基于去趋势波动分析方法确定极端事件阈值

极端事件或者极值事件脱离了自身的正常演化状态,是系统演化的极端状态或系统受到外界扰动而导致的异常状态.去趋势波动分析法得到的指数是衡量系统在某一时间尺度内演化的长程相关性的参数,系统的长程相关性不受极端事件的影响或影响很小.基于这一思想,提出了利用去趋势波动分析法确定极端事件的阈值方法,并验证了该方法的有效性.使用该方法对北京极端高温事件、极端低温事件和极端降水事件进行了分析和讨论,确定北京1951—2004年极端高温、极端低温事件和极端降水事件的阈值.50余年来,北京极端高温和低温事件在20世纪70年代 关键词： 去趋势波动分析 极端事件 阈值     

一种确定极端事件阈值的新方法:随机重排去趋势波动分析方法

将去趋势波动分析法(detrended fluctuation analysis,DFA)和替代数据法相结合,同时引入启发式分割算法和卡方检验,提出了一种确定极端气候事件阈值的新方法,称为随机重排去趋势波动分析(stochastic re-sort detrended fluctuation analysis, S-DFA)方法. 同百分位阈值方法相比,S-DFA方法明确指出了极端事件和非极端事件之间的临界值. 基于中国气象局公布的中国165个国际交换站1961-2006年无缺测的逐日日平均气温资料,利用随机重排去趋势波动分析(S-DFA)方法计算并分析了中国极端低温事件阈值的空间分布特征,并对S-DFA方法在实际资料中的应用进行了检验. 从可预报性的角度给出了极端低温事件综合指标的定义. 这一综合指标将极端低温事件的发生频次和强度综合起来,且兼顾了不同地区各自特有的区域气候背景,进一步说明了综合指标定义的合理性. 基于极端低温事件综合指标的空间分布规律,将中国1961-2006年间极端低温事件分为四个不同等级的地区. 极端低温综合指标整体表现出下降趋势,在20世纪80年代初期之前综合指标的变化具有两个明显的准10年周期,而在这之后则一直处于下降趋势且大大低于平均值,直到90年代中期以后才再次上升至平均值附近. 关键词： 去趋势波动分析法 替代数据法 极端气候事件 阈值     

基于随机重排去趋势波动分析的极端低温事件研究及其综合指标的建立

将去趋势波动分析法(detrended fluctuation analysis,DFA)和替代数据法相结合,同时引入启发式分割算法和卡方检验,提出了一种确定极端气候事件阈值的新方法,称为随机重排去趋势波动分析(stochastic re-sort detrended fluctuation analysis, S-DFA)方法. 同百分位阈值方法相比,S-DFA方法明确指出了极端事件和非极端事件之间的临界值. 基于中国气象局公布的中国165个国际交换站1961-2006年无缺测的逐日日平均气温资料,利用随机重排去趋势波动分析(S-DFA)方法计算并分析了中国极端低温事件阈值的空间分布特征,并对S-DFA方法在实际资料中的应用进行了检验. 从可预报性的角度给出了极端低温事件综合指标的定义. 这一综合指标将极端低温事件的发生频次和强度综合起来,且兼顾了不同地区各自特有的区域气候背景,进一步说明了综合指标定义的合理性. 基于极端低温事件综合指标的空间分布规律,将中国1961-2006年间极端低温事件分为四个不同等级的地区. 极端低温综合指标整体表现出下降趋势,在20世纪80年代初期之前综合指标的变化具有两个明显的准10年周期,而在这之后则一直处于下降趋势且大大低于平均值,直到90年代中期以后才再次上升至平均值附近. 关键词： 随机重排去趋势波动分析 极端事件 阈值 综合指标     

中国冬季区域性极端低温事件分类及其与气候指数极端性的联系

基于区域性极端低温事件客观识别技术, 对1951–2010年中国冬季的区域性极端低温事件进行客观识别. 根据事件的空间分布特征, 将综合指数前60位的事件划分为全国型、东部型、东北-华北型、华北-华南型、北方型和西北-华南型六类; 通过分析不同区域类型低温事件形成的环流背景场验证了分类的有效性. 在此基础上, 以1971年1月21日开始的典型事件为例, 分析了事件对应的海温场、高度场和风场的异常, 确定与区域性极端低温事件联系较密切的可能气候因子, 进而分析不同类型事件与各气候指数异常的对应关系. 总体而言, 赤道中东太平洋海温指数异常偏小、北太平洋涛动指数异常偏小、北极涛动指数异常偏小和冬季风异常偏强时, 发生区域性极端低温事件的概率较高; 且这四种指数的历年冬季平均值达到15%(或85%)极端阈值的年份中, 发生区域性极端低温事件的百分率分别达到80.0%, 77.8%, 60.0%和62.5%, 从而为区域性极端低温事件的诊断和预测研究等提供了一定的参考. 关键词： 区域性极端低温事件 空间分类 气候指数 极端     

基于气候变化综合指数的中国近50年来气候变化敏感性研究

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.     

气象领域极端事件的长程相关性

利用固定阈值法研究了Lorenz系统极端事件序列的长程相关性特征.研究结果表明：不同阈值标定的极端事件序列具有长程相关性,且标度指数α比较接近,但都比Lorenz系统略小.不同的初值对极端事件序列的长程相关性影响不大,即对初值不敏感性,但Lorenz系统的长程相关性随着控制参数的增大而明显减弱.通过与高斯白噪声序列对比研究发现,Lorenz系统极端事件序列具有较好的记忆性特征.最后采用国家气候中心194个测站1957年—2004年日最高气温观测资料进行分析,揭示了实际气象要素中存在类似的规律. 关键词： Lorenz系统 极端事件 长程相关性 记忆性     

中国月极端高温对大气涛动的响应

利用广义帕雷托分布(GPD)模型研究了中国1960—2007年740站月极端高温(monthly extreme high-temperature,MEHT)对大气涛动响应的分布特征.通过构建空间GPD模型,分别将北大西洋涛动(NAO)和南方涛动(SO)作为强迫因子引入模型,考察了9种情景下MEHT响应的区域规律.结果表明NAO和SO对MEHT分布有潜在强迫作用,MEHT产生响应的空间分布主要集中在东北、青藏高原东部及长江、黄河流域和华南部分地区.具体表现为：1)MEHT明显依赖于NAO的敏感区为东北,其 关键词： 月极端高温 广义帕雷托分布 大气涛动 遥响应     

基于WSAN的道路积水监控系统的设计与实现

强降雨及城市排水系统的老化,使得城市道路低洼处积水严重,对市民人身安全、财产、路基、城市交通产生不容忽视的影响。针对该问题,采用无线传感器/执行器网络（WSAN）技术,设计了道路积水监控系统。该系统分为传感/执行层、网络层和应用层三层。传感/执行层的传感器节点使用超声波传感器采集积水信息,执行器节点使用执行器水泵进行排水;网络层网关及汇聚节点使用ZigBee网络和GPRS网络相结合来实现传感/执行层与应用层之间的数据双向传输;应用层服务器储存采集的道路积水信息,调用百度地图API将实时信息显示在web端,并通过网络层发送指令控制积水区域内的执行器水泵动作,实现闭环控制。该系统能够简洁有效地实现道路积水信息的实时共享,可以实现及时排水,具有实际的应用价值。     

20世纪后30年中国西北西部降水年代际变化机理分析

在全球气候变暖背景下1980年代中期中国西北西部气候发生了年代际突变,降水明显增加且主要是极端降水的贡献. 本文用欧洲中期预报中心再分析资料ERA-40计算了瞬变涡动、环流、水汽输送及其散度等的年代际变化并进行了分解分析. 结果表明, 1987年后大气环流年代际变化形成"东高西低"环流背景场,西风带向该区的水汽输送增加, 水汽辐合增强,其中主要是定常波水汽输送的贡献, 其结果是造成该区及周边空气水汽含量上升, 有利于降水或极端降水的增加. 夏季该区瞬变涡动增强且造成水汽辐合, 增加了降水天气出现的频率; 冬季瞬变涡动减弱, 天气过程减少, 说明降雪增加的原因应该是空气水汽含量增加, 导致降雪强度增加. 因此该区降水的增加即有中高纬度大气变暖变湿的贡献,也有瞬变涡动的动力作用. 未来西北西部降水的趋势主要取决于瞬变涡动与大气水汽含量变化的竞争．     

Lund模型和极端相对论系统的量子能谱

讨论极端相对论量子系统的能谱问题.从给出一个典型的极端相对论系统(Lund模型)的精确解及证明一个新的维里定理这两方面来演示了动能形式对能谱的影响. 关键词：     

Trend of extreme precipitation events over China in last 40 years

Using the daily precipitation data of 740 stations in China from 1960 to 2000, the analysis on the variations and distributions of the frequency and the percentage of extreme precipitation to the annual rainfall have been performed in this paper. Results indicate that the percentage of heavy rains （above 25mm/day） in the annual rainfall has increased, while on average the day number of heavy rains has slightly reduced during the past 40 years. In the end of 1970s and the beginning of 1980s, both the number of days with extreme precipitation and the percentage of extreme precipitation abruptly changed over China, especially in the northern China. By moving t test, the abrupt change year of extreme precipitation for each station and its spatial distribution over the whole country are also obtained. The abrupt change years concentrated in 1978-1982 for most regions of northern China while occurred at various stations in southern China in greatly different/diverse years. Besides the abrupt change years of extreme precipitation at part stations of Northwest China happened about 5 years later in comparison with that of the country＇s average.     

Oscillation and extinction thresholds of the clarinet: comparison of analytical results and experiments

In the context of a simplified model of the clarinet in which the losses are assumed to be frequency independent the analytic expressions of the various thresholds have been calculated in a previous paper [Dalmont et al., J. Acoust. Soc. Am. 118, 32.94-3305 (2005)]. The present work is a quantitative comparison between "theoretical" values of the thresholds and their experimental values measured by using an artificial mouth. It is shown that the "Raman" model, providing that nonlinear losses are taken into account, is reliable and able to predict the values of thresholds.     

A spatial network explanation for a hierarchy of urban power laws

Power laws in socioeconomic systems are generally explained as being generated by multiplicative growth of aggregate objects. In this paper we formulate a model of geographic activity distribution with spatial correlations on the level of land lots where multiplicative growth is assumed to be dominant but not exclusive. The purpose is to retain the explanatory power of earlier models due to Simon, Gibrat and others while attaining some additional properties that are attractive for both empirical and modelling purposes. In this sense, the model presented here is a combination of the two factors that have been identified as central to urban evolution but rarely appear unified in the same model: transportation costs and multiplicative growth. The model is an elaboration of a previously reported complex network model of geographical land value evolution. We reproduce statistical properties of an empirical geographical distribution of land values on multiple hierarchical levels: land value per unit area, cluster areas, aggregated land value per cluster and cluster area/perimeter ratios. It is found that transportation effects are not strong enough to disturb the power law distribution of land values per unit area but strong enough to sort nodes to generate a new set of power laws on a higher level of aggregation. The main hypothesis is that all these relations can be understood as consequences of an underlying growing scale-free network of geographic economic interdependencies.     

基于鲁棒极端学习机的混沌时间序列建模预测

针对混沌时间序列预测模型易受异常点影响,导致模型预测精度低的问题,在贝叶斯框架下提出一种鲁棒极端学习机.所提模型将具有重尾分布特性的高斯混合分布作为模型输出似然函数,得到一种对异常点和噪声更具鲁棒性的预测模型.但由于将高斯混合分布作为模型输出似然函数后,模型输出的边缘似然函数变成难以解析处理的形式,因此引入变分方法进行近似推理,实现模型参数的估计.在加入异常点和噪声的情况下,将所提模型应用于大气环流模拟模型方程Lorenz序列以及Rossler混沌时间序列和太阳黑子混沌时间序列的预测中,预测结果验证了所提模型的有效性.     

基于极端学习机的多变量混沌时间序列预测

针对多变量混沌时间序列预测问题, 提出了一种基于输入变量选择和极端学习机的预测模型. 其基本思想是 对多变量混沌时间序列进行相空间重构后, 采用互信息方法选择与预测输出统计相关最高的重构输入变量, 借助极端学习机的通用逼近能力建立多变量混沌时间序列的预测模型. 为进一步提高预测精度, 采用模型选择算法选择具有最小期望风险的极端学习机预测模型. 基于Lorenz, Rössler多变量混沌时间序列及Rössler超混沌时间序列的仿 真结果证明所提方法的有效性.     

The effects of hearing loss on the contribution of high- and low-frequency speech information to speech understanding. II. Sloping hearing loss

The speech understanding of persons with sloping high-frequency (HF) hearing impairment (HI) was compared to normal hearing (NH) controls and previous research on persons with "flat" losses [Hornsby and Ricketts (2003). J. Acoust. Soc. Am. 113, 1706-1717] to examine how hearing loss configuration affects the contribution of speech information in various frequency regions. Speech understanding was assessed at multiple low- and high-pass filter cutoff frequencies. Crossover frequencies, defined as the cutoff frequencies at which low- and high-pass filtering yielded equivalent performance, were significantly lower for the sloping HI, compared to NH, group suggesting that HF HI limits the utility of HF speech information. Speech intelligibility index calculations suggest this limited utility was not due simply to reduced audibility but also to the negative effects of high presentation levels and a poorer-than-normal use of speech information in the frequency region with the greatest hearing loss (the HF regions). This deficit was comparable, however, to that seen in low-frequency regions of persons with similar HF thresholds and "flat" hearing losses suggesting that sensorineural HI results in a "uniform," rather than frequency-specific, deficit in speech understanding, at least for persons with HF thresholds up to 60-80 dB HL.     

Scaling laws and the modern city

The inter-relations and the complexity of modern urban spaces are difficult to analyse in a way that allows improving living conditions or help to ascertain optimal decisions for saving energy or improving sustainability. Carefully designed decisions and guidelines might produce unexpected results because of particularities, or complex sets of reactions from residents or economic counterparts. Complexity tends to increase with size, such as when, for instance, services tend to concentrate in large agglomerations, and transportation needs take on critical importance. Complex systems such as living organisms are known to follow approximate relationships as scaling laws between the variables that describe them. Some of these kinds of relationships are tested in relation to modern developed urban spaces, in which it is possible to find a reasonable continuity with the types of scales seen in living organisms, and some preliminary conclusions are drawn.     

温度关联网络稳定性分析Ⅰ——极端事件的影响

基于极端温度值、强El Niňo/La Niňa年、温度变化关键区域和极端事件频发年四个方面,研究了时间和空间上的极端事件对温度关联网络性质的影响及网络性质相对稳定的可能条件.结果表明,滤除一定比例的极端温度会在一定程度降低网络的连通性, P=0.1和0.9时对应温度关联网络性质变化的拐点,极端低温和高温的界定可以控制在百分比为0.1所对应的温度;La Niňa年长程连边数较El Niňo年明显增加,遥相关作用比较显著,温度变化的关联稳定性较El Niňo年更好一些.热带地区温度变化正常年份的长程和短程连边数均较少,气候变化的各种信号不明显,更难判断气候变化的中长期特征.极端高温事件频发年对网络性质的影响较小,极端低温事件频发年网络长程连边数明显增加,其关联稳定性较极端事件频发年和正常年更强;四方面的研究均表明对网络性质影响最大的区域为180°E—80°E,15°N—15°S的赤道中东太平洋区,网络能否保持稳定的关键是该区域是否会受到重大外强迫等作用. 关键词： 极端事件 强El Niňo/La Niňa年 极端事件频发年 稳定性     

大型风力机叶片非线性气弹模型

大型柔性叶片在实际运行过程中存在明显的几何非线性变形问题。本文基于自由涡尾迹方法,与FAST进行耦合建立了完善的风力机叶片气弹模型。并通过NREL PhaseⅥ风力机对气动部分进行了验证,最后用耦合后的气弹模型对两种极端工况进行了数值仿真。结果表明,自由涡尾迹方法能够更好的模拟风力机叶片的气动变化过程。耦合后的气弹模型能够很好的模拟极端风切变下的结构变化。     

Value-at-risk estimation with wavelet-based extreme value theory: Evidence from emerging markets

This paper introduces wavelet-based extreme value theory (EVT) for univariate value-at-risk estimation. Wavelets and EVT are combined for volatility forecasting to estimate a hybrid model. In the first stage, wavelets are used as a threshold in generalized Pareto distribution, and in the second stage, EVT is applied with a wavelet-based threshold. This new model is applied to two major emerging stock markets: the Istanbul Stock Exchange (ISE) and the Budapest Stock Exchange (BUX). The relative performance of wavelet-based EVT is benchmarked against the Riskmetrics-EWMA, ARMA-GARCH, generalized Pareto distribution, and conditional generalized Pareto distribution models. The empirical results show that the wavelet-based extreme value theory increases predictive performance of financial forecasting according to number of violations and tail-loss tests. The superior forecasting performance of the wavelet-based EVT model is also consistent with Basel II requirements, and this new model can be used by financial institutions as well.