集合经验模态分解在区域降水变化多尺度分析及气候变化响应研究中的应用

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     

极端事件再现时间长程相关性与群发性研究

利用百分位阈值方法定义极端事件,从极端事件再现时间的角度,研究了极端事件发生时间间隔的长程相关性.发现若原时间序列具有长程相关性,则它的极端事件再现时间序列也具有长程相关性,计算表明两者的标度指数α相当接近,这一特性与随机产生的再现时间序列有着本质的差别,再现时间序列的长程相关性是由原序列的长程相关性决定的.具有长程相关性的时间序列再现时间的概率分布明显不同于随机序列,其小值再现时间的概率较大,反映出极端事件的群发现象.本文根据这一特征定义了再现时间的群发性指数,发现时间序列的长程相关性是导     

基于Logistic模型的均值突变时间序列临界预警研究

对物理学中的非线性方程——Logistic方程解的稳定性进行分析, 发现当初值和参数取值一定时, 解具有从一种稳定状态突变到另一种稳定状态的特性. 突变的程度和速度与方程的控制参数有关, 可以用定义的突变强度指数来进行描述. 利用方程解的这一特性, 构造满足动力学结构突变的理想时间序列, 模拟气候系统中的均值突变, 考察物理量回复速率和回复力在系统趋近临界阈值时的临界行为, 研究其对系统突变的早期预警能力. 本文还讨论了当系统受到噪声信号干扰时, 回复速率和回复力仍然对系统突变有较好的预警. 最后, 对太平洋年代际振荡(PDO)指数序列进行检测, 检测结果表明早期预警信号出现在1973年前后, 而公认的PDO指数序列的突变发生在1976/1977年, 表明回复速率和回复力在一定程度上可以作为均值突变的早期预警信号.     

基于游程理论和两变量联合分布的中国西南地区干旱特征研究

基于中国西南地区(四川省、云南省、贵州省和重庆市)89个站点1961—2010年的逐月标准化降水指数序列,利用游程理论和Copula函数分析了这一地区不同等级和不同历时干旱的出现概率及重现期特征.结果表明:西南地区的干旱事件多为历时小于4个月、强度小于3的干旱事件;月内轻旱、月内中旱、季内特旱和跨季特旱的概率较大.干旱历时小于3个月和干旱强度为中旱以下的干旱类型多出现在西南地区的东部和西部,而干旱历时大于3个月和干旱强度为重旱以上的干旱类型多出现在西南地区中部.西南地区东部和西部的重现期大于中部地区,且随着干旱历时和干旱强度的增大,重现期空间差异越明显.而且,各气候态下相同干旱类型的概率差值不大,概率波动范围为±0.05,即随着时间推移,各干旱类型出现的概率均未出现较大幅度的变化.     

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     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹等σθεθ线面积断裂准则

为了研究构件中的复合型裂纹开裂角和裂纹扩展临界值,根据Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端附近等σε线所围成的面积大小的变化,提出了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂等θθσε线面积断裂准则,推导了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展的开裂角公式和断裂扩展准则表达式,结果表明纯Ⅱ型裂纹的0θ及断裂韧度比θθKⅡ/c KⅠc随泊松比的增大而降低.同时给出了Ⅰ-Ⅱ复合型等θθσε线面积断裂准则的理论预测曲线,并与部分实测值进行了对比分析,与其他准则以及试验数据对比分析表明:本准则的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂准则公式推导简单,工程应用方便;其理论预测值与现有部分材料的实验值相比误差在12%以内,表明本文提出的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹等θθσε线面积断裂准则可以应用于部分材料的复合型断裂问题分析.     

k阶最近邻距离混合点过程分解模型的适用性判断条件的修正

对k阶最近邻距离混合点过程分解模型的判断条件进行修正,使该模型的适用范围更接近于真实.数值试验发现,参数R的理论值较大或者较小均不影响模型适用范围的判断条件.对适用范围的理论临界值可能产生影响的主要是该临界值附近的R分析临界值及其附近R与相应的理论值之间的差异,结合计算值,对所确定的临界值进行修正.结果发现:修正后的临界值-般都小于原临界值;无论临界值是否修正,点的个数对临界值的影响相似,即数据点数目较少时,临界值较大,数据点数目较大时,临界值较小;临界状态下,k的初始有效值基本随着数据点数目的增加而有所增加.     

基于Lorenz系统的数值天气转折期预报理论探索

以Lorenz系统为研究对象,对数值天气转折期预报中的动力学特征进行了理论研究,通过对Lorenz系统平衡点稳定性的讨论,得到了区分准稳定区域和准不稳定区域的分界曲面,由此标定出准稳定区域和准不稳定区域.在准稳定区域,Lorenz曲线保持相对稳定,能够在该平衡点周围周期运动;在准不稳定区域,Lorenz曲线可能会从这个平衡点周围跃过分界曲面而进入另外一个平衡点周围,即发生突变,这是Lorenz系统的一个重要动力学特征;对数值天气转折期预报与气候突变检测、预测给出一种新理论和新方法.     

中国西南地区干旱Copula函数模型对样本量的敏感性分析

基于中国西南地区(四川省、云南省、贵州省和重庆市) 89个站点1961-2010年的逐月标准化降水指数序列, 利用游程理论和Copula函数建立干旱历时和干旱强度的概率模型, 基于该模型讨论了干旱事件样本量对分布参数、干旱类型的出现概率及联合重现期的影响. 结果表明: 分布参数稳定对样本量的要求较大, 部分区域样本量要求大于50, 并且各参数对样本量的要求不一致, 又以干旱强度分布的参数对样本量的要求最大; 干旱事件样本量为10个左右求得的干旱类型出现概率和联合重现期与样本量为40求得的结果已无明显差异, 以计算结果作为标准可大幅降低统计模型建立对样本量的要求, 进而表明起止时间不一致和具有缺测数据的站点仍可建立干旱历时和干旱强度的分布函数; 气候变暖对模型建立所需的最少样本量影响不大, 样本量波动在± 5之间, 即统计模型具有一定的稳定性, 同时气候态的划分降低了分布检验对样本量的需求, 易于模型的建立.     

基于复杂度分析冰芯和石笋代用资料时间序列的研究

运用动态非线性时间序列分析方法——Lemper-Ziv复杂度，分别计算了古里雅冰芯资料和北 京石花洞石笋资料的复杂度，探讨了复杂度的物理内涵及其在气候变化研究中的意义；小波 多尺度分解分析表明，复杂度序列具有明显的特征周期，存在780年、380年、160年和105年 的准周期.进一步研究发现，当取不同的窗口长度时，复杂度序列的特征基本相同；并且复 杂度序列的突变和气候突变在时间尺度上有着较好的对应关系.揭示了近千年来，在380年时 间尺度上的准周期振荡，其振幅一直是在减弱的，而且其固有周期频率逐渐减小.1900年复 杂度开始持续下降，1920年之后变化很小，类似于中国6世纪中期及12世纪中期的变暖期， 因此造成20世纪气候变暖的原因还有待于深入研究. 关键词： Lemper-Ziv复杂度 小波变换 气候 自然变率