河西走廊沙尘暴及其影响因子的多尺度研究

沙尘暴活跃期具有周期性,这与影响因子的周期变化有关,尝试利用具有多时间尺度和多分辨率特性的小波分析技术对其进行研究。利用Morlet小波对甘肃河西走廊18个气象站多年平均的沙尘暴日数进行分析,发现沙尘暴变化的时间序列具有多尺度振荡的特点,存在7 a、13 a、以及23 a左右的特征时间尺度（周期变化）。通过对大风日数、干旱指数、降水、气温等沙尘暴的影响因子分析,表明沙尘暴的活跃度与大气环流的年际变化和突变有关,特别是与大风日数在时间尺度和主周期等方面具有明显的一致性,7 a左右的年际变化是它们的主周期;干旱指数、降水和气温具有同步的时间序列,13～25 a的年代际变化是它们的主周期,因此,它们对沙尘暴的影响主要体现在大时间尺度上。     

1965-2005年河北省降水量变化的小波分析

降水变化对农业生产与经济社会发展具有重要意义.根据河北省85个常规地面气象站降水资料,利用小波变换Morlet方法,分析了河北省1965-2005年不同时间尺度下降水序列的主要周期变化过程及其空间变化特征.结果表明:近41年河北省年降水量主要存在3个尺度的变化周期,分别是18a、8a和4a,其中,18a尺度存在于近41a,8a尺度主要集中在20世纪90年代,4a尺度集中在70年代.在时间上,18a尺度经历了5个枯丰交替变化;8a尺度上则有10个丰枯交替.在空间上,不同地区降水的多时间尺度特征具有明显的差异,河北省北部和中东部地区年降水量分别以12～18a大尺度及8～12a中尺度周期变化为主,降水相对稳定;西部地区则主要以3-8a小尺度周期变化为主,降水变率较大.     

东北地区近百年降水时间序列变化规律的小波分析

利用1905~2005年东北地区哈尔滨、长春、沈阳和大连的降水时间序列资料,采用距平和Morlet小波分析方法,研究了东北地区降水变化的多时间尺度的周期性性变化规律,并对东北地区近期降水状况进行了预测。结果表明:近百年来东北地区年降水量呈现较显著下降趋势,整个东北地区降幅为-5.2mm/10a;长春为-12.7mm/10a;哈尔滨为-7.1mm/10a;大连为-2.7mm/10a;沈阳略为上升趋势为1.3mm/10a。东北地区的年降水量存在着区域性的多重时间尺度下的周期变化特征,2a~3a、5a~6a,10a和50a左右的长期振荡周期具有全域性;长春、哈尔滨年降水的主要控制周期是20a左右;5a~6a的短周期和50年的长周期变化也对年降水有较大影响。     

半干旱草原型流域不同时间尺度降水特征分析

基于锡林浩特气象站1960-2015年逐日降水数据,运用M-K法、R/S 法和Morlet 小波法,分析了半干旱草原型流域--锡林河流域近56a不同时间尺度下降水趋势及突变特征、未来变化趋势、降水周期规律的变化情况。结果表明：近56a来锡林河流域年降水量呈下降的趋势,在1974、1980、1989年和1998年发生过4次突变,存在28a的主周期变化。夏季降水特征和年降水特征基本一致,冬季降水量呈显著上升的趋势。汛期8月份降水量呈显著下降的趋势,并在1998年左右发生突变,降水第一主周期在12a处,非汛期11和12月份降水量都呈显著上升的趋势,其中,12月份降水在2000 年左右发生显著突变,这两个月份降水的第一主周期分别是30a和9a。不同时间尺度下降水序列的Hurst指数均>0.5,说明流域降水趋势具有持续性,未来降水趋势与过去保持一致。     

贵州麦岗水库小流域降水变化特征的小波分析

利用1960-2007年月平均降水和年平均降水数据,采用墨西哥帽小波连续函数,对贵州省紫云县麦岗水库流域近48年来降水时间序列的季节变化和年际变化进行多尺度分析,揭示了麦岗水库流域降水变化多时间尺度的结构特征,并提取各季节和年降水序列的周期变化及突变点。结果表明,不同季节和年降水存在不同时间尺度的变化周期。春季降水的变...     

黄土高原甘肃区降水变化与气候指数关系

基于黄土高原甘肃区34个气象站1961~2010年的逐日降水资料,结合线性趋势法、Mann-Kendall法和反距离加权插值等方法,对黄土高原甘肃区降水量时空变化进行分析,利用Morlet小波、交叉小波变换和小波相干谱分析其周期特征及其与太平洋年代际涛动（PDO）、厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）指数相关关系。结果表明：研究区年降水量呈下降趋势,变化倾向率为-15.4 mm/10a,特别是20世纪90年代以来降水量下降趋势明显;就季节变化而言,降水量除冬季呈轻微增加外,其他各季均呈减少趋势,其中以秋季减少最为明显,其次为春、夏季。从空间分布来看,年降水量总体呈减少趋势,其东南地区降水量减少幅度高于西北部。研究区降水量存在2~3 a、4.3~5 a的年际振荡周期特征,呈现了同大尺度气候因子相似的变化特征;降水量与两大气候因子存在着多时间尺度的显著相关性,与PDO和ENSO存在5~5.6 a左右共振周期,位相谱月降水量变化位相比PDO和ENSO提前;低能量区降水量与PDO有3~3.5 a年的显著共振周期且接近同位相变化,与ENSO存在0~3 a和3~6 a呈负位相的共振周期。     

基于小波分析的地下水水位与降水的周期性特征研究

选取北京西山地区2000-2010年6个第四系承压水长观孔逐月观测水位及气象站降水数据,运用连续小波变换方法,对降水量和地下水水位的多时间尺度变化特征进行分析,并采用交叉小波变换探讨了二者关系。结果表明:1)北京西山地区降水具有9~16个月的主振荡周期,持续时间较长,不同季节的多周期特征明显;2)承压水水位存在12个月左右的振荡周期,但持续时间较短,且各观测孔水位周期性特征差异较大;3)交叉小波变换结果表明该地区降水量和承压水水位具有显著的共振关系,地下水水位峰值出现时间一般滞后降水峰值约5~7个月。     

贵州主汛期极端降水事件及其环流特征分析

利用贵州地区52个测站1961-2006年历年主汛期(6-8月)逐日降水资料,定义了不同台站的极端降水阈值,统计了贵州近46年主汛期极端降水事件发生的频次,并分析了极端降水的时空分布特征、周期振荡特征以及极端降水事件典型多年、少年的环流特征.结果表明:贵州主汛期极端降水自北向南逐渐增大,极端降水事件存在着明显的年际、年代际变化特征,并存在2.9 a、20 a的周期振荡特征,在贵州主汛期极端降水事件偏多和偏少时期,其环流特征存在着显著的差异.     

柴达木盆地近50年来年气温、降水的小波分析

采用墨西哥帽小波函数,对柴达木盆地1954-2003年近50年年气温和年降水变化时间序列进行了小波分析,揭示了柴达木盆地气温、降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下气温、降水序列变化的周期和突变点,并根据主周期对未来温度、降水变化进行了预测。研究表明盆地年气温变化以12年周期振荡最强,年降水变化以9年周期振荡最强。在不同时间尺度上,年气温、年降水变化具有不同的对应关系,时间尺度越小,位相差异越小。     

西畴县近48年来降水及气温小波分析

利用连续小波分析1962～2009年西畴县年降水量和年平均气温序列的小波变化特征,揭示了西畴县降水量与平均气温存在多时间尺度的周期变化特征。其中降水有2个明显的特征时间尺度,分别是4年和8年,平均气温存在以准2～4年为周期的周期振荡。此外,也可以看出近48年来,平均气温存在明显升高的趋势,降水也有减少的趋势,为掌握西畴县的气候变化规律及今后的气象预报服务工作提供了一定的参考价值。     

盘龙河上游山洪径流多时间尺度特征分析

采用小波变换方法,对盘龙河龙潭寨水文站51年(1951～2001年)的山洪径流序列进行小波分析,揭示了盘龙河上游山洪径流多时间尺度的变化特征,分析了不同时间尺度下的径流序列变化周期和丰枯突变点.研究结果表明,径流序列变化具有26a以上,17～25a,7～15a和9a左右的时间尺度特征.通过小波方差检验,得出盘龙河上游山洪径流变化的主周期均为21年,其次为15,11,7和4年,以21年主周期来看,盘龙河上游地区山洪径流变化具有同步性.     

陕西年降水量变化特征及周期分析

以1959-2009年陕西省各气象站逐旬降水资料为基础,采用墨西哥帽小波函数,线性趋势分析以及Mann-Kendall检验法,对陕西省51 a降水的时空分布特征及趋势进行分析,揭示了陕西省降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点,并确定了主要周期。结果表明：（1）陕西省年降水量年际变化大且时空分布极不均匀,降水量从北部向南部递增,呈南多北少特征,大致上为纬向分布。陕北、关中、陕南年降水量多年平均值依次为279 mm、563 mm、840 mm。三大区域年均降水变化相对较为平稳,近51 a来,研究区内年均降水总体呈北部和南部略微下降,中部微弱上升的变化格局,线性倾向率分别为-5.110 mm/10 a、-3.758 mm/10 a、1.908 mm/10 a;（2）陕西省年均降水量有3～7 a,10～17 a,17～30 a周期,以中时间尺度10～17 a的少-多交替最为明显。在微观尺度上,陕北、关中、陕南地区的周期均表现得零乱且不显著。中观尺度,关中和陕南的降水周期比较显著,为10～17 a,陕北的降水周期表现得不十分规律。宏观尺度,陕北的降水周期为23～30 a,关中和陕南较为相似,为18～25 a;（3）Mann-Kendall检验发现1993年是陕西省年均降水量增加的一个显著突变点,2009年以后陕西省将处于多雨期。     

塔吉克斯坦帕米尔高原源区水文变化——以贡特河为例

在中亚地区水资源匮乏、水资源安全问题突出背景下,进一步了解该区水文变化有利于科学制定水资源调配政策。基于塔吉克斯坦贡特河(Gunt river)霍罗格水文站数据和霍罗格气象站数据,使用不均匀系数、线性趋势法、Mann-Kendall检验法、R/S分析法和小波分析法等方法,分析了1940—2017年贡特河流量变化特征及其对气候变化的响应,结果表明:(1)贡特河流量年内分配不均匀,6—9月占全年平均流量的75%,汛期集中在7月19日前后,无明显提前或延后特征。(2)贡特河流量年际变化总体呈减少趋势,但趋势不显著,年际变化率为-5. 75(m~3·s~(-1))/10 a,在1940—1946年呈增加趋势,1947—1958年呈减少趋势,1959—1960年呈增加趋势,1961—2017年呈减少趋势,在1946年存在突变;共经历了4次丰-枯期:丰水期(1940—1959年)-枯水期(1960—1976年)-丰水期(1977—1995年)-枯水期(1996—2017年)。趋势分析表明流量在未来一段时间内可能存在增加趋势;小波分析表明流量存在23～34 a,9～22 a,4～8 a的准周期变化。(3)降水对贡特河径流年内补给具有明显滞后效应,平均气温与径流年内变化具有同步性;流量年际变化主要受降水影响;周期相关表明,年平均流量与降水量、平均气温在1960—1980年同时存在的8～12 a时间尺度的显著周期变化,而在整个时间域中则同时存在2～5 a时间尺度的显著周期变化。     

应用EOF方法分析新疆降水变化特征

使用新疆89个测站1960-1998年降水量和1、4、7、10月降水量资料,通过EOF分解法,分别计算出各降水场的特征向量分布和时间系数序列。并根据特征向量方差贡献,确定出若干个降水变化基本空间分布型,给出年降水变化分区图;同时结合分解出的时间系数,分析降水量年际变化特征,为今后作年、月气候预测提供一种方法和基本类型图。     

长江黄河源区水文和气象序列周期变化分析

应用Meyer小波,对江河源地区近50a来年径流量、年降水量和年平均气温做周期分析,发现江河源地区水文气象序列的变化周期基本在22a、16~17a、11a、7~8a、5~6a和2~3a左右的时间尺度上浮动。而这些基本周期正是太阳黑子活动周期和海-气相互作用的周期,说明江河源地区水文、气象序列的周期变化受天体运动变化的影响。天体运动直接影响降水和气温的周期变化,进而在一定的下垫面条件下,影响径流的周期变化。     

1951—2000年中国气候生产潜力时空动态特征

气候生产潜力时空动态一直是国内外全球变化研究的热点,基于1951-2000年全国范围气象栅格数据计算气候生产潜力,在此基础上,利用GIS空间分析技术和小波分析方法探讨全国以及9大土地潜力区气候生产潜力的空间格局特征与多时间尺度特征.结果表明:50年间中国气候生产潜力单产平均值为770 g·m-2·a-1,折算为总量达73.12×108t/a;全国及9大土地潜力区气候生产潜力的多时间尺度特征比较复杂,3～5年周期的年际变化和30年左右周期的年代际变化均较显著,而10～11年周期的变化则仅在部分区域有所表现;总的来说,1951-2000年,华北地区、黄土高原、内蒙古中部及辽河平原等是我国气候生产潜力时空动态特征最突出的区域.     

季风区边缘近500年的降水变化特征

基于武都万象洞高分辨率石笋δ¹⁸O和高精度²³⁰Th定年数据,结合利用周边地区史料恢复的旱涝指数序列,重建季风区边缘近500 a以来降水变化。结果显示:在年际至百年时间尺度上,万象洞石笋δ¹⁸O变化指示亚洲季风带来的降水量信息。季风区边缘降水变化可分减弱期(1470~1700 A.D.)、平稳期(1701~1875 A.D.)和增强期(1876~2003 A.D.)三个气候段,其间季风降水的强弱变化响应史料记载的极端旱涝事件。在小冰期向20世纪暖期转换过程中,本区呈现阶梯式过渡降水模式,这是一种较大空间尺度上气候特征,在年代际至百年时间尺度上与北半球温度、中国温度变化具有同步性。     

基于SPI的江苏沿海开发地区旱涝演变特征分析——以盐城市为例

基于标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)方法,分析了盐城市1960~2009年间的旱涝演变特征。结果显示:①年降水量呈减少趋势,但年际变幅大,以20世纪70年代、80年代偏低,60年代、90年代偏高。1~3月、6月、11~12月降水呈增加趋势,其余月份为减少趋势。②多时间尺度SPI皆可监测旱涝变化,SPI3、SPI6对年内旱涝暴发时间与持续影响更为敏感。不同季节SPI的年代际差异显著,SPI冬季呈增加趋势,其余季节及年SPI皆为减小趋势。③SPI1、SPI3、SPI6的变率较稳定,而SPI12变率显著偏大。年与夏季SPI变率高度相似,但春季与秋季SPI变率的变幅偏大。④多时间尺度SPI皆以3~15月的周期为主,但SPI6、SPI12还有较稳定的16~32个月长周期。而年与不同季节SPI则以3 a、6 a左右周期为主,并具10 a左右的中尺度周期及20 a左右的长周期。     

夏季风作用下的纵向岭谷区夏季降水量年际变化的时空特征和规律

应用三维数据的时间小波变换方法, 分析研究了夏季风作用下的纵向岭谷区夏季降水量 在年际变化上的时空特征和规律。结论为: 夏季风作用下的云南纵向岭谷区夏季降水量在年际变 化上的特征时间尺度分别约为2 年、7 年和16 年; 2 年、7 年和16 年特征时间尺度的较大振幅能 量活动区分别与纵向岭谷区的山脉走向一致或正交; 与2 年特征时间尺度相对应的较大振幅能 量活动中心纬度的夏季降水量表现出了明显的东西向波动的时间演变特征, 而与7 年和16 年特 征时间尺度相对应的较大振幅能量活动中心纬度的夏季降水量则分别表现出了一种向西和向东 移动的时间演变趋势; 与2 年特征时间尺度相对应的较大振幅能量活动中心经度的夏季降水量 也表现出了明显的南北向波动的时间演变特征, 而与7 年和16 年特征时间尺度相对应的较大振 幅能量活动中心经度的夏季降水量则分别表现出了一种明显向北和向南移动的时间演变趋势。     

低纬高原地区降水量资源年际变化的特征时间尺度及其时空演变

应用三维数据的时间小波变换方法，分析研究了低纬高原地区降水量资源在年际变化上的特征时间尺度及其时空演变。结论为：低纬度高原地区降水量资源在年际变化上的特征时间尺度分别约为2a、7a和15a。2a、78和158特征时间尺度的较大振幅能量活动区，分别主要位于滇西北到滇东南、滇东北到滇西南和滇中一带。与2a特征时间尺度相对应的较大振幅能量活动中心纬度的降水量，表现出了明显的东西向波动的时间演变特征，而与78和158特征时间尺度相对应的较大振幅能量活动中心纬度的降水量，则表现出了在东西向较为稳定少变的时间演变特征。与2a特征时间尺度相对应的较大振幅能量活动中心经度的降水量，也表现出了明显的南北向波动的时间演变特征，而与7a和15a特征时间尺度相对应的较大振幅能量活动中心经度的降水量，则表现出了一种明显向南移动的时间演变趋势。