短期气候预测基础实习二

实习二 大气环流分型实习二 大气环流分型 一 实习目的及要求一 实习目的及要求 本实习的目的是掌握大气环流分型的基本方法 EOF 经验正交函数分解 要求熟悉EOF方法和程序的应用 用相关GRADS气象绘图系统 编写数据描述文件 以及GRADS执行程序 用图形输出空间向量场 并能正确分析结果数据 完成实 习报告 二 实习内容二 实习内容 对1948 2008年1月欧亚 20 700N 40o 140oE 500hPa位势高度场的标准化 序列进行自然正交展开 绘图主要的异常环流型环流型 输出讨论EOF分析主要 参数标 三 实习步骤三 实习步骤 1 1 实习资料 实习资料 NCEP NCAR 1948 2008年1月的500百帕月平均高度场资料 资料范围为 900S 900N 00 3600E 网格距为2 50 2 50 纬向格点数为144 经向格点数为41 资料为GRD格式 资料从南到北 自西向东排列 每月为一个记录 按年逐 月排放 2 2 实习方法实习方法 EOF功能 从一个气象场多次观测资料中识别出典型空间场型及其时间演变 规律 EOF展开就是将气象变量场分解为空间函数 V 和时间函数 T 两部分的乘 积之和 X VT 应用步骤 数据输入 主程序 资料预处理 距平或标准化处理 call TRANSF N M F AVF DF KS 计算协方差矩阵call FORMA N M MNH F A 用Jacobi方法计算协方差矩阵的特征值与特征向量 JCB mnh A S EPS 将特征值从大到小排列call ARRANG KV MNH A ER S 计算特征向量的时间系数call TCOEFF KVT KV N M MNH S F V ER 计算每个特征向量的方差贡献call OUTER KV ER 结果输出 主程序 3 3 编写程序 编写程序 1 绘制1948 2008年1月欧亚地区500hPa位势平均高度场图 实习配置的实习配置的GRADSGRADS数据描述文件 数据描述文件 dsetdset d nyclimate sh2 hgt500 grdd nyclimate sh2 hgt500 grd undefundef 9 99E 33 9 99E 33 titletitle monthlymonthly meanmean hgthgt fromfrom thethe NCEPNCEP ReanalysisReanalysis xdefxdef 144144 linearlinear 0 0000 000 2 5002 500 ydefydef 7373 linearlinear 90 000 90 000 2 5002 500 zdefzdef 1 1 levelslevels 500500 tdeftdef 732732 linearlinear jan1948jan1948 1mo1mo varsvars 1 1 hgthgt 1 1 999 999 monthlymonthly meanmean hgthgt endvarsendvars gsgs文件 文件 reinit reinit open open d nyclimate sh2 hgt500 ctl d nyclimate sh2 hgt500 ctl enable enable printprint d nyclimate sh2 have1 gmf d nyclimate sh2 have1 gmf set set levlev 500 500 set set latlat 90 90 90 90 set set lonlon 0 0 360 360 set set t t 1 1 define define have ave hgt t 0 t 732 12 have ave hgt t 0 t 732 12 d d have have print print disable disable print print 2 编写关于EOF数据处理的FORTRAN程序 dodo it 1 61it 1 61 dodo i 1 41i 1 41 dodo j 1 21j 1 21 h i j it hh i 16 j 44 1 it h i j it hh i 16 j 44 1 it enddo enddo enddoenddo enddo enddo dodo it 1 61it 1 61 dodo j 1 21j 1 21 dodo i 1 41i 1 41 f j 1 41 i it h i j it f j 1 41 i it h i j it enddo enddoenddo enddo enddoenddo 3 编写GRADS数据描述文件 dsetdset d nyclimate sh2 egvt grdd nyclimate sh2 egvt grd undefundef 9 99E 33 9 99E 33 titletitle monthlymonthly meanmean hgthgt fromfrom thethe NCEPNCEP ReanalysisReanalysis xdefxdef 4141 linearlinear 40 00040 000 2 5002 500 ydefydef 2121 linearlinear 20 00020 000 2 5002 500 zdefzdef 1 1 levelslevels 500500 tdeftdef 8 8 linearlinear jan1948jan1948 1mo1mo varsvars 1 1 egvtegvt 1 1 9999 egvtegvt endvarsendvars 4 编写GRADS的执行 gs 文件 reinit reinit open open d nyclimate sh2 egvt ctl d nyclimate sh2 egvt ctl enable enable printprint d nyclimate sh2 egvt gmf d nyclimate sh2 egvt gmf i 1i 1 while i 3 while i 3 set set t t i i d d egvt egvt draw draw titletitle NO i NO i ofof EOF EOF print print c c i i 1i i 1 endwhileendwhile disable disable print print 4 4 结果输出 结果输出 1948 20081948 2008年年1 1月月500hPa500hPa高度平均图 单位 高度平均图 单位 gpmgpm 分析 分析 上图表示的是1948 2008年1月份500hPa的高度场 从图中可以看出北半球 冬季极地地区为极地低压 而中高纬地区呈三槽三脊的形势 三槽分别位于 亚 洲东部 北美东部和欧洲东部 其中欧洲东部的槽很弱 三脊分别位于 美国阿 拉斯加地区 西欧沿岸和青藏高原东部 可以看出脊的强度比槽弱得多 在低纬 地区 可以看到除了北美和东亚大槽向南伸到较低纬度外 在地中海 东太平洋 都有比较明显的槽 而副热带高压强度小 且中心都位于海上 第一特征向量场图第一特征向量场图 第一特征向量场图第一特征向量场图 分析 分析 上图表示的是EOF的第一特征向量场 第一特征向量场表征亚洲中西部高 空脊减弱 东亚沿海高空槽加深 或者亚洲中西部高空脊发展 东亚沿海高空槽 加深 第一特征向量场的方差贡献为22 5 第二特征向量场图第二特征向量场图 第二特征向量场图第二特征向量场图 分析分析 上图表示的是EOF的第二特征向量场 第二特征向量场表征亚洲西部高空 脊发展 亚洲东部高空槽加深 或者亚洲西部高空脊及亚洲东部高空槽减弱 第 二特征向量场的方差贡献为21 1 第三特征向量场图第三特征向量场图 第三特征向量场图第三特征向量场图 分析分析 上图表示的是EOF的第三特征向量场 第三特征向量场表征欧洲西部高空 脊发展 东亚大槽北部的槽加深 南部的槽减弱 或者欧洲西部高空脊以及东亚 大槽北部的槽减弱 南部的槽加深 第三特征向量场的方差贡献为17 7 各特征向量方差贡献及累计方差贡献各特征向量方差贡献及累计方差贡献 EIGENVALUEEIGENVALUE ANDAND ANALYSISANALYSIS ERRORERROR H H LAMDALAMDA SLAMDASLAMDA PHPH SPHSPH 1 1 11844 3600011844 36000 11844 3600011844 36000 22552 22552 22552 22552 2 2 11124 5200011124 52000 22968 8800022968 88000 21181 21181 43733 43733 3 3 9327 072009327 07200 32295 9600032295 96000 17759 17759 61492 61492 分析 分析 从此表可以看出 各个特征向量的方差贡献是呈递减趋势 即第一特征向 量的方差贡献最大 此后依次递减 并且 通过前3个特征向量方差累计贡献率 来看 三者之和已经达到了61 492 说明前三个特征向量对大气环流场的作用 是非常大的 附 前三模态的时间系数图的描述文件 执行文件和图形附 前三模态的时间系数图的描述文件 执行文件和图形 dsetdset d nyclimate sh2 t grdd nyclimate sh2 t grd undefundef 9 99E 33 9 99E 33 titletitle timetime sequencesequence xdefxdef 1 1 linearlinear 4040 2 52 5 ydefydef 8 8 linearlinear 2020 2 52 5 zdefzdef 1 1 levelslevels 500500 tdeftdef 6161 linearlinear jan1948jan1948 1yr1yr varsvars 1 1 h h 1 1 9999 h h endvarsendvars reinit reinit open open d nyclimate sh2 t ctl d nyclimate sh2 t ctl enable enable printprint d nyclimate sh2 t1 gmf d nyclimate sh2 t1 gmf set set t t 1 1 61 61 i 1i 1 while i 8 while i 8 set set y y i i d d h h draw draw titletitle time i time i coefficient coefficient print print c c i i 1i i 1 endwhileendwhile disable disable print print 第一特征向量的时间系数图第一特征向量的时间系数图 第二特征向量的时间系数图第二特征向量的时间系数图 第三特征向量的时间系数图第三特征向量的时间系数图 分析 分析 由于第一特征向量的方差贡献最大 因此其对应的时间系数图也更准确 从第一张图中可以看出 1956 1968 1969 1974和1977年这些年份属于典型场 说明当年的高空形势场的槽脊强度有很大的变化 造成大气环流场的异常 四 结果讨论四 结果讨论 从上述图表和相关分析中可以得出 1948