气候变化中高温破纪录事件的蒙特卡罗模拟研究

采用蒙特卡罗方法,分析了南京市1961年—2000年40?a日观测温度资料中的高温破纪录事件的统计规律,并比较了20世纪全球变暖和南京市近40年来区域变暖背景对其统计规律的影响. 理论分析和蒙特卡罗模拟结果均表明：近40年来南京市第ｋ个高温破纪录事件的最概然发生强度与k（k=1,2,3,\:）呈线性增长,而年发生高温破纪录事件的频率随时间t呈1/（t+1）的衰减趋势,且平均温度高的年份,发生高温破纪录事件的概率较大,反之,概率较小. 结果还表明：20世纪的全球变暖速率（ｖ=0.006?℃/a）和南京市区域的变暖速率（ｖ=0.017?℃/a）在短期内还不至于引起高温破纪录事件的发生强度和发生频率有明显变化,但持续变暖最终将会使年发生高温破纪录事件的频率渐渐地收敛于一个常数,近似等于变暖速率的值. 此外,还研究了日温度之间的自相关和方差变化对高温破纪录事件的影响,研究发现异方差和弱的自相关对高温破纪录事件的发生强度和概率的影响基本可以忽略. 关键词： 高温破纪录事件 蒙特卡罗模拟 全球变暖     

近46年来中国温度破纪录事件的时空分布特征分析

利用概率分布理论和中国近46年逐日最高、最低温度资料,对中国近46年来高温、低温破纪录事件频次和强度的时空分布特征进行了统计分析.结果表明：1976—2005年以来,中国实际检测年均发生高温破纪录事件频次多于理论值2.5次左右,而低温破纪录事件则少于理论值约4.5次,这与全球增暖趋势相一致.高温破纪录事件多发生于中国西北、华北、东北和青藏高原一带,低温破纪录事件则相反,在这些地方明显偏少;在温度破纪录事件年发生频次相对趋势上,中国大部地区高温破纪录事件频次有一定程度的增加而低温破纪录事件呈现普遍减少趋势; 关键词： 破纪录事件 气候变化 极端事件 中国气候     

中国近50年气候破纪录温度事件发生概率分析

随着全球变暖趋势的不断增强,破纪录温度事件（record breaking temperature events, RBTE）发生的频次呈现不断增加的特点.基于已知当前年份的温度记录,未来五年内这个记录被打破的概率是多少？即未来五年内发生新的RBTE的概率是多少？这是目前国内外学术界关注的前沿科学问题之一.文中基于概率统计模型研究在不同情景下RBTE发生概率,并与实际观测资料检测结果作对比分析,研究近50年中国RBTE发生概率的变化与全球增暖的关系.结果显示,RBTE发生概率的大小依赖于温度的增长趋势和相 关键词： 破纪录温度事件 全球增暖 极端事件     

利用中值检测方法研究近50年中国极端气温变化趋势

利用中国194个站点1957—2001年的逐日温度观测资料和月平均温度资料,分别采用中值和均值两种极端事件检测方法,检测并比较了中国极端高温事件和极端低温事件的变化趋势和空间分布特征.检测表明,年均极端高温的次数在近50年中趋于上升,而年均极端低温的次数有所减少,这与目前观测结果一致,符合全球变暖的特点.在空间分布上,除西南地区部分站点外,近50年中国大部分地区极端低温事件的年均发生次数趋于减少,而极端高温事件发生频率的变化则呈现出东南沿海地区减少、西北内陆地区增加的分布特点. 关键词： 极端事件 全球增暖 变化趋势 中值     

干旱破纪录事件预估理论研究

对中国614个常规观测站1960—2007年的月温度、降水等要素计算出的干旱指数资料进行统计分析,揭示了48年来中国干旱破纪录事件的强度特征.根据破纪录事件的相关概率理论,提出了适用于任意分布下的计算破纪录事件发生强度和时间的方法,并推导了在高斯分布情况下的破纪录事件强度和时间的理论值计算公式.利用历史资料验证了干旱指数服从高斯分布,并将历史资料中已知的干旱破纪录事件作为初始条件,经理论推导得到下一次干旱破纪录事件的期望值,并与实测数据进行了对比,结果符合观测事实,预估效果较好.在此基础上对中国未来可能发 关键词： 破纪录事件 极端气候事件 干旱指数 预估     

基于偏态分布的百分位估计公式的建立

顺序统计量将累积概率与数据排序后的位置建立相关联系,可用于估计数据分布的累积概率.鉴于不同气候要素概率分布存在着不同程度的偏态特征,基于偏态分布条件下的累积概率函数,通过理论推导和数值模拟建立了与偏态指数相关的位置参数的回归模型,从而给出了基于数据偏态特征的经验百分位估计公式.利用1980年-2009年全球夏季逐日平均温度资料,进一步对比分析了偏态百分位估计方法与Jenkinson方法下得到的第90个百分位值所对应的温度排序后位置的差异. 关键词： 顺序统计量 偏态分布 百分位     

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     

中国夏冬两季最概然温度分布及其增温趋势减缓

利用中国气象局国家气象信息中心1961—2008年夏、冬两季日平均温度资料,基于偏态分布函数提出最概然温度.研究表明,最概然温度比平均温度更能合理地代表气象观测站的背景温度场.就年代际而言,在20世纪90年代中期之前,中国夏季年最概然温度以相对低温为主,随后呈现波动增温趋势,但自2005年增温趋势有所减缓.冬季年最概然温度在1961—1986年这一时段以相对低温为主,1987年到21世纪初显著变暖,但2000年后增温趋势减缓.总体而言,冬季增温幅度较夏季强,且增温时间早于夏季5—10年.本文定义的1961     

GPS掩星一维弯曲角算子在四维变分资料同化系统中的实现方法研究

GPS无线电掩星资料的良好特性使其作为十分重要的观测资料在欧洲 及美国数值天气预报中效果明显. 本文设计了一维弯曲角算子在四维变分资料同化系统中的实现方法和质量控制策略. 详细阐述了一维弯曲角正演算子及其切线性/伴随算子在全球四维变分资料同化系统中的实现步骤和过程, 其中折射率计算中采用Rüeger的折射率最佳平均因子的三项表达式, 计算出更加精确的折射率值. 对2012年8月份的GPS无线电掩星资料进行了观测误差统计, 引入了更加符合四维变分资料同化系统实际情况的一维弯曲角观测误差模型和质量控制策略. 同时, 对比了观测误差统计试验中同化GPS无线电掩星资料的模式背景场和未同化GPS无线电掩星资料的背景场的观测误差统计结果, 发现同化GPS无线电掩星资料之后的观测误差统计结果在全球区域正作用十分明显, 尤其是在中低纬度地区, 高度在10 km 以上的区域观测误差减小十分明显. 关键词： GPS无线电掩星 一维弯曲角算子 四维变分同化系统 质量控制     

相控阵天线电磁发射特性的统计分析

相控阵天线波束指向高度动态变化,其电磁发射特性呈现出显著的统计规律,分析和测试所需的资源巨大。采用多项式混沌展开（PCE）探究二维平面相控阵天线发射特性的统计特性,根据方向图乘积定理等确定代表相控阵天线电磁发射特性的目标函数,利用PCE建立目标函数的等效代理模型。从理想点源构成的相控阵天线着手,分别考虑了主波束指向服从均匀分布和正态分布两种典型情况,通过计算机仿真模拟得到等效代理模型的概率密度函数和累积分布函数,并使用传统的蒙特卡罗方法结果作为参照来评估PCE方法的有效性和可靠性,最后对小型偶极子相控阵天线的波束指向服从两种典型分布的情况进行讨论。仿真对比结果表明,PCE方法在保证结果准确度的同时可以大大减少采样样本点数目,大幅提升相控阵天线电磁发射特性分析和测试的效率。     

Geometrical form factor calculation using Monte Carlo integration for lidar

We proposed a geometrical form factor (GFF) calculation using Monte Carlo integration (GFF–MC) for lidar that is practical and can be applied to any laser intensity distribution. Theoretical results have been calculated with our method based on the functions of measured, uniform and Gaussian laser intensity distribution. Two experimental GFF traces on clear days are obtained to verify the validity of the theoretical results. The results indicated that the measured distribution function outperformed the Gaussian and uniform functions. That means that the deviation of the measured laser intensity distribution from an ideal one can be too large to neglect. In addition, the theoretical GFF of the uniform distribution had a larger error than that of the Gaussian distribution. Furthermore, the effects of the inclination angle of the laser beam and the central obstruction of the support structure of the second mirror of the telescope are discussed in this study.     

近50年中国降水及温度变化在干旱形成中的影响

根据中国气象局1958—2007年194站的温度、降水和Palmer旱涝指数（Palmer Drought Severity Index, PDSI）均一化数据库,构建统计模型量化了温度和降水变化在干旱形成中所占的比重,尤其讨论了中国8个气候区域温度和降水变化在干旱成因中的特征.受全球增温趋势的影响,未来中国北方地区的干旱化趋势仍将继续.未来五年内干旱发生概率较大的地区主要分布在中国华北,且有持续向南扩张的趋势,一直延伸到江淮地区.在全球变暖的背景下,降水减少仍然是中国东部干旱形成的主要因素.相对于南方地 关键词： 降水 全球变暖 干旱     

Characteristics of the spatiotemporal distribution of daily extreme temperature events in China: Minimum temperature records in different climate states against the background of the most probable temperature

Based on the skewed function,the most probable temperature is defined and the spatiotemporal distributions of the frequencies and strengths of extreme temperature events in different climate states over China are investigated,where the climate states are referred to as State I,State II and State III,i.e.,the daily minimum temperature records of 1961-1990,1971-2000,and 1981-2009.The results show that in space the frequency of high temperature events in summer decreases clearly in the lower and middle reaches of the Yellow River in State I and that low temperature events decrease in northern China in State II.In the present state,the frequency of high temperature events increases significantly in most areas over China except the north east,while the frequency of low temperature events decreases mainly in north China and the regions between the Yangtze River and the Yellow River.The distributions of frequencies and strengths of extreme temperature events are consistent in space.The analysis of time evolution of extreme events shows that the occurrence of high temperature events become higher with the change in state,while that of low temperature events decreases.High temperature events are becoming stronger as well and deserve to be paid special attention.     

东亚北部地区气温的冬季-冬季再现特征研究

对东亚北部(40—50°N,100—130°E)区域1953—2012年大气温度的冬季-夏季-次年冬季(简称冬季-冬季)的季节变化特征进行了初步研究.结果表明:2008年以来,该区域的气温从低层至高层(1000—400 h Pa)连续三年出现冬季偏冷-夏季偏暖-次年冬季偏冷的典型特征,20世纪50—60年代亦有类似情况;而20世纪90年代则出现了与此相反的冬季偏暖-夏季偏冷-次年冬季偏暖的变化特征.将这种典型的气温季节变化特征定义为一种新的变化机理:冬季-冬季再现(WWR).根据1953—2012年的历年变化情况将这60年划分为四种不同的类型:负(正)冬季-冬季再现(negative/positive WWR)型和负(正)冬季-冬季非再现(negative/positive non-WWR)型.其中,气温表现为WWR型的年份共计23年,出现概率近40%,并且该WWR特征是相对独立于El Nio-南方涛动指数的变化而存在的.对不同类型年份的位势高度场、垂直速度场及其850 h Pa风场进行的合成分析表明:对于WWR型,高层(500 h Pa)至低层(1000 h Pa)的大气内部动力过程具有与气温相匹配的冬季-冬季的再现特征;而non-WWR型则没有出现类似的特征,从而在一定程度验证了WWR存在的可能性.WWR的提出为进一步开展当前全球增暖背景下冬季低温事件的频发提供了一个新的思路.     

Use of the projective method for determining statistical characteristics of the solution to the differential diffusion equation of minority carriers generated in a semiconductor material by a wide electron beam

Some applicabilities of the projective method based on the matrix operator technique for determining statistical characteristics of the solution to the differential diffusion equation of minority carriers (MCs) generated by a wide electron beam in a semiconductor material are studied. It was shown that this method makes it possible to obtain the expectation value and the autocorrelation function of MC depth distribution in the form of a partial sum of the Fourier-Chebyshev series, provided that electrical parameters of a material (the lifetime, diffusivity, and MC surface recombination velocity) are randoms and obey the Gaussian distribution. The effect of the dispersion of these quantities on the computational stability of the method is discussed.     

End-to-end distribution functions for polymers having a most probable molecular weight distribution

End-to-end chain distribution functions for a polymer with a most probable molecular weight distribution are obtained by assuming the end-to-end distribution for each molecular weight species is Gaussian and the degree of polymerization is large. The resulting radial distribution functions using the most probable number and weight species distributions are:

W_n (r,p) = k²re-^kr and W_w (r,p) = k³r²/2 e^?kr

respectively, where k is a function of the short-range effects and the extent of the reaction is p. The first and second moments of these functions are identical with those obtained by taking the number and weight averages of the moments for the monodisperse case. The most probable values of r, which cannot be obtained by the latter method, are found to be 1/k and 2/k, respectively, using the above distributions.     

Study on the separation of 100 TeV γ-rays from cosmic rays for the Tibet ASγ experiment

A γ/hadron separation analysis is described for the observed air shower events with primary energy above 100 TeV based on the Tibet AST detector configuration. The shower age and size parameters are fitted from the measured lateral density distribution and used as discrimination variables. According to the MC simulation while taking into account the systematic uncertainty estimated from data and MC comparison,it is found that 70% of the cosmic ray (CR) background can be rejected while more than 78% of the γ-rays can be retained. Sensitivity for 100 TeV γ-rays observation can thus be improved by at least 40%.