一种基于重标极差方法的动力学结构突变检测新方法

提出了一种针对相关性时间序列动力学结构突变检测的新方法——滑动移除重标极差分析.数值试验表明,新方法能够准确的检测出理想序列中的动力学结构突变,其检测结果对于子序列的长度依赖性较小,而且具有很强的抗噪能力,弥补了滑动去趋势波动分析的不足. 关键词： 标度指数 滑动移除重标极差分析 滑动去趋势波动分析 动力学结构突变     

滑动去趋势波动分析与近似熵在动力学结构突变检测中的性能比较

近似熵（ApEn）被认为是一种有效的动力学结构突变检测方法. 将一种新的动力学结构检测方法——滑动去趋势波动分析（MDFA）与ApEn的检测结果进行了比较,检验了新方法的性能. 结果表明,新方法的检测结果几乎不依赖于子序列的长度,而ApEn虽然能在一定程度上识别系统的动力学结构突变,但其检测结果依赖于子序列长度,且不能准确地检测出突变点的位置. 因此,相对于ApEn方法而言,MDFA方法更适合于动力学结构突变检测,其优越性是显而易见的. 关键词： 滑动去趋势波动分析 近似熵 动力学结构突变     

基于启发式分割算法的气候突变检测研究

气候系统的非线性、多层次性和非平稳性对气候突变的检测方法提出了较高的要求.基于t检 验将非平稳序列分割为多个不同尺度的自平稳子序列，Bernaola Galvan提出的启发式分割 算法(BG算法)，对非平稳时间序列的突变检测效果较好.在BG算法的基础上，通过理想时间 序列验证BG算法处理非平稳时间序列的有效性，并对近2000a北半球树木年轮距平宽度序列 基于不同层次的思想，检测和分析其中包含的各种尺度的气候突变事件，成功地区分不同尺 度的突变.定义的新物理量——突变密度的分析表明，自然因素作用的基础上，人为因素影 响的加剧可能导致近1000a来突变密集段和稀疏段分布失衡，这可能是全球变化的重要表现 之一. 关键词： 气候突变 均值段 突变密度 人为因素 全球变化     

滑动移除小波分析法在动力学结构突变检验中的应用

标度指数计算的即时性与准确性对相关时间序列的动力学结构突变分析至关重要,然而现有方法在即时性与准确性上一直无法兼顾.将小波分析方法与滑动移除窗口技术相融合,提出一种新的动力学结构突变检测方法——滑动移除小波分析法.通过选取不同的滑动移除窗口,分别对构建的线性、非线性理想时间序列进行动力学结构突变分析,结果表明不论是线性时间序列还是非线性时间序列,滑动移除小波分析能够准确地检测到序列的动力学结构突变点及突变区间,对于滑动移除窗口长度依赖性较小,具有很强的稳定性,而且在计算速度上明显优于滑动移除重标极差和滑动移除方差分析方法,将在大数据处理中具有一定的优势.同时分别对线性、非线性理想时间序列添加高斯白噪声,结果表明滑动移除小波分析具有很强的抗噪能力,能够准确地检测到加噪后序列的突变点.对佛坪站日最高温度实测资料的动力学结构突变的准确检测进一步验证了该方法的有效性.滑动移除小波分析法可为具有相关性的系统动力学结构突变的快速、准确检测提供一种途径.     

近似熵检测气候突变的研究

引入近似熵方法应用于理想时间序列,检验了该方法具有区别不同动力学结构和检测其突变的特性.然后应用于中国气象局国家气候中心740站点1960—2000年的逐日气温和降水观测资料.分析结果表明,温度和降水分布存在明显的区域分布特征,反映出气候系统动力学结构区域间的差异;在20世纪70年代末到80年代初各站点具有不同程度的突变现象,说明了突变时空分布的不均一性以及气候系统演化的复杂性. 关键词： 气候突变 温度 降水 近似熵     

基于近似熵的突变检测新方法

近似熵是一个有效的非线性动力学指数,能够用于表征时间序列的复杂性,通过滑动窗口技术,近似熵对于一维时间序列的动力学结构突变具有一定的识别能力,但其突变检测结果依赖于子序列长度的选择,且不能准确定位突变点.鉴于此,本文提出了一种新的突变检测方法——滑动移除近似熵.测试结果表明,滑动移除近似熵具有检测结果稳定性好、准确性高等特点,明显优于滑动近似熵和Mann-Kendall方法,其在实际观测资料中的应用进一步证实了新方法的可靠性. 关键词： 近似熵 滑动移除近似熵 突变检测     

滑动移除重标方差在动力学结构突变检验中的应用

标度指数是一个有效的非线性动力学指数,能够针对相关性时间序列动力学结构突变进行检测;通过滑动窗口技术和滑动移除窗口技术,重标极差对于相关时间序列动力学突变具有很好的检测能力,但由于重标极差方法本身的不完善,在滑动移除窗口较小时其检测结果出现一些虚假的突变点和突变区间.鉴于此,本文提出了一种新的动力学检测方法—–滑动移除重标方差.理想序列数值试验表明,滑动移除重标方差具有很强的稳定性和准确性,在滑动窗口较小时其检测结果没有出现虚假的突变点和区间,实测资料的应用进一步验证了新方法的可靠性.     

气候代用资料动力学结构的区域与全球特征

介绍一种非线性时间序列分析方法——动力学相关因子指数Q(简称Q指数)，是基于相空间重 构技术的动力学指标，它能有效识别时间序列之间动力结构的异同性.利用该方法分析了几 种典型代用资料的动力学结构，发现它们的演变特征基本相似，区域和全球范围的气候同步 变化，区域气候受到全球气候系统制约.近2000年来的区域到全球气候系统有两个明显动力 结构突变期：700—900a和1300—1700a，它们所对应的环境变化可能是中世纪暖期和现代小 冰期事件. 关键词： 气候代用资料 动力学相关因子指数 动力学结构 小冰期 中世纪暖期     

基于启发式分割算法检测华北和全球气候变化的特征

全球变化已成为当代科学界瞩目的新领域，气候变化是其研究的核心内容之一，它受到各国政府的极大重视.气候突变是气候变化的重要表现形式之一，目前对气候突变的研究主要针对代用资料，运用传统的统计学方法进行处理，尽管取得了不少进展，但气候系统的非线性、多层次性和非平稳性对分析和检测气候突变的方法提出了较高的要求.众所周知，气候系统可能是由多个不同区域气候子系统构成的复杂体系，因而局地和全球气候变化之间必然存在一定的内在联系，但目前关于这方面研究的理论和方法还较少.介绍了一种适合非线性和非平稳时间序列的突变检测新方法 关键词： 突变 启发式分割算法 人为变率 小冰期 全球变化     

基于Fisher信息理论的突变检测新方法

自然界许多复杂系统的动力学结构因其受外强迫的作用, 常常会发生与人类生活密切相关的突变. 对突变做出准确预测并采取相应对策的有效途径就是检测. Fisher信息(FI)是一种能够敏锐捕捉并刻画系统变量的概率密度分布发生微小变化的量; 而当系统的动力学结构发生突变时, 来自突变前后两种不同动力学结构的数据其概率密度分布肯定会发生不同程度的改变. 基于此,本文将它用于检测和识别系统动力学结构所发生的突变, 以一种全新的思路来解决突变检测问题. 首先通过理想数据序列展示了使用FI来表征各种不同类型理想信号突变的能力. 进而应用于中国气象局国家气象信息中心“西北地区地面气候资料日值数据集”兰州站1960–2008年日平均气温资料的实际检测中, 结果表明与已有历史记载相符合, 进一步验证了该方法的有效性和实用性. 关键词： Fisher信息 动力学结构 突变检测 概率密度分布     

不同趋势对滑动移除近似熵的影响

许多观测资料中存在着各种各样的趋势,如季节变化引起的周期性趋势、全球变暖所造成的线性趋势、多项式趋势等.鉴于此,本文研究了各种趋势对滑动移除近似熵的影响.数值试验结果表明,周期性趋势、线性趋势及非线性趋势均对滑动移除近似熵的突变检测结果影响较小,论证了滑动移除近似熵方法检测突变的可靠性,为该方法在实际观测资料中的广泛应用提供了实验基础.     

试用Lyapunov指数探讨气候突变及其前兆信号

Lyapunov 指数是标志一个系统做规则运动还是混沌运动的一个重要物理量.鉴于此, 本文利用Lyapunov指数研究系统的混沌特性, 研究气候的突变.计算结果表明, 定义法求得的Lyapunov指数是一种可靠的突变检测方法, 无论是理想序列还是实际存在突变的序列, 利用该方法都能准确地找出突变位置; 而利用非线性局部Lyapunov指数的可预报期限从理论上佐证了基于临界慢化现象的气候突变前兆信号的可靠性, 通过计算各个时间段的最大Lyapunov指数能够反映系统的内在性质、研究其混沌特性. 研究结果为该方法在实际观测资料中的广泛应用提供了理论基础. 关键词： Lyapunov指数 气候突变 前兆信号     

利用排列熵检测近40年华北地区气温突变的研究

运用一种新的动力学突变检测方法——排列熵(permutation entropy，PE)算法，计算并分析了中国华北地区52个站点1960年—2000年逐日平均气温资料的排列熵演化情况，发现中国华北地区气温在20世纪70年代中期、80年代初均发生了较大突变；进一步用经验模态分解(empirical mode decomposition，EMD)方法对排列熵序列进行逐级平稳化处理，结果发现这一地区的气温突变与准10年这一年代际时间尺度的周期变率密切相关，其原因与太阳黑子活动有着密切联系. 关键词： 华北 突变 排列熵算法 经验模态分解     

一种基于Logistic模型的突变过程性分析方法及其应用

传统突变检测方法往往将突变检测的关键放在"突变点"上而忽略突变事件发生、发展乃至消亡的过程. 本文提出一种新的检测突变过程的方法, 其基于Logistic模型推导出能够反应均值突变过程的分段函数, 利用分段函数对实际时间序列进行参数提取, 借助参数的物理意义, 研究分析完整的突变过程, 从而加深对突变过程性的理解和认识, 为进一步研究突变的形成机理、影响因素乃至发展趋势奠定重要的科学基础. 文章还对太平洋年代际振荡 (PDO) 指数进行突变过程性检测, 发现1940/1942, 1977, 1987年开始序列发生突变, 突变持续时间锁定在某些固定值, 并且系统相图表明一般性系统存在三种基本的状态. 关键词： 均值突变 参数提取 突变过程 突变持续时间