基于多变量LSTM神经网络模型的PDO指数预测研究

利用1921–2020年的海平面气压、海平面高度、热含量数据以及海冰密集度作为太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)指数的预报要素,建立了关于PDO指数时间序列预测的多变量长短期记忆(Long Short Term Memory,LSTM)神经网络模型,对比分析了2011–2020年不同时间序列预测模型的PDO指数预测结果,最后利用多变量LSTM神经网络模型实现了2021–2030年的PDO指数预测。结果显示,多变量LSTM神经网络模型的预测值与观测值经过交叉验证后的平均相关系数和均方根误差分别为0.70和0.62;PDO未来10年将一直处于冷位相,PDO神经网络指数出现两次波动,于2025年出现最小值。相比于其他时间序列预测模型,本文采用的多变量LSTM神经网络模型预测结果误差小、拟合效果好,可以作为一种新型的预测PDO指数的手段。

太平洋年代际振荡与严重影响海南岛强台风事件的关联性

利用1949—2018年热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析格点资料、太平洋年代际振荡(PDO)指数资料等分析了严重影响海南岛的强台风事件变化特征,并在此基础上开展了PDO对强台风事件的影响研究。结果表明:严重影响海南岛的强台风事件频数存在明显的年际变化特征,具有连续性和群发性,在1960—1990年间存在显著的8~10年的周期规律;强台风事件与PDO冷位相期存在较好的对应,更容易发生在冷位相年;PDO冷(暖)位相,菲律宾以东低纬度西太平洋海域海表温度与强台风事件频数呈现显著的负(正)相关关系;副热带高压强度偏弱(强),位置整体偏东(西)偏北(南),低层辐合带呈现西北东南走向(东西带状分布),辐合区域较为宽广(窄长),有利于PDO冷(暖)位相年时强台风事件的发生。PDO通过对副热带高压、低层环流场等气候因子的调制作用进而影响强台风的生成和发展。

青岛汛期降水量与太平洋年代际振荡的关系

基于太平洋海面温度(SST)、大气环流及青岛降水量资料,分析并发现了青岛汛期(6—9月)降水量与太平洋年代际振荡(PDO)指数存在重要联系。当PDO处于冷位相时,西北太平洋区SST偏高,北美沿岸以及热带中东太平洋区SST偏低,西太平洋副热带高压偏弱偏东,脊线偏北,东亚夏季风偏强,青岛汛期降水量偏多,反之偏少。定义了一个新的太平洋SST距平指数SSTI,该指数包含了西北太平洋与热带中东太平洋SST距平反相变化的协同影响,也包含了PDO与ENSO的协同影响。与PDO指数、西北太平洋及热带中东太平洋SST相比,该指数与青岛汛期降水量相关性更好,通常SSTI正指数对应着汛期西太平洋副热带高压脊线偏北,面积偏小、强度偏弱,东亚夏季风偏强,有利于青岛汛期降水量偏多,反之偏少。SSTI指数可作为青岛汛期降水量预测的指示因子。

太平洋年代际涛动与云南夏季气温的年代际变化

云南夏季气温具有年代际变化特征, 近年来一系列的云南夏季气温异常偏高事件是年代际变化的体现。其中云南夏季气温在准50年年代际变率上与春季太平洋年代际涛动(PDO)指数具有较好的正相关关系, 夏季西太平洋副热带高压西伸脊点位置与前两者在年代际上都具有较好的负相关关系。分析认为, 可能是由于当春季PDO进入暖(冷)位相阶段时, 中东太平洋海温距平持续偏高(低),夏季西太平洋副热带高压位置偏西(东), 导致云南夏季不(容)易出现云雨天气, 从而进入了气温偏高(低)的年代际时期的关系。春季PDO的变化是夏季云南气温年际变化的重要背景。

近67a影响山东台风频数的变化特征及其与若干气候因子的关系

利用1949—2015年台风年鉴资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA资料等对近67 a影响山东的台风频数特征及其与相关气候因子的关系进行了分析。结果表明:(1)影响山东的6类台风中沿海北上类最多,登陆填塞类最少。8月和8月上旬是主要月份和旬份。台风年代际变化明显,并存在显著的26 a年代际尺度和5 a年际尺度的周期变化。(2)台风频数与同年份的东亚槽位置、亚洲区极涡面积指数分别呈显著的负、正相关关系。Ni1o3. 4区海温对台风频数存在超前的显著负相关,超前影响分别在1、2、3、4月。台风频数与冬季北大西洋涛动(NAO)指数、太平洋年代际振荡(PDO)指数分别存在显著的正、负相关关系。春、夏、秋季和年PDO冷位相时台风频数偏多,PDO暖位相时台风频数偏少,这与西太平洋副热带高压和低层水汽条件关系密切。(3)冷、暖位相年台风频数与太平洋海温分别存在显著的相关区,特别是冬季暖位相时赤道中东太平洋显著负相关区域较大。年PDO冷位相与夏季的显著相关区较相似,暖位相与秋季相似。(4)太平洋海温与台风频数相关性较好的海域主要有3个关键区:赤道中东太平洋、北太平洋中部和西太平洋暖池。其中赤道中东太平洋的的显著性表现在冬季,北太平洋中部的显著性表现在年、春、夏、秋季,西太平洋暖池的显著性表现在夏、秋季。

西北太平洋不同区域海平面变化特征分析

重点研究西北太平洋长期验潮站海平面变化的季节、年际和年代际变化特征。所选站点多年平均变化速率为1.71mm/a。结果表明,近岸区、大洋沿岸区、大洋区主要周期均为12个月;近岸区、大洋沿岸区、大洋区部分低纬度站点存在6个月周期;所有站点都存在明显的年际和年代际周期信号;中高纬度地区年代际信号强于年际信号,热带地区年际信号强于年代际信号;近岸区、大洋沿岸区、大洋区站点年际和年代际变化具有明显的地域性;热带地区受ENSO影响强于中高纬度地区,热带大洋区受ENSO影响强于大洋沿岸区,热带大洋沿岸区受ENSO影响强于近岸区;受PDO影响较明显的站点位于25°N～40°N的中纬度地区。1993—2010年间,近岸区、大洋沿岸区、大洋区验潮站、大洋区T/P的主要周期均为12个月,但变化速率和季节变化振幅各不同,大洋区验潮站滞后其他区近1个月达到极值。

南黄海浮游动物主要种类数量分布年间比较

分析对比1959年、1982年、1998--2000年以及2007--2010年4个不同时期南黄海中部（34．25°～37．45°N，122．00°～124．00°E）浮游动物主要优势种中华哲水蚤（Calanussinicus）、太平洋磷虾（Eu—phausiapacifica）和强壮箭虫（Sagittacl＇assa）数量时空变化及其与温度、盐度和太平洋年代际震荡指数（PacificDecadalOscillation，PDO）变动的关系。结果显示，温度可能对中华哲水蚤和太平洋磷虾数量分布影响较大；强壮箭虫则受盐度影响较大。PDO暖位相时期中华哲水蚤和太平洋磷虾数量显著低于冷位相时期，强壮箭虫则相反。中华哲水蚤和太平洋磷虾丰度与提前3个月PDO值呈显著正相关，强壮箭虫丰度仅与当月PDO值呈显著正相关。

太平洋年代际振荡与中国气候变率的联系

利用 195 1～ 1998年的太平洋年代际振荡 (PDO)指数、全球海洋和大气分析资料及中国降水和气温站点观测资料 ,分析了太平洋年代际振荡在海洋中的特征及其与东亚大气环流和中国气候变率的联系。结果表明 ,PDO与东亚大气环流及中国气候年代际变化关系密切。对应于PDO暖位相期 (即中纬度北太平洋异常冷、热带中东太平洋异常暖 ) ,冬季 ,阿留申低压增强 ,蒙古高压也增强 (但东西伯利亚高压减弱 ) ,中国东北、华北、江淮以及长江流域大部分地区降水偏少 ,东北、华北和西北地区气温异常显著偏高 ,而西南和华南地区气温偏低 ;夏季 ,海平面气压在北太平洋的负异常较弱 ,而在东亚大陆的正异常较强 ,东亚夏季风偏弱 ,西太平洋副热带高压偏南 ,热带太平洋信风减弱 ,赤道西风增强 ,此时华北地区降水异常偏少而长江中下游、华南南部、东北和西北地区降水异常偏多 ,东北、华北及华南地区气温异常偏高 ,而西北、西南和长江中下游地区气温异常偏低。对应于PDO冷位相期 ,上述形势相反。结果还表明 ,处于不同阶段的ENSO事件对中国夏季气候异常的影响明显受到PDO的调制。在PDO冷位相期 ,当ENSO事件处于发展阶段 ,华南地区夏季降水偏少 ,东北地区夏季多低温 ,在其衰减阶段 ,华北地区和长江流域降水偏多 ,淮河地区降水偏少 ;?