有序网络结构与中国大陆西部8级大震有序对预测研究

自1303年以来的710 a间,中国大陆共发生M≥8大震23次,呈现出显著的自组织有序性.特别需要指出的是,从1902年到2001年的100 a间,中国大陆西部地区发生了3对前后间隔4 a的8级大震有序对.在对中国大陆8级大震有序网络构建及其总结研究的基础上,补充新信息,进一步优化完善并构建8级大震二维平面与三维立体有序网络结构,并由此进行预测:2022与2026年前后中国大陆西部有可能发生新的8级大震有序对.     

中国大陆8级大震有序网络结构及其预测研究

中国是一个多地震的国家,1303—2011年的700多年间,中国大陆共发生M≥8大震23次,呈现出显著的自组织有序性,其主要有序值为252~258 a,108~112 a,94~98 a,44~47 a,24~25 a,16~19 a 和 11~14 a.以翁文波信息预测理论为指导,将有序性分析与复杂网络技术相结合,努力探索具有中国特色自主创新的大震中长期预测方法,构建了中国大陆8级大震信息有序网络结构.在总结21世纪初中国大陆西部所发生的2次8级大震(2001年昆仑山8.1级大震、2008年汶川8.0级大震)预测研究的基础上,根据所建网络结构对中国大陆未来8级大震提出中长期预测意见:2022、2026、2045、2065年前后仍有可能发生M≥8大震.研究结果表明,大震是可以预测的,大震形成的机制具有网络特性.有序网络方法是大震中长期跨越式预测的有效方法.     

青藏高原北部地区M≥7强震有序网络结构及其预测研究

青藏高原北部地区是中国西部主要地震区,自1700年以来,该区M≥7强震具有显著的有序性,其主要有序值为106~107 a、77~78 a、53~54 a、26~27 a、10~11 a与3~4 a等.以翁文波信息预测理论为指导,将有序性分析与复杂网络技术相结合,努力探索具有中国特色自主创新的强震中长期预测方法,构建了青藏高原北部地区M≥7强震信息有序网络结构.在总结该区21世纪以来3次大震(2001年昆仑山8.1级大震、2008年汶川8.0级大震和2010年玉树7.3级强震)预测研究的基础上,根据所建强震有序网络结构提出新的预测意见:2014—2015年、2026—2027年和2030年前后该区仍有可能发生M≥7强震.研究结果表明此方法对于强震的中长期预测具有独特的效果.     

新疆地区M≥7强震有序网络结构及其预测研究

自1800年以来,新疆及其邻区M≥7强震具有显著的可公度性和有序性,其主要有序值为30a×k(k=1,2,3)、11～12a、41～43a与18～19a等.根据翁文波信息预测理论和复杂网络技术,努力探索具有中国特色自主创新的强震预测方法,构建新疆地区M≥7强震信息有序网络结构,充分揭示了新疆地区近200a来M≥7强震链的活动规律,并据此较为成功地预测了2008年于田7.3级强震的发生.同时还提出新的预测意见:2014-2015年、2019-2020年以及2026年前后新疆地区仍有可能发生M≥7强震.研究结果表明强震是可以预测的.该方法对于强震的中长期跨越式预测具有独特效果.     

中国南北地震带甘川段大震活动规律的讨论

中国南北地震带的甘川段中的７级以上大震多发生地太阳活动谷年及其附近。另外,该段中大震多在３５年的周期处和其黄金分割分割处发生,这些规律可供今后预测甘川段７级以上大震时参考。     

南黄海海域M≥6强震趋势预测及其论证分析研究

南黄海地区是我国东部中强地震活动最为活跃的地区之一,自1846年以来,该研究区M≥6强震活动具有显著的可公度性和有序性,其主要有序值为74~75 a、57~58 a、11~12 a和5~6 a,其中74~75 a和57~58 a具有突出的预测作用.根据翁文波信息预测理论,在回顾总结成功预测1996年11月9日南黄海6.1级强震的基础上,深入研究了南黄海海域M≥6强震活动的可公度性及其预测功能,构建并完善了南黄海海域M≥6强震的二维和三维有序网络结构,对该区未来M≥6强震趋势进行了预测,并对预测的可能性与合理性进行了论证分析.研究结论表明：南黄海海域未来新一轮强震活跃幕的首次M≥6强震将发生在2053-2054年前后,未来第2次M≥6强震或强震群可能发生在2058-2059年前后.     

新疆及其邻区4次M ≥ 7强震预测总结与未来7级强震预测研究——基于有序网络结构分析

1800年以来,新疆及其邻区M ≥ 7强震具有显著的可公度性和有序性,其主要有序值为(30 a)×k(k=1,2,3)、11~12 a、41~43 a、18~19 a与5~6 a等.利用翁文波信息预测理论,根据已有的研究成果,将有序网络结构分析与复杂网络技术相结合,补充新信息,不断总结优化和构建该研究区M ≥ 7强震二维平面与三维立体有序网络结构,充分揭示该区210多年来M ≥ 7强震的活动规律,并据此较为成功地预测了1996年以来该区所发生的4次M ≥ 7强震,即从1996年喀拉昆仑山7.1级强震,到2003年俄、蒙、中边境7.9级强震,再到2008、2014年于田2次7.3级强震.同时还提出新的预测意见:该研究区未来2次M ≥ 7强震将可能发生在2019-2020、2025-2026年前后.研究结果表明:强震是可以预测的.有序网络结构分析方法对于强震的中长期跨越式预测具有独特效果.     

长江流域大洪水有序网络结构及其预测研究

根据1827年以来的统计资料进行分析,长江流域大洪水展示出极为显著的有序性.运用翁文波信息预测理论,构建长江大洪水二维平面和三维立体信息有序网络结构并进行综合分析和预测,结果表明：2014、2020、2030、2036、2051与2058年前后的汛期,长江流域将有可能发生大洪水.     

基于可公度性网络分析的淮河蚌埠站大洪水预测研究

根据1916—2010年淮河蚌埠水文站大洪水资料,运用信息预测理论,构建大洪水可公度有序网络结构,同时采用峰谷定位法、前兆法等方法对淮河大洪水进行综合分析和预测.结果表明:2013—2014年淮河(蚌埠站)将有可能发生大洪水.     

晚秋前冬海洋性大陆区域向外长波辐射年际变化及其与云贵高原降水异常的联系

利用美国国家海洋和大气管理局(NOAA)向外长波辐射(OLR)月平均资料、欧洲中期数值预报中心(ECMWF)ERA-interim月平均再分析资料、全球降水气候中心(GPCC)降水资料及中国气象局国家气象信息中心提供的中国756站逐日观测资料,通过定义一个海洋性大陆区域对流强度指数(I_OLR),分析了海洋性大陆区域(Maritime Continent,MC)近35年来11月—次年1月对流活动特征,并揭示了11月—次年1月海洋性大陆区域对流活动强度的年际变化与同期云贵高原降水的联系。结果表明:海洋性大陆区域对流活动除了有逐渐增强的趋势外,还存在3—5 a及8—10 a的振荡周期。当海洋性大陆区域对流活动偏弱(强)时,云贵高原西部降水偏少(多),东部降水偏多(少),高原东西部之间降水分布差异加大(减小)。引起云贵高原降水异常的原因有3个方面:一是在海洋性大陆区域与云贵高原间存在显著的异常垂直环流圈,当下沉(上升)支位于海洋性大陆区域时,上升(下沉)支将位于云贵高原地区。而云贵高原地形可能对云贵高原降水异常在东南部和西北部的差别的产生存在影响;二是海洋性大陆区域在对流层低层的辐散和对流层上层的辐合运动为热带和高原以东地区提供了异常的位涡强迫,直接导致对流层低层南海—孟加拉湾地区异常反气旋和对流层上层位于中国南方的异常气旋性环流的产生;三是由于海洋性大陆区域辐散运动作为位涡制造而激发的位涡扰动的能量从热带地区向云贵高原及其东侧频散并辐合,对云贵高原上空扰动异常的维持起到了重要作用。这些结果有利于深刻理解云贵高原冬季降水异常的形成机理以及为寻找降水异常预测因子提供了有用的线索。     

长沙地区寒露风气候特征及初日预测模型

根据1959—2015年长沙地区4个气象站的日平均气温资料、湖南省寒露风等级标准和构建的寒露风初日时间序列,利用数理统计分析、均生函数、最优子集回归等方法,分析了长沙地区寒露风气候特征,建立了寒露风初日预测模型。结果表明:长沙地区1959—2015年发生寒露风共97次,宁乡、望城坡、马坡岭和浏阳分别为38、28、19和12次;发生中度以上寒露风次数自西向东分别为15、10、8和5次。寒露风平均初日在9月19—22日。≤20℃的开始日期最早为9月3日(2013年),最迟为10月28日(2014年),极差为56天。9月上、中及下旬发生寒露风的概率分别为6%、32%和62%,下旬发生概率显著增加。西部宁乡约2 a一遇,东部浏阳约5 a一遇,西部宁乡频率及影响程度远高于东部浏阳的。预测模型拟合率均在89%以上,2011—2016年预测结果较好。     

中国大陆上变性加强热带气旋的诊断分析

利用1979-2007年日本气象厅热带气旋年鉴资料,对在中国大陆上发生变性的热带气旋进行了统计分析,结果表明:29 a间中国大陆上发生变性的热带气旋共有16个,占登陆中国热带气旋总数的8.56％,其中8个变性后加强.利用日本JRA-25再分析资料诊断分析了这8个变性加强热带气旋的湿位涡垂直分布特征以及影响热带气旋变性发...     

全球变暖背景下西北干旱区雨季的降水时空变化特征

利用西北干旱区1961—2007年77个观测站的逐日降水资料序列,将西北干旱区分为5个主要气候区,分析了全球变暖背景下西北干旱区雨季的降水时空变化特征,并预测降水的未来变化趋势。结果表明：西北干旱区降水存在显著的年际和年代际变化,其西部降水量呈显著上升趋势,尤其在新疆北部与伊犁河谷地区。降水具有5～6年或2～3年的年际周期与8～11年的年代际周期,但河西走廊地区例外。干旱区降水转型时期的空间差异显著,最早在1980年代初期从南疆开始,1980年代中期新疆北部降水出现异常偏多,伊犁河谷和河西走廊地区降水突变期则出现在1990年代初,但变化趋势相反;阿拉善高原地区降水没有明显的突变时间。由周期外推方法得到,在未来一个年代际周期中,西北干旱区的西部降水将以偏少的气候特征为主,直到2015年前后才会再次回到偏多的周期中来;阿拉善高原地区在未来8～11年中有可能向着降水增加的趋势发展。     

灰色预测模型及干旱预测

利用莘县、聊城、高唐3个代表站1960-2009年降水资料,建立了聊城地区降水序列,分析了近50年聊城地区降水量年变化特征,年降水量具有明显减少趋势,干旱有增加的趋势。以此序列为基础重建干旱发生的灾变序列,采用灰色系统GM（1,1）的三种模型探讨了旱灾预测问题。在WindowsXP系统下,用VB6编程计算预测结果,历史拟合效果较好,检验精度较高,尤其以新优化预测模型预测精度最高。对未来年份进行初步预测表明：2011年、2015年前后聊城地区出现干旱年的可能性大。     

西北地区未来10a气候变化趋势模拟预测研究

应用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体动力学数值模拟国家重点实验室研发的全球海洋-大气-陆面过程气候系统耦合模式(IAP/LASGGOALS),引入IPCC AR5提供的温室气体情景排放浓度,模拟检验1951—2015年西北地区的气候变化并预测未来10 a西北地区气候变化趋势。结果表明,西北地区增温始于1970年代末期,明显增温开始于1980年代中期;模式能基本体现西北地区的气候变化。未来10 a,西北地区年平均气温依然呈上升趋势,到2030年,西北地区年平均气温将会上升约1. 67℃,其中,西北地区西部升温幅度最大、北部最小、东部介于两者之间;降水的时空分布比较复杂,总体而言,西北地区西部降水将会增多,而东部地区降水依然相对偏少,干旱程度可能会进一步加重。     

中国西部地区未来气候变化趋势预测

用中国科学院大气物理研究所的全球环流耦合模式(IAP/LASG GOALS),对中国西部地区由于CO2含量增加引起的未来气候变化进行了模拟预测分析.预测CO2含量每年以1%速度递增,对此进行了控制试验和扰动试验两个长期积分,并用它们的差值来表示中国西部地区的气候变化.结果表明,CO2增加以后,在初始阶段平均温度、降水和湿度变化不大,随着CO2含量的增加,中国西部地区温度、降水及湿度均呈显著的增加趋势,且比全球增加大得多.到2050年全球温度相对于现在增加1.5℃,而中国西部地区温度升高在1.2～2.2℃,其中最大增温区出现在青藏高原附近;西南地区降水将增加200mm以上,比湿增加最大,达0.8 g kg-1以上,新疆西部和西北部地区降水减少50 mm左右,平均降水增加15%,整个西部地区气候变暖变湿.     

从小时尺度考察中国中东部极端降水的持续性和季节特征

相对于日降水量,小时尺度降水资料可以更准确地反映降水强度并描述降水过程,因而更适用于极端降水阈值确定及其特性研究.利用广义极值分布估计中国321个站最大小时降水量的分布函数,确定了5a重现期的小时降水强度阈值.阈值的空间分布呈现出明显的地域差异,西北地区阈值偏低,华北地区、长江中下游地区、华南沿海地区和四川盆地西部地区为高阈值中心.取各站5a一遇极端降水事件对其持续性特征和季节特征进行分析,发现在沿海地区、长江流域和青藏高原东坡极端降水事件的平均持续时间较长(超过12h);中国北部地区持续时间较短.在具有较大海拔落差的复杂地形区,极端降水事件较平原地区更快地发展到峰值.华南地区4月就可有极端降水事件出现,而中国北方地区要到6月底才出现极端降水;全中国大部分地区的年最晚极端降水在8-9月,但沿海地区、大陆南端和西南地区南部的少数站点在10月以后仍有极端降水发生.     

基于 ＩＰＣＣ-ＡＲ４模式资料的地面气温超级集合预测

利用参与IPCC-AR4的8个全球气候系统模式对20世纪气候模拟情景下地面气温的模拟结果,对其进行多模式集成处理。在此基础上,对这些全球气候系统模式在各种能源之间的平衡（A1B）情景下2010—2030年的地面气温进行多模式超级集合预测。结果发现,8个全球气候系统模式模拟的地面温度均方根误差都比多模式简单集合平均的大。超级集合相对于各个模式及简单集合平均的模拟效果更好,其均方根误差比最好的模式误差减小了13℃。在A1B情景下,超级集合预测未来20 a北半球平均地面气温将普遍升高,大洋上的增温幅度比陆地上小。中国东部地区以及青藏高原、新疆大部未来20 a气温将明显升高,内蒙东部和辽宁西部最高升温可达20~24 ℃,其余地区升温在20 ℃以内。     

中国雨季的一种客观定量划分

从客观分析角度出发,利用有序样本最优分割法对中国610个台站的气候平均（1961—2010年）候降水序列进行有序分割,给出中国不同区域的雨季定量划分。根据中国13个区域候降水量的气候平均值分布特征,并基于有序样本最优分割法的划分结果需同时满足分割段内波动小、段间差异大的要求,确定了各区域的合理分割数,通过制定3种雨季划分方案,对中国区域雨季进行了细致的定量划分。第1种方案将全年降水划分为雨季和旱季,结果表明,雨、旱两季差异明显的地区出现在华南西部沿海和新疆邻近区域;第2种方案将全年降水划分为雨季相对干期、雨季相对湿期和旱季3个降水阶段,这种特征出现的区域为华南大部分地区、江南地区、长江中下游地区、西南地区东部和南部,以及西北地区中东部;第3种方案将全年降水划分为春雨季、主雨季、秋雨季和旱季,出现这种特征的区域为长三角及淮河流域、黄淮和华北地区、东北地区、西北地区中部、内蒙古地区西部、青藏高原中东部及其以东地区。与已有的中国不同区域降水特征研究结果的比较表明,有序样本最优分割法不仅对中国雨季的划分客观有效,且其划分结果合理并具有明确的气象意义。     

基于IPCC-AR4模式资料的地面气温超级集合预测

利用参与IPCC-AR4的8个全球气候系统模式对20世纪气候模拟情景下地面气温的模拟结果,对其进行多模式集成处理。在此基础上,对这些全球气候系统模式在各种能源之间的平衡(A1B)情景下2010—2030年的地面气温进行多模式超级集合预测。结果发现,8个全球气候系统模式模拟的地面温度均方根误差都比多模式简单集合平均的大。超级集合相对于各个模式及简单集合平均的模拟效果更好,其均方根误差比最好的模式误差减小了1.3℃。在A1B情景下,超级集合预测未来20 a北半球平均地面气温将普遍升高,大洋上的增温幅度比陆地上小。中国东部地区以及青藏高原、新疆大部未来20 a气温将明显升高,内蒙东部和辽宁西部最高升温可达2.0~2.4℃,其余地区升温在2.0℃以内。