东亚地区大气环流的季节划分及其时空变化特征

利用NCEP-DOE Reanalysis 2 1979-2009年位势高度场、温度场、湿度场和风场逐日再分析资料,采用考虑面积权重的区域多要素最优分割法,对东亚地区大气环流的季节进行划分,并分析了四季起始时间的时空变化特征.研究结果表明:1)东亚地区春季最早始于中高纬地区的平流层和副热带的对流层中下层;夏季最早始于中高纬的平流层和副热带、中纬度地区的对流层中上层;秋、冬季开始最早的地区集中在东亚地区东部和东北部的对流层中低层,以及中高纬的平流层. 2)季节变化与环流形势密切相关,且对流层各个层次的夏季和冬季起始时间的分布均有较好的垂直一致性,平流层与对流层各季节起始时间分布有较大的差异性,平流层中层和下层也并不一致. 3)华北地区四季平均起始时间距平序列的逐年演变特征表明近30年该地区出现了6个四季起始时间异常偏早的年份,与El Niño活跃年份相一致,反映了海温等外强迫对大气环流季节变化的影响. 关键词： 季节划分 东亚地区 区域多要素最优分割法     

Early warning signals of abrupt temperature change in different regions of China over the past 50 years

In this paper, the early warning signals of abrupt temperature change in different regions of China are investigated. Seven regions are divided on the basis of different climate temperature patterns, obtained through the rotated empirical orthogonal function, and the signal-to-noise temperature ratios for each region are then calculated. Based on the concept of critical slowing down, the temperature data that contain noise in the different regions of China are preprocessed to study the early warning signals of abrupt climate change. First, the Mann-Kendall method is used to identify the instant of abrupt climate change in the temperature data. Second, autocorrelation coefficients that can identify critical slowing down are calculated. The results show that the critical slowing down phenomenon appeared in temperature data about 5-10 years before abrupt climate change occurred, which indicates that the critical slowing down phenomenon is a possible early warning signal for abrupt climate change, and that noise has less influence on the detection results of the early warning signals. Accordingly, this demonstrates that the model is reliable in identifying the early warning signals of abrupt climate change based on detecting the critical slowing down phenomenon, which provides an experimental basis for the actual application of the method.     

基于复杂度分析logistic映射和Lorenz模型的研究

采用三次粗粒化方法得到了logistic映射和Lorenz模型的符号序列，运用动态非线性时间序 列分析方法——Lemper-Ziv复杂度，分别对两组符号序列进行了对比分析.对于logistic映 射，其复杂度反映了时间序列的演化；Lorenz模型三个分量的复杂度序列都具有混沌性质， 即由许多振幅非常接近而长度完全不同的循环所组成，反映了Lorenz模型内在的准周期特性 .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，并且复杂度反映 了时间序列的时空特性.因此，可以借助复杂度的计算来反演观测资料的动力学结构. 关键词： 三次粗粒化 Lemper-Ziv复杂度 logistic映射 Lorenz模型     

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     

基于搜索平均法的气象观测数据的非线性去噪

介绍了一种新型基于相空间重构和返回图法的非线性降噪方法——搜索平均法，首先将该方法应用于被高斯白噪声所污染的Henon映射时间序列，说明根据降噪理论所编写的计算程序的正确性；然后应用于中国气象局公布全国435站1960—2000年的逐日气温观测时间序列，并利用非线性预报方法衡量降噪的效果，验证了该方法的有效性.     

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.     

噪声对滑动移除近似熵的影响

受外强迫和仪器本身的测量误差等因素的影响, 观测数据中经常包含噪声和扰动等一些虚假的信息. 针对这一问题, 本文研究了各种不同噪声对滑动移除近似熵的影响. 研究结果表明, 滑动移除近似熵的检测结果受尖峰噪声和高斯白噪声的影响较小, 意味着其具有很强的抗噪能力, 这为该方法在实际观测资料中的广泛应用提供了坚实的实验基础.     

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。     

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