基于MV-EOF方法对夏季降水与前期冬春季多个气象要素间的线性关系分析

本文利用1963—2013年我国592个站点降水、气温、地温、相对湿度、气压及蒸发逐月的资料,采用多变量经验正交函数(MV-EOF)分析夏季降水同前期冬春季气温、地温、相对湿度、气压及蒸发等物理量之间的关系。得出结论:黄河以北地区夏季降水与前期冬季气温、地温反向变化,与气压同向变化,与相对湿度和蒸发有弱的同向变化;长江中下游地区夏季降水与前期冬季气温、地温同向变化,与气压和蒸发反向变化,与相对湿度不明显;华北地区夏季降水与前期春季气温、地温反向变化,与相对湿度、气压及蒸发同向变化;华南地区夏季降水与前期春季气温、地温同向变化,与相对湿度、气压及蒸发反向变化。

El Nio事件期间南海环流的异常特征

基于CORA再分析资料对南海环流的季节特征和其受ElNio事件的响应进行了分析。结果表明,冬季整个南海海区表现为一个大的气旋式环流,夏季南海北部是气旋式环流,南部是一个反气旋式环流。通过对南海海区异常流场进行MV-EOF分解,分析其前两个模态,其空间型主要体现了南海环流冬季和夏季的特征,对应的时间系数与Nio3.4_NDJ指数有很好的相关性。通过分析南海环流在1986—2008年间ElNio年份的异常流场和异常流函数场,证明了MV-EOF分解后得到的联合时间系数所反映各阶段南海环流的季节特征与ElNio事件有相关性,即在8月[0],南海南部异常流函数场表现为反气旋式环流,北部为气旋式环流,南海夏季环流被增强,且ElNio事件时间尺度越长,北部的气旋式异常流场的影响范围就越大;在12月[0],南海除了东南部外,其余整个海区异常流函数场主要表现为反气旋式环流,冬季环流被减弱;在8月[+1],南海夏季流场强度都被削弱了。

2010年南方持续暴雨期大气环流异常及其低频特征研究

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料以及国家气候中心台站降水资料等,应用多变量经验正交函数展开(MV-EOF)等方法,对2010年南方持续暴雨期大气环流异常及其低频特征进行了分析。结果表明;2010年东亚夏季风异常偏弱、西太平洋副热带高压位置异常偏南、三次季风涌的出现和高空急流与散度场活动异常及其相互配合,是南方降水异常的主要影响系统;对风场和降水场MV-EOF空间型分布的分析显示,低频降水中心与200 hPa的气流辐散中心和850 hPa辐合中心相关联;降水的第一模态反映了东亚夏季风的气候态演变,第二、三模态反映了夏季风在季节性推进过程中不同尺度的低频振荡,7月前半月和6月中下旬,第二、三模态分别处于低频振荡的正位相,使长江中下游梅雨和华南前汛期延迟结束,并且增强了江南的梅雨降水,夏季风的气候态演变和低频振荡相叠加导致2010年我国南方暴雨频发。

一种新的El Nio海气耦合指数

利用1980～2010年月平均Hadley中心海表温度、美国全球海洋资料同化系统(GODAS)海洋温度和NCEP/NCAR大气环流再分析资料,通过对2个海洋要素(海表温度SST、上层热含量HC)和5个大气要素(海平面气压SLP、850hPa风场、200hPa速度势和对外长波辐射OLR)的多变量经验正交函数展开(multivariateEOF,简称MV-EOF)探讨了热带太平洋的主要海气耦合特征。结果表明,MV-EOF分析的前两个耦合模态分别很好地对应了传统型ElNio和ElNio Modoki的海气耦合特征:传统型ElNio期间,伴随着赤道中东太平洋SST的异常增温,HC、SLP、200hPa速度势等要素总体呈东西反相的"跷跷板"变化,低层850hPa赤道中太平洋出现较强西风距平,西北太平洋上空为反气旋性异常环流;ElNio Modoki期间,SST持续增温和HC正异常中心均显著西移至中太平洋,低层SLP和高空200hPa速度势均呈现纬向三极型异常分布,低层异常强西风向西移至暖池东部,西北太平洋上空呈现气旋性异常环流。两类ElNio的海气耦合特征存在显著差异,较优的ElNio指数应不仅可以客观描述和区分ElNio现象本身,更要紧密联系两类事件所产生的大气响应。以往定量表征ElNio年际变化的指标大多立足于SST或SLP,本文选取HC作为研究指标,定义了一组新的ElNio指数HCEI和HCEMI。较以往基于SST的ElNio指数,HCEI和HCEMI不仅能更清楚地表征和区分两类ElNio(如1993年的传统型ElNio和2006年的ElNio Modoki),而且能更好地反映和区分两类ElNio与大气间的海气耦合特征,为ElNio的监测和短期气候预测工作提供了一个新工具。

北极海冰与大气环流耦合主模态的时空特征分析

对1979—2009年月平均的CFSR(The Climate Forecast System Reanalysis)海冰密集度(SIC)和海平面气压(SLP)资料进行多变量经验正交函数分解(MV-EOF),得出耦合主模态,并通过对温度、位势高度和风场的回归分析,进一步探寻海冰与大气环流的关系,第一模态SLP的特征为北极涛动(AO),SIC呈离散的正负中心分布但大体为东西反位相,AO正位相时,喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海和鄂霍次克海海冰减少,巴芬湾、波弗特海、楚科奇海和白令海海冰增加。耦合第二模态的SLP呈偶极子分布,负、正异常中心在巴伦支海和波弗特海,SIC在巴伦支海、弗拉姆海峡、格陵兰海、拉布拉多海和白令海,鄂霍次克海地区有正异常,在喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海、楚科齐海和波弗特海为负异常。耦合第三模态SLP在冰岛地区存在负异常中心,在拉普捷夫海地区有正异常中心,SIC在巴伦支海北部、弗拉姆海峡、格陵兰海为负异常,其余地区全为正异常。对SLP和SIC分别进行EOF分解,并与耦合模态进行比较,SLP的EOF主模态的时空分布与耦合模态中SLP的时空分布十分相似,SIC的EOF模态的时空分布则与耦合模态中SIC的时空分布有较大差别,说明耦合模态对SIC的分布影响较大,即大气环流对海冰分布的影响为主要的过程,海冰对大尺度的大气环流的模态的影响不明显。

春季北极地区云量年际变化特征及其对北极放大反馈的作用

本文基于2000~2017年CERES云量资料对春季北极地区低、中、高云量进行多变量–经验正交函数分解(MV-EOF),发现前两模态云量均存在较强的年际变化特征。第一模态显著信号位于在大西洋扇区的格陵兰海–巴伦支海,低云量异常偏少,高云异常偏多,产生云辐射冷却效应,与北极放大增暖效应相互抵消,表层温度变化小。太平洋扇区的喀拉海–拉布捷夫海以及北冰洋中心高低空云量一致增加,这种云量变化特征的产生云辐射效应对该区域表层能量平衡贡献较小;第二模态显著性信号位于除了格陵兰海–巴伦支海以外的北冰洋上空,低云量异常偏多,高云异常偏少,但是中高云变化不明显。这种云量变化会产生较强的云长波辐射加热效应,增强北极放大反馈。

1971—1992年期间埃尔尼诺的发展期特征(英文)

小波（wavelet）分析的结果表明埃尔尼诺─南方涛动（ENSO）循环的周期从本世纪五十年代以来经历了显著的变化。其主周期在六十年代中期由六年左右突变为二年左右，随后逐渐增为4年左右。七十年代中期之后，ENSO循环呈现准5年振荡，同时也含有一个明显的准两年振荡分量。最近二十年来，ENSO循环中由冷到暖的状态转换过程有值得注意的相似性。对1971－1992年间的海温、海表气压和风场以及深对流场所做的多变量经验正交函数（MV－EOF）分析指出，最重要的模态描述暖事件的成熟期，第二模态描述暖事件的发展期。ENSO发展期具有以下主要特征；1）在整个热带北太平洋上空有一个准东西向的异常低气压带；2）与此异常低压相适应，在西北热带太平洋出现异常气旋环流，在赤道西太平洋出现异常强西风，在赤道东、中太平洋的越赤道东南信风加强；3）深对流异常区与西太平洋异常西风区几乎重合，它主要是由异常的经向风向赤道的辐合所致。描述发展期的第二模态表现出明显的准两年分量。这与描述成熟期的以5年为主周期的第一模态形成鲜明的对比。

东亚季风的时间变化及其预报探讨

利用全球降水气候学计划(Global Precipitation Climatology Project,GPCP)月平均降水资料和美国环境预报中心再分析资料(National Centers forEnvironmental Prediction,NCEP-2),结合东亚季风指数、多变量经验正交函数展开分析(MV-EOF)等方法探讨了东亚季风的季节变化和年际变化。结果表明:东亚季风存在明显年周期变化,夏季风盛行于5—9月,在8月达到最大值,冬季风则在1月最强;东亚夏季风指数的年际变化与东亚地区夏季降雨有着密切关系。最后运用基于MVEOF分析方法的Markov统计预报模型预报了1998年夏季降水异常,其结果与观测值较符,说明其具有较好的实用价值。