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     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹等ε_θ线体积应变能断裂准则

利用裂纹尖端附近能量的变化去建立Ⅰ-Ⅱ型裂纹断裂准则是有效的方法之一。本文利用Ⅰ-Ⅱ型裂纹尖端周向应变ε_θ所围成的区域内体积应变能的变化,建立了基于等ε_θ线内体积应变能Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂准则;讨论了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂中的两种应力状态下的临界荷载比值;并将准则的预测值与最大正应力理论和应变能密度因子准则预测值以及已有部分材料的实验结果进行了对比分析。结果表明,本文的理论预测值与铬锰钢、混凝土材料以及PMMA材料的实验值相比基本吻合。说明该准则对于工程材料的复合型断裂问题分析具有一定的理论意义和参考价值。     

中国极端干旱事件的年代际变化及其成因

研究了河北山西、黄河中下游、江淮和西北东部地区531年极端干旱事件的概率,采用古里雅冰芯δ¹⁸O含量和500年来太平洋年代际涛动指数进行了对比分析.Morlet小波分析发现四个地区的极端干旱事件概率和古里雅冰芯δ¹⁸O含量都存在着350年左右的准周期,且四个地区近500年来极端干旱事件概率的变化与古里雅冰芯δ¹⁸O含量的变化相反,在δ¹⁸O含量较高的时期,发生极端干旱事件的概率较低,反之亦然.对太平洋年代际涛动指数进行小波变换,发现80年尺度的准周期在逐渐衰弱而50年尺度的准周期却在逐渐增强.在80年或50年尺度的准周期处于控制地位时,四个地区处于极端干旱事件多发期,而在二者处于交替时期,即二者周期性均较弱的时期,处于极端干旱事件偏少期. 关键词： 干旱 冰芯 太平洋年代际涛动     

基于条件熵长江三角洲温度的非线性动力学特征分析

通过粗粒化方法得到符号序列，如果两个符号序列的条件熵在相对位移为零时达到最小值，那么这两个时间序列可能属于同一个动力学系统.进一步可以判断两个时间序列之间的耦合强度并提取出两个动力学耦合信号之间的内在滞后关系.本文用条件熵算法分析了长江三角洲地区上海、南通、常州、南京和杭州的逐日气温资料，判断这些地区的温度是否属于同一个动力学系统以及它们之间的动力学耦合关系，并提取出它们之间的滞后信息. 关键词： 粗粒化 条件熵 动力学耦合 滞后时间     

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.     

基于联合熵的旱涝空间场关联性研究

利用一种信息熵空间场相关性测算方法,给出一个具有统计学中相关系数性质的离散空间场相关指数,探讨中国旱涝事件发生的内在规律及其空间分布情况.利用联合熵的概念研究了1470—2000年各年份旱涝分布之间的关联性,通过计算实际和随机旱涝分布场的联合熵的概率密度分布和联合熵矩阵的本征值,发现实际旱涝分布场各年份之间的关联性同随机旱涝分布场相比有明显差别,是非随机的,具有一定的内在相关联系.各年份旱涝分布情况同其余年份之间的平均联合熵,表征了该年份的旱涝分布情况同其他年份旱涝分布之间的关联程度,其值越大,相关越强,反之亦然,气候状态相似程度以1820年为界有明显的准周期特征,周期尺度维持在113年左右,周期强度也较稳定;其后从1820—2000年,准周期的尺度从113年增大至约130年,强度也比前一时期有所下降;对于68年尺度的准周期,在1595—1820年期间比较明显,并且周期尺度从开始的61年上升至81年,周期强度保持稳定,而在其余时期,该尺度均没有明显的准周期特征. 关键词： 旱涝指数 联合熵 空间场相关     

利用空间点过程提取丛集点算法的适用性研究

以二维泊松过程理论为基础,结合空间点过程理论,引入k阶最近邻距离的概念,介绍了基于k阶最近距离的丛集点的提取算法,对该算法的适用范围进行了讨论和分析,发现丛集区域和背景区域疏密程度差异以及所研究的数据点数目对该方法有影响,疏密程度差异较小时,该算法的有效性不强,疏密程度差异较大时,该算法较为适用,同时,数据点的总数不同时,算法的适用范围有所差异,但差异不大.此外,引入权重的思想,对算法中理想数据点的设置进行了一定程度的拓展,将所研究区域内的数据点赋予不同的权重,进行丛集数据点的提取,从而扩展了该算法的使用范围. 关键词： 丛集点 最近邻距离 EM算法 分布参数比值     

东亚区域大气长程相关性

运用去趋势涨落分析方法分别研究NCEP/NCAR再分析资料中的高度场和温度场,揭示了东亚区域高度场和温度场的标度指数分布特征.结果表明高度场和温度场都具有长程相关性,且二者空间分布特征总体匹配.对同一层格点资料而言,低纬度地区标度指数较大,长程相关性较好;中高纬度地区标度指数较小,长程相关性较差,呈现比较明显的纬向分布特征.不同层格点资料的标度指数分布有所区别,具体表现为高度场资料随层数的增加,其平均标度指数值呈增长趋势且纬向分布特征更为明显;在高度场中下层青藏高原地区标度指数明显大于同纬度其他区域.温度场资料随层数的增加平均标度指数先减小再增大,也具有一定的纬向分布特征.总体而言,高度场长程相关性的标度指数值要高于温度场.分季节研究表明,高度场和温度场也具有较好的长程相关性,冬季标度指数高于其他季节,为利用冬季信息制作夏季汛期预报提供了一定的理论依据. 关键词： 高度场 温度场 长程相关性 去趋势涨落分析     

基于非线性相似度量方法研究中国季节划分

利用中国气象局1961—2008年752个站点的候平均气温、气压、相对湿度和降水量资料,运用候平均气温划分方法、非线性相似度量方法和季节内离差最优分割方法,对中国的四季进行了划分,并研究了中国四季起始时间的空间分布.用多要素构造了描述气候状态的变量,以气候状态在不同季节间的转折变化为切入点,并与传统季节划分方法进行了对比研究,验证了非线性相似度量方法的可行性,得到了以下研究结果:一是多要素比单一的温度要素更全面贴切地描述气候状态的变化,划分结果更体现出大气环流形势和大气活动中心等的季节变化;二是从气候状态转折角度考虑季节划分是可行的,揭示了季节转换时大气系统的调整和转折变化,体现了大气系统在季节内保持相对平稳的特征,在季节间发生较大的调整的观测事实. 关键词： 季节划分 非线性相似度量方法 季节内离差最优分割法     

最概然温度背景下不同气候态中国夏冬季极端温度事件时空分布特征

利用1961-2009年中国逐日最高温度资料,分成1961-1990年、1971-2000年和1981-2009年三个气候态(分别称为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ态),基于偏态概率密度函数定义极端温度事件,从频次、强度两个角度研究了不同气候态下中国夏季和冬季极端温度事件的时空变化特征. 空间分布上,夏季极端高温的频次、强度在Ⅰ态黄淮、江淮流域显著减小,在Ⅲ态,干旱半干旱以及经济发达的长江沿岸、长江三角洲以及东南沿海地区显著增加;冬季极端低温频次在Ⅱ态中的北方、长江三角洲以及Ⅲ态中的高原、东北东南部、长江三角洲显著降低. 冬季极端低温强度整体呈降低趋势,但区域特征不明显. 极端温度频次和强度在空间上一致性较好;时间演化上,夏季极端高温频次、强度均在Ⅱ,Ⅲ态显著增加,冬季极端低温频次、强度降低的趋势有所减缓. 在当前气候态(Ⅲ态)夏季极端高温在经济发达地区发生比较频繁且极端性在增强;冬季极端低温的发生维持在一个稳定状态且极端性也相对比较稳定. 极端温度事件的频次与强度在时间变化趋势上存在较好的一致性. 在Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ态共同时段内,后一气候态检测出的极端高温频次均比前一气候态少,极端低温频次均比前一气候态多,这与背景温度随气候态逐渐升高是相一致的;后一气候态检测出的极端高温强度均比前一气候态小,极端低温强度均比前一气候态大. 在20世纪70年代末80年代初全球气候系统突变前,极端高温频次具有明显的下降趋势,突变后显著上升;极端低温频次在突变前后变化不明显. 极端高温强度突变前表现出轻微的下降趋势,在突变后上升趋势明显;极端低温强度在突变前后大致相当,突变后的整体强度稍低于突变前. 关键词： 极端高温 极端低温 气候态