500毫巴平均高度场与旬降水量的交叉功率谱分析

本文采用功率谱和交叉功率谱分析方法,以长江下游南京等几个站为例,讨论旬降水量序列与亚欧500毫巴旬平均高度场序列在时间域上的多频振动以及它们的相互联系。通过谱分析得到各种显著周期振动(频率)的地区分布,各种显著相关后延时间的地区分布,以及两个序列中各种周期分量之间的相关指标(指相应频率上的凝聚函数)。这些结果所提供的信息有可能作为进一步探讨天气气候规律和长期超长期预报方法的参考。本文并将进一步把相关场的普查与场和预报量序列的多频振动结构联系起来,以便深入探讨大气运动的前后期对应关系。     

河南省气候变化与北极涛动的时频相关

利用交叉谱与小波变换分析方法,分析了北极涛动指数(AOI)距平和河南省月平均降水距平、月平均气温距平序列的时频变化特征及河南省气候变化与北极涛动之间的多时间尺度相关,结果表明,河南省降水和气温变化与AOI之间存在着多时间尺度的显著相关振荡,年代际尺度周期的互相关系数明显大于年际尺度周期的互相关系数,相关程度随耦合振荡频率的增大而减小,相关显著性取决于两者的时频域联合统计特征,时域中小波互相关系数、小波凝聚谱的分布具有明显的阶段性特征,说明北极涛动的年际和年代际异常对河南省气候变化具有显著影响.     

基于幅频分离的气候时间序列预测试验

从气候波动的瞬时频率与瞬时振幅出发,结合最小二乘支持向量机技术,提出了基于幅频分离技术的气候时间序列预测方法,并对南京地区降水距平进行了30候的预测试验。结果表明,幅频分离预测法能够对所有模态的振幅和高频模态的瞬时频率进行较好的预测,而预测的瞬时频率累积误差会对模态分量的预测距平相关性产生敏感影响,该新方法能够显著提高气候序列高频模态的预测效果。对于气候序列的低频模态分量,集合经验模态分解的边界效应会对瞬时频率的求解产生较大误差,使得序列边界区的幅角计算不准确,导致对低频模态的最终预测效果不理想。对气候序列的高频分量采用幅频分离并进行最小二乘支持向量机预测,而对其低频分量仅采用最小二乘支持向量机进行直接预测,可同时提高高、低频分量的预测效果,并最终提高整个气候序列的预测准确性。该分频预测方法可以使南京降水预测的30候距平相关保持在0.4以上。     

夏季副热带大气系统的多尺度振荡分析

应用经验模态分析方法(经验模态分解(EMD)和Hilbert谱),对夏季副热带大气系统在周期态和振荡态下的流函数数值解序列进行本征模态函数(IMF)及其Hilbert谱的分析。结果表明:(1)周期态下的流函数分量时间序列一般由1个IMF构成,而且其周期就是该流函数的周期。对周期性的IMF分量使用Hilbert变换得到的瞬时频率和振幅都不随时间变化。(2)振荡态下的流函数分量时间序列一般由2个以上的IMF构成,其中有的IMF分量具有显著的周期性,相应的瞬时频率和振幅都不随时间变化;有的IMF分量则没有显著的周期性,相应的瞬时频率和振幅有变化,而且随着振荡态复杂程度的增大,瞬时频率和振幅的变化也趋于复杂。(3)瞬时振幅有明确的物理意义,表示IMF振荡的能量;振幅的局部相对大值对应着原序列(IMF)的强振荡,小值则对应着弱的变化。瞬时频率的显著增大,表示原序列有大的变化。     

南京地区大气折射指数的周期振动

本文利用离散功率谱、周期图分析方法对南京地区1951—1980年6月上旬30年的旬平均大气折射指数N单位多频振动进行了分析,结果发现,30年中折射指数N单位值主要振动周期为5年,N单位值的峰值年与降水量峰值年相当吻合。     

近百年来上海地区初夏近地面大气折射指数变化趋势和周期

本文利用离散功率谱、周期图分析方法对上海地区1873—1972年6月上旬百年的旬平均大气折射指数N单位多频振动进行了分析,结果发现:在α为0.05显著性水平条件下,百年中大气折射指数N单位值最主要振动周期为45—50年和20年。经高通滤波后,又突出了准两年的振动周期。     

交叉小波变换在区域气候分析中的应用

将交叉谱与小波变换分析方法相结合,与传统的交叉谱方法相比,交叉小波变换方法用于区域气候变化与大气环流系统之间耦合振荡行为的相关分析更具优越性,不仅可以弥补经典交叉谱分析方法存在的缺陷,而且能够发挥小波变换在时频两域都具有表征气候信号局部化特征的作用;该方法具有较强的耦合信号分辨能力,便于描述耦合信号在时频域中分布状况的优点。采用交叉小波变换分析北极涛动指数(AOI)距平与河南省月平均降水量距平、气温距平序列之间的联合统计特征及其在时频域中的相关关系,根据小波互相关系数、交叉小波凝聚谱和小波位相谱分析北极涛动对河南省气候变化的可能影响。应用结果表明:河南省降水量和气温变化与AOI之间存在着多时间尺度的显著相关振荡,年代际尺度周期上的互相关系数明显大于年际尺度周期,相关程度随耦合振荡频率的增大而减小,相关显著性取决于两者的时频域联合统计特征,时域中小波互相关系数、小波凝聚谱和小波位相谱的分布具有明显的局部化特征;说明北极涛动年际和年代际异常对河南省气候变化具有显著影响。     

热带大尺度大气运动的多时态特征

本文采用多时间尺度方法分析热带大气的大尺度运动,得到了三个阶段的运动性质。结果表明,热带大尺度大气运动与中纬度大尺度大气运动一样,具有双适应现象,即第一阶段由于重力波频散,产生了地转适应;第二阶段由于长波频散,产生了位涡适应。 同时指出,运动的三个阶段的演变过程,可以统一为位势涡度适应过程,这是一种非线性过程,而地转适应是位涡适应的初级阶段。      

南京地区初夏近地面大气折射指数变动的波谱分析

本文利用离散功率谱、连续功率谱分析方法对南京地区1950—1980年6月中旬31年的旬平均大气折射指数N单位多频振动进行了分析,结果发现:N单位值的主要振动周期为5.17年,N单位值峰值年与暖湿气流强弱有关。     

青藏铁路沿线平均年气温变化趋势预测

青藏铁路沿线年平均气温具有很好的互相关性,特别是各站10年滑动平均气温序列互相关系数达到0．92,以此建立了1935-2002年青藏铁路沿线平均年气温序列Trw。研究表明：Trw对太阳黑子周期长度(SCL)和大气中CO2浓度有落后5年和15年的显著响应,其相关系数分别为-0．76(SCL)和0．88(CO2)。利用近1000年SCL的76、93、108、205和275年显著周期及均生函数模型预测了未来太阳活动周期的快慢：21世纪前50年的SCL总体偏长,活动周期放慢;后50年SCL总体偏短,活动周期加快。在考虑大气CO2浓度倍增和气候自然变化情况下,预测2l世纪前50年Trw与20世纪最后10年(1990年代)相比,其升温幅度在0．5℃左右;与20世纪最后30年(1971-2000年)相比,其升温幅度在l.O℃以内。这一升温幅度的概率为0．64～0．73。     

气象时间序列的自相关性对抽样相关系数的影响

本文论证了气象序列存在自相关情况下,样本相关系数抽样分布发生变形。在各种总体相关条件下,其抽样方差都叠加着自相关和后延互相关的影响。理论和实例表明,当序列有自相关时,按时间顺序截取一段记录作为样本计算相关,并不符合简单随机抽样的假定。因此,现行的相关计算由于自相关性(尤其是强自相关性)的影响,其抽样方差在不同程度上比原有的抽样分布加大。文中提出滑动样本相关系数呈正弦波动时,其抽样分布废为U型概率分布,从而再次证明自相关对于计算相关系数的影响。为了消除自相关对抽样的影响,文中还提出改进了的抽样方案。     

中国三峡地区汛期降水量的正态性研究

为了分析三峡地区降水量序列的正态性和谱结构,对降水量的常见各种变换进行试验性研究。试验包括单站降水量、降水量的平方根、立方根和Γ分布概率值等非线性变换,以及级别变换。研究区域多站平均降水量、区域降水量的主分量、区域降水量的非线性变换后的主分量和区域降水量的级别变换后的主分量等序列。研究发现三峡地区单站降水量的各种变换不改变序列原始谱结构,仅影响概率分布的偏度和峰度,使其较好地遵从正态分布,其中以Γ分布的变换以及级别变换在分布的偏度上为最好。 区域降水量的各种变换的综合指数(区域平均值和主分量)正态性及谱结构分析表明,除区域平均值变换后不改变原单站序列的谱结构外,主分量的综合指数能改变原单站序列的谱结构,同时也影响概率分布的偏度和峰度,使其能较好地遵从正态分布。其中以降水量的立方根和Γ分布概率变换以及级别变换,在分布的偏度上有较好的效果。     

北京市郊区及城区边缘的大气湍流结构特征

为了比较城市边缘地区和郊区大气边界层中湍流结构的差异,本文分析了1986年春、夏两季在北京市城市边缘地区和郊区两处大气湍流观测结果.结果表明,由于城市边缘地区的下垫表面具有较高数值的粗糙度,使其近地面层大气受到较强的动力影响,在其湍流速度分量谱曲线;无量纲化湍流速度分量标准偏差,σ_u/u*,σ_v/u*和σ_w/u*;以及无量纲化湍流耗散率φ_ε等湍流特征量在近中性层结条件下显示出与大气稳定度的关系比较微弱.     

全球大气垂直环流间的相关分析

利用三维分解方案对全球大气环流进行分解,得到全球大气垂直环流分量,计算各大气垂直环流活动中心之间以及赤道中太平洋大气垂直环流与全球大气垂直环流的相关系数,分析表明,全球大气垂直环流活动中心的季节变化具有明显的一致性,南半球热带垂直环流和亚洲季风环流关系密切;赤道中太平洋地区纬向垂直环流与热带大气经向垂直环流有较强的同步变化特征,与青藏高原上空大气纬向环流关系密切     

SRL——1645无线对讲机频率转换方法

在气象辅助通信网中,SRL—1645无线对讲机已有相当数量.此机采用了可擦除编程只读存贮器和频率合成新技术,具有频道多,输出功率大等优点,但由于气象专用频率多、异频工作又要占用两个频率,致使有的同频频率和警报频率未能写入机中,给实际使用带来一定影响.如我局现用的此种机型,由于在141MH_z频率上是异频,无法与现用的301机型同频单工机联网、只有143MH_z频率土有三个同频频率与301机相同,此频率上已经十分拥挤,经常造成与邻省,邻     

莱芜月降水量和平均气温的谱分析

对一个时间序列,从时间域上研究序列中的周期振动的方法是谐波分析。但是长度为N的序列的谐波分析只能得到谐波长度为N/k(k=1,2,……,N)的各个谐波分量。而实际序列存在的主要波动周期并不一定包括在上述的周期之内。也就是说,容易漏掉主要周期,而只是采用了一些次要的周期。这也是谐波分析的局限性。而谱分析则从整个序列的频率域上考察其周期振动,分析各频率的贡献如何,借以确定哪些是主要振动频率。从而分析整个序列的周期振动。     

GRAPES全球模式的动能谱分析

大量的观测资料表明在对流层高层和平流层低层,大气动能谱在大尺度范围(800 km以上)与波数呈现出-3的斜率关系,而过渡到中尺度范围(400 km以下)二者呈现出-5/3的斜率关系。模式预报结果能否展现大气动能谱的这种斜率转折特征已经成为模式评估的有效方法。本文采用GRAPES全球中期数值预报模式2013年5月的预报结果,计算了模式一维和二维动能谱,并分析了二维谱的旋转分量与辐散分量、平均分量与扰动分量的关系。结果表明,GRAPES模式的一维谱和二维谱结果均能较好地表现出动能谱的斜率转折特征,但该模式动能谱在中尺度范围的斜率绝对值明显比观测结果和其它模式结果偏大;二维谱的旋转分量和辐散分量、平均分量和扰动分量在总动能谱中的比重关系及其随高度的变化均与文献结果较为一致。总之,GRAPES模式整体上较好地再现了大气动能谱的各种特征,但是可能由于模式分辨率和耗散作用的影响,模式对大气中尺度波动的描述还不够充分。     

夏季雷州半岛强降水雨滴谱个例分析及降水与闪电相关性统计分析

利用2007年8月在雷州半岛观测雷暴获得的雨滴谱和地闪资料,重点分析了8月6日遂溪、湛江一次雷暴云降水个例的雨滴谱特征,对闪电特征与降水的相关性进行了统计分析。结果表明,遂溪站的雨滴谱谱型多为双峰或多峰型,而湛江站的雨滴谱谱型多呈单峰型分布;平均雨滴谱符合Gamma分布;雨强I10mm/h时发生地闪的频率较高,且发生地闪频率随着距测站的距离减少而增加;随着雨强的增大发生正地闪的概率明显增加;降水过程中的闪电频率和距离校准后闪电电流强度的相关性表明,地闪发生的距离越近,频率越高对应雨滴谱谱宽越宽和降水强度越大。     

冬春季江苏沿海大风的特征

利用江苏2005-2006年460个自动站和加密站的风速资料,分析了2005-2006年冬春季发生的大风过程,研究发现冬春季沿海大风多由强冷空气引发,并具有一定的间断性、持续性、突发性和阵性特点,并对典型过程的阵性特征进行了分析.发现冷空气的入侵促使地面风场发展,大风u、v分量的变化与旋转系数具有很好的相关性,旋转系数的逐时波动与v分量的波动基本呈同位相变化趋势,而其与u分量的波动则有反位相关系;在冷空气影响前后,这样的相关特征始终维持.     

改进的Seam Carving瞬时频率估计算法研究

旋转机械升降速阶段微弱振动信号具有潜在性和动态响应的微弱性等特点,因此瞬时频率是限制早期故障诊断发展的关键问题.针对这一问题,该文引入了图像处理领域的Seam Carving（SC）算法,并对SC算法进行改进,结合短时傅里叶变换（Short-Time Fourier Transformation,STFT）,提出了STFT-SC瞬时频率估计算法.STFT-SC算法采用STFT对振动信号进行时频分析,然后利用Seam Carving算法中的能量梯度,采用动态规划的思想寻求seam路径,实现了旋转机械振动信号的一阶瞬时频率提取,最后对一阶时频数据进行时域重构,将重构的时域信号和仿真信号进行相关性分析.结果表明,STFT-SC算法对于高噪声、邻近阶比等振动信号都具有非常好的效果.