日长季节振荡的振幅变化与南方涛动现象

本文提出了小波振幅谱的定义,给出了其在频域的表达式及频域周期与Fourier周期之间的线性关系。通过与谐波分析比较,证明了小波振幅谱应用的有效性。应用小波振幅谱研究了日长季节振幅变化与南方涛动之间的关系,结果表明日长周年振荡的振幅变化与南方涛动的年际变化呈明显负相关,而日长半年振荡的振幅变化与其呈更强的正相关。     

2011年电离层和太阳活动指数的准21.5天振荡分析

利用傅里叶变换,对2011年电离层总电子含量、太阳黑子相对数、太阳远紫外线0.1~50 nm波段和26~34 nm波段辐射数据、地磁场Kp指数和Dst指数进行功率谱分析,研究了2011年日地空间的准27 d周期振荡。发现在电离层和太阳活动指数中存在偏离27 d的21.5 d准周期振荡,同一时间内地磁活动指数没有发现这一现象,推断这可能是由太阳活动区演变引起的。对近几个太阳活动周的分析表明,21~23 d的准周期信号会在太阳活动上升期重复出现。利用太阳中央子午线左右[-10°,10°]经度范围内的太阳活动区面积,进一步证实2011年地球电离层和太阳指数数据中的21.5 d准周期振动可能是太阳活动区的演变与太阳较差自转的综合影响。利用全球电离层格网数据,研究了地球电离层准27 d周期振荡的全球分布。     

由GPS探测的电离层时空变化分析

为了研究局部区域电离层的周期性变化,建立精确的区域性电离层预报模型,根据全球TEC的空间分布规律,将全球划分为四大区域。采用小波分析方法对CODE提供的1999—2013年间的电离层网格数据进行了周期性分析。分析结果表明,电离层存在着26.5 d,0.5 a和1 a的显著周期。其中,26.5 d周期全球范围内显著;0.5 a周期在低纬地区显著;1 a周期在高纬地区显著。利用最小二乘谱分析对各周期振幅进行了分析,结果表明,26.5 d,0.5 a,11 a这3个周期的振幅呈现着由赤道向两极递减的趋势;1 a振幅在中高纬地区较为明显;0.5 a振幅在北半球较大,而1 a振幅在南半球较大。除此之外,各周期振幅在局部区域有异常现象。     

海面温度异常时间序列的谱分析

利用了傅里叶功率谱和小波功率谱分析方法,分析了太平洋中、东部地区海面温度异常时间序列的时频特征,发现了海面温度异常信号具有2~6年左右的周期特征。     

利用1985～2010年VLBI数据进行日长变化分析

处理了1985～2010年的VLBI观测数据,提取了日长变化信息,分析了其内符合精度和外符合精度;通过傅立叶分析以及小波分析得出了日长变化的半月周期、月周期、半年周期、周年周期以及更长周期;利用解算出的日长变化信息绘制日长变化积分曲线,分析日长的季节性变化和长期变化,并分析了日长变化因素。     

改进奇异谱分析方法的GPS时间序列分析

针对传统奇异谱分析方法具有相移现象缺点而不能有效分析,是由于不同形式的地球物理现象而包含有阶跃项、非线性趋势项、以及振幅随时间变化的季节项,从而呈现显著的非线性变化的时间序列,该文提出了一种用于拟合GPS时间序列的改进奇异谱分析方法。采用实际IGS站点数据将改进奇异谱分析方法与小波分析方法进行比较,结果表明,改进奇异谱分析方法在提取年以及半年季节项要优于小波分析方法。基于模拟数据计算表明:模拟信号和改进奇异谱分析方法重构信号残差的均方根小于1.8mm,改进奇异谱分析方法拟合精度显著优于传统奇异谱分析方法。改进奇异谱分析方法消除了传统奇异谱分析方法具有相移现象缺点。     

1700—2012年太阳黑子周期性变化的小波分析

为了研究太阳黑子的周期性变化规律,采用SIDC提供的1700—2012年逐年与1987—2012年逐日的太阳黑子数据,利用小波功率谱分别从长周期和短周期两个方面研究太阳黑子的周期,分析结果表明,太阳黑子存在3个显著性周期:0.075 a(27 d)、11.04 a和111.6 a,除此之外,还有55 a的局部显著周期。对太阳黑子数与太阳F10.7射电流量进行交叉小波变换,分析结果发现两者在10.1~12.3 a的尺度上有着显著的共振性。利用最小二乘谱分析方法得到太阳黑子时间序列各个周期的振幅和趋势信息,结果显示各个周期的振幅与其小波功率谱成正比关系,11.04 a的振幅最大,0.075 a最小,同时在1700—2012年间,太阳黑子呈现逐年递增的趋势,每年约增长0.08个单位。     

基准站垂向周期运动与气象因素的关联性分析

针对传统相关性分析方法的局限性，提出将交叉小波和小波相干相结合，创建多角度相关性分析方法，用于基准站垂向周期运动与气象因素的关联性分析，以山东省费县观测数据为例，研究了两者之间的关系。交叉小波谱可以表明，费县基准站的垂向周期运动与气象因素之间有明显的1a主共振周期，说明两者之间年周期变化存在联系。同时从小波相干谱中可以了解到，不同的时间段内存在不规则的1/12 a、0.25 a、0.5 a共振周期，但共振周期持续时间较短，说明气象因素会对垂直形变产生影响。此外，交叉小波和小波相干能够在时域和频域中分析两种不同成分的细部相关特征和相位差异，其中相对湿度变化超前垂直变化1/4周期，平均风速变化滞后垂直变化1/8周期，日累计降水变化超前垂直变化1/8周期，日照时数变化滞后垂直变化1/8周期，在基准站垂直形变相关性分析方面具有较好的应用效果。     

地心运动时间序列的抗差谱分析

本文将抗差估计与谱分析相结合，提出了抗差谱分析。用该方法对全球约120个IGS站5年GPS观测结果求得的地心运动时间序列进行了分析，发现地心运动在各方向有不同的主周期变化。X方向受地球物理交叉影响较大，无法分离出对该方向影响较大的主周期变化；而Y，Z方向都有明显的主周期变化。Y方向有明显的年周期变化、半年周期变化、季节性变化和月周期变化，其中，年周期变化的贡献最大；Z方向的主周期是年周期变化、半年周期变化、51天和609天的周期变化。与X，Y方向相比，Z方向振幅明显偏大。     

基于EMD和WD联合算法的GPS水汽时间序列的周期性振荡分析

水汽在全球水文和气候变化上扮演着非常重要的角色。选取了中国台湾GPS水汽时间序列作为算例数据,分析了水汽与地理环境的对应关系,得到中国台湾地区的大气水汽分布主要受纬度,地形特征和气候条件控制的结论。利用经验模态分解（EMD）和小波分解（WD）联合算法将中国台湾GPS站水汽的长时间序列和短时间序列进行分解,探测出每个GPS站都存在周年、半周年、天、半天的周期振荡,再结合地理、气候因素分析周期振荡产生的物理原因,得出结论:年周期的水汽振荡主要是由于在中国台湾特殊地形条件下年季风周期变化引起的;半周年的振荡主要是由于夏季风与冬季风对中国台湾地区的交替控制所导致的;而导致水汽日变化的原因则是海陆风环流、海陆风-山谷风叠加环流;天顶可降水量（PWV）半日振荡的振幅较小,则主要是因为受到了太阳辐射加热引起的局地热对流的影响所导致。