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厦门大学学报（自然科学版） 2021年第5期60卷 927-936页

作者：林琪凡耿旭朴谢婷胡利平北京大学物理学院北京100871 厦门大学海洋与地球学院近海海洋环境科学国家重点实验室福建厦门361102 北京环境特性研究所电磁散射重点实验室北京100854

西太平洋暖池是热带太平洋西部由海表温度28℃等温线所划定的海域,也是热带太平洋海洋和大气之间大尺度变化现象——厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的重要组成部分.采用暖池面积、暖池强度、暖池质心纬度和暖池质心经度4个指数来表征暖池大小... 详细信息

西太平洋暖池是热带太平洋西部由海表温度28℃等温线所划定的海域,也是热带太平洋海洋和大气之间大尺度变化现象——厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的重要组成部分.采用暖池面积、暖池强度、暖池质心纬度和暖池质心经度4个指数来表征暖池大小和位置,在此基础上构建了长短期记忆(LSTM)神经网络模型,通过优化序列长度、学习率和迭代次数3个超参数,对未来10年暖池面积、强度和质心位置的变化进行预测.经巴特沃斯滤波器平滑后发现,暖池各指数低频变化与多变量ENSO指数(MEI)之间存在相关关系,使用预测结果对2019—2028年ENSO事件的发生做出判断,演示了该模型的合理性.预测结果认为2019年底—2020年会出现厄尔尼诺现象,与现实中2019年底发生的厄尔尼诺现象相吻合.

关键词：西太平洋暖池长短期记忆神经网络时间序列预测厄尔尼诺-南方涛动

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近代滇西北历史气候重建--基于树轮和历史文献资料

近代滇西北历史气候重建--基于树轮和历史文献资料

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作者：赵凡中国科学院大学

学位级别：博士

当今气候变化严重影响着自然界的生态平衡以及人类社会的生产生活。如何更好地了解气候变化的趋势有着极其重要的意义。但由于器测气象数据年限较短，使得模型模拟的未来气候变化存在极大的不确定性。因此需要重建的历史气候和古气候作... 详细信息

当今气候变化严重影响着自然界的生态平衡以及人类社会的生产生活。如何更好地了解气候变化的趋势有着极其重要的意义。但由于器测气象数据年限较短，使得模型模拟的未来气候变化存在极大的不确定性。因此需要重建的历史气候和古气候作为长时间尺度的佐证，从而提高未来气候变化预测的准确性。重建过去的气候变化需要载有气候信息的代用指标，比如黄土、湖泊沉积、冰芯、石笋、树轮、历史文献等。不同的代用指标有着不同的特点，所反映的时间尺度和分辨率也有所差异。其中树木年轮与历史文献的时间分辨率均可达到年，且记录的时间长度多为数百年，因此二者能够有机的结合起来。滇西北地区地处青藏高原东南缘，属于横断山脉纵谷区，低纬度与高海拔的结合，使其成为了生物多样性热点地区之一，同时也是气候变化的敏感区域之一。因此，本研究基于树木年轮宽度和稳定性氧同位素(δ18O)，结合历史文献重建了滇西北地区过去200多年的历史气候，并分析了该地区历史气候的变化特征，探讨了可能的影响机制。主要得到以下结论:　　(1)大理苍山冷杉(Abies delavayi Franch)和怒江姚家坪云南铁杉(Tsuga dumosa(***)Eichler)的树轮宽度对气候敏感性均较低，仅9、10月的相对湿度以及9月份的降水与大理苍山树轮宽度显著负相关（r=-0.37，r=-0.41，r=-0.36，P＜0.05），4月份的相对湿度与怒江姚家坪树轮宽度显著正相关(r=0.32，P＜0.05)。比较而言，两地的树轮δ18O对气候敏感性都比较高，且该区域的树轮δ18O主要受到相对湿度的影响，其中大理苍山冷杉的树轮δ18O与春季(3-5月)相对湿度的相关性最高（r=-0.59，P＜0.05），怒江云南铁杉的树轮δ18O与10月相对湿度的相关性最高(r=-0.54，P＜0.05)。在大尺度季风环流方面，两个采样点的树轮δ18O均与南亚季风显著负相关，与厄尔尼诺-南方涛动(ElNi(n)o-Southern Oscillation)指数NINO3.4显著正相关。　　(2)基于大理苍山冷杉树轮δ18O重建了过去205年的春季相对湿度。基于怒江姚家坪云南铁杉树轮δ18O重建了过去291年的10月相对湿度。两个采样点的重建结果显示，主要的干旱时段为:1770-1800年、1810-1835年、1900-1940年以及1970-2014年。并且其干湿变化的特征与基于树轮δ18O重建的藏东南降水和东南亚帕尔默干旱指数(Palmer Drought Severity Index)变化存在着一致性。此外，滇西北地区近几十年的干旱化也与中国的大部分地区相类似。从本研究的变化趋势看，滇西北地区未来十几年的气候可能继续呈现干旱化的趋势。　　(3)利用历史文献建立了明清时期云南省和滇西北地区的旱涝指数序列。其结果与树轮δ18O重建的相对湿度所反映的干旱事件有所对应。并且分析了历史文献记录的旱涝灾害的时空变化特征，得出整个明清时期云南省水灾多于旱灾。在时间尺度上，清朝的水旱灾害多于明朝。在空间尺度上，云南省的水旱灾害多集中在滇中、滇东和滇西北地区，其中水灾分布较均匀，旱灾则主要集中在滇中地区。　　(4)滇西北地区的干湿变化受到大尺度的季风环流的影响。其中厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)在一定程度上影响了滇西北地区的干湿变化。一方面厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)发生时，印度低压会下降，从而导致南亚季风强度减弱，使得主要受南亚季风控制的滇西北地区降水减少。另一方面人类活动导致的气溶胶浓度的升高也是南亚季风减弱的因素之一。

关键词：历史气候树木年轮宽度稳定性氧同位素相对湿度南亚季风厄尔尼诺-南方涛动干湿变化

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赤道太平洋季节海面高变化及与ENSO指数的关系

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海洋测绘 2023年第2期43卷 50-54页

作者：李雨青暴景阳武汉大学测绘学院湖北武汉430070

为了探寻海面高的长期趋势变化、季节变化与厄尔尼诺南方涛动(ENSO)现象的关系,对赤道太平洋区域验潮站数据,利用设计的滑动窗口,开展调和分析,得到时变的平均海面项以及Sa、Ssa长周期分潮项,利用Doodson滤波及二次拟合滤波的融合方法,... 详细信息

为了探寻海面高的长期趋势变化、季节变化与厄尔尼诺南方涛动(ENSO)现象的关系,对赤道太平洋区域验潮站数据,利用设计的滑动窗口,开展调和分析,得到时变的平均海面项以及Sa、Ssa长周期分潮项,利用Doodson滤波及二次拟合滤波的融合方法,得到多年的月均海面年变化过程以及年较差,利用MK突变分析法判定海面高变化突变时间点。分析结果表明:海面高变化速率的突变与ENSO存在关联关系;气象分潮Sa和Ssa与ENSO具有一定的相关性;以上关联特征在不同地理环境下存在差别。本文发现的不同时间尺度的海面高变化与ENSO指数的关系一定程度上能够辅助判断ENSO的特征规律,有助于对ENSO开展进一步的研究和预测。

关键词：平均海面变化长周期分潮潮汐调和分析 Doodson滤波 MK突变分析厄尔尼诺-南方涛动

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气候变化背景下广东省霾污染的变化特征及影响因素研究

气候变化背景下广东省霾污染的变化特征及影响因素研究

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作者：莫慧偲暨南大学

学位级别：硕士

随着中国经济发展和城市化进程的不断加快,伴随而来的空气污染已成为社会和各级政府亟待解决的关键问题。其中,霾污染事件会直接导致区域环境空气质量下降,造成针对生态系统的恶劣影响,甚至威胁人类健康及生命财产安全。广东,作为中国... 详细信息

随着中国经济发展和城市化进程的不断加快,伴随而来的空气污染已成为社会和各级政府亟待解决的关键问题。其中,霾污染事件会直接导致区域环境空气质量下降,造成针对生态系统的恶劣影响,甚至威胁人类健康及生命财产安全。广东,作为中国的经济强省,曾经历大规模的区域工业化和城市化,目前在其人口密度不断扩大的同时也正面临着空气质量日益恶化的挑战。本文讨论了广东霾污染与气象气候因子之间的关系,并定量其对广东霾污染的贡献;其次,分析了厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和印度洋偶极子(IOD)的联合作用对广东霾污染的影响,本研究主要结论如下:(1)1973-2018年广东年平均能见度总体呈下降趋势;1973年至2007能见度持续下降,自2007年后能见度开始回升。从季节尺度上看,广东能见度峰值出现在夏季,其后依次是秋季、春季和冬季,其与大气稳定指数的季节变化特征一致。冬季霾日的平均相对湿度明显高于清洁日的相对湿度,而冬季清洁日的风速则大于霾日的风速。(2)大气污染物排放趋势并不能完全解释广东霾污染的变化趋势,利用“最优逐步线性回归”方法,可得出气象气候因子对PM2.5浓度贡献约为14%。全球暖化和大气污染物排放是霾日长期趋势的重要驱动因素;而在年际时间尺度上,ENSO和IOD则起到关键作用。(3)正相位IOD(pIOD)和El Ni?o同时发生年份与PM2.5异常偏低年份相吻合,当两者共同发生时,西北太平洋西北侧出现异常反气旋,导致异常上升气流,主导风向为西南风,相对湿度增大,其促进丰沛的水汽向广东地区输送,湿沉降作用增强,减缓广东霾污染。(4)基于CART算法和决策树回归模型识别出影响广东冬季PM2.5浓度的气候因子,并证实广东PM2.5浓度受到排放、东太平洋/北太平洋涛动、ENSO、北大西洋涛动、东大西洋、东大西洋-西俄罗斯遥相关型、西太平洋、北极海冰、IOD和太平洋年代际变率气候因子共同影响。于广东地区而言,预测模型性能的理想程度从好到差分别为:CART决策树回归>随机森林>多元线性回归。

关键词：霾污染厄尔尼诺-南方涛动印度洋偶极子气象要素气候变化

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新对流层模型的构建及ENSO下ZWD的变化研究

新对流层模型的构建及ENSO下ZWD的变化研究

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作者：孙浪浪武汉大学

学位级别：硕士

电磁波信号穿过对流层时会产生延迟现象,其可以表示为天顶方向上的延迟值和投影函数,因此对于相关的研究及建模,目前主要聚焦于天顶方向,且已成功建立了大量的经验模型。然而这些模型所采用的基函数大多是事先给定的,因此本文尝试利用... 详细信息

电磁波信号穿过对流层时会产生延迟现象,其可以表示为天顶方向上的延迟值和投影函数,因此对于相关的研究及建模,目前主要聚焦于天顶方向,且已成功建立了大量的经验模型。然而这些模型所采用的基函数大多是事先给定的,因此本文尝试利用天顶对流层延迟数据集自身的特性构建一种新的经验模型。另一方面,2015年以来全球发生了一次超强厄尔尼诺(EINinno)事件,进而造成了全球气候的紊乱,而天顶湿延迟(ZWD)和气象参数密切相关,且对于厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)下相关气象参数的研究主要从大气可降水(PWV)角度出发,很少注意到ZWD,因此本文尝试从这一角度出发,研究ENSO事件下相关ZWD的变化。本文主要工作如下:(1)基于GGOS Atmosphere发布的2012年至2015年天顶对流层延迟产品和经验正交函数(EOF)分解方法构建了一种新的对流层延迟经验模型GEOFT。实验结果表明:该模型与参与模型构建数据的相关系数超过了 0.99;与2016年GGOS Atmosphere、IGS和COSMIC提供的产品相比,其bias和RMS分别为-0.3和3.9厘米、-0.8和4.1厘米、2.5和5.7厘米。虽然该模型的整体精度略差于GPT2w模型,但是它的时间复杂度优于GPT2w模型,计算全年的COSMIC对流层延迟数据,GPT2w模型所花费的时间是GEOFT模型的20倍左右。(2)利用IGRA提供的无线电探空站数据和IGS提供的对流层延迟产品与Saastamoninen模型对2016年GGOS ZWD全球格网产品精度进行了评定。结果表明:与这两种数据源相比,其bias和RMS分别为-0.88和1.77厘米、-0.55和1.70厘米。同时,对该产品随纬度、经度、高度和年积日的变化特征进行了分析,发现中高纬度地区的精度明显优于低纬度地区,春东季的精度明显优于夏秋季,存在较强的季节性差异,而与经度和高度的关系并不明显。(3)分析了 ENSO事件下ZWD的变化特征,为了形成对比,加入了 PWV和近地表温度这两种产品。首先利用EOF分解方法分析了这三种产品的全球变化特征,我们发现:ENSO事件对ZWD和PWV第二特征向量场的影响主要集中在低纬度地区;会引起近地表温度第二特征向量场的反转。之后,利用去趋势、滑动平均获得的时间序列分析了这三种产品的区域变化特征,发现当厄尔尼诺发生时,太平洋和中亚地区的ZWD和PWV会急剧上升。至于近地表温度,文中使用的这种方法来探测陆地变化效果并不明显,然而当厄尔尼诺发生时,印度洋和太平洋地区的值明显高于正常水平,海表温度异常会引起气温的异常,进而引起全球气候的变化。

关键词：经验正交函数天顶湿延迟大气可降水近地表温度厄尔尼诺-南方涛动

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70万年来西太平洋暖池北缘上层水体结构演化

70万年来西太平洋暖池北缘上层水体结构演化

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作者：贾奇中国科学院研究生院(海洋研究所)

学位级别：硕士

本论文以西太平洋暖池北部边缘的MD06-3047B孔为研究材料,该柱状样由中法合作执行的Marco Polo 2 IMAGES XIV航次取得,该孔位于吕宋岛东部的西菲律宾海本哈姆高原,位于17°00.44’N,124°47.93’E,柱长8.9 m,水深2510 m。本次... 详细信息

本论文以西太平洋暖池北部边缘的MD06-3047B孔为研究材料,该柱状样由中法合作执行的Marco Polo 2 IMAGES XIV航次取得,该孔位于吕宋岛东部的西菲律宾海本哈姆高原,位于17°00.44’N,124°47.93’E,柱长8.9 m,水深2510 m。本次研究利用该柱状样来研究西太平洋暖池北部边缘过去70万年来的古海洋学变化。通过将底栖种***的δ18O与大洋底栖有孔虫标准曲线LR04曲线进行对比,并以约出现在距今12万年的粉红色***末现面为参照点建立MD06-3047B孔的年龄模式。结果显示MD06-3047B孔共包括17个氧同位素期次,约70万年。除了***的δ18O记录在MIS14-13期冰期间冰期变化特征相对不明显,底栖种***、次表层种***与表层种***的δ18O记录整体上具有明显的冰期间冰期变化特征。底栖有孔虫***的碳同位素也具有较为明显的冰期间冰期变化特征,冰期时偏轻,间冰期时偏重;***的碳同位素变化特征为冰期时逐渐变重,间冰期时逐渐变轻,***的碳同位素表现为冰期时逐渐变轻,间冰期时逐渐变重。在冰期终止期Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ期,***的δ13C表现出明显的负偏,而在MIS13期和MIS3期左右,***的δ13C表现出明显的正偏。MD06-3047B孔次表层种***与表层种***δ18O的差值反映的温跃层变化具有冰期逐渐变浅,间冰期逐渐变深的特点。表层种***与次表层种***的碳同位素记录,以及底栖种***和表层种***的碳同位差值反演的研究区古生产力变化特征为冰期时升高,间冰期时降低。结合MD06-3047B孔的差值结果与西太平洋暖池核心区ODP805站位和赤道东太平洋ODP847站位的差值对比结果,得出热带太平洋在过去70万年来存在类ENSO式的变化特征,冰期时为偏类厄尔尼诺状态,间冰期时为偏类拉尼娜状态,冰消期时为典型的类厄尔尼诺状态。在冰期终止期Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ期,次表层种***的碳同位素记录存在极小值事件,说明在这几个冰期终止期来自南极的低δ13C海水到达了西太平洋暖池北部边缘地区。浮游有孔虫Mg/Ca反演的表层水和次表层水的温度,整体趋势上存在冰期间冰期的变化,冰期间冰期温度的变化范围最大达到6℃。

关键词：西太平洋暖池南极中层水温跃层生产力厄尔尼诺-南方涛动

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基于深度学习的ENSO现象预测

基于深度学习的ENSO现象预测

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作者：李河兰州理工大学

学位级别：硕士

厄尔尼诺-南方涛动(El Ni(?)o-Southern Oscillation,ENSO)现象是热带太平洋地区海表面温度异常变暖或变冷的现象,是年际尺度上最强的海气耦合信号,ENSO现象不仅能够改变热带太平洋地区的海洋状态和大气环流,也能通过遥相关间接影响全... 详细信息

厄尔尼诺-南方涛动(El Ni(?)o-Southern Oscillation,ENSO)现象是热带太平洋地区海表面温度异常变暖或变冷的现象,是年际尺度上最强的海气耦合信号,ENSO现象不仅能够改变热带太平洋地区的海洋状态和大气环流,也能通过遥相关间接影响全球气候,甚至会引发洪水、冰雹、暴风雪、干旱、高温等极端天气。因此,准确预测ENSO现象并提前采取有效的防范措施,能够减少灾害带来的损失。对ENSO现象的预测研究主要有包含动力学和统计学的传统方法以及基于深度学习的现代方法。大量研究表明,传统方法虽然能够实现对ENSO现象的预测,但难以实现提前一年的预测并且忽略了季节的差异性。随着深度学习技术的快速崛起,涌现了大量基于深度学习的ENSO现象预测方法并展现了比传统方法更好的预测效果,但是由于ENSO现象的复杂与多样性,现有的深度学习方法仍存在语义鸿沟、缺少全局特征、特征提取时存在冗余特征以及对气象数据的时空特征利用不充分等问题。因此,本文通过改进深度学习方法对ENSO现象进行预测研究,主要研究内容如下: (1)针对ENSO现象预测过程中缺少全局特征以及特征融合时存在语义鸿沟的问题,本文通过集成图卷积神经网络(Graph Convolutional Network,GCN)和Transformer网络设计了GCN-Transformer(GCNTR)模型。GCNTR模型以图为新的研究视角,利用GCN网络的图特征提取能力和Transformer网络的全局特征聚焦能力,并引入特征融合门控机制对经过Transformer编码的动态特征与GCN网络提取的静态特征进行融合,有效缓解了全局特征的缺少问题以及特征融合时存在的语义鸿沟问题。实验结果表明,GCNTR模型的性能优于其他深度学习模型,提高了ENSO现象预测的准确性。 (2)针对卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)在特征提取时存在冗余特征,使得主要特征难以表达和增加计算成本的问题,本文通过空间和通道重建策略并结合长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)设计了SCConv-LSTM模型。模型采用空间和通道重建卷积(Spatial and Channel Reconstruction Convolution,SCConv)作为新的特征提取器,SCConv模块由空间重建单元(Spatial Reconstruction Unit,SRU)和通道重建单元(Channel Reconstruction Unit,CRU)组成,通过两个单元的顺序连接与协调运作,减少了输入特征中空间维度和通道维度的冗余信息,增强了用于ENSO预测的主要特征表达。此外,利用LSTM网络对复杂时间序列的处理能力,提高了对ENSO现象预测的准确性,同时降低了模型的计算成本。经过大量的实验验证,模型能够实现对ENSO现象更长提前期,更高准确率的预测。 (3)针对气象数据中时空信息利用不充分导致预测准确性下降的问题,本文设计了基于改进时空Transformer(Spatial-Temporal Transformer,ST-TR)网络模型用于ENSO现象预测。ST-TR模型中的时间Transformer块和空间Transformer块能够充分利用气象数据的时间和空间信息。同时在时间Transformer块和空间Transformer块中分别引入用于时间信息处理的时间卷积网络(Temporal Convolutional Network,TCN)和在图像分割领域展现出良好性能的U-Net网络,使得ST-TR模型能够将卷积特性与Transformer网络的远程建模能力相结合,提高模型的预测性能。模型同时利用SCConv模块减少输入特征中存在的冗余特征,增强主要特征的表示,使得模型对ENSO现象长期预测的性能进一步提升。实验结果表明,ST-TR模型能够实现对ENSO现象更加有效的预测。

关键词：厄尔尼诺-南方涛动 Transformer 图卷积神经网络长短期记忆网络 U-Net网络

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过去千年太阳辐射年代际变率对ENSO与梅雨的影响研究

过去千年太阳辐射年代际变率对ENSO与梅雨的影响研究

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作者：王鎏琳南京师范大学

学位级别：硕士

厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO）是影响全球气候的重要内部变率因子，同时，极端ENSO事件也往往会导致次年我国长江中下游地区出现异常的梅雨事件。长江中下游梅雨是该地区农业、生产生活用水重要来源之一。受... 详细信息

厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO）是影响全球气候的重要内部变率因子，同时，极端ENSO事件也往往会导致次年我国长江中下游地区出现异常的梅雨事件。长江中下游梅雨是该地区农业、生产生活用水重要来源之一。受全球气候变化的影响，异常梅雨事件频发，且梅雨成因变得复杂而难以预测，因此，有必要对不同气候条件下梅雨的形成原因进行深入的研究，以给未来梅雨预测提供参考。研究表明，太阳活动作为重要的自然外强迫因子，往往会对极端梅雨事件和ENSO产生重要影响，但基于重建和模拟数据对于过去千年，太阳辐射年代际变率对ENSO和长江中下游强梅雨事件影响的研究还比较少，因此，本研究将针对这一问题进行探讨。　　为更好地利用模拟数据分析ENSO和梅雨的变化，本研究利用GPCC和CRU的降水，ERSST海温和NOAA V2c风场等观测数据作为参考标准，针对模式模拟过去百年ENSO（以El Nino事件为例）与长江中下游梅雨（以ENSO次年梅雨为主）能力这一问题，对CMIP5和CMIP6中的模式进行了评估。结果显示大部分模式可以模拟出赤道中东太平洋海温偏高的特征，其中，CMIP5的BCC-CSM1-1、CCSM4和GISS-E2-R模式，以及CMIP6的UKESM1-0-LL、MRI-ESM2-0、HadGEM3-GC31-LL、GFDL-CM4,EC-Earth3-Veg,CNRM-ESM2-1和 CESM2模式很好地模拟出了赤道太平洋海温的空间模态、ENSO振幅以及El Nino事件发生频次，其它模式则存在暖池西伸经度偏西，以及赤道西太平洋海温偏高的情况。随后，本研究通过评估模式模拟El Nino次年长江中下游地区梅雨期降水的空间模态、降水总量以及ENSO与其次年梅雨的相关系数场空间模态这三个方面，来判断模式模拟梅雨的能力，结果显示，只有CCSM4,UKESM1-0-LL和MRI-ESM2-0三个模式可以很好地对ENSO与梅雨进行模拟。对于那些模拟ENSO能力较好，而模拟ENSO次年梅雨较差的模式，本研究通过探究各个模式模拟El Nino次年西北太平洋异常反气旋（WNPAC，又称“菲律宾海异常反气旋”）以及海温空间特征的能力，来进行简单的归因分析，结果显示这些模式大多模拟El Nino次年WNPAC空间特征，海温衰退速度以及海温空间模态的能力较差，由此看出，CMIP5和CMIP6中模式在模拟梅雨这方面还存在着一定的不稳定性。　　基于树轮、冰芯、珊瑚和沉积物等不同代用资料重建的海洋Nino指数（ONI),可以很好地再现观测时段ENSO的变化特征，具有一定的准确性。因此，我们参考前人研究结果，对过去千年划分了强太阳辐射时段和弱太阳辐射时段，进而来探究重建数据中过去千年ENSO对太阳辐射年代际变率响应的一般规律，结果显示，在重建数据中，弱太阳辐射时段El Nino 和La Nina发生频次的偏高或强度的偏强，导致ENSO变率偏高;此外，结果显示强太阳辐射时段El Nino 强度小于La Nina事件的强度，因此，在强太阳辐射时段赤道中东太平洋区域会表现出弱La Nina的特征。随后，研究利用前述评估的CMIP5和CMIP6模式中，参与PMIP3和PMIP4计划的模式模拟数据，基于重建数据，来评估在这些模式中ENSO对太阳辐射年代际变率的响应能力。然而在模拟数据中发现，ENSO对太阳辐射的响应与重建数据的结果差异较大，这可能与模式模拟ENSO对太阳辐射变化响应不敏感，以及一些模式本身模拟ENSO能力有限有关。　　相比CMIP5和CMIP6数据，通用地球系统模式千年试验集合（the Community Earth System Model Last Millennium Ensemble,CESM-LME）提供了更多套有关过去千年模拟试验的数据，且该集合中的大部分模拟数据可以模拟出与重建数据较为一致的结论，即:强太阳辐射时段，强梅雨发生频次较高。因此，本研究从1608年严重的洪涝灾害入手，根据研究需要，基于CESM-LME模拟数据，针对历史时期太阳辐射强弱对长江中下游地区强梅雨事件发生频率的影响及物理机制进行了研究。研究发现在强太阳辐射时段，重建降水数据和模式模拟数据中的强梅雨事件发生频率均显著高于弱太阳辐射时段。具体机制为在强太阳辐射时段，西太副高偏强，且中高纬的阻高偏强，这有利于南下的高纬冷空气与北上的暖湿气流在长江中下游地区持续交汇，进而形成有利于强梅雨事件发生的环流场。夏季降水总量的概率分布也显示，在强太阳辐射时段，环流场的变化导致年降水量的概率分布显著向右偏移，即强梅雨事件发生的概率增加。

关键词：梅雨事件厄尔尼诺-南方涛动太阳辐射年代际变率

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小冰期以来西太平洋暖池海温对欧亚干湿协同变化的影响

小冰期以来西太平洋暖池海温对欧亚干湿协同变化的影响

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作者：李欢欢成都信息工程大学

学位级别：硕士

基于器测资料的研究发现,西太平洋暖池(WP)作为全球海表温度(SST)最高的区域,对欧亚大陆的干湿协同变化具有重要影响。然而,小冰期(LIA,1250-1850)作为当前暖期的背景(CWP),LIA以来欧亚大陆干湿协同变化及其对WP增暖的响应仍然不清楚。... 详细信息

基于器测资料的研究发现,西太平洋暖池(WP)作为全球海表温度(SST)最高的区域,对欧亚大陆的干湿协同变化具有重要影响。然而,小冰期(LIA,1250-1850)作为当前暖期的背景(CWP),LIA以来欧亚大陆干湿协同变化及其对WP增暖的响应仍然不清楚。本文使用海温、降水和来自国际树轮库(ITRDB)的欧亚地区1625条树轮宽度记录,研究了器测时期西太平洋暖池区海表温度(WPSST)变化对欧亚降水的影响,讨论了欧亚地区的降水和树轮年表同时存在的降水偶极子型,同时用再分析资料分析了影响降水偶极子的大气环流时空变化特征。最后,利用树轮年表重建了LIA以来的降水偶极子,并通过重建资料寻找影响偶极子变化的各种可能因子。结果表明:(1)南欧、蒙古的年降水量和WPSST呈显著(p<0.1)负相关;中亚、北欧的年降水量和WPSST呈显著(p<0.1)正相关。欧洲和亚洲地区各存在一对受WPSST调控的降水偶极子。在亚洲为中亚/蒙古(CAMO)偶极子型,这个偶极子的特点是中亚的年总降水量和WPSST呈正相关,而蒙古的年总降水量和WPSST负相关。同时在欧洲地区为北欧/南欧(NESE)偶极子型,这个偶极子的特点是WPSST和北欧的降水正相关,和南欧的降水负相关。WPSST升高时,中亚、北欧降水增多,蒙古、南欧降水减少。当厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)正(负)相位事件发生时,通常伴随有WPSST降低(升高),中亚、北欧降水减少(增多)和蒙古、南欧降水增多(减少)的幅度均加大。WPSST变化越明显时,CAMO和NESE两个偶极子的强度越强。(2)从500h Pa位势高度场和风场来看,北大西洋涛动(NAO)和太平洋年代际涛动(PDO)事件是WPSST影响欧亚地区降水变化的年际信号。WPSST异常时欧洲夏、秋、冬三季大气环流变化明显,在WPSST偏高时,北欧海平面气压偏弱、700h Pa有气旋性风场异常辐合上升区,南欧海平面气压偏强、700h Pa有反气旋性风场异常辐散下沉区。中亚地区,春、夏、秋三季大气环流的差异明显,在WPSST偏高时,西太平洋的偏东北气流与印度洋的西南气流在东南亚交汇北上,在中亚与来自高纬的冷空气相遇,蒙古地区为正变压和反气旋异常环流。在ENSO发生的背景下,这些环流差异均有不同程度的增强。从水汽输送方面来看,在WPSST偏暖时,850h Pa纬向水汽通量距平在太平洋为负印度洋为正,蒙古地区为850h Pa经向水汽通量负距平,两个大洋上的充沛水汽聚集在中亚地区,蒙古水汽条件较差。在欧洲地区,有一个以(50°N,0°E)为中心的850h Pa纬向水汽通量正距平,而850h Pa经向水汽通量距平在北欧为正在南欧为负,并在ENSO事件发生时其范围和强度均增加,使得南欧的湿度输送较弱,而北欧较强。(3)在用树轮年表重建的1280-1990年的CAMO偶极子中,CAMO偶极子仅在年代际尺度上显著,显著的时期有14世纪早期、15世纪早期、17世纪中期、18世纪以及20世纪以来。小冰期以来,CAMO偶极子的强度随着太阳辐射、北半球温度的增强而增强,随着PDO的增强而减弱,然而在20世纪,CAMO的强度与太阳辐射之间的正相关性减弱。(4)在用树轮年表重建的1801-1990年NESE偶极子中,NESE偶极子在年代际尺度上更加明显,显著时期出现在19世纪30到50年代和20世纪以来。当太阳辐射增强、北半球温度升高、NAO增强时NESE偶极子强度增强。

关键词：干湿变化树轮西太平洋暖池欧亚大陆厄尔尼诺-南方涛动

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GNSS ZTD时空变化分析及在ENSO事件监测中的应用

GNSS ZTD时空变化分析及在ENSO事件监测中的应用

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作者：于腾丽天津城建大学

学位级别：硕士

旱涝、暴雪、重霾等气象灾害的频繁发生,对人类生产生活造成了严重危害,气象灾害的监测预警精度亟待实现进一步提升。水汽作为大气中变化最活跃的成分之一,对极端气候事件有着重要指示作用。ENSO事件通过影响西太平洋副热带高压等大气... 详细信息

旱涝、暴雪、重霾等气象灾害的频繁发生,对人类生产生活造成了严重危害,气象灾害的监测预警精度亟待实现进一步提升。水汽作为大气中变化最活跃的成分之一,对极端气候事件有着重要指示作用。ENSO事件通过影响西太平洋副热带高压等大气环流的变化,影响东亚季风水汽输送,间接导致中国大陆旱涝灾害的发生。利用水汽的时空变化特征来监测ENSO事件对我国气候的影响机制具有重要意义。本文将GNSS气象学应用于极端气候事件监测预警领域,探究中国大陆异常气候变化特征,为相关气象监测部门、灾害防控治理部门提供参考。本文利用经验正交函数分析法研究了中国大陆GNSS ZTD的空间分布特征,发现其存在的区域性规律与五大气候类型分布较为吻合。利用小波变换和快速傅里叶变换开展GNSS ZTD时间序列的时-频变化特征分析,发现GNSS ZTD时序变化主要受年周期、半年周期、季节性周期、1～9个月内诸多显著变化周期和日波半日波的驱动。探究了不同区域GNSS ZTD的异常序列和频域震荡特征对不同类型ENSO事件的响应规律,量化了不同区域GNSS ZTD异常对ENSO事件的响应阈值。并提出了一种优化的LSTME模型,该模型将GNSS ZTD对ENSO事件存在响应的时频特征重构项应用于ENSO事件的预测。以上方法克服了现有研究存在的区域受限、量化分析不足等问题,并实现了ENSO事件较高精度较长时效预测。主要研究结论如下:(1)各区域GNSS ZTD异常对ENSO事件的响应安全阈值分别为:热带季风区域(-1.12,1.92);亚热带季风区域(-1.12,1.61);温带季风区域(-1.19,1.62);温带大陆区域(-1.26,1.64);高原山地区域(-1.22,1.72)。当多变量ENSO指数超过该安全阈值时,中国地区GNSS ZTD异常主要受ENSO事件影响。(2)ENSO事件的发生对中国地区GNSS ZTD显著变化周期振幅存在影响,其将导致GNSS ZTD的9个月显著变化周期振幅减小,0.8～3个月内显著变化周期振幅增大。对日波和半日波也存在一定影响,但其振幅变化无显著规律。(3)将中国大陆GNSS ZTD重构序列作为辅助变量应用于ENSO事件的预测,构建LSTME模型。与传统LSTM与RBF相比有效提高了预测精度,并实现了12～24个月的预测时效。该模型具有较高的精度和实用性。

关键词：全球导航卫星系统天顶对流层延迟水汽厄尔尼诺-南方涛动快速傅里叶变换小波变换长短期记忆网络扩展

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