正交经验函数在降水量年季变化分析中的应用

正交经验函数可综合考虑地理空间对降雨特征的影响。结合正交经验函数,基于阜新地区1964-2018年降水量数据,对其降水量年季变化特征进行分析。结果表明:阜新地区年降水量空间变幅为63%,总体呈现递增变化,但增幅较小。夏季降水空间变化最为明显,且东部递增幅度较大,南部呈递减趋势,空间上总体呈现相反变化。冬季各区域降水量总体递减,空间变化较为一致。研究成果对于阜新地区旱涝分析具有重要的参考依据。

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。

经验正交函数与地统计相结合分析降水时空变异

把经验正交函数展开和地统计分析有机结合,以河南省近51年雨季降水为例,进行降水时空变异特征研究。结果表明,用经验正交函数把降水变量场的主要空间分布结构分离出来,可正确地提取时间函数向量;再运用地统计分析对河南省多年雨季降水空间函数特征向量进行空间变异结构分析与插值,得出了河南省雨季降水量空间分布的主要4种类型：总体一致型、南北差异型、东西差异型和豫西山区异常型;然后对时间函数进行分析,得到了对应空间分布型的年际变化趋势规律。

1978～1994年分省农业旱灾灾情的经验正交函数EOF分析

本文利用１９７８～１９９４年各省、市、自治区的农业旱灾受灾面积及播种面积的资料，以旱灾受灾率（即旱灾受灾面积与播种面积之比）作为刻划旱灾灾情的指标。对标准化的旱灾受灾率进行经验正交函数分析，发现前五个典型场方差贡献达７０．７％，可以概括我国旱灾灾情的空间分布主要类型。其中，前三个典型场的正负区域分界线的大体位置分别为长城一线。

浅水声速剖面用经验正交函数(EOF)表示的可行性研究

本文研究利用经验正交函数（ＥＯＦ）及少量参数以近似表示实测浅水声速剖面的方法，研究了 样本数，不同浅水域的样本和算法的关系，并得出结论：一定区域的浅水声速剖面，以经验正交函数 （ＥＯＦ）近似表示，仍可以达到较好的精度。这对于声场层析及被动定位问题有着很重要的意义。

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。

经验正交函数与遗传算法结合的副热带高压位势场非线性模型反演

针对副热带高压的动力预报模型难以准确构建的困难,基于T106数值预报产品500hPa位势高度场序列,用经验正交函数(EOF)分解方法对位势场序列进行了时、空分解,引入了动力系统重构思想,以EOF分解的空间模态的时间系数序列作为动力模型变量,用遗传算法全局搜索和并行计算优势,进行了动力模型参数的优化反演,建立了客观合理的非线性动力模型·通过对动力模型积分和EOF的时、空重构,实现了副热带高压的中、长期预报·试验结果表明,本文反演的动力模型的副热带高压预报效果优于常规的数值预报产品,该研究工作为副热带高压等复杂天气系统和要素场预报提供了新的方法思路和技术途径·

声速剖面的分层经验正交函数表示

利用不同深度声速剖面的变化特性 ,提出了经验正交函数的分层表示方法 ,利用实测的数据进行了验证。结果表明 ,经验正交函数的分层表示方法是可行的。

东中国海声速剖面的经验正交函数表示与匹配场反演

利用一次浅海声学实验多次测量的声速剖面和声传播信号研究了海水声速剖面的经验正交函数(EOF)表示及其由匹配场处理方法反演的可行性和宽容性．反演中使用了垂直阵和水平阵两种阵形接收的宽带声信号．研究表明:声速剖面可用少数的几阶经验正交函数表示,利用垂直阵信号和水平阵信号都可较好地反演出海水声速剖面,而且对海底声速不敏感,具有较好的宽容性,反演出的海水声速剖面可用于低频信号的匹配场定位．

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。

用经验正交函数构造武汉地区电子浓度总含量的经验模式

本文利用经验正交函数(EmpiricalOrthogonalFunction,简称EOF)分析了武汉电离层台站一个太阳黑子周期(1980年4月～1990年12月)的实测电离层电子浓度总含量(TEC)资料,在此基础上构建了一个武汉地区的TEC月中值的经验模式.结果表明:(1)以EOF分析观测数据具有一定的物理意义,其基函数表征TEC的日变化,系数表征TEC的长期变化;(2)EOF技术展开收敛速度快,很少数低阶项即能反映TEC的主要变化,采用经验正交函数建模可以用较少的参数表征较复杂的物理过程.此外,本文还就TEC模式的外部驱动量的改进问题作了一些探讨,发现用F107A(10.7cm太阳辐射通量F107的81天滑动平均值)作TEC建模的外部驱动量能够更好地提高EOF模式的精度和稳定性.

气象场经验正交函数不同展开方案收敛性问题的探讨

本文从理论上证明EOFs(经验正交函数)用于气象场时,三种不同计算方案特征值的相互关系.指出利用原始场积和矩阵展开的特征值λ_j等于用协方差阵展开的特征值λ_j~*加上平均场方差引起的特征值λ_j.进而论证了收敛速度差舁的原因.最后又以实例表明,不同展开方案的典型场意义及其与时间权重系数的对应关系.

基于经验正交函数和奇异值分解对东亚季风区跨季度夏季降水距平的订正方法

基于经验正交函数(EOF)和奇异值分解(SVD)方法,作者对IAP9L-AGCM后报的东亚季风区1984～2003年共20年的跨季度夏季降水距平场进行回归订正,并对订正前后降水距平场与实测场间的空间相似性、强度、以及年际变化相关性进行分析.结果表明这两种订正方案均能明显提高夏季降水距平预报场与实测场间的空间相似性和年际变化相关性;而基于EOF的订正方案对强度的订正效果要优于基于SVD的订正方案.此外,在此基础上,我们进一步提出多种订正方法集合的思想.

改进型经验正交函数海洋声速剖面预报方法

鉴于深海温跃层以下往往声速值缺乏,声速剖面不完整的原因,提出一种声速剖面的预报方法:在传统经验正交函数预报法基础上,首先改进协方差矩阵的求解方法,将原始数据的空间信息和时间信息有效地融合到协方差矩阵中,通过由大量实测数据统计得出的时间函数的经验公式,得到合成剖面,将二者结合,把不完整剖面垂直向下延拓到海底,较为有效地解决了传统方法求解协方差矩阵和时间函数较粗糙的问题,给出了完整的海洋声速剖面的准确预报。实测数据检验结果表明,改进方法的预报精度比传统方法有了很大提高。

潍坊人工沙滩海滩剖面演变特征及应用经验正交函数分析

对潍坊人工沙滩二期工程竣工后海滩实测地形剖面进行研究,应用经验正交函数(EOF)提取海滩2013年5月至2015年11月6次剖面监测数据中的前3个模态的空间特征函数和时间特征函数,分析竣工养护后海滩剖面的时空演变特征及海滩的平面变化特征。第一特征函数表示竣工后海滩的总体冲淤变化,受到东西两侧丁坝加长和中间T型坝修建的影响,剖面的侵蚀程度较一期工程明显减小;第二特征函数表示受地形和水动力作用影响,前滨带出现滩肩剖面和沙坝剖面的相互转化;第三特征函数反映风暴潮、人为因素等偶然因素的影响;从平面特征来看,人工沙滩中部、东部较西部侵蚀严重。可见,二期工程建设起到了优化的目的,大大改善了人工沙滩的侵蚀,但仍需要持续有规律的对海滩进行监测,进一步深化对人工养护沙滩建设和维护的认识。

经验正交函数分解质量控制法在地面观测资料变分同化中的个例研究与应用

同化地面观测资料能够获得丰富的地面大气信息,这对于大气边界层的准确模拟尤为重要。由于地面观测资料同化一直受到地面观测资料质量较差的影响,因此,地面观测资料的质量控制是提高地面资料同化效果的重要方法之一。为了分析基于经验正交函数分解质量控制方法(Empirical Orthogonal Function quality control,EOF-QC)对地面资料同化效果的影响,并进一步检验该方法在实际同化试验中的应用效果,在WRF的三维变分同化系统中引入了经验正交函数分解质量控制法,同时通过一系列同化试验比较了经验正交函数分解质量控制法与原系统自带的基于观测与模拟偏差质量控制法(Observation Minus Background quality control,OMB-QC)的差异。2008年1和7月的多个强降水预报试验结果表明,经验正交函数分解质量控制法能够保留更多天气系统的有效观测信息,更为客观准确地反映大气真实状态;同化经过经验正交函数分解质量控制法后的观测资料,模式预报的温度降低,在北部形成一个气旋性环流,该环流底部的偏西气流带动北部冷空气东移入海,同时冷空气南下也削弱了带有丰富水汽的西南气流,从而使模式预报的降水范围和强度更加合理。降水的空间分布对比结果也表明,经验正交函数质量控制法改善了模式对降水落区和强度的预报能力,各个量级的降水评分有明显提高,模拟结果更接近于实况。各组数值模拟试验结果表明,经验正交函数分解质量控制法在WRF-3DVAR中具有较高的应用潜力。

利用经验正交函数数据插值法重构东中国海叶绿素a质量浓度场

利用经验正交函数数据插值法(Data INterpolating Empirical Orthogonal Functions)重构由MODIS-Aqua卫星提供的三级产品叶绿素a质量浓度,得到了从2003—2009年东中国海叶绿素a质量浓度的月平均场。东中国海近岸叶绿素a质量浓度7a平均值明显高于外海。对叶绿素a质量浓度季节平均场进行分析研究表明,东中国海叶绿素a质量浓度主要受长江径流、海表水温和季风的影响。对叶绿素a质量浓度异常场进行EOF分析表明,第一模态方差贡献为37.8%,空间分布显示,在长江口东北部出现叶绿素a质量浓度异常高值区,时间变化以半年和半年以下周期为主;第二模态方差贡献为21.4%,空间分布显示,在长江口东部出现叶绿素a质量浓度异常高值区,时间系数主要表现为年际变化。

2013年大范围雾霾期间京津冀PM_(2.5)质量浓度遥感估算及时空变化的经验正交函数分析

利用2013年11月8日-12月15日京津冀地区气溶胶光学厚度(AOT)以及地面环境监测站PM_(2.5)数据,通过近地面气溶胶消光系数公式和线性拟合方法,估算京津冀地区PM_(2.5)质量浓度.对估算结果选取最优的空间插值方法获得大范围雾霾期间京津冀空气污染物分布特征,利用地面监测站PM_(2.5)数据对估算结果进行了精度验证,结果表明,利用AOT基础数据线性拟合模型,能够有效估算大范围雾霾期间PM_(2.5)的质量浓度及空间分布,估算结果与地面监测站数据相关系数为0.78,且二者在分布趋势上表现出良好的一致性.经验正交函数分析方法(EOF)第1模态分析表明,京津冀颗粒物质量浓度自西向东空间变化;时间系数反映PM_(2.5)质量浓度存在明显的周期性震荡.EOF第2模态分析表明,京津冀颗粒物质量浓度时间-空间变化呈现北部和南部相反分布的特征,时间系数反映了颗粒物质量浓度变化的反位相关系.

基于旋转经验正交函数法的广东省干湿状况时空特征分析

基于1960—2011年广东省25个地面气象站点的逐日气象资料，采用6个月尺度的标准化降水指数（SPI）为干旱评价指标，计算了广东省各站点每月的干旱指数，并在此基础上利用Mann—Kendall趋势检验法、旋转经验正交函数法（REOF）、小波分析等方法分析了该地区干湿状况的时间演变趋势和空间分布特征。结果表明：广东省变干趋势的月份主要集中在1—3月，而变湿的月份主要为7—9月，且中部地区变湿趋势的月份数要明显多于东西部。此外，雨季（4—9月）广东东部及沿海大部分地区呈变湿趋势，而冬季全省大部分地区都表现为变干的趋势；根据REOF方法可将广东省干旱分布特征划分为4个典型的空间异常型：南岭型、粤西型、粤东型和雷州半岛型；各空间型对应的旋转主成分（PRC）序列分析结果表明，雨季各空间型都表现为统一的先变湿后变干趋势，而冬季除了雷州半岛型外则都表现为明显的变干趋势。小波分析结果表明各空间型干湿状况普遍存在1．5a、2—3a的显著变化周期。

主成分分析与经验正交函数分解的比较

在对原始资料没有限制的前提下,通过对主成分分析和经验正交函数分解两种分析方法推导过程的比较,文章认为在原始变量是距平(样本是中心化资料)或标准化距平(样本是标准化资料)时,两者的分析方法是相同的。但两者的含义有很大不同,主成分分析主要是为了寻找少数独立的变量来代替原来相关的多变量以达到压缩数据、简化运算的目的;经验正交函数分解主要是为了进行时空分解,通过分解成空间函数和时间函数来分析实际场的空间结构。所以在应用两种方法时应当规范化,以突显两者含义上的差异。