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相似文献
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1.
基于启发式分割算法的气候突变检测研究   总被引:14,自引:0,他引:14       下载免费PDF全文
封国林  龚志强  董文杰  李建平 《物理学报》2005,54(11):5494-5499
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  相似文献   

2.
非线性动力学方法在气候突变检测中的应用   总被引:3,自引:0,他引:3       下载免费PDF全文
刘群群  何文平  顾斌 《物理学报》2015,64(17):179201-179201
快速、准确的检测气候突变, 对于我们认识气候系统的变化和对未来气候系统演变趋势的预测有着重要的现实意义和社会经济价值. 本文主要回顾了近年来非线性突变检测技术的主要研究进展及其在实际观测资料中的应用, 其中包括基于气候系统长程相关性的检测方法, 如滑动去趋势波动分析方法、滑动移除去趋势波动分析方法、滑动移除重标极差方法和指纹法等; 以及基于时间序列复杂性的检测方法, 如近似熵方法, Fisher信息和小波Fisher信息等. 此外, 本文还指出发展针对空间场的突变检测技术是未来一个可能的发展方向. 由于空间场所包含的气候系统的演变信息远高于单点时间序列, 空间场的突变检测技术将会使得对气候突变的检测时间大大缩短, 从而使得人们有足够的时间去采取行动, 以便为适应气候突变所带来的新挑战做好准备.  相似文献   

3.
气候代用资料动力学结构的区域与全球特征   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
万仕全  封国林  董文杰  李建平 《物理学报》2005,54(11):5487-5493
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  相似文献   

4.
全球气候变化中的物理问题   总被引:6,自引:0,他引:6  
全球气候变化是一个复杂的科学问题,它涉及到气候系统或地球系统的变化,不但需要考虑它们所包含的这些系统内各部分本身的变化,以及它们之间复杂的相互作用,而且还需考虑物理与地球生物化学等许多过程,文章主要讨论全球气候变化中的物理问题,主要有三个方面:(1)辐射传输和全球辐射平衡:不论是由于自然的原因或人类活动(如太阳活动与火山爆发以及温室气体排放增加导致的温室效应加强)一旦破坏全球的辐射平衡,则会引起气候变化,这是气候变化的主要原因与驱动力;(2)大气波动和气候变化的内部变率:除上述外强迫的作用外,气候变化还可由气候系统内部的变率引起,这包括大气内部变率和耦合气候变率,它们主要是通过产生各种大气的波动而实现的,其中最重要的是罗斯贝(Rossby)波.它们的传播和不稳定发展是造成气候变化的另一个原因;(3)气候系统的混沌性质和可预报性:数值预报模式的预报结果对初始场很敏感,即初始场的微小误差可导致完全不同的预报结果,同时模式中物理过程描述的真实程度也影响预报的结果,大气的这种混沌性质限制了天气的可预报性在2周以内,但气候预测由于明显受外强迫的作用,可使大气的混沌时效延长到月、季、年、几十年甚至上百年,为了减少由初始场误差和模式不完善而造成的预报误差,目前气候预报足采用多初值和多模式的集合预报方法,因而气候预测实际上是一种概率预报.  相似文献   

5.
张文  何文平  邹明玮  封国林 《物理学报》2007,56(10):6150-6156
气候系统是一个复杂的、开放的非线性系统,具有层次结构. 高层次系统控制着低层次系统的行为,并决定了气候变化的基本形态. 一般地,观测资料或器测资料往往直接记录的是低层次系统的输出结果,它包含了各层次相互作用的信息. 如何从观测资料中提取与分离高层次系统的尺度信息已成为观测资料的非线性时空分布理论和方法的研究热点之一. 目前对气候系统的具体的形式还没有统一的定论. 为了分析问题的方便,引用了一个由Logistic模型与Lorenz模型构建的两层系统模型,在不同的控制参数下,分别应用功率谱分析和小波变换对低层次系统的输出结果进行了分析,进而提取与分离高层次系统的尺度变化信息.  相似文献   

6.
近似熵检测气候突变的研究   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
王启光  张增平 《物理学报》2008,57(3):1976-1983
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  相似文献   

7.
薛春芳  侯威  赵俊虎  王式功 《物理学报》2013,62(10):109203-109203
集合经验模态分解(EEMD)是一种适用于非线性、非平稳序列的信号分析方法, 将EEMD 应用于气候要素时间序列, 可提取可靠真实的气候变化信号, 同时, EEMD可以得到气候变化的固有时间尺度.本文使用EEMD方法, 从气候时间序列中提取气候信号中各个尺度的变化, 对渭河流域过去50年来的秋季降水进行多尺度分析,结果显示, 对于20世纪70年代末80年代初的全球气候突变, 渭河流域的秋季降水也有很好的响应, 而且大尺度上的响应要早于中小尺度, 其中在大尺度上主要表现为波动形式, 即降水距平正负位相持续期的变化, 从持续正位相到正负位相周期性交替出现; 而在中小尺度上主要是振幅大小, 即降水距平正负位相量级的变化, 量级从相对较大变为相对较小再逐渐增大. 关键词: 集合经验模态分解 多尺度变化 秋季降水 渭河流域  相似文献   

8.
吴浩  侯威  钱忠华  胡经国 《物理学报》2012,61(14):149205-149205
气候变化指数是目前有关气候变化研究领域的前沿课题, 国内外在气候变化研究领域存在着许多具体指数,但关于综合指数的研究却非常少见. 本文将基于温度和降水的单一要素指数的气候变化信息进行综合, 得到一个综合气候变化指数CCI (climate change index)以评估中国近50年来的气候变化及其区域敏感性.指数大小表征气候突变前后极端气候事件的频数之差, 反映该地区应对气候变化的能力,反映该地区对气候变化的敏感性. 通过该指数可以获得多种气候变化的相关信息,从而为更好地应对极端气候事件提供判断依据. 研究结果显示,内蒙古大部、东北中部、云南以及西北中部等地CCI指数较大, 说明这些地区相对于气候突变之前极端气候事件频发. 中国各个省份中的所有站点的CCI指数平均值表明,中国江南和西南东部对气候变化不敏感; 华北和东北地区极端气候事件频发.气候变化在高纬度地区和热带、 亚热带地区表现明显,北方和西南比较敏感,而黄河以南敏感性较弱, 沿海地区由于受季风及台风带来的强降水的影响, CCI指数相对偏大,敏感性较强.  相似文献   

9.
吴浩  侯威  王文祥  颜鹏程 《物理学报》2013,62(12):129204-129204
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  相似文献   

10.
不同趋势对滑动移除近似熵的影响   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
金红梅  何文平  侯威  章大全 《物理学报》2012,61(6):69201-069201
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.  相似文献   

11.
试用临界慢化原理探讨气候突变   总被引:3,自引:0,他引:3       下载免费PDF全文
吴浩  侯威  颜鹏程 《物理学报》2013,62(3):39206-039206
近年来, 临界慢化现象在揭示复杂动力系统是否趋向于临界性灾变方面展示了重要潜力. 本文基于临界慢化的理念, 着重研究不同噪声影响下, 气候突变前兆信号出现的时间; 对含有不同噪声的气温观测资料、太平洋年代际振荡指数以及阿留申低压强度资料进行处理, 研究突变的前兆信号. 以20世纪70年代末80年代初这次气候突变为例, 分别计算了表征临界慢化现象的方差和自相关系数. 结果表明, 临界慢化现象出现在具有不同信噪比的资料中, 这表明临界慢化现象可能是气候突变发生前的一个前兆信号, 并且噪声对气候突变前兆信号的检测结果影响较小, 从而论证了临界慢化现象检测突变前兆信号的可靠性, 为该方法在实际观测资料中的广泛应用提供了实验基础.  相似文献   

12.
成海英  何文平  何涛  吴琼 《物理学报》2012,61(3):39201-039201
对于一个稳定的动力系统而言,系统变量的概率密度具有较为稳定的分布型,而当系统的动力学结构发生变化后可能会导致系统变量的分布型发生不同程度的变化.鉴于此,本文从识别系统变量的概率密度分布的微小变化角度出发,将描述时间序列概率分布特征的偏度系数和峰度系数应用于时间序列的突变检测中.数值试验结果表明,偏度系数和峰度系数对突变信号具有很好的识别能力,进而揭示了一条检测突变的新途径.进一步的研究表明,新方法的检测结果对于子序列长度的选择具有较小的依赖性.  相似文献   

13.
吴浩  封国林  侯威  颜鹏程 《物理学报》2013,62(5):59202-059202
近年来, 临界慢化现象在揭示复杂动力系统是否趋向于临界性突变方面展示了重要潜力. 在此基于临界慢化的理念, 对含有不同噪声的中国一级气象地理区划的11大区域的气温观测资料进行处理, 研究气候突变的前兆信号. 首先利用Mann-Kendall (M-K)方法准确的找出各个区域的突变位置, 然后计算了表征临界慢化现象的自相关系数以此寻找气候突变前兆信号, 并研究了不同噪声对气候突变前兆信号的影响. 结果表明, 针对不同的信噪比、不同区域的气温资料在气候突变发生前5–10年均出现了自 相关系数增大的临界慢化现象, 临界慢化现象可能是气候突变发生前的一个前兆信号; 噪声对气候突变前兆信号的检测结果影响较小, 论证了临界慢化现象检测突变前兆信号的可靠性, 为该方法在实际观测资料中的应用提供了实验基础. 关键词: 气候突变 临界慢化 M-K方法 前兆信号  相似文献   

14.
高新全  张文 《中国物理》2005,14(11):2370-2378
To better understand the physical mechanism of the climate change on interdecadal-centennial timescale, this paper focuses on analysing and modelling the evolution characteristics of the climate change. The method of wavelet transform is used to pick out the interdecadal timescale oscillations from long-term instrumental observations, natural proxy records, and modelling series. The modelling series derived from the most simplified nonlinear climatic model are used to identify whether modifications are concerned with some forcings such as the solar radiation on the climate system. The results show that two major oscillations exist in various observations and model series, namely the 20--30a and the 60--70a timescale respectively, and these quasi-periodicities are modulated with time. Further, modelling results suggest that the originations of these oscillations are not directly linked with the periodic variation of solar radiations such as the 1-year cycle, the 11-year cycle, and others, but possibly induced by the internal nonlinear effects of the climate system. It seems that the future study on the genesis of the climate change with interdecadal-centennial timescale should focus on the internal nonlinear dynamics in the climate system.  相似文献   

15.
非线性时间序列的动力结构突变检测的研究   总被引:3,自引:0,他引:3       下载免费PDF全文
基于非线性时间序列分析方法——动力学相关因子指数,提出一种新的动力结构突变的检测方法——动力学指数分割算法.通过理想时间序列试验,验证了该方法检测动力结构突变的有效性,同时发现相对少量的尖峰噪声对该方法的影响较小,但连续分布的随机白噪声对其具有一定的影响,并与传统的滑动T检验法和Yamamoto法进行比较,进而讨论它们各自的优缺点. 关键词: 动力学相关因子指数 动力学指数分割算法 噪声 滑动T检验 Yamamoto法  相似文献   

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