波流相互作用的大气系统中振荡模态的分析

把经验模态分解(EMD)方法用于波流相互作用的大气动力系统,对不同系统状态的流甬数解序列求其本征模态函数(IMF)分量,分析系统状态与IMF之间的关系,揭示流甬数的振荡结构.结果表明:随着系统的复杂性增大,构成解序列的IMF分量的个数相应增多.对于系统的定常态(Hadley流),每个流函数ψ分量的各个IMF分量都趋于零均值线;对于周期态(Rosssby流),ψ分量由1个周期性的高频IMF分量构成;对于振荡态,分量主要由2-3个较高频IMF分量构成;对于非周期流,ψ分量由多个非周期的IMF分量构成;对于周期-非周期状态,其本征模态有的有周期性,有的没有周期性.低频IMF分量表现ψ序列的长时间尺度的变化.     

大尺度大气运动的倍周期分叉和流型的非周期演变

本文提出了一个控制斜压准地转气流运动的八维非线性自治系统。随着非绝热强迫参数的变化,流型的演变显示出倍周期分叉,比值(r_2—r_1)/(r_3—r_2)近似等于Feigenbaum普适常数。越过分叉点r_∞后,形成具有四片的怪引子,其结构与三维的Lorenz怪引子及Rossler怪引子不同。     

耦合的八模Lorenz系统的分叉特征

本文对两个不同尺度的Lorenz系统,通过引入一个耦合参数α把它们连接起来,并在二维参数空间α×r(Rayleigh数)中讨论了所建立的耦合系统的解的分叉过程。参数α在[0,1]区间中取值。当α=0时,耦合系统与著名的三模Lorenz系统相对应;当α=1时,则与一个包含两个Lorenz元的系统相对应。文章选取了三个不同的r值,研究了α从0变到1时,从单Lorenz系统的解到双Lorenz系统的解的非线性演化过程。     

基流上重力内波的混沌行为

Lorenz模型中取Prandtl数σ=10能得出混沌解不足以解释自然界中最重要的流体——空气和水中的湍流。本文考虑基本场对扰动场的作用,部分地引入了动量平流项的影响,建立了一个四模扩展Lorenz模型。该模型能在σ等于1时给出混乱的、非周期的输出即混沌,从而帮助解释了大气及水中湍流的发生,同时也说明基流对混沌的产生具有重要的作用。     

多精度计算和区间分析方法在科学计算中的应用

介绍了多精度计算和区间分析的概念、方法及应用,使用多精度计算研究Lorenz非线性动力系统计算结果对计算精度、步长的敏感依赖关系和不确定现象,研究Lorenz系统中长时间数值解的计算方法和基于多精度计算的最优步长、最大有效计算时间搜索方法,讨论了区间分析方法在计算机辅助证明Lorenz混沌吸引子存在性问题中的应用。     

Lorenz系统误差方程的吸引子特性研究

将Lorenz方程及其导出的误差方程作为联立方程(即全误差方程)来研究误差的性质,结果表明联立方程可以变换为一个特殊的算子方程,误差轨线将收敛于一个有限的区域;此外联立方程对应的流的散度为负值,因此其在相空间中的体积不断收缩,最终趋向一个低纬曲面;联立方程的这两个性质使得Lorenz系统中初始误差不会无限放大,而是趋于一个吸引子.误差在吸引子上的概率分布是确定的,因此平均的绝对误差趋于常数,这个结果可以用来解释小初始误差经过一段时间的发展之后,趋向饱和的现象.利用稳定性分析方法研究了误差吸引中心的位置和个数,并使用数值试验进行了验证,结果显示误差吸引子的结构与解的吸引子位置、数量和结构均有不同.最后本研究将针对Lorenz方程的误差联立方程方法拓展到一般的常微分动力系统,展示了对一般误差方程的特征矩阵进行分析,研究其特征行列式性质的方法,得到了一般误差系统中稳定点和平衡态性质与原动力系统的稳定点和平衡态性质的关系,这些结果对于认识误差系统长期的动力学行为和性质是有意义的.     

基于GIS系统和最大熵谱原理的降水周期分析方法

降水预测分析中经常遇到确定降水周期的问题。文章介绍了将具有分辨率高等特点的最大熵谱原理(MEM)应用在降水周期分析中的方法，并将其做成程序模型镶嵌于GIS二次开发系统中。通过两者的结合从而实现模型的连接和分析的结果与地理空间数据的综合。周期分析过程只需在系统界面中选取某一降水测站，GIS系统便可以应用MEM模型计算出该测站所辖地区的降水周期规律。     

大气中的浑沌运动

1963年,著名气象学家洛伦茨在进行热对流的数值计算时,发现在确定性的微分方程组中,当控制参数变化到某一临界值时,方程的数值解就会有非周期的混乱结果.1971年Rulle和Takens把耗散系统中出现的这种非周期流称为奇怪吸引子或浑沌.自此以后,关于浑沌问题的研究日益增多.通过计算或实验,人们发现很多问题中存在浑沌运动.现在全世界至少有几千名学者热衷于浑沌理论.人们期望对浑沌理论的探讨将有助于揭开宇宙中的许多秘密.     

《概率和统计方法在天气预报中的应用》国际学术会议简况

第一届《概率和统计方法在天气预报中的应用》国际会议于1980年9月8—12日在法国尼斯(Nice)召开,全世界三十多个国家、168名有关代表参加了这次会议,其中有美国著名气象学家麻省理工学院教授E.N.Lorenz,美国大气研究中心教授Leith,著名统计动力学家Epstein,美国技术改进室主任Glahn和老一辈统计气象学家、著名长期预报专     

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。     

内蒙古地区四季和年降水量趋势分析

利用1970—2019年内蒙古地区110个国家站降水量资料,采用经验正交函数(EOF）分析、重标极差分析(R/S)和非周期循环分析,统计四季和年降水量时间序列的Hurst指数(H)、分维数(D)和非周期循环的平均循环长度,分析降水量变化趋势和记忆周期。结果表明：(1)内蒙古地区年降水量变化呈增多趋势,其中在东部的偏东地区增多最显著,变化趋势具有持续性特征,持续时间为8 a,但在内蒙古西部的偏南地区和东部的局地区域年降水量呈减少趋势;(2)春季、秋季和冬季年降水量的年代变化呈增多趋势,夏季呈减少趋势,特别是冬季在东部的偏北地区的个别区域Hurst指数H=1,呈现完全预测特征,降水量未来趋势为增多趋势且通过95%的显著性检验;(3)四季降水量过去的增量与未来的增量都呈正相关,夏季降水量减少趋势的持续性最弱,冬季降水量增多趋势的持续性最强,春季、夏季、秋季和冬季的记忆长度分别为8 a、8 a、9 a和10 a。     

夏季(5-10月)南海准双周和20～60天振荡的年代际变化特征

通过周期和波谱分析,指出南海对流夏季(5—10月)具有显著的准双周振荡(10~20天,QBWO)和20~60天振荡(ISO)周期。在南北向传播上,南海对流QBWO和ISO均以波数为2的向北传播为主。在东西方向传播上,QBWO以波数为1的向西传播为主,而ISO则以波数为1的向西和向东传播为主。在大气环流发生突变的三个不同年代下(1958—1976年、1977—1993年和1994—2011年),QBWO强度、传播次数、频次和传播波谱能量均呈现逐渐增强的趋势。ISO强度的变化为正常略弱、较弱和较强,传播次数、频次和传播波谱能量则为较强、较弱和较强。导致这些变化的可能因子也有所不同,海气相互作用和水汽对流条件对QBWO的变化起了共同主导作用。对ISO而言,纬向风垂直切变影响更为重要。     

长江中下游夏季降水长期预报的初步研究

本文试用数理统计法中时间序列的概念来作长期降水预报。降水的历史资料分为三部分处理:(1)趋势项,(2)周期项,(3)非周期项。在第(1)项中是利用移动平均将资料修匀,找出趋势(亦即长周期)的影响,并以理论曲线表达之;然后用线性矛盾方程组的求解来处理几个主要的整数年周期(2)的影响;最后,对非周期项(3)作为平稳随机过程用线性外推来处理。 本文分析了长江流域中下游五站5—8月的降水资料,并对其它地区降水资料在电子计算机上进行了计算,从预报趋势上看,此方法是有价值的。 本文最后提出并讨论了这一方法现在存在的一些问题,并准备今后继续深入探讨。     

糖甜菜的产量预报

气象因子对糖甜菜产量影响的研究主要应用三种方法:生理学(作物生长模拟)、数理统计(经验统计)和综合方法(作物-天气分析)。1.Weber 等(1966)研究了联邦德国的气候条件(包括降水量、温度、湿度、日照和水分平衡等因子)对产量的影响,统计3月1日到9月30日(1948—1963年)共21个10天周期降水量与蒸发量之间的差异。他们确定营养生长期产量按一个月周期与几个气象因子有关,按10天周期与个别气象因子有关。获得高产都是在栽培期间降水少而日照充足,由于土壤热量适中,可使抽出嫩枝加快。5月     

中纬度温度季节变化的非正弦特性

1.引言在中纬度温度的季节变化主要地、但并非完全呈正弦变化。西伯利亚的雅库斯克和冰岛的雷克雅未克的月平均温度变程具有比较明显的非对称性(图略)。温度的年周期相对于纯粹的正弦变化的偏差可以用谐波分析方法计算,Craddock(1956a)曾作出了两个谐波,对温度的季节变化可得到充分适当的描述,而第二个谐波说明了其非正弦成份。     

近50年中国华南雨涝变化特征分析

对流层大气环流和气象气候要素具有明显的准两年周期振荡,被称为Tropospheric (Quasi-)Biennial Oscillation(TBO)。综述了各种TBO现象及其机理研究。目前发现对流层中温度、气压、风场、降水以及季风、副高等系统都存在TBO变化;其机理研究表明,热带海洋(主要是印度洋和太平洋)和平流层QBO在TBO的形成中起着重要的作用。此外,欧亚雪盖和太阳活动的11年周期可能也会影响TBO。     

基于EOF和小波分析的福建近四十年旱涝时空变化特征研究

采用经验正交函数分解(EOF)、快速富里叶变换(FFT)、连续 (CWT)和正交小波变换(OWT),对近41 a来福建省25个代表站不同雨季旱涝指数(Z指数)序列进行了分析.结果表明:(1) 福建旱涝在1965-1975及1990年代具有显著的2-3 a周期;(2) 在1980年代中期以后南北反向变化具有显著的1 a和3-4 a周期;(3) 中西部与其它区域的反向变化,在1985-1998年间有显著的1-2 a周期,在1980年代以后9-13 a周期较强;(4) 近40年来有干旱趋势,南部(东部)比北部(西部)明显,其中1990年代这种趋势显著.(5) 1960年代和1980年代相对湿润,而1970年代和1990年代则相对干旱.     

低阶的湿大气环流模式

定性分析和数值试验结合是非线性系统研究中的一个重要方面。E.N.Lorenz在这方面做了许多工作,本文是他对前期工作(截止1984年2月)较系统的阐述,其初步结果对我们了解这方面工作的现状和趋向是有益的。由于原文太长,已删去2—5节,即公式推导和其简化的阐述这里就不介绍了。     

二千年来太阳活动的11年周期资料

在研究气候变化及制做超长期预报时,太阳活动11年周期是大家经常考虑的一个因子。我们曾对1610年以后的11年周期做过分析。但是,我国历史资料丰富,无论严冬、大雪、水涝、干旱的记载,还是树木年轮、河底石鱼等遗迹,均能反映出数百年以至上千年前我国的气候情况。为了弄清历史上气候变化与太阳活动的关系,就需要把太阳活动资料也向前延伸。不过,1610年之前没有可能对太阳黑子进行仪器观测,那时的太阳活动只能根据肉眼对黑子的观测以及其它间接资料来判断。我国古代有很多关于太阳黑子及极光的记载,国外也有一些记录。D.J.朔韦(Schove)曾详细分析了有关的资料,确定出公元前五世纪以来的太阳活动11年周期最高年(M年)及最低年(m年)出现年份     

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。