太阳活动千年尺度的准周期性波动

2004年,Solanki等人利用树木年轮中δ14C含量变化重建的太阳黑子数序列研究太阳活动的论文被Nature发表,该黑子序列自1895年起向历史时期延伸了11400年.本文采用最大熵谱分析方法和小波变换方法分析了这一重建的太阳黑子序列,重点讨论太阳活动在千年尺度上的周期性波动.结果表明,太阳活动的长期变化中存在接近千年和略大于两千年的准周期信号,以及可能存在约7千年的波动,得到了这些准周期分量的参数.这些准周期分量的周期长度和振幅是随着时间变化的,文中给出了它们的时变图象并讨论了它们的时变特征.     

太阳黑子磁场极性指数时间序列

本文根据苏黎世天文台太阳黑子11年周期资料和太阳黑子磁场磁性变化周期特征,构建了太阳黑子磁场磁性指数IM(Magnetic Index)时间序列,用IM(i)表示.为了便于采用数学方法研究太阳黑子磁场磁性指数变化与诸多地球物理现象之间的联系,本文给出了1749～2007年月平均太阳黑子磁场磁性指数时间序列数据.     

利用EMD方法提取地磁A_p指数周期分量

利用EMD和小波对试验信号进行分解比较,结果表明EMD方法能够更加真实的再现数据本身的频谱分量和对应幅度．利用EMD方法对1932年~2006年地磁Ap指数月均值进行了分解,分别得到一系列模式和一个趋势项．其中可能包含了6个月周期分量,准1年周期分量,QBO（准两年震荡）分量,准5年周期分量,准11年周期分量和22年Hale周分量等．地磁活动Ap指数与太阳黑子数都有着11年周期变化,我们比较发现Ap指数11年周期分量极值出现要比太阳黑子数11年周期分量极值出现平均滞后1~2年．     

高空大气涛动现象与太阳活动的联系

本文根据全球高空10 hPa位势高度距平场EOF分析得知,存在于地面层大气中的南北向涛动现象~北极高空大气涛动和南极涛动,在高空大气中更为清楚,而且这种高空南北向涛动现象是波及全球的;存在于地面层大气中著名的纬向涛动现象~南方涛动(Southern Oscillation,SO)和北方涛动(North Oscillation,NO),在高空大气中则变得不甚清楚.表征北极高空大气涛动的第一模态与表征南极涛动的第二模态的方差贡献率分别为41.47%和27.04%,二者累积方差贡献率达到68.51%,构成了平流层高空大气年代际振荡的主要形式;另外还存在两半球对称性中高纬度南极涛动模态和两半球不对称性中高纬度南极涛动模态,是高空大气中出现概率比较小的振荡形式.谱分析表明,无论北极高空大气涛动模态、南极涛动模态还是中高纬度纬向涛动模态,都存在与太阳磁场磁性指数相一致的22年准周期变化以及与太阳黑子相对数相一致的11年准周期变化;采用逐次滤波法的滤波分析和对比分析表明,高空大气涛动现象的重要影响因子乃太阳活动,其中太阳磁场的大幅度涨落及其磁性变化是主要因素,太阳黑子相对数的变化为次要因素.     

过去640ka亚洲季风变化的多尺度分析

高分辨率、高精度定年的石笋δ~(18)O记录现已扩展到640ka,这为研究亚洲季风多尺度特征与驱动机制提供了新的契机.基于经验模态分解法(EMD),文章分析了该序列的轨道和千年尺度的特征、贡献及其控制因素.在轨道尺度上,四个主要周期(11.6、23.3、42.4和95.5ka)对石笋δ~(18)O记录的贡献率为76.3%,其中岁差和半岁差周期的贡献率分别为31.1%和30.7%.交叉谱分析显示,显著的半岁差周期信号与南北半球30°太阳辐射极大值变化(BHI)的半岁差周期基本吻合,由此认为低纬降雨和温度变率对半球间低纬太阳辐射放大响应,进而影响亚洲季风的强度变化.在千年尺度上,分别有5ka和1～2ka的显著周期,大致对应于经典的Bond和Dansgaard-Oeschger旋回.海洋沉积和石笋记录交叉谱分析显示,二者在千年尺度上的变化呈现出强烈的相关性,特别是5ka周期稳定贯穿两个记录始终且信号明显,说明5ka周期是中晚更新世以来冰期-间冰期旋回的特征周期,可能是全球冰盖和太阳辐射共同作用的结果.     

太阳黑子活动周期对中国大陆西部不同震级段地震的影响探讨与分析

用快速富里叶变换(FFT)计算得出太阳黑子有11 a、51 a、103 a的优势周期,通过太阳黑子的活跃周期与中国大陆西部(E108°以西)不同震级段地震的活跃周期进行了对比研究,发现M.6.5以上地震受太阳黑子的影响相对弱一些,其平均周期为2.7a;而Ms5.0～6.5受太阳黑子的影响可能相对强一些,其平均周期为11.4 a.分析认为Ms≥6.5地震地周期与太阳黑活跃周期存在倍数关系,Ms5.0～6.5的周期与太阳黑子活跃周期比较相近,计算得出1950年以来地震波能量释放与太阳黑子周期有一定关系,总体表明太阳黑子活动对不同震级地震均有一定影响,但对中强地震的影响要更明显一些.     

北极涛动低空大气环流特征及其与太阳活动的联系

通过北极涛动AO正负位相时期北半球1000 hPa月平均位势高度、位势高度距平和气温月距平图对比分析可知,北极区域异常增暖时期对应着AO负位相时期,而北极区域异常偏冷时期对应着AO正位相时期,说明北极区域气温异常变化是决定AO异常变化的重要因子.逐次滤波法分析可知,冬季1月北极涛动现象表现出十分清楚的与太阳活动密切联系的准110a世纪周期和准22a年代际周期,具体表现为：（1）冬季1月北极涛动现象具有十分清楚的与太阳活动密切联系的准110a世纪周期.准110a世纪周期对于北极涛动指数的方差贡献率达到44.4%,是冬季1月北极涛动现象最显著的世纪际变化特征.（2）谱分析结果表明,滤除准110a世纪周期变化以后的1月北极涛动指数具有显著的22a周期,其方差贡献率达到18.5%,乃仅次于准110a世纪周期之后北极涛动指数年代际变化重要特征.对比分析表明,太阳活动尤其是太阳磁场磁性指数变化与1月北极涛动22a周期变化呈密切的反相关关系,二者变化趋势基本相反,即多数情况当太阳磁性指数MI由最低值转为上升以后都可引起北极涛动AO由最高值转为下降;当太阳磁性指数MI由最高值转为下降以后都可引起北极涛动AO由最低值转为上升.综上所述,北极涛动的准110a世纪周期变化、22a年代际周期变化对于北极涛动方差贡献率达到62.9%,标志着太阳活动是北极涛动的重要驱动因子.     

中国近海海平面变化特征分析

用经验正交函数分析方法,对中国近海14年多的测高海平面同化格网资料进行分析,给出了黄海、东海和南海各海平面变化主要主成分的空间变化和时间变化特征.用标准Morlet小波变换方法分析了各海区主成分时间变化序列的时频特征.分析结果表明,各主成分的空间分布特征与当地的海洋环流或洋流特征相对应.时频分析结果显示,中国近海海平面变化的显著周期主要为年周期信号.其次,黄海和东海还显示准2个月的非稳态信号,东海和南海具有较显著的半年周期信号,东海半年周期信号的能量不稳定.此外,在南海及台湾东部海域,首次发现存在较为显著的准540天周期信号,其动力学机制目前尚不明确.坎门和西沙验潮站资料的时频特征分析也验证了该信号的存在.最后本文给出了中国近海海平面在1993~2007年间的平均上升速率和其区域分布特征.     

川西地区长周期气温变化对跨断层位移观测的影响及芦山地震前的异常断层活动

2013年4月20日四川芦山M7.0级地震前2-3年,川西地区的跨断层位移出现群体性、准同步的异常趋势转折,但有些场地的辅助气温观测也呈现相似变化.为探寻这些趋势转折是否为热形变,本文基于鲜水河、安宁河-则木河、龙门山断裂带上的短基线、短水准及辅助气温观测数据,使用频谱分析及统计分析方法,研究跨断层位移与气温之间的关系,并利用主模式分析方法研究芦山地震前各断裂带的运动特征.结果显示：（1） 在大于2.63 a的周期上,短基线、短水准与气温的频率成分较为相似,它们之间为弱-中等强度的相关.（2） 气温变化不是芦山地震前跨断层位移发生趋势转折的主要影响因素.除个别场地外,长周期热形变在总的跨断层位移中所占比重较小,对其趋势变化的影响有限.（3） 主模式分析表明,2010年前后,鲜水河断裂带的左行走滑和张性运动有所减弱,安宁河-则木河、龙门山断裂带的张性运动也开始减弱（或者说压性增强）.这些变化特征可能反映了在这一时期巴颜喀拉块体SE-SEE向运动的加剧.     

太阳活动11年周期对气象参数影响

利用多种资料研究了太阳活动11年周期对全球气温、风场、海表温度(SST)的影响,结果表明:(1)在第21、22太阳活动周,中低纬对流层顶以上大气温度变化具有类似太阳黑子变化的11年左右周期,相对于太阳黑子数,气温变化具有1～2年的延迟性;相对于太阳活动低年,200～10 hPa大气在太阳活动高年整层增温,以赤道低纬地区...     

全球气候变化的成因初探

温室效应不是气候变化的唯一因素,温室气体的主体不是二氧化碳而是水汽.当水汽凝聚为云,就会遮蔽阳光,起到降温作用.太阳辐射量变化不足以解释气候变化的振幅,关键在于存在太阳能量积累和释放的多种效应,其中“海底藏冷效应”和“海洋锅炉效应”最为显著.太阳能在地球各圈层的不同分配也是地表气候变化的原因之一,其中“地磁层漏能效应”和“臭氧洞漏能效应”最为显著.气候变化周期是天文周期微力激发的结果,其能量来自太阳能量的长期积累.目前处于1500～1800年气候周期的变暖高峰,200年气候周期的变冷初期,60年气候周期的变冷阶段.本文通过历史资料反复核对,证实太阳黑子延长极小期、太阳黑子周期长度大于11年时期、潮汐极大期、低温有明显的对应关系,已经查出重复出现两个连续周期,除太阳活动变化外,强潮汐是其形成的原因.全球气候有准60年、200年、18000年等周期,这些周期与潮汐周期有很好的对应关系.特别是179～200年周期,在太阳黑子活动、潮汐变化和冷暖变化中都有明显的表现,形成对应的周期规律.分析结果显示,气候冷暖变化的原因不只限于大气层本身,而确有可用于气候预测的星体运行的变化信息.规律表明,2007年开始的太阳黑子延长极小期和潮汐极大期使我国可能进入严重低温冻害时期,并将在2020年达到高潮,必须做好预防准备.     

天文气候学10万年问题的研究

为了研究第四纪晚更新世(约100万年前到2万年前)古气候的周期变化以及在轨道尺度上气候系统对太阳辐射的响应,本文发展了适合于非线性非平稳数据的分析方法即经验模态分解(EMD),对太阳辐射古气候记录进行了分析,进而重新认识了地球轨道周期变化影响下的太阳辐射的气候意义.研究结果表明,太阳辐射中偏心率的影响是相当大的,而不是以前认为的不到1%的影响,至少它是和太阳辐射的黄赤交角,岁差波段的信号是可以相比拟的.     

中国大陆M_S≥7.0地震与太阳黑子活动之间关系的统计检验

利用1900—2017年间中国大陆地区64次M_S≥7.0地震资料,根据太阳黑子11年周期变化计算了它们的相位角,分析了它们的相位角分布,利用统计检验方法对它们与太阳黑子11年周期变化之间的关系进行了检验。结果是:中国大陆地区M_S≥7.0地震中约66%发生在太阳黑子11年周期变化的谷值点前2年—后3年的时段内,在α=0.001显著性水平下通过显著性检验。2019年底太阳黑子11年周期变化将达谷值点,因此,2018—2022年为中国大陆地区M_S7.0地震易发时段。     

中国大陆MS≥7.0地震与太阳黑子活动之间关系的统计检验

利用1900—2017年间中国大陆地区64次M_S≥7.0地震资料,根据太阳黑子11年周期变化计算了它们的相位角,分析了它们的相位角分布,利用统计检验方法对它们与太阳黑子11年周期变化之间的关系进行了检验。结果是:中国大陆地区M_S≥7.0地震中约66%发生在太阳黑子11年周期变化的谷值点前2年—后3年的时段内,在α=0.001显著性水平下通过显著性检验。2019年底太阳黑子11年周期变化将达谷值点,因此,2018—2022年为中国大陆地区M_S7.0地震易发时段。      

Sq指数的周期变化分析

利用1960-1980年中国北京和广州的地磁场X分量小时值数据,根据徐文耀(1992)提出的用来描述每日Sq变化幅度的地磁活动指数的方法,计算并分析了Asq指数的周期变化特征.结果表明:Asq指数具有11年、年和半年变化等主要周期成分,与F107指数傅氏谱主要周期成分存在对应关系,表明Asq指数的周期变化与太阳辐射密切相关.然而互相关分析表明,日变幅dSq与F107的相关关系略强,这是由于Asq指数计算中每月平均ΔS_q(t)携带了部分Sq场的周期变化信息.     

中国近海海平面季节尺度变化的时频分析

用连续小波变换方法，对中国近海验潮站资料(20～30a)和Topex/Poseidon卫星测高海平面变化资料(1992年10月～1998年9月)进行分析，给出了南海、黄海和东海海平面变化在季节尺度上的时频特征. 结果表明，黄海和东海的海平面变化较相似，存在显著的周年和准双月的振荡信号；南海具有较明显的周年信号和较弱的半年周期信号；浅海区和深海区的海平面季节尺度变化在周期性与强度上存在明显差异.     

中国东部诸流域的干旱和湿润期:模式和预测

降水观测记录是近50a来中国九大流域干旱和湿润期时空变化分析的基础.以两年为时间尺度引入标准降水指数(SPI)来分析评价气候变化情景,结果表明黄河流域、长江流域和淮河(或珠江)流域等三个主要的区域表现为低频率变化指数:另外分析显示北方地区自20世纪70年代以来干旱更频繁的出现,在SPI时间序列中呈现负趋势变化.这也许与表征SPI信号的长周期有关(24a和48a周期).与这些长周期一起,也有一些其它方面的因素有助于频谱变化,范围从3a到9a不等.在指数时间序列中这些周期成分的存在为长期预测干旱和湿润期提供了很好的条件.     

基于EMD的中国大陆强震活动特征分析

利用EMD方法对中国大陆年度最大地震时间序列进行逐级分解, 得到5个本征模态函数(IMF)项和1个趋势项, 分析了各个IMF分量不同的周期成分同地球自转速度变化、 太阳黑子活动和潮汐运动等环境因子之间的相关关系, 初步探讨了各个IMF分量的物理机理及其对中国大陆地震活动的影响。     

太阳磁场磁性指数异常变化对南北半球中纬度气候的影响

本文参照太阳黑子相对数特征建立了太阳黑子磁场磁性指数时间序列. 大气温度场谱分析结果显示,南北半球中纬度平流层和对流层大气温度场普遍存在22年变化周期. 分析认为,大气温度场的22年变化周期是太阳活动22年磁性周期所激发.     

太阳黑子相对数最强周期的小波分析

利用小波变换,分析了1749年以来每个太阳活动周太阳黑子相对数的最强周期以及第1～22太阳活动周的最强周期. 分析结果表明,在第5和第6个太阳活动周,太阳黑子相对数最强的周期分别为64.67年和69.31年;在第13～15太阳活动周,太阳黑子相对数的最强周期分别为98.02年,105.06年和105.06年. 在第1～22太阳活动周中,太阳黑子相对数最强的周期是128个月,约10.67年,其他太阳活动周的最强周期介于9.29～11.43年之间. 本文最后给出了128个月周期的幅度随时间的变化.