近百年北半球海平面气压分布结构及其对长江中下游梅雨异常的影响

分析了1899—2003年近百年北半球海平面气压的典型空间分布模态，在此基础上将海平面气压和长江中下游梅雨量相对数序列进行年代际和年际尺度分离，分析海平面气压年代际尺度的气候背景和年际尺度变化与梅雨相应尺度之间的相关关系及综合作用. 得到如下结论：（1） 高纬地区与中纬地区的环状模态环流变化是近百年北半球海平面气压典型的主导分布结构，无论是年代际尺度还是年际尺度变化均有十分清晰的表现；（2） 从年代际尺度而言，当北半球海平面气压的高纬地区与中纬地区位相相反的分布结构处在较强（弱）的气候背景时，长江中下游梅雨通常处于偏多（少）时期；海平面气压和梅雨在年际尺度上的关系与年代际尺度的情形相反，即在前期春季位相相反的分布结构较弱的年份，夏季长江中下游梅雨容易偏多，反之亦然；（3） 逐步回归结果也证实，海平面气压的年代际变化和前期春季年际变化对长江中下游梅雨异常起重要作用.     

考虑环境因素影响的悬索桥整体状态预警方法

基于长期监测数据并采用主成分分析方法建立了润扬大桥悬索桥实测模态频率的环境条件归一化方法,有效地分离了环境因素变化对模态频率的影响,并在此基础上联合应用欧氏距离判别函数和假设检验方法识别模态频率的异常变化.分析表明,该方法可以识别出悬索桥模态频率0.1%的异常变化,具有较强的损伤敏感性,并且不需要监测环境因素变量,适用于悬索桥结构的在线监测与预警.此外,实测分析表明,悬索桥整体状态预警应选择非线性主成分分析方法并采用高阶模态频率作为监测参数.     

海南岛夏季降水量的特征分析及其对应的环流异常

本文利用18个市县国家气象观测站1966—2017年的逐月降水量资料对海南岛夏季降水的特征进行了分析;同时利用NCEP/NCAR风场和气压场的再分析资料分析了其环流异常和高度场异常现象.结果表明:海南岛夏季降水量在空间分布上以全岛一致性为主要模态,占方差的43. 5%;在海南岛夏季降水量偏多(少)年,海南岛高空为西风(东风)异常,底层为南风(北风)异常,整层大气为上升(下沉)气流,其环流异常背景有利于(不利于)降水的产生.     

东亚地区汛期OLR季节内振荡型的年际变化特征

 分析了1979—2005年5—8月东亚地区向外长波辐射（OLR）主要的空间模态和季节内振荡（ISO）强度的年际变化特征,并研究了各个模态主要ISO型之间的联系。结果表明,5—8月东亚地区OLR存在3种主要的空间模态：西太平洋偶极型（WPD）,西太平洋经向型（MWP）和东亚中纬太平洋波列（MEAP）,其时间变化表现为10～20,20～30和30～70d的周期振荡,其强度均存在极显著的年际变化,由东亚夏季风区加热强迫和大气内部非线性相互作用引起。WPD的主要ISO型之间相互独立,MWP和MEAP的不同ISO型之间存在强的相互作用。深入研究这3个模态的20～30和10～20d振荡变化特征,对于东亚地区夏季10～30d延伸期预报具有重要意义。     

冬季太平洋海表温度与北半球中纬度大气环流异常的共变模态

根据近50年的全球海洋和大气再分析资料,利用奇异值分解和子波变换分析方法及绕极涡分析途径,揭示了冬季太平洋海表温度（SST）与北半球中纬度大气环流异常共变模态的时空特征．结果表明,冬季太平洋SST与北半球中纬度大气环流异常之间主要表现为两种时空结构显著不同的共变模态,即年际的ENSO模态和准20a时间尺度的年代际北太平洋模态．二者在空间结构上具有明显差异．对于年际ENSO模态,海洋异常表现为典型的ENSO型SST异常分布．其主信号在热带中东太平洋,次信号在北太平洋,两者变化位相相反;大气异常主要为PNA型波列,局限于太平洋一北美地区,具有局域性特征,对于年代际北太平洋模态,SST异常则主要限于中纬度北太平洋地区,表现为北太平洋中西部与北美西岸SST异常呈反相变化;大气异常则表现为整个中纬度西风带上纬向波列分布,具有纬向全球性特征,即不仅与PNA遥相关型联系,而且与太平洋上游的欧亚大气环流异常也有密切关系,当中纬度北太平洋异常冷时,则中纬度大气整个定常槽脊系统加强,反之,则减弱．进一步对大西洋分析表明,年代际北太平洋模态的产生很有可能与“两个海洋与一个大气”的耦合相互作用机制有关．     

欧亚积雪深度的时空分布特征分析

利用EOF分析、连续小波分析分别对欧亚大陆1979—2009年共30年秋冬季和春夏季积雪深度变化的时空分布特征进行了研究.结果表明:①对欧亚积雪深度进行EOF分析发现,1990年代前(后),秋冬季、春夏季欧亚大部分区域积雪深度呈现一致异常偏浅(深)的分布,且从高纬度到低纬度强度逐渐减弱;②积雪深度在1979―2009年表现出明显的年际和年代际变化特征,且具有显著的上升趋势;③小波分析发现欧亚秋冬、春夏季积雪深度均在20世纪80年代中期为准2 a的振荡周期,而在80年代后期到90年代初期为准5 a的振荡周期.不同的是整个90年代,春夏季积雪深度还存在准8 a的振荡周期.相比于秋冬季,春夏季欧亚积雪深度的时空分布更加复杂.     

东北森林地区地表水水质指标主成分分析

用主成分分析的方法研究了东北森林地区一级支流地表水水质指标,从原始数据出发,提取了占总方差近60%的两个主成分,并对此做出了合理的解释：第一主成分主要是由水体中的酸度变化引起的;第二主成分主要体现了水流梯度或该地区土壤类型或深度的变化.从两主成分得分图中分析了水质特征.     

北半球温带反气旋的气候统计特征

利用美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)/美国国家大气研究中心(National Center for Atmospheric Research,NCAR)再分析资料,采用判定和追踪反气旋的客观方法统计分析了1948～2016年北半球冬季温带反气旋活动特征。研究发现,北半球温带反气旋主要活动在中东部的北太平洋、东北大西洋、北美的沿落基山脉东部和美国东部、欧亚的环地中海、伊朗高原、青藏高原以北且贝加尔湖以南地区。海洋上、北美洲和环地中海地区上的反气旋夏季频数最高,而伊朗高原、青藏高原以北且贝湖以南的反气旋均冬季最多。海洋上的反气旋生成区域分布较分散,且主要向偏东方向移动、发展,且具有季节变化。相比于海洋,大陆上反气旋生成的纬度较低,主要向东南方移动、发展。北美大陆上的反气旋夏季生成的较多,冬季移动范围较广。北半球反气旋年平均过程数呈缓慢上升趋势。夏季过程数最多,且从1970年开始呈上升趋势。欧亚地区的反气旋过程数最多,其次太平洋,大西洋最少,但是同一个区域的四季相差较小。反气旋的中心气压大值区的形态和高频区的分布形态相似,且中心气压有明显的季节变化。四季中冬季反气旋最强。秋冬季节是欧亚地区的反气旋最强,大西洋的最弱。春夏季大西洋的反气旋最强,欧亚地区的最弱。四季均是欧亚地区的反气旋的平均纬度较低,且冬季最低。北美地区的反气旋除秋季均是移动纬度范围最大的。反气旋数随生命史的变长而急剧下降,90%左右的反气旋的生命史在4 d内,四季均是大洋上的反气旋生命史较大陆上的长。     

西南秋季降水及其影响要素的气候变化特征

利用西南片区1960—2009年50个气象站的逐日降水和NCEP/NCAR再分析资料,采用谐波分析、双谐样条插值和相关分析等方法,分析该地区近50a秋季降水及其影响因素的气候变化特征.分析结果表明:西南片区秋季降水量呈现减少的趋势,其中降水的年际变化占主要地位,2009年秋季降水量达到50a以来最小值,是线性减少趋势、年际和年代际变化共同作用的结果;各影响因素在不同层次上的气候变化及其与降水的相关性程度各不相同;西南片区秋季地面气温具有显著的增暖趋势,其序列与降水的相关性不显著;对流层中层气压500hPa的秋季温度没有增暖的趋势,与降水的相关性很好,呈显著的负相关,相关系数达到-0.34;气压600hPa的比湿具有线性减少的趋势,与降水呈正相关性,相关系数为0.30;气压700hPa的水平散度没有线性趋势变化,与降水存在显著的负相关.西南片区2009年秋季降水异常空间型与气压500hPa的温度异常偏高型、气压600hPa的比湿异常偏小型和气压700hPa水平散度异常偏强型的相似系数分别为-0.95,0.85和-0.46.该地区2009年秋季降水异常偏少是热力和动力因素共同作用的结果,但热力因素的影响大于动力因素的影响.     

青藏高原地表0cm温度的时空变化特征

利用青藏高原86个气象观测站从建站到2001年历年各月地面0cm温度资料，在分析高原冬季，夏季和平均地表温度基本气候特征的基础上，通过主成分分析、主值函数和功率谱分析等方法，对高原地表温度异常变化的空间结构和时间演变趋势作了诊断研究。结果表明：高原地表温度总体表现为海拔高度与纬度的函数，海拔越高温度越低，纬度越高温度越低；高原地表温度第一载荷向量除南部小范围的负值外大部分地方为一致的正值，即第一空间尺度表现为整体的一致性，而第二载荷向量为南正（负）北负（正），即第二空间尺度表现为南北差异；第一主分量在近30年的变化中表现为明显的上升趋势，即主要反映了高原主体偏北和东北部地区地表温度有显著升高趋势；而第二主分量的缓慢下降说明高原中部和东南部地表温度呈减小趋势。代表站温度变化表现出7～9年的周期震荡。     

Lag influences of winter circulation conditions in the tropical western Pacific on South Asian summer monsoon

<正>By means of monthly mean NCEP/NCAR data analyses, this note investigates the lag influences of winter circulation conditions in the tropical western Pacific on South Asian summer monsoon through the methods of composite, correlation and statistical confident test. The results indicate clearly that winter climate variations in the equatorial western Pacific would produce significant influences on the following South Asian summer monsoon, and with the lapse of time the lag influences show clearly moving northward and extending westward features. When winter positive (negative) sea level pressure anomalies occupy the equatorial western Pacific, there is an anticyclonic (cyclonic) circulation anomaly appearing in the northwestern Pacific. With the lapse of time, the anticyclonic (cyclonic) circulation anomaly gradually moves to northeast, and its axis in the west-east directions also stretches, therefore, easterly (westerly) anomalies in the south part of the anticyclonic (cyclonic) circulation anomaly continuously expand westward to the peninsula of India. Undoubtedly, the South Asian summer monsoon is weak (strong).     

Response of the East Asian climate system to water and heat changes of global frozen soil using NCAR CAM model

Under the condition of land-atmosphere heat and water conservation, a set of sensitive numerical experiments are set up to investigate the response of the East Asian climate system to global frozen soil change. This is done by introducing the supercooled soil water process into the Community Land Model (CLM3.0), which has been coupled to the National Center of Atmospheric Research Community Atmosphere Model (CAM3.1). Results show that:(1) The ratio between soil ice and soil water in CLM3.0 is clearly changed by the supercooled soil water process. Ground surface temperature and soil temperature are also affected. (2) The Eurasian (including East Asian) climate system is sensitive to changes of heat and water in frozen soil regions. In January, the Aleutian low sea level pressure circulation is strengthened, Ural blocking high at 500 hPa weakened, and East Asian trough weakened. In July, sea level pressure over the Aleutian Islands region is significantly reduced; there are negative anomalies of 500 hPa geopotential height over the East Asian mainland, and positive anomalies over the East Asian ocean. (3) In January, the southerly component of the 850 hPa wind field over East Asia increases, indicating a weakened winter monsoon. In July, cyclonic anomalies appear on the East Asian mainland while there are anticyclonic anomalies over the ocean, reflective of a strengthened east coast summer monsoon. (4) Summer rainfall in East Asia changed significantly, including substantial precipitation increase on the southern Qinghai-Tibet Plateau, central Yangtze River Basin, and northeast China. Summer rainfall significantly decreased in south China and Hainan Island, but slightly decreased in central and north China. Further analysis showed considerable upper air motion along ~30°N latitude, with substantial descent of air at its north and south sides. Warm and humid air from the Northeast Pacific converged with cold air from northern land areas, representing the main cause of the precipitation anomalies.     

南海夏季风强弱年东亚地表热力异常特征的合成研究

 利用NCAR/NCEP1948年1月-2002年12月共55 a 660个月的地表感热通量和地表潜热通量以及其它气象场的月平均再分析资料,计算了期间5-6月平均的南海夏季风湿位涡强度指数。由标准化的湿位涡强度指数距平的年际变化曲线,选择距平值大于0.5的年份为季风爆发的强年,距平值小于-0.5的年份为季风爆发的弱年,对强、弱年东亚及其周边地区的地表潜热通量（LHF）距平、地表感热通量（SHF）距平以及海平面气压（SLP）距平的分布特征进行了合成分析。结果表明,在南海夏季风爆发强年和弱年,其前期冬春季的地表潜热通量、感热通量以及海平面气压场的距平分布有很大不同,前冬的差别更为明显。冬季,LHF和SHF在强、弱年的主要差异在海洋上和近海地区,尤其是西太平洋沿岸,合成距平呈现沿海岸线的东北-西南向的带状分布,强年沿岸为正距平,弱年为负距平。LHF和SHF标准化距平叠加之和有同样的区域分布特征。这种强、弱年的距平分布差异,与低层风场在强、弱年的不同有密切关系,强年东亚冬季风偏强,弱年则反之。强、弱年SLP在前冬的距平差异,验证了上述结论。     

Interdecadal shift in the western North Pacific Summer SST anomaly in the late 1980s

An interdecadal shift in summer (June―August) sea surface temperature (SST) variations during the period of 1968―2002 was identified in the late 1980s, which is characterized by a phase alternating from negative to positive phases of the leading mode of the empirical orthogonal function (EOF) analysis of the summer monthly mean SST in the Pacific domain 100°―180°E and 0°―40°N, accounting for 30.5% of the total variance. During the period of 1968―1987, the leading mode with a mean negative phase state (mean standard deviation = ?0.586) controlled SST variability in the western North Pacific. Correspondingly, negative SST anomalies occupied the western North Pacific south of Japan and Chinese marginal seas. During the period of 1988―2002, the leading mode shifted to its strong positive polarity (mean standard deviation = 0.781), thus positive SST anomalies appeared in the western North Pacific. Accompanied by the interdecadal shift in summer mean SST, summer mean rainfall increased in southern and southeastern China during the late period, particularly in southeastern China where increase in summer mean rainfall exceeded 40 mm, at the 0.05 significance level.     

The spring soil moisture and the summer rainfall in eastern China

The relation between the soil moisture in spring and the rainfall in summer in eastern China is investi- gated. Results show that the summer rainfall in eastern China is closely related to the spring soil moisture in the area from North China to the lower reaches of Yangtze River (NCYR). When spring soil moisture anomalies over NCYR are positive, the summer precipitation exhibits positive anomalies in Northeast China and the lower reaches of Yangtze River, and negative anomalies in southern China and North China. The higher soil moisture over NCYR cools land surface and reduces the land-sea tem- perature gradient, which weakens East Asian summer monsoon. The western Pacific Subtropical High (WPSH) is located to the south and shifts westward, resulting in more rainfall in the lower reaches of Yangtze River and less in southern China and North China.     

Arctic dipole anomaly and summer rainfall in Northeast China

A dipole structure anomaly in summer Arctic atmospheric variability is identified in this study, which is characterized by the second mode of empirical orthogonal function （EOF） analysis of summer monthly mean sea level pressure （SLP） north of 70°N, accounting for 12.94% of the variance. The dipole anomaly shows a quasi-barotropic structure with opposite anomalous centers over the Canadian Arctic and the Beaufort Sea and between the Kara Sea and the Laptev Sea. The dipole anomaly reflects alternating variations in location of the polar vortex between the western and eastern Arctic regions. The positive phase of the dipole anomaly corresponds to the center of the polar vortex over the western Arctic, leading to an increase in summer mean rainfall in Northeast China. The dipole anomaly has a predominant 6-year periodicity, and shows interdecadal variations in recent decades.     

Multivariate Statistical Process Monitoring Using Robust Nonlinear Principal Component Analysis

The principal component analysis （PCA） algorithm is widely applied in a diverse range of fields for performance assessment, fault detection, and diagnosis. However, in the presence of noise and gross errors, the nonlinear PCA （NLPCA） using autoassociative bottle-neck neural networks is so sensitive that the obtained model differs significantly from the underlying system. In this paper, a robust version of NLPCA is introduced by replacing the generally used error criterion mean squared error with a mean log squared error. This is followed by a concise analysis of the corresponding training method. A novel multivariate statistical process monitoring （MSPM） scheme incorporating the proposed robust NLPCA technique is then investigated and its efficiency is assessed through application to an industrial fluidized catalytic cracking plant. The results demonstrate that, compared with NLPCA, the proposed approach can effectively reduce the number of false alarms and is, hence, expected to better monitor real-world processes.     

东亚夏季风异常的研究

本文运用经验正交函数分析方法,对10～65°N,90°E～175°W范围内近30年逐年7月和8月平均海平面气压场进行了分析研究.结果表明,第一、第三特征向量与东亚季风异常有关,第二特征向量与西风环流异常有关.讨论了东亚季风异常与大气环流的关系,以及季风异常对华北东部地区降水时空分布的影响.     

夏秋季中街山列岛养殖海域营养盐水平及有机污染状况评价

根据2009年8月和10月夏、秋季节中街山养殖区调查数据,对该海域的营养盐水平及有机污染现状进行了分析评价。结果表明：中街山列岛养殖区无机氮夏季含量较高,16.7%的站位超四类水质标准,秋季明显下降,符合二类水质标准。活性磷酸盐含量夏、秋季无明显差异,而硅酸盐秋季较夏季明显升高。磷酸盐为该海域的限制因素,夏季尤为明显。该海域已呈富营养化状态,有机污染也已达到轻度污染水平,且夏季高于秋季。     

西太平洋海温和北极海冰异常对大气环流的影响

利用九层菱形截断１５波的全球大气环流谱模式,对赤道西太平洋海表温度,北极海冰及综合异常精形在北半球夏季大气环流中的作用进行了一系列数值试验和分析。结果表明：赤道西太平洋海表温度的异常变化与北极海冰面呼焦异均可显著影响大气环流,但海冰异常对低纬大气环流的影响远小于西太平洋的海温异常的影响。对全球大气环流异常形成机制的讨论,表二维Ｒｏｓｓｂｙ波开的传播及外强迫引起的大气内部动力学过程虽夏季大气环流异常