断

利用复EOF分析,将热带太平洋5月份的上层洋流看作一个整体,对其作了动力统计诊断,用以考察热带太平洋5月份上层流场的年际和年代际变化,并揭示其与长江流域梅雨异常的关系。结果表明,热带太平洋5月份上层偏差流的前三模态均为赤道所俘获;其第一、二模态具有明显的年际变化;第一模态与长江流域梅雨异常密切相关;第二模态与ENSO密切相关;第一模态其模的振幅有由小到大的年代际周期变化,且从1994年起模有越变越大的趋势,这表明这段时期长江流域梅雨降水量的异常有所增大。

副热带高压季节性北跳的诊断研究

用ＣＥＯＦ、功率谱、带通滤波等方法和１９８８年、１９９１年５－７月逐日２．５°×２．５°５００ｈＰａ位势高度场资料对北半球副热带高压季节性北跳进行了诊断研究。得出：副热带高压季节性北跳及西传是全球现象；副高发生季节性跳动的源主要位于阿拉伯海地区和中太平洋地区，汇主要位于东太平洋地区；副高的季节性跳动主要是扰动场的作用；低频振荡在副高的季节性跳动及西传中起举足轻重的作用，各年副高季节性跳动的差异是扰源和扰源激发出的低频波不同所致。