利用经验正交函数方法(EOF)浅析中国夏季降水时空分布特征

根据 195 1～ 2 0 0 0年中国夏季月降水资料 ,用经验正交函数方法 (EOF)分析了中国夏季降水分布特征和旱涝情况。

经验正交函数与广义数值环境模式重构声速剖面的比较

本文利用Argo资料对经验正交函数(EOF)和GDEM模式拟合声速剖面的效果进行了比较。结果表明,两种方法都能较好地重构局地声速剖面。EOF方法的拟合精度与选取的EOF阶数有关,阶数越高,精度越高;GDEM模式的拟合精度介于EOF的前5阶到前10阶之间。EOF易受到样本数量和采样深度的限制,难以提供完整的声速剖面;而GDEM模式能够将剖面扩展到更深的深度,与仅有上层海洋采样数据的声速剖面相比,结合深海水团的信息可使拟合结果达到更高的精度。

台湾以东海域声速剖面序列的EOF分析

利用了4 a的Argo剖面序列,通过经验正交函数（EOF）分析,得出了台湾以东海域声速垂直结构的时空变化特征。EOF拟合声速剖面的精度与选取的模态数有关,合成剖面时包含的模态数越多,精度越高;前3-6个模态反映了海区声速结构的主要变化,累积方差贡献率可达89.4%-96.6%。第1模态描述了声速在垂直方向上的同相变化,具有年周期,峰值和谷值分别出现在夏季和冬季;第2模态描述了声速在近表层与次表层和主跃层的反相变化。第1、2模态的共同作用是声速垂直结构差异的主导因素,使近表层声速的季节性变化较大,而主跃层的变化相对较小;而第3模态及更高阶的模态对声速剖面的调制作用在物理意义上并不明显。

基于EOF的陕西省降水变化时空分异研究

应用经验正交函数法(empirical orthogonal function,EOF)对陕西省23 a来96个气象站点的数据进行EOF分解,分别计算出年降水场的特征向量分布和时间系数序列。结果表明,应用EOF方法可以很好地揭示降水场的时空分布特征,且对陕西省而言前3个特征向量揭示了3种典型的分布场,其累计贡献率达81.10%。陕西省降水的空间分布有3种典型的模式,即全局型、南北型和东西型。总体上3种场的特征向量分布值表现为南大北小,且高值中心都出现在陕西省的最南端,这说明南部虽然多雨,但年际变化量较大,北方少雨,但年际变化量较小。对特征向量所对应的时间系数分析发现,陕西省的降水场主要表现为6种类型。从23 a来的统计结果可以看出它与贡献率所反映的降水场的典型程度基本一致。

城市空气质量的EOF展开及其与气象因子的CCA分析——以南京市为例

以南京市城区夏季情况为例,利用1996—1998年SO2、NOx、TSP日平均浓度资料,从空气污染物超标率原始序列出发进行EOF(经验正交函数)展开,分析了南京市大气污染静态状况及动态演变特征。还采用各测站SO2浓度与同期气象资料进行CCA(典型相关分析)的方法,比较了各气象因子对污染物浓度的影响大小。

珠江三角洲典型灰霾天气过程和清洁过程近地层流场的EOF对比分析

利用广东省466个地面自动气象站资料、广州气象站常规气象资料及珠江三角洲4个主要城市的PM10浓度等资料，通过矢量EOF方法，对选出的珠江三角洲典型灰霾天气过程（2004年1月4～10日）和清洁过程（2005年11月15～21日）的近地层流场进行对比分析。分析表明典型灰霾天气过程第二、三模态有非常明显的日变化特征，受局地中小尺度环流系统影响，污染物局限在当地，出现严重的灰霾天气；而清洁过程与强平流输送有关，主要受大尺度环流系统影响。

青海高原春夏云量场的EOF分析

主要利用青海省26个代表站1970-2002年33a的春夏(3-8月)地面观测总云量资料,采用经验正交函数 (EOF)和累积距平法对高原春夏平均总云量的时空分布特征和变化趋势进行了分析。结果表明:经EOF分解后的前三个特征向量累积方差贡献达80.4%,青海高原春夏平均总云量不但具有变化趋势基本一致的特征,而且存在着东西、南北不同分布类型的差异,云的形成分布受地形抬升和大气波动影响比较明显;春夏平均总云量的年际波动变化呈现出较明显的下降趋势,30多年来春夏平均总云量经历了一次大的波动,70年代至80年代末平均总云量变化趋势为持续上升阶段,自1989年以后为下降阶段。

北美与东亚中纬地区电离层TEC变化的EOF建模和分析

考察了北美(30°N—50°N,140°W—50°W)与东亚(42.5°N—57.5°N,65°E—140°E)中纬地区电离层总电子含量(TEC)的变化.TEC数据来自美国喷气动力实验室(JPL)约15年的全球电离层图(Global Ionospheric Map,GIM)数据.利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Functions,EOF)得到上述两地区前三阶本征模及相关时间系数,分别约占TEC总变化的99.57%和99.79%.结果表明,两地区前三阶:EOF分量所表现出的TEC变化基本一致.第一阶EOF分量表现为受太阳活动调制的半年变化;第二阶EOP、分量表现为关于零磁偏线的经向电子浓度东西不对称结构,计算表明该结构与受地磁偏角控制的热层纬向水平风引起的等离子体向上漂移密切相关;第三阶EOF分量表现为磁倾控制的热层子午向风引起的等离子体向上漂移影响.

基于EOF和小波分析的山东省年降水时空变化特征

为了探究山东省年降水量的时空变化特征,根据山东省29个国家基本、基准地面气象观测站1980—2019年逐月降水资料,通过经验正交分解(EOF)、小波分析等方法对山东省年降水量变化特征进行了分析探讨。结果表明:山东省年降水量介于507.0~1047.4 mm,大体上由东南向西北递减;山东省年降水场主要具有2种模态,4种表现类型,分别为全省多雨型,全省少雨型,东南部降水偏多、西北部降水偏少型以及东南部降水偏少、西北部降水偏多型,山东省40 a来降水场表现出4种类型的年份数分别为12,12,2,4 a,4种降水类型分布年份实况验证的准确率达到96.7%;山东省年降水量存在3~9 a的年际变化周期,以及15~32 a的年代际变化周期,其中主周期为28,18,4,7 a,分别经历了大约2,3,15,8.5个丰—枯转换期。综上,山东省年降水量由东南逐渐向西北递减。年降水场具有2种模态,4种表现类型,且具备多时间尺度周期特征。

多波束测深中声速剖面的分层EOF自适应重构

在海水性质变化剧烈地区利用重构声速剖面进行多波束测深时,传统的经验正交函数(Empirical Orthogonal Functions,EOF)方法在阶次选取时未顾及声速浅水的复杂性和深水的平稳性的特点。针对传统EOF方法存在计算量大、精度低等问题,给出了一种声速剖面EOF重构中分层阶次的确定方法。根据常梯度声线跟踪计算深度,在满足0.25%倍水深限差的要求下,统计有效波束比,采用自适应方法确定出合理的阶次。实验结果表明,该方法相较于传统EOF重构声速剖面测深的阶次选取方法,降低了运算量,提高了精度。

基于EOF的雅鲁藏布江流域干湿季降水变化的时空分异研究

根据2000年~2010年雅鲁藏布江流域的15个气象站点的月值降水数据,采用经验正交函数分解法(EOF),分别计算出雅鲁藏布江流域干湿季降水的时空分布特征和时间系数序列。结果表明:应用EOF方法可以很好地揭示降水场的时空分布特征,且对雅鲁藏布江流域而言前4种模态揭示了四种分布场,干季降水的累计贡献率达99.84%,湿季降水的累计贡献率达89.81%。雅鲁藏布江流域干湿季降水的主要空间分布特征是“东–西差异分布”,即表现出西部偏少东部偏多的特点,尤其是在喜马拉雅山脉最东端的米林宽谷地带降水最为丰富,分析其原因是季风气候和印度洋的暖湿气流对东部影响较大,西部由于海拔高,水汽很难到达,因此西部降水较东部少。

基于分层EOF的深海声速剖面时变特征建模

针对目前局部海域小时间尺度声速场建模方法未顾及不同深度区间内声速变化规律的问题,本文根据实测深海声速剖面的统计特征,提出了声速剖面分层方法,并进一步基于经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)提出了局部小时间尺度的声速剖面分层时变模型构建方法。利用南海实测全海深声速剖面数据,分析了分层EOF第一模态系数和等效平均声速的日变化特征,并比较了不同拟合模型的精度。最后,利用试验海区的温度和潮汐数据分析了声速剖面周期变化的影响因素。结果表明:①声速剖面分层EOF第一模态系数及等效平均声速具有日周期变化特征,上层声速日周期变化特征不明显,中层声速日周期变化特征较明显,下层声速变化较小但仍具有日周期变化特征;②局部海域小时间尺度声速拟合应考虑长期变化项的影响;③试验海区声速剖面EOF第一模态系数变化与温度显著相关,提取的声速剖面时变特征与海区潮汐周期特征基本吻合。

磨刀门枯季咸潮上溯归因分析与响应规律研究

在气候变化和人类活动影响下,磨刀门咸潮上溯显著加剧,极大地威胁了粤港澳大湾区的供水安全。基于2004-2016年磨刀门水道7个站点的日超标时间数据,与日最大潮差、径流量、平均海平面、跨岸风和沿岸风进行了经验正交函数分析(EOF)和一元及多元线性回归分析,探究磨刀门咸潮上溯与各影响因素的响应关系,量化各影响因素的作用大小。结果表明:对磨刀门咸潮上溯的贡献最大的是潮差,其次是径流,两者分别能解释超标时间日变化的30%和28%,风的作用略大于平均海平面,两者对咸潮上溯的贡献分别为12%和11%,其中跨岸风作用略大于沿岸风作用。磨刀门咸潮峰值出现在小潮潮差最小后的3.2 d,而高要站流量增大,1.8 d后才能抑制磨刀门河口咸情。该研究可为流域调度及咸潮预报提供理论支撑。

贵阳地区夏季旱涝指数的EOF分析

本文利用贵阳地区8个国家级观测站1988年~2017年夏季(6~8月)逐月降水资料,采用经验正交函数分解(EOF)方法来分析贵阳地区夏季旱涝的时空分布特征。结果表明,全市范围内一致性偏旱或偏涝是贵阳地区夏季旱涝分布的最主要的形态,时间系数的极值出现的年份与贵阳地区发生旱涝的年份有着较好的对应关系。另外,在全市旱涝总趋势一致的基础上,仍具有南北区域旱涝趋势相反的变化趋势。

斯里兰卡极端降水时空演变特征及趋势预测

斯里兰卡是中国“一带一路”倡议的重要节点国家,极端降水对当地社会经济威胁较大,极易引发灾害。选取当地10个气象站2008—2020年的逐日降水资料,基于RClimDex模型计算斯里兰卡6个极端降水指标,利用经验正交函数分析、Morlet小波分析和重标极差法(R/S分析)等,分析极端降水事件的时空演变特征。结果表明:极端降水指数在时间分布上,除持续干旱指数(CDD)呈减少趋势外,其他各指数均为上升趋势;极端降水指数空间差异表现为北部沿海平原地带的极端降水强度高于南部沿海平原,拉特纳普勒市以西地区为斯里兰卡降水事件的多发区;极端降水指数周期性明显,绝大多数极端降水指数以6~7 a为第一主周期。R/S分析表明当地极端降水事件未来持续可能性较大。研究成果可为斯里兰卡极端气候预测、生态环境保护、防灾减灾工作等提供决策支持。

1961-2007年内蒙古降水时空分布

利用1961-2007年内蒙古43个气象站点长时间序列的降水资料,采用EOF(经验正交函数)、功率谱方法等,结合GIS的空间分析功能,分析了内蒙古自治区47 a里年、季降水量的时空分布特征。研究结果表明:内蒙古年降水大致存在三种主要的类型场:总体一致型、东北-西南向多区域反位相型、相间混合型。四季降水主要有:总体一致型、东北-西南向多区域反位相型、东西差异型、相间混合型等多种分布类型。其中,东北-西南向多区域反位相降水型在年、季降水场中多次出现,是内蒙古降水的典型空间场,该类型场的形成受沿着内蒙古地形走势的东北-西南向气候梯度的影响。时间系数可以表征空间型的时间变化特征,各空间型的时间系数波动强烈,体现了年、季降水的年际振荡较大。在0.1显著性水平下,通过功率谱分析揭示降水量空间结构的周期变化特征,分析结果表明内蒙古年、季降水存在多时间尺度特征。年降水、春季、秋季和冬季降水周期均为2～8 a的高频变化,而夏季降水空间型为2～3 a高频变化和16 a低频变化叠加出现的情况。这种潜在周期特征符合大尺度气候系统的变化规律。

重庆地区地闪活动空间分布及其趋势分析

采用经验正交函数(EOF)分解、旋转经验正交函数(REOF)分解、多分辨率分析、数理统计和趋势分析等方法,对重庆地区1999-2008年地闪频率、强度、回击次数进行统计,对地闪频率资料标准化距平场进行分区,并对地闪异常的空间分布特征、时间变化规律进行分析.结果表明:重庆地区地闪发生频率呈现增长趋势,主要表现为春季、夏季地闪增加;地闪频率的主要空间异常型表现为全市一致型(多雷或少雷型),渝西多雷(少雷)和渝东北少雷(多雷)反向型,这是重庆地闪异常的主要特征;地闪异常区域大致可划分为4个区,即渝西、渝中部、渝东南、渝东北区;地闪活动存在12个月、20个月、29个月左右较长周期和3个月、6个月左右较短周期振荡.

基于Argo观测资料的南海北部海域声速场时空特征分析

利用近5年的Argo剖面序列,通过经验正交函数(EOF)分析,分析了南海北部海域声速垂直结构的时空变化特征和声速场水平分布特征。分析表明:EOF的前6个模态反映了海区声速结构的主要变化,可以很好地表示声速剖面。第1模态具有明显的年变化周期,主要受海洋混合层季节性变化影响;第2模态与第1模态时间函数具有明显的反向变化特征,主要对次表层进行调制;第3模态主要影响次表层以下声速变化;表层声速分布与深层声速分布有明显的差异,表层声速主要受海水温度变化的影响,深层声速分布与南海环流系统关系密切;冷涡的存在会引起声速场的低值中心。

EOF/PCA诊断气象变量场问题的新探讨

进一步论证了经验正交函数 /主分量分析 (EOF PCA)在气象变量场诊断中的物理内涵 ,证明基于EOF PCA的R型和Q型展开 ,可描述为气象变量场主要振荡型分解和主要空间分布型分解两种方案。前者表明 ,气象变量场的准周期振荡可分解为各主分量的周期振荡 ,它们各自等价于不同网格点 (或站点 )以其载荷为权重的迭加周期振荡 ,因此 ,气象变量场准周期振荡可视为来自不同周期源 (网格点或站点 )的准周期振荡逐层叠加的结果 ;后者表明 ,气象变量场的水平空间分布可视为各种主要空间分布型的叠加 ,而Q型展开才是对各种主要空间分布型的正交分解。由此深化了EOF PCA气象变量场诊断的物理内涵。

中国植被覆盖季节变化和空间分布对气候的响应——多年平均结果

文中利用 1982～ 1993年的 12a平均归一化植被指数数据 ,并结合同期的温度、降水数据 ,运用经验正交函数分解的方法 (EOF)分析了中国植被覆盖变化的时空特征及其与温度、降水气候因子的定量关系 ,发现在多年平均意义上 ,在中国大尺度研究区域 ,归一化植被指数所表现出的植被变化时空特征具有 :(1)植被的空间分布与降水空间分布更吻合 ,植被季节生长变化与温度的季节变化特征更近似 ;(2 )植被与温度在季节生长变化上存在e指数关系 ;与降水存在幂指数关系 ;(3)植被季节生长与温度存在同期相关 ;与降水存在滞后相关 。