经验正交函数

摘要： 使用1991-2021年7-9月广西90个地面气象观测站降水量、NCEP/NCAR月再分析资料和国家气候中心BCC_CSM1.1气候模式回报资料,研究建立基于粒子群-神经网络、随机森林算法的广西后汛期降水气候预测模型,并对2016年-2021年预测进行应用试验。结果表明,基于粒子群-神经网络、随机森林算法的后汛期降水预测Ps得分比逐步回归方法分别提高了2.78分、2.5分,比气候模式分别提高了29.22分、28.94分,预测能力有明显的提升。

摘要： 针对GNSS坐标时间序列插补中数据插值经验正交函数(data interpolating empirical orthogonal functions,DINEOF)算法受低相关度站点影响、连续长空缺插值效果欠佳的问题,提出相关数据插值经验正交函数(coefficient data interpolating empirical orthogonal functions,CDINEOF)算法。首先计算目标站点与其周围站点数据的相关度,然后筛选出相关度较高的数据构建观测矩阵,最后采用DINEOF算法对观测矩阵中的缺失数据进行插补。通过模拟数据和实测数据验证新方法的可行性,并与DINEOF算法和多项式插值法的结果进行对比分析。模拟数据实验结果表明,当观测数据存在连续长空缺时,CDINEOF算法的插值效果优于DINEOF算法和多项式插值法。实测数据实验结果表明,CDINEOF算法在保留方差最大化方面效果最好,与DINEOF算法和多项式插值法相比分别提升了11.8%和6.7%。

摘要： 根据雷州半岛地区6个国家气象观测站1970-2019年的月降水量观测资料,采用气候倾向率、经验正交函数(EOF)分解、Morlet小波分析以及Mann-Kendall突变检验等方法,分析了雷州半岛近50年来降水的时空变化特征。结果表明:雷州半岛的年降水量北部偏多,中南部和东北部偏少;呈现2种空间分布类型,全市偏丰(枯)一致型和北丰(枯)南枯(丰)型,其中全市偏丰(枯)一致型是雷州半岛降水最主要的分布类型;全区年降水量在1 116.1~2 394.8 mm之间,减少趋势不显著;区域降水减少的突变发生在1975、1977和2018年,降水增多的突变发生在1980年,存在时间尺度8年的周期变化。

摘要： 为了降低声速剖面在水声学逆问题中未知参数的维度,通常将海洋声速剖面表示为恒定的背景剖面与扰动项的叠加,通过提取样本扰动的主成分,使用若干阶经验正交函数EOF和投影系数描述声速剖面。EOF作为一种数值统计方法,实质上是样本数据矩阵的特征,没有明确的物理意义。为了提升对EOF方法反演结果的解析,本文基于中美联合实验在南海北部测量的温度链数据对EOF系数扰动与海洋变化规律进行了讨论,分析第一、二阶投影系数所对应的物理意义和前两阶投影系数时间变化率与内波之间的联系。研究结果表明:一阶投影系数与等声速线扰动具有强相关;跃层梯度受到二阶模态控制;根据一个内孤立波动力学周期内的密度层扰动规律,可以通过双振荡结构识别内孤立波,相关的结果可以为声速剖面相关的反演提供参考。

摘要： 在传统像素基电离层层析成像中,直接将每个格网内的电离层电子密度作为未知数进行反演,容易出现由于未知数数目庞大而导致反演效率下降的问题。通过利用国际参考电离层(IRI)模型提取经验正交函数(EOFs)作为垂直方向基函数,将每个高度剖面的EOF系数作为未知数,可以显著减少未知数的数目,结合乘法代数重构算法(MART)进行电离层电子密度的重构,有效提升了反演计算效率。通过模拟数据和实测数据对该算法的反演结果进行验证,并将反演结果与测高仪实测数据和传统MART算法进行比较,结果表明该算法可以更加高效、准确地反演区域电离层电子密度。

摘要： 鉴于西南地区干旱的危害程度及其严峻形势,定量刻画干旱时空特征、揭示干旱发展规律,已成为抗旱防灾、保障农业健康发展的迫切要求。基于1902—2018年标准化降水蒸散指数(SPEI)数据,统计了西南地区不同等级干旱发生频率及干旱强度,并采用Sen趋势分析、Mann-Kendall检验法和经验正交函数(EOF)分析方法研究了西南地区干旱的时空演变特征,以期为西南地区干旱变化及生态维护提供科学依据。结果表明:(1)1902—2018年西南地区SPEI12整体呈下降趋势,下降速率为0.025/10 a,其中1954—1974年呈干旱—湿润的频繁交替,发生多次不显著突变;(2)西南地区干旱强度均呈增强趋势,其中中旱和重旱强度增强趋势显著;(3)西南地区干旱发生频率存在空间分布差异,其中轻旱发生频率最高,极端干旱最低;(4)西南地区干旱变化趋势以不显著下降为主,占研究区面积的68.22%,表明西南地区百年来呈干旱化趋势;(5)干旱时空模态分析中,3种模态分别反映了研究区干旱全区相同、南北相反、东西相反的分布特征。综上所述,揭示了西南地区干旱的时空变化基本特征。

摘要： 干旱导致生态系统和社会经济受损,揭示干旱的时空格局对抗旱防灾、维持生态系统健康等具有重要意义。基于1902—2018年标准化降水蒸散指数(SPEI)数据集,运用Mann-Kendall突变检验、趋势分析法和经验正交函数(EOF)分解等方法研究了西南喀斯特核心分布区干旱的时空演变规律。结果表明:时间变化上,年际和季节尺度SPEI均呈不显著下降趋势,无显著突变点;空间趋势上,年际和季节SPEI以下降趋势为主,云贵高原和广西西北部地区干旱化趋势显著;年际和季节尺度上EOF分解得到的前3个特征向量累积方差贡献率达到75%以上,主要空间模态表现为全区一致分布、东西反向分布和南北反向分布特征,其对应的时间系数在年际和季节尺度上变化趋势具有差异性。综上所述,基于SPEI揭示了西南喀斯特核心分布区干旱的时空变化特征,明确了干旱的空间分布格局,研究结果可为该区干旱预警及生态系统安全提供科学依据。

摘要： 利用粤港澳大湾区31个气象站点1961—2014年逐日降水资料,采用Mann-Kendall非参数检验法、Hurst指数、小波分析法、经验正交函数(EOF)分解法等方法,分析区域年、季节降水时空演变规律。结果表明:1961—2014粤港澳大湾区降水波动较大,时空分布不均,年、冬季、春季降水量呈不显著上升趋势,秋季呈不显著下降趋势;春夏两季降水分别在1964—1965年和1965—1966年发生突变;降水变化的整体方向将继承过去的趋势,系统的平均循环长度分别为4 a、6 a、8 a、10 a和11 a;年降水量变化以28 a为主周期,以18 a、13 a和6 a为次周期;年降水量总体上从东南至西北呈现递减趋势;大湾区降水主要是全区一致的变化,其次为东部沿海地区及西北部封开、怀集地区与内陆地区反位向分布。

摘要： 以厦门岛东南部海滩为例,基于10条剖面连续6年野外实测地形数据,利用经验正交函数分析方法(EOF)提取海滩变化的主要模态,分析海滩中长期蚀淤变化特征及其控制因素。EOF提取方差总占比超过90%的前三种模态反映研究区海滩时空演变特征:沙源条件对海滩蚀淤过程起主导作用为第一模态,受上游沙源条件及沿岸输沙方向影响,海滩剖面在纵向上存在差异性,研究区北侧剖面持续淤积,南侧剖面则呈现侵蚀状态;第二模态为波浪季节性变化导致海滩滩肩在冬季变窄和夏季变宽之间旋回;人类活动影响滩面形态变化为第三模态,人类活动对岸滩形态及其变化产生一定影响,其中人工构筑物对研究区海滩影响较大。从多年海滩变化来看,沙源条件控制海滩响应差异性,沉积物供给充足的海滩形态变化幅度及系统可调节范围比沉积物匮乏海滩大,泥沙供给贫乏的海滩地形变化幅度虽小,其系统缓冲能力及自适应能力却弱。

摘要： 利用2005—2019年长三角城市群规模以上工业能源消费数据,基于经验正交函数分解(EOF)、DEA-Malmquist模型,从时空演变、节能减排等角度探讨长三角城市群的能源结构、投入产出效率。研究发现:长三角城市群能源结构有显著的东西差异,东部省市煤、油类能源消费占比呈现逐年下降趋势,西部省市呈上升趋势;2007—2019年间,长三角城市群节能减排全要素生产率(TFP)存在下降趋势,技术效率与技术进步波动较大且长三角24个城市群中节能减排效率差异较大。

摘要： 本文利用经验正交函数EOF（EmpiricalOrthogonalFunction)方法对长期的区域重力场信号进行处理，扣除周期性信号变化，进行时间和空间分离加以分析，有效提取到地震信号的影响并定量给出其对区域重力场的贡献，结合常规叠积法与位错模型得到的地震重力场变化比较，得出结论:EOF方法的结果随选取的区域(空间)范围及时间长度的不同而呈现不同的特征；周期性信号对EOF结果影响明显，扣除该影响后，地震效应显著增强；第一模态集中凸显长期趋势变化，地震重力的同震效应集中在第二模态信息；同震效应在震中以东的陆地区域出现负重力变化(地壳扩张与地表俯冲是陆地上观测到负异常的主要原因)，而以西的海洋部分却未出现如模型估计的重力增加，与利用常规的叠积方法结果类似，主要原因是在海洋上由于地表抬升的正重力异常被海洋质量及内部密度变化的负异常所抵消；EOF主要模态的变化特征都在M8.8级地震前后出现转折性变化，体现出智利地震对区域重力场影响。

摘要： 改进的经验正交函数(AEOF)分析方法,是对经过空间均匀化订正的格、站点网资料的EOF分析方法.本文简要介绍了站点网气候资料的AEOF与EOF分析方法的关系,给出了验证其分析效果的方案.将AEOF、EOF分析方法用于中国160站60年(1951-2010)夏季气温距平场序列的分析,结果表明:(1)AEOF分析方法前6个模态的模方拟合率和累积模方拟合率均高于EOF分析方法的相应量.(2)AEOF分析方法前3个主要模态的典型场对夏季气温距平场序列模方场的拟合效果明显优于EOF分析方法.由此论证了EOF分析方法中资料均匀化订正的必要性,验证了实际分析中AEOF分析方法的效果.

摘要： 由于浅海海域水平传播的航船噪声能量过大,传统被动测深技术经过自适应波束形成方法后仍不能获得很好的反演结果.因此需要对噪声数据进一步优化处理.这篇文章分析了青岛近海测得的海洋环境噪声数据,针对传统被动测深处理反演效果不理想,通过奇异值分解(SVD)分解对噪声数据进行重构,将水平传播的噪声与垂向传播的噪声进行分离重构.利用经验正交函数(EOF)再重构的数据进行被动测深,可以获得明显的海底沉积层分层信息.

摘要： 利用了4年的Argo浮标剖面序列,通过经验正交函数(EOF)分析,得出了某海域声速垂直结构的时空变化特征.EOF拟合声速剖面的精度与选取的模态数有关,合成剖面时包含的模态数越多,精度越高;前3～6个模态反映了海区声速结构的主要变化,累积方差贡献率可达92.1％～98％.第1模态描述了声速在垂直方向上变化,具有年周期,由于黑潮的影响,时间函数的峰值和谷值分别出现在冬季和夏季;第2模态空间函数的在近表层变化大,变化辐度由海表至深海逐渐减小,该模态时间函数亦有年周期特征,夏季呈现出声速变化大,冬季声速变化小.第1、2模态的共同作用是声速垂直结构变化的主导因素,使近表层和主跃层声速的季节性变化较大.

摘要： 用经验正交函数(experiential orthogonal functions，EOF)表示声速剖面受限于样本声速的测量深度，应用该方法重构声速剖面只能计算到样本中最浅剖面的深度。要想进行全海深声速剖面的重构，必须对残缺的样本声速进行合理地外延。为此，首先对样本中温度和盐度进行了外延，然后根据声速经验公式计算得到了全海深的样本声速。在此基础上，通过解多元方程组的办法求解经验正交函数系数达到了声速剖面重构的目的。结果表明，提出的声速剖面外延方法是有效的。另外，只要知道声速剖面变化较剧烈深度上的3个点的声速值就能重构声速剖面，对于文中的数据来说，重构的均方根误差可达到o.872 m/s；增加经验正交函数的阶数能提高重构精度，但5阶以上.阶数的继续增加对精度的提高将不会有显著的影响。

摘要： 基于遥感图像1999-2010年SPOT-VEGETATION NDVI数据,利用经验正交函数(EOF)分析方法,研究了近12a来三江源区植被变化的时空分布特征.结果显示近12a来源区植被覆盖呈整体增加趋势:(1)第一特征向量(方差贡献率为45.62％)及对应时间系数表明源区植被覆盖逐渐增加,且增速加快;(2)第二特征向量(方差贡献率为9.77％)及对应时间系数表明东南部和中部植被变化情况以退化为主,而东北部和西南部植被变化情况以增加为主.

摘要： 使用NCEP 高度场、风场、NOAA 海温和国家气候中心整编的 160 站月平均降水资料，利用经验正交函数（EOF）、Morlet 小波分析和奇异值分解（SVD）等方法，讨论2005 年夏季江淮流域降水偏多的原因。 2005 年夏季全国范围内降水偏多，江淮流域降水较常年偏多２－６成。研究结果表明，夏季乌拉尔山阻高偏强，环流经向度强，是冷暖空气交汇的主要原因；西太平洋副高偏强，向西南伸展，NAM 偏强，江淮地区处于冷暖空气交汇处，水汽通量辐合异常，有强烈的上升运动，同时，前期冬季西太平洋海温异常偏高，对应江淮流域的降水偏多，反之亦然。

摘要： 本文对2009年6月南海北部实验中同步观测的水文和声学资料进行了海水声速剖面经验正交函数表示和匹配场反演研究。结果表明，反演的海水声速剖面与实际测量结果一致，说明该反演策略在南海北部实验海洋环境下仍然具有较好的适用性和稳定性。

摘要： 为了开展西北地区宁夏太阳能光伏发电气象预报服务,基于本地化WRF模式产品及当地光伏电站提供的发电功率资料,提出了EOF分析结合MOS预报的技术方法,进行模式辐射预报的统计订正研究,建立逐时光伏发电功率预测模型,得到较为理想的结果.通过EOF-MOS方法进行辐射预报订正,可使辐照度平均绝对百分比误差(MAPE)由原来24％左右降低到15％左右,模型预测发电功率MAPE稳定在22％左右.尤其是对于转折性天气趋势把握,具有较高的参考价值.

摘要： 为了开展西北地区宁夏太阳能光伏发电气象预报服务,基于本地化WRF模式产品及当地光伏电站提供的发电功率资料,提出了EOF分析结合MOS预报的技术方法,进行模式辐射预报的统计订正研究,建立逐时光伏发电功率预测模型,得到较为理想的结果.通过EOF-MOS方法进行辐射预报订正,可使辐照度平均绝对百分比误差(MAPE)由原来24％左右降低到15％左右,模型预测发电功率MAPE稳定在22％左右.尤其是对于转折性天气趋势把握,具有较高的参考价值.

摘要： 本发明公开一种正交基底气泡函数要素数值分析方法及其装置，首先，通过第1取得部(202)取得分析对象的已知分析物理量(S401)。接下来，通过第2取得部(203)，取得各个要素的要素等级的匹配质量行列式(S402)。接下来对每一个要素积分气泡函数(S403)，并将步骤S403中积分得到的值代入到各个要素的要素等级的匹配质量行列式中，由此得出各个要素的要素等级的对角质量行列式(S404)。接下来，通过各个要素的要素等级的对角质量行列式的总和(合并)，计算出分析对象全区域的对角质量行列式(S405)。之后，计算出该对角质量行列式的逆行列式(S406)，根据分析对象的已知分析物理量、分析对象全区域的对角质量行列式、及其逆行列式，对分析对象的动作进行分析(S407)。

摘要： 本发明属于三维温盐深数据的海洋声学应用技术领域，尤其涉及基于经验正交函数分解的高分辨率声速剖面数据压缩方法，具体如下：以高分辨率海洋再分析产品提供数据，采用声速公式转换获得海水声速剖面数据；针对海洋声学应用技术领域的特点，将某一时空维度下的高分辨率、长时间序列声速剖面数据延拓至海底沉积层；以主模态的特征向量作为声速剖面经验正交函数分解的基函数，压缩表示某一时空维度下的高分辨率、长时间序列声速剖面信息。本发明实现了从高分辨率海洋再分析产品出发，获取声速剖面数据压缩的技术方案；实现了某一时空维度下声速剖面数据的有效压缩，获得高分辨率、长时间序列声速剖面数据压缩率90％以上的有益效果。

摘要： 本发明提供一种基于正交经验函数分解的声速剖面延拓方法及系统，涉及海洋声学应用技术领域，用于解决现有方法延拓后的深海部分不符合区域深海真实声速分布规律的问题，该方法通过对历史声速剖面样本截断数据进行经验正交函数分解，得到历史声速剖面样本截断数据的预设阶数的第一特征向量，并利用所述第一特征向量对所述待延拓声速剖面进行匹配场处理，得到待延拓声速剖面在所述第一特征向量对应的特征向量系数；根据所述特征向量系数和全海深历史声速剖面样本数据，构建延拓后的全海深声速剖面，通过该方式，可以高精度匹配待延拓声速剖面的实测声速值部分，同时保证延拓部分声速分布符合区域实际声速分布规律。

摘要： 本发明公开了一种基于经验正交函数分解法的静止海洋水色卫星数据重构方法。其步骤如下：1)对原始海洋水色遥感区域利用集中度检测和边缘检测剔除异常像元；2)在经验正交函数分解法中使用拉普拉斯平滑滤波对时间协方差矩阵进行平滑过滤；3)对经验正交函数分解法获得时间特征模态值先分解为子时间特征模态，再采用经验模态分解，最后进行插值，获得保持其原始精度和时空间全覆盖的水色遥感再分析数据集。本方法的优点在于充分考虑静止海洋水色卫星数据高时间分辨率的特点，以及数据缺失存在连续高缺失率和完全缺失情况，适用于静止海洋水色卫星数据的重构，其准确性好、解释率高。本发明对于静止海洋水色卫星数据的重构具有十分重要的实际应用价值。

摘要： 本发明涉及一种基于自组织神经网络及经验正交函数的水下温度场重构方法，建立了温度剖面对应的经验正交函数系数、位置信息、时间信息、海面高度、海面温度等多维信息的自组织特征映射图，利用已知信息与自组织特征映射单元之间的欧式距离判断最佳匹配单元，从而获取待反演的经验正交函数系数。基于大量数据信息建立海面参数与水体温度剖面的特征映射网络，能够实现海面参数到水体剖面的非线性映射。实施效果，基于自组织神经网络及经验正交函数的水下温度场重构方法性能优越，稳健性好，不需要了解海域内的动力过程，只利用海洋环境参数之间的相关性，计算量小，实现简单，适用于利用卫星遥感数据对重点关注海域的海洋环境参数进行准实时获取。

摘要： 本发明公开了空间技术领域的一种基于经验正交函数的实时电离层TEC建模方法。其技术方案是，基于历史TEC数据，将其按年积日、世界时、经度和纬度划分为四维，按年积日取平均值，并对历史TEC数据进行距平化；对距平化后的历史TEC数据进行经验正交分解，分解成反映年积日变化系数部分和反映世界时、经度与纬度的基函数部分；利用实时观测的TEC数据，通过基函数插值获取实时观测数据对应的基函数，并与实时TEC数据拟合获得实时的系数；最后，通过获取的实时系数与历史的基函数构建实时的电离层TEC模型。本发明的有益效果是，通过对历史TEC数据的统计分析，利用实时TEC数据驱动，构建的电离层TEC模型具有收敛速度快，实时性好和准确度高的特点，为空间天气事件的监测提供重要的技术支撑，同时在电离层理论研究与卫星导航定位修正应用研究方面都具有重要的价值。

摘要： 本发明提供一种基于正交经验函数分解的声速剖面延拓方法及系统，涉及海洋声学应用技术领域，用于解决现有方法延拓后的深海部分不符合区域深海真实声速分布规律的问题，该方法通过对历史声速剖面样本截断数据进行经验正交函数分解，得到历史声速剖面样本截断数据的预设阶数的第一特征向量，并利用所述第一特征向量对所述待延拓声速剖面进行匹配场处理，得到待延拓声速剖面在所述第一特征向量对应的特征向量系数；根据所述特征向量系数和全海深历史声速剖面样本数据，构建延拓后的全海深声速剖面，通过该方式，可以高精度匹配待延拓声速剖面的实测声速值部分，同时保证延拓部分声速分布符合区域实际声速分布规律。

摘要： 本发明公开了一种基于经验正交函数分析的典型舞动微地形的分类方法及系统，该方法包括：收集设定区域范围的第一分辨率的数字高程数据和的历史输电线路舞动跳闸数据；以每个舞动跳闸点为中心，划定方格，得到对应方格内的地形高度数据矩阵；根据地形高度数据矩阵进行经验正交函数分析，将地形高度数据矩阵分解为表征空间模态分布的空间矩阵和表征顺序的时间矩阵；空间矩阵的前面N个特征向量就是提取出的N个典型微地形模态；从表征顺序的时间矩阵中提取出前N个特征向量对应的时间系数，根据第1到N特征向量的时间系数，将微地形区域划分为N类，得到微地形区域的微地形类别。本发明可以在不预设地形种类条件下，提取典型舞动微地形地形特征。

摘要： 本发明属于三维温盐深数据的海洋声学应用技术领域，尤其涉及基于经验正交函数分解的高分辨率声速剖面数据压缩方法，具体如下：以高分辨率海洋再分析产品提供数据，采用声速公式转换获得海水声速剖面数据；针对海洋声学应用技术领域的特点，将某一时空维度下的高分辨率、长时间序列声速剖面数据延拓至海底沉积层；以主模态的特征向量作为声速剖面经验正交函数分解的基函数，压缩表示某一时空维度下的高分辨率、长时间序列声速剖面信息。本发明实现了从高分辨率海洋再分析产品出发，获取声速剖面数据压缩的技术方案；实现了某一时空维度下声速剖面数据的有效压缩，获得高分辨率、长时间序列声速剖面数据压缩率90％以上的有益效果。

摘要： 本发明提出了一种新的基于经验正交函数的，利用海面高度数据、海面温度数据以及反馈温度数据反演全海域声速剖面的方法，包括如下步骤：S1：获取Argo声速剖面与海面遥感数据；S2：基于经验正交函数对声速剖面进行重构；S3：基于海面参数进行声速剖面反演；还提出了一种利用反演效果较差的海水层温度数据对回归关系进行优化的方法及其应用；相比以往只基于第一模态的EOF分解的反演方法，本发明考虑了更多模态，优化了声速剖面反演的方法，同时提高了海面数据与声速剖面各阶模态之间的相关性，进而提升了反演方法在各海域内的性能表现；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。