基于自组织映射神经网络的东亚区大尺度环流异常及其与气候异常的关系研究
其他题名Study on the relationship between anomalous large-scale atmospheric circulation patterns and climate anomalies over East Asia based on self-organizing map neural network
杨叶
学位类型硕士
导师高猛
2020-05-15
学位授予单位中国科学院大学
学位授予地点中科院烟台海岸带研究所
学位名称理学硕士
学位专业地图学与地理信息系统
关键词东亚气候变化大气环流模态自组织映射神经网络East AsiaClimate ChangeAtmospheric Circulation PatternsSelf-Organizing Map Neural Network
摘要大尺度大气环流异常是导致区域极端气候的主要原因之一。对气候再分析资料进行数据挖掘和统计分析是认知大气环流特征和极端气候发生规律的重要研究方法。本文首先利用自组织映射神经网络SOM(self-organizing map)对东亚地区1979-2017年间的异常大气环流模态进行分类。在此基础上,建立各种模态和多种气候影响因子间的对应关系,并着重分析了我国气温异常的变化趋势及其动力学机制。其次,将异常大气环流模态与东亚地区极端气温及降水事件进行关联,研究了异常大气环流与季风系统共同作用下的气候异常特征。最后,为更加深入地探索东亚地区在近40年来季均气候变化的特点及其大尺度环流条件,本文利用合成分析生成了西太平洋遥相关型WP(West Pacific Pattern)、北极涛动AO(Arctic Oscillation)及厄尔尼诺-南方涛动ENSO(El Ni?o-Southern Oscillation)正负位相时期的异常大气环流模态和海表温度距平模态,并选择受遥相关影响较大的一些区域作为研究对象,从海-气耦合作用角度探讨了遥相关型对这些区域气候变化的影响。主要结论如下:(1)SOM方法可以有效表征东亚地区典型的大尺度异常大气环流模态。(2)冬季AO会显著影响我国尤其是东北地区的气温变化。在夏季,AO的效应大幅减弱。冬季拉尼娜(La Ni?a)事件时期,我国大多数地区气温异常偏暖,而在厄尔尼诺(El Ni?o)事件时期,北方地区气温异常偏冷。夏季,ENSO和我国气温异常并不存在明显的联系。(3)将数据划分为1979-1998和1999-2017年两个时期,研究分析了极端气温事件的变化情况及其成因。结果显示,极端冷事件的减少,极端暖事件的增加主要和热力学因素有关,相反,动力学因素对这一变化的贡献微小,在某些情况下甚至起到了抑制作用。结果进一步证实了全球变暖对局域气候变化的重要性。(4)SOM的分类结果表明,在冬季,东亚地区极端降水事件的发生取决于大气水平环流及垂直环流的共同作用。在夏季,降水主要同大气垂直环流相关,其与水平环流间的关系并不显著。(5)较强的东亚冬季风EAWM(East Asian Winter Monsoon)会造成东亚地区出现大范围的冷天气,其与降水事件间的联系依赖于地理位置。而SOM方法对于东亚夏季风EASM(East Asian Summer Monsoon)强弱位相时期的大气环流形势的表征结果并不令人满意。(6)活跃的WP和AO会引发冬季东亚地区大范围的气温异常,而ENSO的作用相对较小。此外,研究还表明遥相关型对月际气温变化的效应更强,而日际气温受到局域-天气尺度环流系统和遥相关型的共同控制。
其他摘要Anomalous large-scale atmospheric circulation is considered as one of the main drivers causing the regional climate anomalies. The application of data mining and statistical analysis on the re-analysis data is very useful for identifying the atmospheric circulation characteristics and the rules of climate extremes. In this thesis, the self-organizing map (SOM) method was firstly used to classify the large-scale anomalous atmospheric circulation patterns over East Asia during 1979-2017. The relationships between atmospheric circulation patterns and surface air temperature variations then were established to explore the possible formation mechanism of climate changes in China. Secondly, the anomalous atmospheric circulation patterns were further related to the temperature anomalies and precipitation anomalies over the East Asia Monsoon region to reveal the climate extremes under the combing effect of atmospheric circulation and monsoon. Finally, in order to explore the characteristics of climate changes and their large-scale circulation background, the atmospheric circulation anomaly patterns and sea surface temperature anomaly patterns in the strong positive/negative phase of Western Pacific mode (WP), Arctic Oscillation (AO) and El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO) were composited to examine the role of teleconnections on the climate fluctuations in local areas in terms of atmospheric and oceanic process. The main conclusions in this study were drawn as follows:(1) The large-scale anomalous atmospheric circulation patterns over East Asia could be identified based on SOM method. (2) AO severely contributed to the surface air temperature variations during the winter within China, especially in northeastern area, while its effect was weakened prominently in summer. A La Ni?a event in winter enhanced the anomalous warm throughout the whole region of China, whereas an El Ni?o event was linked to the anomalous cold over northern area. The temperature anomalies in summer within China were less correlated with ENSO.(3) Difference of pattern frequencies and extreme occurrence intensity (EOI) in winter and in summer for the two periods of 1979-1998 and 1999-2017 were calculated to investigate the possible mechanism of changes of temperature extremes. Our analysis implied that the changes of EOI were mainly favored by the thermodynamics factor, whereas dynamic factor has little contribution on temperature extreme changes, and sometimes even has a negative effect. (4) The precipitation anomalies and extremes associated with anomalous large-scale atmospheric circulation patterns over East Asia during the winter and summer were presented in the fourth chapter. The precipitation extremes in winter were mostly enhanced by the joint effect of the horizontal and vertical atmospheric circulations. By contrast, the precipitation anomalies in summer were merely explained by the upward atmospheric motion.(5) The strong East Asian Summer Monsoon (EASM) enhanced the cold anomalies and extremes over most of the region within East Asia. Nevertheless, the relationship between the East Asian Winter Monsoon (EAWM) and precipitation extremes depended on the geographical locations. Additionally, it was not satisfied with the ability of SOM method to capture the typical features of anomalous atmospheric circulation patterns in the strong/weak phase of EASM.(6) The WP and AO patterns played an essential part in the prevalence of prominent Tmin fluctuations over East Asia in winter, while the effect of ENSO was relatively weak. Besides, the daily cold extremes were primarily triggered by the local-synoptic atmospheric circulations embedded in the large-scale teleconnection modes, while the monthly cold extremes have a closer relationship with these low-frequency modes.
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.yic.ac.cnhttp://ir.yic.ac.cn/handle/133337/24209
专题中科院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文
中科院烟台海岸带研究所知识产出
推荐引用方式
GB/T 7714杨叶. 基于自组织映射神经网络的东亚区大尺度环流异常及其与气候异常的关系研究[D]. 中科院烟台海岸带研究所. 中国科学院大学,2020.
PDF全文下载地址:
点我下载PDF
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
基于自组织映射神经网络的东亚区大尺度环流异常及其与气候异常的关系研究
本站小编 Free考研考试/2022-02-11
相关话题/大气 学位 组织 烟台海岸带研究所 系统
碳氮稳定同位素比值在潮间带大型底栖动物组织间差异性研究
碳氮稳定同位素比值在潮间带大型底栖动物组织间差异性研究其他题名Carbonandnitrogenstableisotopesvariationsindifferenttissuesofmacrobenthosintheintertidalzone李宝泉发表期刊海洋学报ISSN0253-4193201 ...烟台海岸带研究所 本站小编 Free考研考试 2022-02-11农田土壤-植物系统持久性有机污染物的界面过程与自修复——以多氯联苯为例.
农田土壤-植物系统持久性有机污染物的界面过程与自修复——以多氯联苯为例.骆永明;涂晨发表期刊土壤与作物2012卷号1期号:2页码:65-69产权排序1收录类别CSCD语种中文引用统计文献类型期刊论文条目标识符http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/24170专题中科院海岸 ...烟台海岸带研究所 本站小编 Free考研考试 2022-02-11基于WebGIS的污染场地修复决策支持系统
基于WebGIS的污染场地修复决策支持系统郑洪振;涂晨;张红振;王新秀;高猛发表期刊环境科学与技术2016卷号39期号:S2页码:455-463收录类别CSCD语种中文引用统计文献类型期刊论文条目标识符http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/24169专题中科院海岸带环境 ...烟台海岸带研究所 本站小编 Free考研考试 2022-02-11分子生物学与系统生物学技术在土壤污染微生物生态研究中的应用
分子生物学与系统生物学技术在土壤污染微生物生态研究中的应用涂晨;骆永明;马露瑶;章海波;章海波;李振高发表期刊土壤学报2013卷号50期号:3页码:609-617产权排序1收录类别CSCD语种中文引用统计文献类型期刊论文条目标识符http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/2 ...烟台海岸带研究所 本站小编 Free考研考试 2022-02-11青岛能源所首次对我国煤电行业自身节水潜力完成系统性评估
在“双碳”背景下,煤电受到广泛关注。2020年,我国煤电装机容量和发电量分别占电力装机总量和发电总量的49.1%和60.8%。尽管我国已经明确碳达峰目标与碳中和愿景,但人们容易忽略短期内煤电仍是我国主要电力来源这一事实。煤电的发展离不开水资源,煤电在主要发电技术中耗水强度最高。而我国是一个典型的缺水 ...青岛生物能源与过程研究所 本站小编 Free考研考试 2022-02-11青岛能源所揭示双功能分子协同P450酶催化系统的结构基础与过氧化物酶新功能
细胞色素P450酶是一类含血红素的单加氧酶,在药物代谢、异生物质解毒和类固醇生物合成中发挥重要作用,同时因其具有多功能生物氧化催化、合成的应用潜力而备受关注。针对绝大多数天然P450单加氧酶催化功能的实现高度依赖辅酶NAD(P)H和负责电子传递的还原伴侣蛋白的关键科学问题,青岛能源所丛志奇研究员带领 ...青岛生物能源与过程研究所 本站小编 Free考研考试 2022-02-11青岛能源所研发出高耐久低成本的DNA合成纠错系统
DNA的从头合成是合成生物技术的基础平台之一。但是,由于大规模DNA合成过程中难以避免地产生错误,DNA纠错环节的效率和经济性已经成为限制DNA合成质量、通量与成本的关键问题之一。针对此瓶颈,青岛能源所单细胞中心研发出高耐久低成本的DNA合成纠错系统,大幅度提高了DNA纠错环节的效率和经济性。该工作 ...青岛生物能源与过程研究所 本站小编 Free考研考试 2022-02-11我所牵头组织实施的西印度洋水体综合调查任务圆满完成
近日,由我所牵头组织实施的西印度洋水体综合调查冬季航次圆满完成了既定任务。2022年2月2日,“向阳红01”船及全体调查队员顺利返回。来自自然资源部第一海洋研究所、自然资源部南海局以及国家海洋技术中心的42名科研人员参加了此次调查。本次调查历经70余天,共完成42站位的大面观测及走航气象观测,布放“ ...自然资源部第一海洋研究所 本站小编 Free考研考试 2022-02-11喜报:我所三个青年集体被命名为2019-2020年度自然资源系统青年文明号
近日,我所海洋生物资源开发与环境调查青年突击队、海洋地球物理与海底探测团队、船管中心科考调查部三个青年集体被命名为2019-2020年度自然资源系统青年文明号。2019年以来海洋一所团员青年坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,增强“四个意识”、坚定“四个自信”、做到“两个维护”,在平凡的岗 ...自然资源部第一海洋研究所 本站小编 Free考研考试 2022-02-11学校举办专职组织员培训班
11月24日至25日,学校在胶东(烟台)党性教育基地举办专职组织员培训班。学校党委副书记张鸿波出席培训班并讲话,蓬莱区党委组织部副部长刘玉焕致辞。学校党委常委、组织部部长聂法良主持开班仪式。张鸿波在开班讲话中对参加培训班的学员提出了三点要求。一是要提高认识,全身心投入培训。张鸿波指出,专职组织员是学 ...青岛科技大学 本站小编 Free考研考试 2022-02-11