TOPEX/Poseidon卫星监测博斯腾湖水位变化及其与NINO3 SST的相关性分析

利用TOPEX/Poseidon卫星十年(1992—2002)监测博斯腾湖水位变化的地球物理记录(GDR)数据,经过数据的地球物理改正、编辑、约化和滤波后,分别采用小波分析和傅里叶分析得到了博斯腾湖水位变化的平均周期为1034d、363d、182d和47d。季节性变化是湖泊水位变化的主项,利用最小二乘法得到周年振幅为0.7196m,半年振幅为0.5322m,因此季节性变化的主周期是周年,次周期是半年。博斯腾湖水位变化趋势为+0.2012m/a,说明博斯腾湖水位在升高。由博斯腾湖月水位变化的时间序列与NINO3SST进行相关性分析,发现延迟6个月的博斯腾湖月水位变化序列与NINO3SST数据相关性最大(-0.2784),表明ElNio对我国西部降水的影响具有一定的滞后性。

下半年Nino3区海表升温对东亚春季大气环流及山东春季降水的影响

通过分析下半年Nino3区(150°~90°W,5°S^5°N)海表温度(SST)升高引起的次年春季500 hPa高度、850 hPa及200 hPa经向风的异常特征,发现下半年Nino3区显著升温,可导致次年春季热带和西北太平洋副热带地区的500 hPa高度场升高,即西太平洋副热带高压偏强、偏西、偏北,东亚大槽偏弱、偏东;巴尔喀什湖至贝加尔湖的高度场降低,即该地区经常有低槽维持;亚洲至西太平洋地区盛行纬向环流。我国东部沿海地区及邻近海域的偏南风加强,而我国东北和华北地区的偏北风偏弱。这种高度场与风场的异常恰与山东4月降水偏多年所对应的异常特征相吻合,即下半年Nino3区显著升温通过影响次年春季大气环流异常,进而影响山东春季降水。资料统计表明,下半年Nino3区显著升温,次年山东及我国中纬度东部地区春季尤其4月的降水往往偏多。

川渝地区降水变化与Nino3区SST的关系及其稳定性分析

根据1960—2006年我国川渝地区120个观测站的月降水资料,分析了降水的空间分布特征,利用相关分析、小波分析和小波凝聚谱等方法,探讨了川渝地区降水与Nino3区SST的关系及其稳定性。结果表明:一致性异常分布是川渝地区降水变化的最主要空间模态,第一模态时间系数与Nino3区SST有着较好的相关关系。这种关系表明,在Nino3区SST暖状态,川渝地区降水偏少;在Nino3区SST冷状态时则情况相反。川渝地区降水和Nino3区SST关系的稳定性分析表明,降水和SST之间在准2 a,4～6 a变化周期上存着较好的相关关系,但这种相关关系并不稳定,存在着年代际变化:1960—1986年呈正相关关系,1987—2006年呈负相关关系。

Nino3区海温的变化对黄河流域夏季降水的影响

利用1961—2011年NCEP/NCAR再分析资料和黄河流域45站降水资料,定义了4月和上年10月的Nino3区海温差(△I_(SST3)指数,分析△I_(SST3)指数与夏季海温的关系以及大气环流和夏季黄河流域降水与△I_(SST3)指数的相关情况,得到如下结果:(1)△I_(SST3)升高(降低)时,夏季赤道中东太平洋海温易偏暖(冷),而我国南海到菲律宾半岛海区易偏冷(暖)。(2)500 hPa高度场上,△I_(SST3)与100°E^80°W范围的热带和副热带地区高度呈显著的负相关关系;△I_(SST3)正负异常差值场显示,△I_(SST3)升高(降低)时,夏季热带和太平洋副热带地区的500 hPa高度偏低(高),赤道北侧850 hPa西风(东风)距平异常,西太平洋副热带高压明显偏弱(强),我国东部沿海大陆盛行偏北(南)气流,暖湿气流不活跃(活跃),季风偏弱(强),而中高纬度上,蒙古北部气旋(反气旋)发展,致使河套地区处在反气旋性(气旋性)环流中。(3)△I_(SST3)指数与黄河流域夏季降水呈显著的负相关关系,相关系数为-0.51,当△I_(SST3)正异常时,黄河流域夏季降水易偏少;△I_(SST3)负异常时,黄河流域夏季降水易偏多,且负异常对黄河流域夏季降水的影响更显著。

河南省最高、最低气温与NINO3区海表温度的时频相关

采用连续小波变换和交叉小波变换方法,分析了NINO3区(150-90°W、5°N-5°S)海表温度(简称SST)和河南省最高、最低气温的多时间尺度特征,讨论了河南省最高、最低气温与NINO3区SST的时频域相关关系。结果表明,NINO3区SST和河南省月平均最高、最低气温序列都存在着不同时间尺度的周期变化,并且各周期分量的强度不同,时域中的分布存在阶段性特征。NINO3区SST影响河南省最高、最低气温变化的时频结构,尤其是对最低气温的影响更为明显。

NINO3海面温度异常时间序列的小波分析

本文对连续小波变换和离散小波变换进行了简要介绍,对连续小波变换中小波函数与尺度的选取、小波尺度与Fourier频率的关系等进行了阐述。结合太平洋中部地区1871年至2005年6月期间NINO3海面温度异常时间序列进行了小波功率谱分析,提取了其时频特征,分析结果与主要厄尔尼诺和拉尼娜事件的发生时间吻合较好。最后,利用离散小波分解与重构对时间序列进行消噪处理,并对不同层数强制消噪效果进行了比较。

Nino3指数及其相关因子的时延分析和混合动力模型反演

该文针对厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)发生发展机理的复杂性和影响制约因子的多样性的问题,基于海温场、海面风场和海面气压场资料,首先采用交叉小波的分析方法对Nino3指数及其相关因子进行时滞相关分析,找出与其相关性较好的动力因子。在此基础上,采用动力系统反演思想和遗传算法途径,建立了Nino3指数及其相关因子的混合动力预报模型,克服了ENSO作为一个复杂的系统信息完备性不够充分这个问题,进一步改进完善了ENSO预报模型,实现对Nino3指数以及南方涛动指数、海面气压场距平的数值积分预报。试验结果表明,本文所建立的Nino3指数及其相关因子预报模型具有先进性,为El Nino/La Nina预测研究提供了一种新的思路和方法。

近45年太平洋海浪特征分析

利用来自欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)将风浪、涌浪分离的具有较高时空分辨率的45年ERA-40海浪资料,对太平洋的海表风场、风浪、涌浪、混合浪的特征进行分析。研究发现太平洋大部分海域的涌浪波高、混合浪波高呈显著的逐年线性递增趋势,趋势分别为0.3—0.6cm.a 1、0.3—1.2cm.a 1;太平洋的涌浪在混合浪中四季皆起主导作用,涌浪指标的低值区主要集中在南北半球的西风带,太平洋赤道附近海域存在明显的涌浪池;北太平洋的风场与风浪场的相关系数好于南太平洋,风场与涌浪场的相关系数则是南太平洋好于北太平洋;研究还发现太平洋的浪场与Nino3指数有着密切的关系。

基于遗传算法优化的ENSO指数的动力预报模型反演

基于NCEP/NCAR提供的1958-1995年全球月平均海温距平场再分析资料,采用动力系统反演思想和遗传算法途径,进行了El Nino/La Nina指数的动力预报模型的参数优化和模型反演,从上述海温资料中重构了Nino3海温距平指数的非线性动力模型.模型预报试验结果表明,遗传算法具有的全局搜索和并行计算优势能够客观、有效地反演海温指数的动力预报模型,对Nino3海温指数和El Nino/La Nina事件进行较为客观准确的预测,为El Nino/La Nina预测提供有益的研究参考.

1957～2002年南海—北印度洋海浪场波候特征分析

利用ERA-40海表10 m风场驱动第三代海浪数值模式WAVEWATCH-Ⅲ,得到南海—北印度洋1957年9月至2002年8月的海浪场,并分析其波候(风候)特征.研究发现如下主要特征:(1)该海域的波高波向、风速风向受季风影响显著;(2)北印度洋大部分海域的海表风速呈显著性逐年线性递增趋势,大约0.01～0.02 m/(s·a),南海线性递增的区域则较少,有效波高呈显著性逐年线性递增的区域主要集中在低纬度中东印度洋(约0.003～0.006 m/a)、索马里附近海域(大约0.002～0.005 m/a)、南海大部分海域(约0.002～0.004 m/a),线性递减的区域主要集中在孟加拉湾海域(约-0.002 m/a);(3)Nino3指数与南海—北印度洋的海表风场、浪场存在密切的关系;(4)南海—北印度洋的海表风速与有效波高存在5.2a左右的共同周期,南海的海表风速、有效波高还存在2.0a左右的共同周期,北印度洋的海表风速、有效波高还存在26.0a的长周期震荡.

ENSO与长江流域中游地区雨季极端降水的关系

湖北、湖南和江西沿长江地区的极端降水在长江中游的洪水灾害中发挥着重要的作用。选取可以表征极端降水的7种指数进行降水趋势分析,发现除连续最大降水日数外,1951—2009年间的5—9月>25 mm和>50mm降水日数、>95%与>90%降水量百分位数值的日数以及1 d最大降水量、连续5 d最大降水量都没有明显的变化趋势。相关分析显示雨季的各种极端降水指数与前年9月至当年2月Nino3区海温有较好的正相关关系。

南美闪电活动的时空分布特征及其与东太平洋海温的关系

利用1995年6月—2003年2月LIS/OTD卫星闪电资料和NOAAExtendedReconstructedSST海温资料,采用EOF和SVD分析技术,对南美闪电活动的空间异常特征、时间变化规律及其与东太平洋海温的关系进行了分析。EOF分析结果表明,其前两个载荷向量可以较好地反映南美闪电整体异常结构,即全区一致型和南北反相型。在ElNino期间,南美闪电并未出现全区一致性的显著异常。南北反相型的空间异常结构则与Nino3区的海温变化有密切联系。SVD分析发现,20°～30°S,110°～130°W和10°～5°N,160°W～180°区域的海温异常和南美秘鲁及巴西东部的闪电活动有很好的相关关系。

1988-2009年中国海及周边海域大浪频率对ElNino的响应

以CCMP风场驱动目前国际先进的第三代海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ,对1988-2009年中国海及周边海域的海浪场进行数值模拟,探索近22年期间该海域的大浪频率与El Nino现象的内在联系。结果表明中国海及周边海域的大浪频率与El Nino有着密切的联系:(1)大浪频率与nino3指数的同期、大浪频率滞后1-4个月与nino3指数表现出显著性负相关,尤其是当大浪频率滞后2个月时,与nino3指数的负相关最强;当大浪频率滞后7-10个月时,大范围海域与nino3指数呈显著性正相关,大浪频率滞后8个月时,与nino3指数的正相关达到最强。(2)无论1988-1997年还是1999-2009年,大浪频率滞后8个月的曲线走势与nino3指数的走势表现出非常好的一致性,相关系数高达0.70、0.73。(3)中国海及周边海域的大浪频率与nino3指数具有共同的5.87-6.29个月、11.00-13.54个月的显著性变化周期;同时还具有共同的3.5-4.7年的年际变化周期,以及7年的长周期变化。(4)中国海及周边海域的大浪频率与nino3指数在20世纪末、21世纪初存在共同的突变期,nino3指数的突变略超前于大浪频率的突变。

江淮梅雨的多尺度特征及其与厄尔尼诺和大气环流的联系

利用小波变换,分析了江淮流域夏季降水的多尺度特征和存在的周期,通过对Nino3区海温、西太平洋副高以及亚洲纬向环流指数的小波变换,分析了它们与江淮流域夏季降水的多尺度联系。结果表明,整个江淮流域的降水具有明显的年际和年代际变化特征,年际变化主要表现为3～4a、5～6a和7～8a的周期,年代际变化则表现为12～13a、16～17a和27a的周期。南片和北片以及长江中游和下游之间所具有的特征是不尽相同的。相对于亚洲纬向环流指数而言,Nino3区海温对江淮流域降水的影响较为重要。Nino3区的海温与江淮流域降水的联系,在一些时段是同位相的,而在另一些时段是反位相的。

太平洋次表层海温距平的立体EOF分析及其与ENSO的关系

应用太平洋次表层海温距平资料构造了一个立体的西低东高的四级阶梯模型,使用EOF方法对此模型进行时空分解,并讨论与ENSO循环的关系。结果表明,EOF分解的前两个主分量方差贡献达到42.58%,其中第一主分量代表了暖池-厄尔尼诺(拉尼娜)模态;第二主分量代表了次表层温度距平的东西运移模态。后者存在着突变和渐变两个过程,在赤道及其附近,由冷位相变暖位相为渐变过程,暖位相变冷位相是突变过程,在赤道外南北纬10°附近则反之,厄尔尼诺正是东西运移模态突变的结果。时滞相关分析估算,一次ENSO循环的平均周期约为41个月,即3.42a,厄尔尼诺、拉尼娜模态与温度距平的东西运移模态的位相差平均约为9.7个月。运用逐步回归法求得一个对nino3指数预报效果比较理想的预报方程,其中EOF分解的第一时间系数对nino3距平指数有重要的预报价值,第二时间系数对nino3距平指数预报意义虽然不如第一时间系数明显,但仍具有一定的参考价值。

我国西北地区气温变化与Nio3区SST的关系及其稳定性分析

根据1956—2005年中国西北地区72个观测站的月平均气温资料,分析了气温的空间分布特征,利用相关分析、滑动t检验、小波分析和小波凝聚谱等方法,探讨了Nio3区SST与西北地区气温的关系及其稳定性.结果表明:一致性异常分布是西北地区气温变化的最主要空间模态,第一模态时间系数与Nio3区SST有着较好的相关关系.在典型的ENSO暖状态,西北地区气温偏高,在典型的ENSO冷状态则情况相反.西北地区气温和Nio3区SST关系的稳定性分析表明,气温和SST之间在1～5a变化周期上存着较好的相关关系,但这种相关关系并不稳定,存在着年代际变化:1956—1970年正相关较好,1992—2005年反相关较好,而在1971—1991年二者相关关系较差.

中国北方春季沙尘暴的变化与ENSO的关系

根据中国北方春季沙尘暴频率变化的特点,对南方涛动指数(SOI)、NINO3区海表温度与我国北方春季沙尘暴的发生频率做相关分析,并对ENSO事件与我国北方春季沙尘暴发生频率的关系进行探讨。结果表明:我国北方地区1957-2002年春季沙尘暴发生频率在总体上呈下降趋势,同时存在明显的年际和年代际差异。春季SOI与滞后1～2 a的春季沙尘暴发生频率、夏季SOI与滞后2 a的春季沙尘暴发生频率有较好的相关,但春季沙尘暴与NINO3区海表温度的相关不如与SOI的好。ENSO暖事件可能会使未来1～2 a内春季沙尘暴发生次数减少,而ENSO冷事件则有可能使其增多。

太平洋海温与嘉兴夏季降水年代际变化关系

用1953-2003年的51a嘉兴地区降水资料及同期NCAR的5°×5°海温(10°S～50°N,120°E～80°W)再分析资料作相关,结果得出太平洋海温与嘉兴夏季降水在20世纪70年代末发生了一次同期的年代际跃变。不同海区的海温异常对嘉兴夏季降水都有一定影响。在年代际尺度上,降水与西太平洋暖池区、赤道东太平洋的海温有明显的正相关,与西风漂流区及其以南的中太平洋海温则呈现反相关。在丰水期与枯水期,西风漂流区的海温春夏秋冬无论哪个季节都存在与降水反向的显著距平,该区海温是影响嘉兴夏季降水的一个强信号。而降水多寡不同时段,西太平洋暖池的海温在前冬和当年春季有较明显的距平,其他季节则无显著变化,降水变化滞后1～2个季度。赤道中东太平洋则在春夏季会有一个较大幅度的海温距平,夏季降水与之呈现同期或滞后一个季度相关。可见作该地区长期预报时,不同时段应着重关注不同海区的海温状况。

太平洋海温异常对大理雨季开始期的影响

采用大理州雨季开始期资料、1961年6月~2008年5月太平洋5°×5°共286个格点的逐月平均海温资料及NCEP/NCAR的SSTA资料,通过相关分析发现,太平洋海温与大理雨季开始期的关系密切,春季和上年秋季太平洋海温对大理雨季开始的影响较大。雨季开始前若发生厄尔尼诺事件,大理雨季开始期偏晚,反之,若发生拉尼娜事件,大理雨季开始期偏早。N ino3区的海温异常对大理雨季开始期的影响相当明显,当5月N ino3区的海温异常偏高时,大理雨季开始期偏晚;反之,当5月N ino3区的海温异常偏低时,大理雨季开始期偏早,N ino3区海温异常可以作为大理雨季开始期预测的一个强信号因子。

Nino2、3区的大洋科考船测气象海浪特征分析

通过分析中国大洋科考22航次第七航段海洋环境资料,重点研究了热带东太平洋洋中脊海域的气象与海浪特征,并分析了同期热带大洋气候背景。船测资料与卫星资料的分析结果一致显示,洋中脊海区受到了东南太平洋副热带高压偏强的影响。本文的分析结果将为更精确地研究Nino2、3区的海洋环境特征提供了数据支持。