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。

复经验正交函数方法在黄海水温预报中的应用

本文介绍了复经验正交函数（ＣＥＯＦ）方法，并首次将其应用于黄海的水温预报，同时与依据同样资料采用经验正交函数（ＥＯＦ）方法所作的预报进行了对比。比较可知，在黄海表层水温预报中，应用复经验正交函数方法所作的预报，其精度较应用经验正交函数方法提高０．２０℃左右，底层预报精度相当。

复经验正交函数分析结果的直观显示

对复经验正文函数分析结果显示作了改进，导出了时空振幅、位相函数，并给出了时空振幅位相函数图。试验及实际分析表明，它具有直观性。

复经验正交函数在水温预报中的应用

复经验正交函数（ＣＥＯＦ）是一种新的物理场的分解方法，它除了可以揭示物理场的时、空分布和变化规律外，还可以反映波动或平流效应。故本文首次将该方法移植到预报方法研究上来，建立了渤海、黄海的表、底层水温预报方案。为了检验该预报方案的可靠性，试报的结果除与实测值进行比较外，同时还与依据经验正交函数（ＥＯＦ）建立预报方法的预报结果进行了对比。结果表明，对于南、北黄海表层水温的试报结果，ＣＥＯＦ方法试报的平均绝对误差比ＥＯＦ方法预报的误差平均小０．２℃；而对于底层水温，两种方法的预报误差相近。

南海简正模态型季节内振荡的数值模拟

本文基于大洋环流数值模式HYCOM对南海季节内振荡进行模拟,并利用CEOF方法对季节内振荡的物理特性进行了分析。结果表明,季节内振荡起源于南海东边界并以5.87cm·s-1向西传播,在南海海盆内存在3个完整波型,波长为360km,周期为71d。季节内振荡引起的流速振幅在表层最大,随着深度的增加迅速减小。Rossby波理论的分析结果表明,该振荡是南海海盆内的简正模态,属于Rossby波的第一斜压模态。

南海季风爆发的统计动力分析

作者对南海季风爆发作了统计动力分析,即将南海季风爆发前后的高低层风场看成一个整体,并以南海季风爆发日为基准,对风场作了经验正交函数(EOF)分析,得到了以下结论:偏差风场的第一模态反映了高低层东亚夏季风环流在南海季风爆发日前后有剧烈变化,这直接体现了南海季风的爆发,并表明此时大气环流有突变发生;第二、三模态则分别反映了具有5～7天振荡周期的中高纬大气长波活动和亚洲季风区中准双周低频振荡的主要活动区,以及中低纬度大气环流的相互作用;第二模态体现了偏差风场的幅散风部分而第三模态则体现了旋转风部分.

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。

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。

南极绕极波动及其与中国夏季降水异常的关联

利用NCEP/NCAR逐月SLP再分析资料,通过复经验正交函数展开(CEOF),借助其第1模态恢复场研究了1952—1998年期间南极绕极波动的年代际变化和传播特征。结果表明,东南太平洋是研究南极绕极波动(ACW)的关键区,并由此定义东南太平洋ACW活动指数(EPAI)。相关分析揭示了秋季EPAI与次年中国夏季降水有着密切的关系,当秋季EPAI出现异常正位相时,即当东南太平洋SLP距平出现正异常时,次年春、夏季澳大利亚高压偏强,进而由于越赤道气流的增强及西太平洋副高调整引起次年夏季中国出现华南多雨、江淮少雨的雨型分布,证实了ACW是另一个与中国夏季降水异常有密切关联的年际变化强信号。

南亚夏季风爆发的统计动力分析

作者对南亚(印度)夏季风爆发作了统计动力分析,即将南亚夏季风爆发前后的高低层风场看作一个整体,并以南亚夏季风爆发日为基准,作了经验正交函数(矢量)分析,得到了以下结论:偏差风场的第一模态反映了季风爆发前后大规模的风系变化,其时间系数直接体现了南亚夏季风的爆发,在爆发日前后该模态反映的偏差风系有剧烈变化,这表明季风爆发时大气环流有突变发生;第二模态反映了具有5～7天振荡周期的中纬天气尺度波系及其对低纬季风区的影响;第三模态反映了热带、副热带地区呈准双周振荡的低频扰动.

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。

黑潮末端与黑潮延伸体海域海表流场EOF分析研究

利用17 a的流场资料,分析黑潮末端与黑潮延伸体海域流场的年际变化特征。通过复经验正交函数对流场数据的分析,可发现该海域流场存在准两年的周期变化,同时该海域流场存在对ENSO现象的响应;通过经验正交函数对流场流速大小数据的分析,证实该海域流场存在准两年的周期变化,同时流速大小异常场的经验正交函数分析第二模态可反映黑潮流轴大弯曲现象,北太平洋涛动信号也在第一和第三模态中有所体现。

北半球高纬地区年际尺度循环过程中的气-海-冰相互作用关系

基于一个全球气-海-冰耦合模式数值模拟结果,对北半球高纬度地区年际尺度的气-海-冰相互作用进行了分析。在所使用的全球气-海-冰耦合模式中,大气环流模式和陆面过程模式来自国家气候中心,海洋环流模式和海冰模式来自中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室。采用一种逐日通量距平耦合方案实现次网格尺度海冰非均匀条件下大气环流模式和海洋环流模式在高纬地区的耦合。只对50 a模拟结果中的后30 a结果进行了分析。在分析中,首先对滤波后的北半球高纬度地区海平面气压、表面大气温度、海表面温度、海冰密集度及海表面感热通量的标准化距平做联合复经验正交函数分解,取第一模进行重建,然后讨论了在一个循环周期(约4 a)中北半球高纬度地区气-海-冰的作用关系。结果表明:(1)当北大西洋涛动处于正位相时,格陵兰海出现南风异常,使表面大气温度升高,海洋失去感热通量减少,海洋表面温度升高,海冰密集度减小;当北大西洋涛动处于负位相时,格陵兰海出现北风异常,使表面大气温度降低,海洋失去感热通量增多,海洋表面温度降低,海冰密集度增加。巴伦支海变化特点与格陵兰海相似,但在时间上并不完全一致。(2)多年平均而言,北冰洋内部靠近极点区域为冷中心。当北冰洋内部为低压异常时,因异常中心偏向太平洋一侧,使北冰洋内部靠近太平洋部分为暖平流异常,靠近大西洋一侧为冷平流异常。伴随着暖、冷平流异常,这两侧分别出现暖异常和冷异常,海表面给大气的感热通量分别偏少和偏多,上述海区海表面温度分别偏高和偏低,海冰密集度分别偏小和偏大。当北冰洋内部为高压异常时特点正好与上述相反。由上述分析结果可知,在海洋、大气年际循环中,大尺度大气环流变率起主导作用,海洋表面温度和海冰密集度变化主要是对大气环流变化的响应。

南海北部海面高度的季节内变异及其传播特征

利用25年(1993-2017)的卫星高度计资料,采用复经验正交函数(complex empirical orthogonal function, CEOF)方法,分析南海北部海区海面高度季节内变异的时空分布及传播特征。标准差分析表明,南海北部海面高度的季节内变异(intra-seasonal variability of sea level anomalies, SLA-ISV)在沿陆坡外侧区较强,且 SLA-ISV 表现出明显的季节性变化,冬半年强于夏半年。 CEOF 前两个主要模态能较好地揭示研究海区 SLA-ISV 的时空分布及其传播特征,并表明 SLA-ISV的强度受到季节性变化和年际变化的调制。全年 CEOF 的第一模态揭示 SLA-ISV 从台湾岛西南至西沙群岛以东区域的冬半年西南向传播特征;而全年 CEOF 的第二模态则表现了 SLA-ISV 分别在台湾岛西南和东沙群岛西南的西南向传播特征。南海北部中尺度涡季节变化统计分析表明, CEOF 的分解结果与南海北部的涡旋活动一致。

近百年中国东部夏季降水的时空变率(英文)

利用中国东部25°N以北28个站1880-1999年夏季季降水序列,用旋转复经验正交函数（RCEOF）方法,研究了中国东部地区百年干湿的时空演变规律。结果表明,夏季降水空间变率大值区依次为:长江中下游地区、淮河流域、江南、华北、西南及东北。除西南外的5个关键区大体上反映了从6月到8月夏季雨带自南向北椎进所滞留的地区。旋转空间位相分布揭示了长江中下游地区、江南、东北的旱涝异常主要表现为驻波振动特征;而淮河流域、华北、西南地区显示出降水异常信号具有部分的行波特征。尤其第4空间模显示出旱涝异常信号从东北南部可沿着黄淮下游传到长江下游地区。对于近百年中国东部地区夏季于湿变化,长江中下游地区、淮河流域、华北及东北四个地区都存在20-25年时间尺度的周期振荡;长江中下游地区及华北地区都存在准60年时间尺度的振荡周期;东北地区主要表现出36年时间尺度的振荡周期;淮河流域存在明显的70-80年时间尺度的振荡周期;华北地区存在的11年时间尺度的振荡周期恰好与太阳黑子活动的11年周期相一致。在年代际时间尺度（包括次年代际时间尺度）上,长江中下游、淮河流域及华北地区的夏季降水的变化与太阳活动有显著的正相关。

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。

徐闻青安湾海滩冲流带对台风“韦帕”的波动响应特征

【目的】探讨青安湾海滩冲流带对台风“韦帕”波动响应特征的主要模态及其波浪分量驱动因子。【方法】于2019年8月1日11时39分至13时33分台风“韦帕”期间在徐闻青安湾海滩现场采集95组冲流带剖面地形数据和同步碎波带波浪数据。采用复经验正交函数方法(CEOF)分解冲流带滩面波动的主要模态,利用快速傅立叶变换(FFT)和连续小波变换方法分析波浪内部结构及其时频分布。【结果与结论】所采集波浪由近长重力波(0.01~0.04 Hz)、远长重力波(0.004~0.010 Hz)和重力波(>0.04 Hz)三大波浪分量组成,近长重力波比重最大,重力波第二,远长重力波第三。冲流带的滩面不同位置响应变化趋势迥异,可由累积方差为96.4%前四个模态完整表征。第一模态解释了56.3%的滩面变化,由近长重力波主导。第二模态方差占比19.0%,由重力波控制。第三模态方差占比13.1%,由远长重力波控制。第四模态方差占比8.0%,关键波分量是重力波。近长重力波主导冲流带的响应趋势,近长重力波、重力波和远长重力波分量耦合强度及分布的随机性导致了冲流带滩面复杂的变化。