文章导读

岛屿地区气象系统通常极为复杂，其中，多变的风向直接主导着热量再分布、污染物输送与局地天气演变。瓜德罗普群岛位于加勒比海中部，其地形起伏、陆海交互作用强烈，形成独特而敏感的微气候环境。来自法国安第列斯-圭亚那大学地球科学与能源研究所的Thomas Plocoste教授及其合作者针对该地区展开深入研究，重点分析风向与降雨、温度、湿度、太阳辐射及风速等关键气象参数之间在不同时间尺度上的耦合机制。研究团队利用多年气象观测资料，并结合先进的多尺度信号分析方法，揭示了岛屿微气候中风向与其他气象变量之间复杂且随时间演变的相关结构。此类研究对气象学研究者、环境管理人员及灾害风险评估领域具有重要意义，因为其结果可为空气污染扩散预测、风场模拟、气候适应策略制定提供关键科学依据。

瓜德罗普群岛地图，黑色三角形标示法国气象局 (𝑀𝐹) 的位置，红色圆圈标示最大的露天垃圾填埋场 (𝐿𝐹) 位置。箭头显示了信风的方向。

研究过程与结果

作者首先获取了2016~2021年间Météo France (法国国家气象服务机构) 在瓜德罗普机场站测得的日频气象数据，包括风向、降雨、气温、相对湿度、太阳辐射以及风速。接着，他们运用希尔伯特-黄转换 (HHT) 结合多元经验模态分解 (MEMD)，将每一组时间序列分解为不同时间尺度的本征模态函数 (IMFs)。在此基础上，利用时间内在关联分析方法 (TDIC) 计算风向与其他气象变量在各尺度上的局部相关性。该方法可以揭示正相关与负相关随时间交替出现的动态行为，从几天尺度到数年尺度均可捕捉。

研究结果表明，在大约3天到7个月的时间尺度上，风向与温度及湿度之间存在正负交替的相关性；而太阳辐射和风速则在这些中尺度上更常表现为负相关。这种局部相关性的反转，很可能与瓜德罗普群岛的微气候有关，例如信风、陆海风和地形作用的共同影响。对于更长的尺度 (约7个月至2.5年)，研究检测到降雨与风向之间有很强的正相关，这表明季节性或年际尺度的降雨变化可能通过大气环流或对流系统影响风向。更有趣的是，在年度尺度上，风向与所有这些气象参数之间的相关性维持稳定且为长程相关，说明地球年循环对岛屿气候变量具有显著影响。

使用MEMD分析对不同变量进行分解的结果：(a) 太阳辐射 (𝑆𝑅)；(b) 风速 (U)；(c) 风向 (𝑊𝐷)。

研究总结

这项研究证明了风向在瓜德罗普岛与其他气象参数之间存在尺度依赖的动态联系。结果揭示了当地微气候的复杂作用机制，例如中尺度上风向与温度、湿度之间的交互，以及长尺度上风向与降雨的耦合。这些发现对更精确地预测风向至关重要，有助于改进污染物扩散模型、空气质量预警和气候变化管理。作者建议，未来可以基于这些多尺度主导相关性，构建预测风向的模型 (如结合机器学习方法)，以提升对岛屿气候过程的理解和管理能力。

原文出自 Earth 期刊：https://www.mdpi.com/2188452

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