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半遮蔽型海滩剖面长期时空演化过程的经验正交函数分析

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海洋与湖沼 2021年第4期52卷 834-845页

作者：梁伟强王永红中国海洋大学海洋地球科学学院海底科学与探测技术教育部重点实验室青岛266100

半遮蔽型海滩由于一侧海岬的差异作用而影响海滩的演变过程。本文以青岛石老人海水浴场海滩为例,基于对3条典型剖面连续11年现场监测的高程数据,利用经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分析方法将该海滩各剖面高程数据组... 详细信息

半遮蔽型海滩由于一侧海岬的差异作用而影响海滩的演变过程。本文以青岛石老人海水浴场海滩为例,基于对3条典型剖面连续11年现场监测的高程数据,利用经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分析方法将该海滩各剖面高程数据组成的原始距平矩阵依次分解为相应的空间和时间特征函数,分析了石老人海滩的形态演化特征、蚀淤趋势及驱动因素,并采用方差总占比超过77%的前3个经验正交函数来反映此类海滩的基本演化情况,分别为:表征长时间尺度砂质海滩滩面最主要蚀淤变化趋势的第一模态、表征季节性蚀淤变化及其引起的滩肩剖面形成增长或削弱消亡的第二模态和表征人类活动、偶发因素或海岸地形等引起的具有随机性的不规律蚀淤变化的第三模态。结果表明:11年来石老人海滩经历了三个阶段,第一阶段为平稳期(2009年1月—2011年7月),第二阶段为突变期(2011年7月—2012年9月),该阶段之后至今,是第三阶段的平稳期(2012年9月—2019年12月)。海滩剖面在自然和人类活动影响下的高程变化范围在0.1—2.0 m范围内。波浪是影响该海滩形态演化的最主要水动力因素,岬角对半遮蔽型海滩的差异庇护作用导致不同位置的剖面演化存在差异。高频率台风的影响、海平面阶段性升高并长期保持较高水平导致了远离岬角的开放岸段存在明显阶段性调整,剖面滩肩宽度减少约30 m,岬湾内部剖面则相对稳定,目前海滩剖面形态在第二阶段突变期后达到了新的稳定状态。

关键词：石老人砂质海滩海岸蚀淤时空演化半遮蔽型海滩经验正交函数

基于经验正交函数的南大西洋异常区电离层TEC时空变化分析

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基于经验正交函数的南大西洋异常区电离层TEC时空变化分析

作者：余静南京信息工程大学

学位级别：硕士

电离层中存在着大量的自由电子,可以改变无线电的传播,因而对导航定位、无线电通讯、航空航天有着重要的影响。电离层总电子含量(Total electron content,TEC)是电离层重要特征参数之一,对其进行时空特征分析是电离层领域探讨的热门话... 详细信息

电离层中存在着大量的自由电子,可以改变无线电的传播,因而对导航定位、无线电通讯、航空航天有着重要的影响。电离层总电子含量(Total electron content,TEC)是电离层重要特征参数之一,对其进行时空特征分析是电离层领域探讨的热门话题。同时,南大西洋异常区(South Atlantic Anomaly,SAA)因磁场比相同纬度地区弱30%到50%而表现出了许多不同特征,是航天航空任务和地球科学研究中关心的一个热点区域。为了增加对电离层的了解和规避电离层产生的不利影响,研究不同太阳活动条件下SAA区域电离层TEC的时空变化规律显得至关重要。本文采用美国国家大气研究中心的热层-电离层-电动力学耦合环流模式(Thermosphere-Ionosphere-Electrodynamics General Circulation Model,TIEGCM)对太阳活动极大年(2002年)和太阳活动极小年(2008年)的电离层TEC模拟数据展开统计研究,主要工作和结论如下:(1)利用描述性统计方法对全球电离层TEC数据在时间上的日变化、季节变化、年变化和空间上的经纬度变化进行初步统计分析,并对电离层TEC的影响因素进行分析和讨论。通过比较不同太阳活动和地磁活动条件下电离层TEC全球分布图发现,太阳活动极大年电离层TEC的值明显高于太阳活动极小年,地磁活动强度的增加也导致电离层TEC的值增加,且低纬度地区受到的影响更大。除了受太阳活动和地磁活动的影响,电离层TEC还受到地震、台风、日食等多种因素的影响。(2)利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)分析比较了太阳活动极大年和太阳活动极小年SAA区域电离层TEC的时空特征。结果表明:2002年和2008年SAA区域前三阶模态的累积方差贡献率分别占数据总特征的94.8%和93.86%,且太阳活动极大年和太阳活动极小年电离层TEC变化特征基本一致。第一模态EOF显示了由等离子体漂移引起的电离层赤道异常现象(Equatorial ionization anomaly,EIA),以及可能由地磁偏纬和纬向风的变化引起的东西不对称现象;EOF表现出受太阳EUV辐射影响的纬向变化,以及可能由[O/N]、太阳天顶角和大气环流控制的半年变化;EOF表现出EIA和受[O/N]变化影响的冬季异常现象。然而,在太阳活动极大年电离层TEC的值和振幅变化明显高于太阳活动极小年,而TEC的春秋不对称性在太阳活动极小年更为明显。最后,我们再次采用EOF方法提取了时间系数的日变化和年变化特征,并利用年变化系数与太阳活动指数F10.7、地磁活动指数Dst、Ap进行了相关性分析。结果表明:2002年SAA区域电离层TEC主要受太阳EUV辐射的影响,与F10.7有很强的相关性(r=0.7348);然而,2008年SAA区域电离层TEC主要受地磁活动的影响,与Dst有很强的相关性(r=-0.7898),以上相关系数均通过了99%的显著性检验。本文通过对模式数据的统计分析,不仅成功进行了EOF方法在气象统计方面的应用,还进一步了解了SAA区域电离层TEC的时空变化规律、影响因素等方面的信息,此外,还对模式的特性有了进一步的了解,为后续与澳科一号卫星的观测数据对比打下基础。

关键词：电离层总电子含量南大西洋异常区经验正交函数

用经验正交函数提取太湖MODIS-EVI时空分布特征

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生态学杂志 2018年第12期37卷 3802-3808页

作者：张恒敢顾克军张斯梅江苏省农业科学院农业资源与环境研究所南京210014

为了解太湖蓝藻水华时空分布特征,以MODIS数据产品MOD13Q1为数据源,构建了从2000—2016年太湖水域的MODIS-EVI时空数据集。用经验正交函数分解(EOF)法,获得了太湖水面EVI的典型空间分布模式。根据North检验结果,选择前4个EOF进行了时间... 详细信息

为了解太湖蓝藻水华时空分布特征,以MODIS数据产品MOD13Q1为数据源,构建了从2000—2016年太湖水域的MODIS-EVI时空数据集。用经验正交函数分解(EOF)法,获得了太湖水面EVI的典型空间分布模式。根据North检验结果,选择前4个EOF进行了时间系数的趋势分解。结果表明:所选时间和空间分辨率的太湖MODIS-EVI时空数据可以进行EOF分解,至少前4个EOF显著;前4个EOF对应的变异可解释总方差的46%,分别为21.3%、4.9%、4.7%和2.7%;前4个EOF长时间序列趋势项与季节项也有不同的模式,可用于辅助区分EOF的变异来源;MODIS-EVI经验正交函数分解方法可用于获得太湖水面EVI的时空分布特征。

关键词：经验正交函数增强植被指数蓝藻水华太湖

GRACE卫星重力场同震变化的经验正交函数分解：以日本MW9.0地震为例

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地震地质 2014年第3期36卷 763-774页

作者：张克亮甘卫军周新中国地震局地质研究所、地震动力学国家重点实验室北京100029 中国科学院计算地球动力学重点实验室北京100049 中国科学院大学地球科学学院北京100049

2011年3月11日日本东海发生MW9.0地震,造成日本岛整体东移、下沉并伴随巨大的质量重新分布。对于海底地震的震中区域,空间观测的GRACE卫星重力数据很好地弥补了GPS、InSAR等形变资料的缺失。利用GRACE卫星月重力场数据计算了地面0.5°×... 详细信息

2011年3月11日日本东海发生MW9.0地震,造成日本岛整体东移、下沉并伴随巨大的质量重新分布。对于海底地震的震中区域,空间观测的GRACE卫星重力数据很好地弥补了GPS、InSAR等形变资料的缺失。利用GRACE卫星月重力场数据计算了地面0.5°×0.5°网格点上的重力变化时间序列,采用最小二乘拟合、经验正交函数(EOF)2种方法,提取了同震重力变化,结果显示震中两侧区域的重力变化呈两极分布,其中弧后区域重力下降,最大降幅约6μgal,海沟区域重力增加,最大增幅约3μgal。EOF方法避免了最小二乘拟合方法所需的地震发生时刻等先验信息,但卫星重力信号是由多种地球物理过程引起的重力变化的叠加,EOF结果的可靠性及其反映的真实物理来源往往随着事件的规模、观测时间的长短等而改变。文中第2,3,4主成分主要反映了非构造因素的影响,通过第1主成分空间一致性提取的同震重力变化与位错理论模型计算结果较为接近,因此较真实地反映了地震引起的重力变化特征。

关键词： GRACE卫星重力场经验正交函数最小二乘拟合日本MW9.0地震同震变化非构造因素

利用经验正交函数分解的大气密度模式校准方法

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航空学报 2018年第S1期39卷 21-29页

作者：张厚喆谷德峰段晓君韦春博国防科技大学文理学院长沙410073

热层大气密度产生的阻力是作用在低轨航天器上最大的非引力摄动,现有大气密度模式存在15%~20%的偏差,难以满足空间任务应用需要。采用NRLMSISE-00模式作为密度参考标准,通过修正Jacchia-Roberts经验大气模式温度参数校准密度,建立温度... 详细信息

热层大气密度产生的阻力是作用在低轨航天器上最大的非引力摄动,现有大气密度模式存在15%~20%的偏差,难以满足空间任务应用需要。采用NRLMSISE-00模式作为密度参考标准,通过修正Jacchia-Roberts经验大气模式温度参数校准密度,建立温度修正量与密度的参数方程。针对部分区域修正量迭代计算发散问题,采用改进高斯牛顿迭代法求解方程。选择经验正交函数(EOF)分解方法分析修正量的时空特征,并与传统球谐(SH)分析的结果进行比较。结果表明,前4阶EOF基函数与前9项球谐基函数分别可提取温度修正量超过85%与80%的变化特征,EOF分解方法对温度修正量的表示效率高于球谐分析方法。第1阶EOF基函数反映了温度参数的整体偏差,第2~4阶EOF基函数对应的时间系数表明温度修正量的变化具有天周期性,且球谐分析得到的时间系数同样具有天周期性的特点。利用前4阶EOF基函数和前9项球谐基函数重构的温度修正量校准Jacchia-Roberts模式,校准后的模式密度偏差分别下降了9.06%与5.37%,表明EOF分解方法与传统球谐分析方法相比,能够更有效地修正温度参数,改进模式精度。

关键词：热层大气大气密度模式模式校准温度修正经验正交函数球谐分析

基于经验正交函数分解的GRACE时变地球重力场滤波处理

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大地测量与地球动力学 2019年第4期39卷 366-370页

作者：王陈燕游为范东明西南交通大学地球科学与环境工程学院成都市高新区西部园区611756

针对传统GRACE去相关滤波方法很难同时完美实现真实信号的保留与条带误差的削弱等问题,提出将经验正交函数滤波与去相关滤波相结合的改进策略。分别对真实GRACE数据和模拟数据进行滤波处理,结果表明,改进的滤波方法继承了经验正交函数... 详细信息

针对传统GRACE去相关滤波方法很难同时完美实现真实信号的保留与条带误差的削弱等问题,提出将经验正交函数滤波与去相关滤波相结合的改进策略。分别对真实GRACE数据和模拟数据进行滤波处理,结果表明,改进的滤波方法继承了经验正交函数滤波方法与去相关滤波方法的优点,能够在尽可能地削弱南北条带误差影响的同时,最大程度地保留真实地球物理信号。

关键词： GRACE 滤波方法经验正交函数 Kolmogorov-Smirnov检验

2013年大范围雾霾期间京津冀PM_(2.5)质量浓度遥感估算及时空变化的经验正交函数分析

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兰州大学学报（自然科学版） 2016年第3期52卷 350-356页

作者：张文潘竟虎西北师范大学地理与环境科学学院兰州730070

利用2013年11月8日-12月15日京津冀地区气溶胶光学厚度(AOT)以及地面环境监测站PM_(2.5)数据,通过近地面气溶胶消光系数公式和线性拟合方法,估算京津冀地区PM_(2.5)质量浓度.对估算结果选取最优的空间插值方法获得大范围雾霾期间京津冀... 详细信息

利用2013年11月8日-12月15日京津冀地区气溶胶光学厚度(AOT)以及地面环境监测站PM_(2.5)数据,通过近地面气溶胶消光系数公式和线性拟合方法,估算京津冀地区PM_(2.5)质量浓度.对估算结果选取最优的空间插值方法获得大范围雾霾期间京津冀空气污染物分布特征,利用地面监测站PM_(2.5)数据对估算结果进行了精度验证,结果表明,利用AOT基础数据线性拟合模型,能够有效估算大范围雾霾期间PM_(2.5)的质量浓度及空间分布,估算结果与地面监测站数据相关系数为0.78,且二者在分布趋势上表现出良好的一致性.经验正交函数分析方法(EOF)第1模态分析表明,京津冀颗粒物质量浓度自西向东空间变化;时间系数反映PM_(2.5)质量浓度存在明显的周期性震荡.EOF第2模态分析表明,京津冀颗粒物质量浓度时间-空间变化呈现北部和南部相反分布的特征,时间系数反映了颗粒物质量浓度变化的反位相关系.

关键词： PM2.5 雾霾遥感空间分布经验正交函数

经验正交函数与遗传算法结合的副热带高压位势场非线性模型反演

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应用数学和力学 2006年第12期27卷 1439-1446页

作者：张韧洪梅孙照渤牛生杰朱伟军闵锦忠万齐林林建忠（推荐）解放军理工大学气象学院海洋与空间环境系南京211101 南京信息工程大学江苏省气象灾害重点实验室南京210044 中国气象局热带海洋气象研究所广州510080 不详

针对副热带高压的动力预报模型难以准确构建的困难,基于T106数值预报产品500hPa位势高度场序列,用经验正交函数(EOF)分解方法对位势场序列进行了时、空分解,引入了动力系统重构思想,以EOF分解的空间模态的时间系数序列作为动力模型变量... 详细信息

针对副热带高压的动力预报模型难以准确构建的困难,基于T106数值预报产品500hPa位势高度场序列,用经验正交函数(EOF)分解方法对位势场序列进行了时、空分解,引入了动力系统重构思想,以EOF分解的空间模态的时间系数序列作为动力模型变量,用遗传算法全局搜索和并行计算优势,进行了动力模型参数的优化反演,建立了客观合理的非线性动力模型·通过对动力模型积分和EOF的时、空重构,实现了副热带高压的中、长期预报·试验结果表明,本文反演的动力模型的副热带高压预报效果优于常规的数值预报产品,该研究工作为副热带高压等复杂天气系统和要素场预报提供了新的方法思路和技术途径·

关键词：遗传算法经验正交函数非线性模型反演副热带高压

基于经验正交函数法的声速剖面反演及其对声传播特性影响的研究

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基于经验正交函数法的声速剖面反演及其对声传播特性影响的研究

作者：刘宸国防科技大学

学位级别：硕士

声速剖面是海洋声学问题研究的重要参考数据。获取大范围、高分辨率声速剖面的方法对于水下声探测、声纳性能评估以及声纳系统设计有着重要意义,也是打好未来海天战争的重要基石。首先,论文对声速剖面的重构方法进行研究,对全球Argo数... 详细信息

声速剖面是海洋声学问题研究的重要参考数据。获取大范围、高分辨率声速剖面的方法对于水下声探测、声纳性能评估以及声纳系统设计有着重要意义,也是打好未来海天战争的重要基石。首先,论文对声速剖面的重构方法进行研究,对全球Argo数据进行处理;根据经验正交函数及其系数重构全球声速剖面,分析重构方法在全球不同海域的性能表现;讨论经验正交函数阶数的选取对重构结果的影响,分析了产生误差的原因。其次,建立了海面遥感数据与经验正交函数系数之间的回归关系库;利用海面遥感数据直接反演水下声速剖面,提出了利用反馈深度数据优化反演结果的方法并对比Argo声速剖面数据分析反演方法在全球各海域的反演性能。最后,利用BELLHOP模型以及KRAKEN模型,对部分海域的Argo数据、反演结果及优化结果进行声场计算,从声传播损失、简正波模态、声线传播轨迹及声线到达结构等方面,对反演及优化方法的效果进行验证。为未来将反演声速剖面数据应用于水下声探测、海洋环境监测以及声纳性能评估等领域提供有力的依据。本论文研究的创新点如下:1、通过对数据集的控制,在保证数据量级的情况下,削弱声速剖面结构的多样性,以便利用少数阶经验正交函数重构声速剖面,得到更好的重构结果。2、将反馈深度数据加入回归关系方程,相较于传统方法,针对不同海域的声速剖面反演结果均得到了较好的优化。3、结合温跃层参数及声场特性综合评估声速剖面的反演结果,相较于传统方法,降低了会造成误判的可能性,并使结果更具有实际应用意义。

关键词：声速剖面经验正交函数重构反演声场