清代江苏省冬季冷暖等级序列的重建及特征分析

通过对历史文献资料的收集整理,重建了清代江苏省冬季逐年冷暖等级序列,并利用Morlet复小波变换分析方法对序列进行了多时间尺度特征的综合分析。结果表明:(1)整个清代江苏省冬季气候变化大致可分为2个冷时段(1644—1730年、1821—1900年)和1个暖时段(1731—1820年);(2)重建的冷暖等级序列存在多尺度下的周期变化特征,其中有较明显的周期变化尺度是38～42 a、18～20 a、13～15 a和8 a,38～42 a和8 a特征时间尺度的周期变化相对具有全域性,18～20 a尺度的周期变化在1690—1790年之间比较明显,13～15 a尺度的周期变化在1720年之前和1830年之后比较明显;(3)重建序列的第1主周期为42 a,第2、3、4主周期依次是20 a、 8 a和3 a;在42 a尺度下,清代江苏省冬季气候可划分为6个偏冷时段和6个偏暖时段。     

水文时间序列复杂特性的研究与定量表征

应用小波分析方法及相关理论,以海河流域黑龙洞泉域47a(1956～2002年)年降雨序列和黄河利津站54a(1950～2003年)年径流序列为例.深入研究并定量描述随序列长度变化时水文时间序列主周期值和复杂特性的变化规律和特征.分析结果显示:不同方法(熵谱分析(MESA)、连续小波变换和小波方差分析)对相同长度序列的周期识别结果一致,不同长度序列的主周期值不同;此外,不同长度序列(包括原序列和消噪序列)的信息量系数(ICF)和分维数(D)也不等.研究结果表明:(1)水文序列特性复杂多变,存在整体变化特性和十分复杂的局部特性;(2)由局部特性发生变化造成序列的复杂程度随序列长度而变化,从而引起序列主周期值及复杂度(ICF和D)随序列长度变化而变化;(3)相比于序列的整体变化特性.局部特性更加复杂多变且更难以进行描述,因此也难以进行准确地模拟预测.对于引起水文序列局部特性变化的物理机制仍需进行深入探讨.     

鄱阳湖流域年降水时间序列的小波分析

对鄱阳湖流域内的赣州、宜春、南昌和庐山4个气象站近60年的年降水量序列进行小波分析,研究了鄱阳湖流域降水时间序列的周期性变化规律。结果表明,鄱阳湖流域年降水量存在两个明显的周期变化,分别为30～35a和12～15a,2011年正处在30～35a周期转化的节点上,未来30a鄱阳湖流域可能将进入降水偏少的周期;而12～15a周期尺度在2000年以前比较明显,2000年以后12～15a周期特征趋于消失。通过对ENSO指数的变化周期尺度的研究,发现厄尔尼诺现象的出现周期与鄱阳湖流域年降水量周期十分相似,两者具有很高的相关性。     

淮河干流径流量长期变化趋势及周期分析

基于淮河干流鲁台子站1951～2008年径流量资料,采用最小二乘法、PIII曲线法和小波分析方法系统分析鲁台子站径流量的变化特征。结果表明:汛期径流量占全年径流总量的64%,年际变化最大相差4.7倍;从线性趋势来看,年径流量减少速率为0.68×108m3/a,其中汛期径流量减少速率为0.24×108m3/a,非汛期径流量减少速率为0.44×108m3/a,汛期径流量丰枯变化跟全年径流量相似程度高,非汛期径流量的年际波动较平稳;三种小波母函数对年径流序列周期分析结果略有差异,Mexcian hat小波检测结果偏宏观,Morlet小波和cmor2-1小波检测兼顾微观周期,cmor2-1小波更加准确全面反映径流周期变化,综合分析得出鲁台子年径流序列2年左右的主周期和8年左右的次周期。     

基于小波变换的大安地区年降水量变化特征

基于小波分析的方法,对吉林省大安地区1959—2007年的年降水量序列的变化特征进行了分析。经分析表明,大安地区年降水量在其计算时域内各时间尺度分布不均匀,具有明显的局部化特征;其中4～6 a尺度主要发生在1959—1969年和1984年之后,10～12 a尺度主要发生在1965—1999年,20～25a尺度在整个计算时域内均有发生。不同时间尺度下,降水量偏多、偏少交替变化也不相同。此外,分析结果显示该地区年降水量具有4 a、10 a和21 a左右的主周期,其中4 a周期为第一主周期。     

树木年轮重建阿勒泰西部1481-2004年6-9月降水量序列

根据采自阿勒泰西部地区5个采点的树木年轮样本, 建立了该地区的树轮年表. 通过相关普查发现, 其差值年表序列与该地区当年6-9月的降水量存在明显的负相关关系, 且具有明确的树木生理学意义. 用沙勒哈(t, t 1)两个树轮差值年表序列可较好地重建该地区1481-2004年524 a来的当年6-9月的降水量, 且经过交叉检验表明重建方程稳定可靠. 分析发现, 阿勒泰西部地区524 a来的重建降水量序列具有9个偏干阶段和9个偏湿阶段, 并且具有34.8 a、 5.0～5.1 a、 4.3～4.4 a、 3.9～4.0 a、 3.7 a和3.4 a的显著干湿变化准周期. 重建降水量序列在1518年、 1548年、 1634年、 1765年、 1856年前后发生过突变.     

里下河地区降雨量多时间尺度分析

小波分析是一种时频多分辨分析方法,成为近年来研究水文要素长期变化的层次规律和特征的重要方法.本文应用小波分析方法对里下河地区1953～2005年降雨量及最大连续15d降雨量趋势进行探讨,得出了里下河地区的年降雨量序列存在着26年、15年和6年的多时间尺度的周期变化,其最大15d降雨量序列明显存在21年左右的周期变化,进而得出在2003～2012年期间.其涝灾机率会增多的结论.     

喀斯特流域径流量时序演变特征分析——以贵州省为例

以贵阳水文站近45年年径流量序列为例,利用Mo r let 小波变换对喀斯特流域径流量时序演变特性进行了分析预测。结果表明: ( 1)贵阳水文站年径流主要存在4a和25a 两个时间尺度的周期变化,在这两种时间尺度下,径流演变呈现出较明显的丰、枯交替振荡。( 2) 2000年以后的10a左右,年径流量有由丰转为枯、逐步下降的趋势。( 3)年平均径流量的丰、枯周期变化主要受年平均降水量的影响;人类活动对喀斯特流域年径流量有增加和减小两方面的影响,总体上会使径流量略有增加。      

珠江流域降水周期特征分析

运用小波分析方法,研究了珠江流域全年、汛期(4～9月)和非汛期(10～翌年3月)三种降水序列时间周期演变特征,结果表明:(1)珠江流域不同区域降水周期不一,大体可分成三个片区,周期尺度分别为6～8a、12～14a和20～21a;(2)珠江流域全年与汛期降水周期以年际变化为主,且两者降水周期分布一致;非汛期降水周期以年代际变化为主,与全年及汛期的降水周期差异较大。     

西藏林芝地区近350 a来降水变化及突变分析

利用树轮δ^13C序列，重建了公元1650年以来林芝地区秋季降水量序列，分析了近350a来降水的阶段性变化和趋势，用小波分析的方法探讨了不同时间尺度降水变化周期的复杂性，结果表明：降水变化在不同层次和时段上存在显2～3a、13a和36a左右周期。突变分析发现，林芝地区秋季降水存在明显的突变年份，随时间尺度的变短，发生突变的次数增加，体现了气候变化的层次性。     

中国北方地区(33°～41°N,108°～115°E)过去500年夏季降水量的周期成分分析

利用连续小波分析和经验模态分解方法,对我国北方地区(33°～41°N,108°～115°E)1470 ～2002年每年夏季降水量指数的时间序列进行了周期成分分析,探索全球气候变暖下的该地区降水量的多尺度变化特征.小波分析表明,降水量指数的可能周期有2.57a,4.83a,10.65a,23.25a,48.56a,68.30a和105.90a的周期,在95％置信水平有统计意义的周期是2.57a和23.25a的周期.这些周期和自然因素导致的周期相联系,不仅包含了气候系统内部(平流层准2a振荡和厄尔尼诺/南方涛动)的非线性作用,还包含了气候系统外(主要是太阳活动)受强迫的周期变化,且二者在原始降水量中所在比重相当,共同反映了原始降水量的绝大部分变化.降水量不只是在百年尺度上受太阳活动的驱动,在数十年尺度上也受到太阳活动的影响.我国北方地区的夏季降水量指数和夏季温度指数同相位反相关,全球增温并没有明显地改变二者之间的反相关关系.近百年来全球变暖期间,夏季降水量出现明显的新特征:短周期成分(小于30a的周期)的振幅比以往要显著大,而长周期成分的振幅比以往要显著小,同时呈现降水量逐年减少的长期变化趋势.     

水文时间序列周期识别的新思路与两种新方法

针对水文序列周期识别的困难,提出首先对原序列处理,再识别周期的新思路,同时提出两种新方法:一种是模拟延长序列法,即通过建模延长原序列,再应用最大熵谱分析法(MESA)对延长序列识别周期;另一种方法是构建主频序列法,应用小波重构法重构原序列主频部分,然后应用MESA对重构序列进行周期识别。结合实例,运用多种方法对同一序列进行周期识别。分析结果表明:由于受序列长度偏短、偏态性、复杂随机成分等因素的影响,传统单一处理方法(周期图法、FFT、MESA、小波分析)周期识别效果并不理想,而使用两种新方法可以有效地减小或消除上述因素的影响,周期识别效果有明显改善。     

树轮宽资料所指示的川西过去气候变化

本文利用采自我国川西高原4个地点的树轮资料,在建立树轮宽指数序列和分析所建序列与气候要素间关系的基础上,重建了川西地区1650～1994年冬季平均最低气温距平序列,并分析了其高频、低频和周期变化的特征。结果指出,在重建的345年中,冷冬发生过22年,暖冬发生过26年;有过5个变冷、5个变暖和1个稳定阶段;19世纪前半叶为暖冬期,并变幅最小;本世纪的后半叶为冷冬期,但自60年代以来的增温显著;重建序列中存在着60a左右的长周期变化。     

新疆伊犁地区巩乃斯河流域1972～2015年气温及降水时间序列的变化特征及趋势分析

为了更好的指导巩乃斯河流域水资源的开发利用,对其水文气象变化规律的研究有至关重要的作用。本文借助1972～2015年逐年平均气温、降水资料,运用滑动平均法、M-K(Mann-Kendall)检验法和小波分析法,对巩乃斯河流域气温与降水序列的演变趋势、突变情况和周期性变化特征进行分析研究。结果表明:(1)基于M-K检验法,分析各序列的演变趋势,发现巩乃斯河流域年平均气温与年降水量总体都有显著的增加趋势,其中年平均气温与降水的变化倾向率分别为0.65℃/10a与17.2 mm/10a,突变时间点分别表现在1991年与1982年上;(2)基于小波分析法,分析各序列的周期变换特性,发现研究区未来的年平均气温整体呈上升趋势,降雨量呈减少趋势,其中年平均气温序列的变化第一、二主周期表现在22年与29年的时间尺度上;年平均降水量则在时间尺度为27年与8年上出现变化的第一、二主周期。     

青海德令哈地区近400年来的降水量变化与太阳活动

使用多种数学统计方法分析了德令哈地区降水量变化与太阳活动之间的关系,发现近400年来降水量的长期变化与太阳黑子周期长度(SCL)和太阳黑子周期上升支长度之间存在着较好的反相关关系,当SCL偏短、太阳黑子周期上升支长度偏短时,太阳活动偏强,德令哈地区降水量偏多,反之偏少。功率谱和小波分析发现降水量序列中存在着与太阳活动的多种周期相一致的周期,对降水量与太阳活动在不同时间尺度上周期变化之间的关系进行了详细分析。交叉小波分析发现太阳活动主要在百年左右尺度的周期变化上影响德令哈地区降水量的长期变化,太阳活动周期变化的信号越强,对降水量变化的影响越大。文章最后对太阳活动影响德令哈地区降水量变化的可能机制进行了探讨。     

基于小波方法的西安市年降水量多时间尺度特征分析

小波分析具有时频局部化特征,可清晰地给出各种时间尺度周期的强弱分布以及降水量偏多、偏少的变化趋势。应用小波分析的方法,对西安市1951～2006年共56年的年降水量序列进行多时间尺度特征分析。结果表明,西安市年降水量序列在整个时间域内主要受2～6年、6～12年、16～34年时间尺度波动变化影响,不同时间尺度下,降水量偏多、偏少交替变化不相同。年降水量序列主要存在4年、8年、26年左右的主周期,其中,26年为第一主周期。另外,西安市多年降水量呈弱下降趋势,2006年以后的降水应呈正位相,降水量偏多,大约到2018年左右,年降水量总体上都应当偏多。     

甘肃河西季节冻结深度年代际变化特征及其气候成因分析

根据甘肃河西1958-2003年17个气象站的土壤冻结上、下限记录和最长连续冻结的初、终日资料,采用小波分析方法研究了甘肃河西季节冻结的年代际变化特征.结果表明:甘肃河西最大冻土冻结深度的变化存在8~10a的周期振荡,20世纪80年代中期是其变化的转折期,反映了甘肃河西冬季气候自80年代中期以来变暖的事实.气候成因分析说明,气候变暖对河西季节冻结影响显著.冬季最低气温与甘肃河西季节冻结深度和冻结时间关系密切,特别是冬季地气温差和气温日较差与其关系尤为密切.     

中国陕西关中及周边地区近500年来初夏干燥指数序列的重建

本文采用华山东峰、西峰和南峰的华山松树轮宽度差值年表重建了1500年以来中国陕西关中及周边地区的初夏干燥指数序列,对重建序列进行了统计特征分析,并同大尺度大气环流场进行了相关分析。结果表明:华山年表的变化与该地区初夏平均干燥指数序列的变化具有很好的一致性,可用来重建该地区的初夏干燥指数序列;该地区在1502～1511年、1570～1580年以及1807～1814年间的初夏季节存在3次较为严重的干旱;该地区初夏干燥指数变化存在着较为明显的周期特征,其中以13a左右和4a左右的周期最为显著,但周期特征在不同的历史阶段存在着明显的差异;重建序列在1784年前后发生了一次较大幅度的方差变化,而1587年前后的均值突变则表现为干燥指数值的急剧降低;该地区初夏季节的干燥程度可能与前期极涡的中心强度及冷空气活动有关。     

基于小波变换的郑州降雨量与太阳黑子活动关系分析

为探究太阳黑子活动与地区降雨量的关联性,采用连续小波变换方法,分析了1980年以来郑州地区(新郑站点)降雨量和太阳黑子数的数据变化,并对不同时段两者的相关性进行研究;进一步对两者进行交叉小波变换和小波相干谱分析,并根据两者关系通过太阳黑子数观测值对降雨量进行预测。结果表明：(1)不同时段降雨量和太阳黑子数的相关性存在正负差异的现象。降雨量的第一主周期尺度是21 a,在此主周期尺度下得到14 a主周期;太阳黑子数的第一主周期尺度是16 a,在此主周期尺度下得到11 a主周期(与经验值相符)。降雨量与太阳黑子数的主周期相差了3 a,因此导致两者的相关性在不同时段存在正负差异。(2)降雨量与太阳黑子数在1992—2008年的8～12 a时间尺度上关联性显著,且降雨量比太阳黑子数存在规律性的时间滞后,两者在2～4 a和7～10 a的时间尺度上关联性较好;降雨量比太阳黑子数分别在1991—2004年和2006—2013年这两个时间段上呈现规律性的滞后,两者在其他时间段的各时间尺度上关联性不明显。(3)根据延迟年数经验公式,由太阳黑子数观测值对降雨量进行预测,最近的降雨量峰年在2022年附近,与2...     

1961—2005年黄土高原地区积温演变

为揭示黄土高原积温区域变化特征,采用EOFS、小波分析和分形分维分析等方法,研究了该区域在近45 a的年正负积温变化.结果表明:黄土高原正负积温变化的区域一致性程度较高;负积温存在以3-4 a为主的年际振荡,正积温存在以2-4 a为主的年际振荡;负积温在1982年左右发生突变,年总量呈明显减少,3 a周期加强;正积温在1985/1986年突变后呈明显增加趋势,2 a周期消逝,4 a周期衰减,3 a周期突出.积温大振幅区集中在黄土高原腹地,变化信息由高原中部向周边传播;负积温分维数大于正积温,负积温变化全程复杂于正积温,这可能与冬夏季大气环流活跃程度和冷暖空气在近地面运动受大地形影响有关.