基于小波变换的北京地区1724～2009年降水量多尺度分析

基于小波分析方法,对1724~2009年北京气象站年降水量序列的变化特征进行了分析。结果表明,北京地区年降水量在其计算时域内各时间尺度分布不均匀,具有明显的局部化特征;其中,19~23a的时间尺度,震荡中心分别在1889年和1979年;35~37a左右的时间尺度主要发生在1920~1928年、1950~1960年和1983~1991年;83~87a的时间尺度在整个计算时域上均有发生,1769~1859年间表现明显。分析结果显示北京地区年降水量具有21a、35a和86a左右的主周期,其中86a左右的周期振荡最强,为第一主周期。计算的趋势表明,未来10余年北京仍属于降水偏少的时期。     

基于小波方法的西安市年降水量多时间尺度特征分析

小波分析具有时频局部化特征,可清晰地给出各种时间尺度周期的强弱分布以及降水量偏多、偏少的变化趋势。应用小波分析的方法,对西安市1951～2006年共56年的年降水量序列进行多时间尺度特征分析。结果表明,西安市年降水量序列在整个时间域内主要受2～6年、6～12年、16～34年时间尺度波动变化影响,不同时间尺度下,降水量偏多、偏少交替变化不相同。年降水量序列主要存在4年、8年、26年左右的主周期,其中,26年为第一主周期。另外,西安市多年降水量呈弱下降趋势,2006年以后的降水应呈正位相,降水量偏多,大约到2018年左右,年降水量总体上都应当偏多。     

清代江苏省冬季冷暖等级序列的重建及特征分析

通过对历史文献资料的收集整理,重建了清代江苏省冬季逐年冷暖等级序列,并利用Morlet复小波变换分析方法对序列进行了多时间尺度特征的综合分析。结果表明:(1)整个清代江苏省冬季气候变化大致可分为2个冷时段(1644—1730年、1821—1900年)和1个暖时段(1731—1820年);(2)重建的冷暖等级序列存在多尺度下的周期变化特征,其中有较明显的周期变化尺度是38～42 a、18～20 a、13～15 a和8 a,38～42 a和8 a特征时间尺度的周期变化相对具有全域性,18～20 a尺度的周期变化在1690—1790年之间比较明显,13～15 a尺度的周期变化在1720年之前和1830年之后比较明显;(3)重建序列的第1主周期为42 a,第2、3、4主周期依次是20 a、 8 a和3 a;在42 a尺度下,清代江苏省冬季气候可划分为6个偏冷时段和6个偏暖时段。     

基于小波变换的郑州降雨量与太阳黑子活动关系分析

为探究太阳黑子活动与地区降雨量的关联性,采用连续小波变换方法,分析了1980年以来郑州地区(新郑站点)降雨量和太阳黑子数的数据变化,并对不同时段两者的相关性进行研究;进一步对两者进行交叉小波变换和小波相干谱分析,并根据两者关系通过太阳黑子数观测值对降雨量进行预测。结果表明：(1)不同时段降雨量和太阳黑子数的相关性存在正负差异的现象。降雨量的第一主周期尺度是21 a,在此主周期尺度下得到14 a主周期;太阳黑子数的第一主周期尺度是16 a,在此主周期尺度下得到11 a主周期(与经验值相符)。降雨量与太阳黑子数的主周期相差了3 a,因此导致两者的相关性在不同时段存在正负差异。(2)降雨量与太阳黑子数在1992—2008年的8～12 a时间尺度上关联性显著,且降雨量比太阳黑子数存在规律性的时间滞后,两者在2～4 a和7～10 a的时间尺度上关联性较好;降雨量比太阳黑子数分别在1991—2004年和2006—2013年这两个时间段上呈现规律性的滞后,两者在其他时间段的各时间尺度上关联性不明显。(3)根据延迟年数经验公式,由太阳黑子数观测值对降雨量进行预测,最近的降雨量峰年在2022年附近,与2...     

小波变换在河西地区水文和气候周期变化分析中的应用

小波时—频分析由于其局部优化性质而优于傅立叶分析。应用 Meyer小波 ,对甘肃河西地区近 50 a来年径流量、年降水量和年平均气温做周期分析 ,发现河西地区水文气象序列的变化周期基本在 35a、2 2 a、1 1 a、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或海—气相互作用的周期 ,说明河西地区水文、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。     

阿克苏河源流区径流量与降水量丰枯变化和相关性研究

利用新疆塔里木河流域阿克苏河源流区出山口沙里桂兰克和协合拉两水文站1957-2008年近50a的径流和降水数据, 借助Z指数法、参数T检验和非参数检验和小波变换等, 分析了阿克苏河两水文站降水量和径流量的变化趋势, 以及二者多时间尺度相关关系.结果表明:近50a来, 沙里桂兰克、协合拉径流量和降水量均呈增加趋势, 两水文站径流量在1993年发生了显著的增多突变, 其中, 降水量突变点沙里桂兰克在1985年, 协合拉在1986年.沙里桂兰克和协合拉降水量和径流量丰枯指数由突变前的"偏枯"和"正常"等级为主转变为突变后的"正常"和"偏涝"等级占优势.沙里桂兰克和协合拉径流量变化分别存在7a和6a的主周期, 降水量变化分别存在7a和4a的主周期.沙里桂兰克径流量和降水量在整个时间尺度上以正相关为主, 协合拉则以负相关为主, 在大于20a的时间尺度上两水文站径流量和降水量均呈不显著的正相关关系.     

黄河甘肃境域降水变化的多尺度周期特征分析

依据1956~2013年黄河甘肃境域及周边194个雨量和气象站点年降水量基础数据,运用线性趋势和Morlet小波变换等方法,分析了境域内不同区域年降水序列的变化趋势和多时间尺度特征。结果表明:龙羊峡以上区域年降水呈弱增加趋势,其余3个区域呈弱减少趋势,全境域平均变化倾向率为-5.1 mm/10a;各区域年降水不同尺度的变化周期不尽相同,主要存在20 a或25 a、12~13 a和4~5 a尺度的变化周期;龙羊峡以上区域25 a尺度的信号最强,龙羊峡至兰州和龙门至三门峡区域20 a尺度变化显著,且贯穿整个时域,兰州至河口镇区域具有较强的时频局部特征;在20 a尺度上主要经历了9个丰枯交替变化,在12~13 a尺度上则有13个丰枯交替;预计2013年以后降水将会处于正常或偏多阶段。     

监利水文站年径流量序列多时间尺度分析

水文时间序列往往在时域中存在多层次时间尺度结构和局部化特征.本文运用小波分析的多分辨率功能,对监利水文站1951～2006年年径流量时间序列资料进行了多时间尺度分析,研究内容具有一定的实际意义和应用价值.研究结果表明,监利站年径流量存在明显的年际变化特征,主要存在20～30年、15～20年、5～10年及5年以下4类尺度的周期变化规律,变化主周期为17年,第二周期为7年;径流变化趋势分析表明,自2006年以后的6年左右,监利河段年径流量将处于一个相对偏枯期.     

青海省海西州德令哈地区近千年来年降水量变化特征分析

试图揭示位于我国青藏高原东北部的青海省海西州德令哈地区近千年来世纪尺度年降水量变化规律。分析结果表明,该地区近千年年降水量变化存在显著的多尺度周期变化特征,其中以13～18世纪中的200年主控周期最为明显,并在15～17世纪达到最强,而近200年则以准120年的周期振荡为主,且在19世纪两种主要周期变化趋势相反,在近百年又趋向一致。年降水量序列的均值突变一般以30～100年尺度最为明显,世纪尺度的均值突变时段分别为公元1100～1111年、1403～1449年及1615～1661年,表现为年降水量的减少,以及公元1321～1348年、1497～1557年、1728～1743年及1885～1891年,表现为年降水量的增加。200年以上时间尺度的方差突变主要表现为序列的低频变化幅度,从公元1220年前后至1580年前后持续增大,且以15世纪的方差突变最为明显。     

鄱阳湖流域年降水时间序列的小波分析

对鄱阳湖流域内的赣州、宜春、南昌和庐山4个气象站近60年的年降水量序列进行小波分析,研究了鄱阳湖流域降水时间序列的周期性变化规律。结果表明,鄱阳湖流域年降水量存在两个明显的周期变化,分别为30～35a和12～15a,2011年正处在30～35a周期转化的节点上,未来30a鄱阳湖流域可能将进入降水偏少的周期;而12～15a周期尺度在2000年以前比较明显,2000年以后12～15a周期特征趋于消失。通过对ENSO指数的变化周期尺度的研究,发现厄尔尼诺现象的出现周期与鄱阳湖流域年降水量周期十分相似,两者具有很高的相关性。     

叶尔羌河源流区近50年来年径流变化及其对气候变化的响应

  基于新疆卡群水文站和塔什库尔干气象站1959～2005年的观测资料,运用小波分析和统计分析相结合的方法,从多时间尺度研究叶尔羌河源流区近50年来年径流的非线性变化趋势,以及径流对气候变化的响应。结果表明: 1）年径流、气温和降水的主要变化周期几乎一致,年径流和年降水量都存在24年的主要变化周期,而年平均气温则是23年。2）年径流量表现出具有时间尺度依赖性的非线性变化趋势,与区域气候变化密切相关。3）年径流变化是区域气候变化响应的结果,从8（2³）年、4（2²）年和2（2¹）年时间尺度上来看,年径流量与年平均气温和年降水量之间存在显著的线性相关关系。     

昆明松华坝水源地降水特征及小波分析

对松花坝站1953～2011年降水特征分析表明,昆明市松华坝水源地降水量呈减少趋势,且降水高度集中在主汛期,后汛期降水偏少,不利于水库防洪调度与水库蓄水。小波分析结果表明,松华坝水源地年降水量、汛期、主汛期和后汛期降水量均存在2a短周期,但长周期各异。年降水量、汛期及主汛期降水量在较大时间尺度上分为1977年之前的偏丰期、1977～1993年的偏枯期、1994～2008年的偏丰期、2009～2011年的偏枯期,而后汛期降水量在较大时间尺度上分为1957年前的偏枯期、1957～1968年的偏丰期、1969～1982年的偏枯期、1983～1997年的偏丰期、1997～2011年的偏枯期。由小波分析和趋势来看,2009年之后的降水偏枯期还将延续11a左右的时间。     

Temporal Change Characteristics of Climatic and Its Relationships with Atmospheric Circulation Patterns in Qinghai Lake Basin

Based on monthly meteorological data from 11 stations(1959-2015)in Qinghai Basin(QHB) and its surrounding area, we analyzed monthly average temperature(Tmean), average maximum(TXam), minimum temperature(TNam) and precipitation variation characteristics as well as the influence of atmospheric oscillation on these parameters using Mann-Kendall trend analysis, mutation analysis, continuous Morlet wavelet transform, Pearson correlation analysis and R/S analysis method. In addition, the future trend of climate change in the regional scale was also discussed. We found that the temperature and precipitation increment were obvious in the region, especially the Tmean in autumn, winter, TXam and TNam in summer and winter precipitation showing significant increase. Temperature and precipitation experienced abrupt changes around 1986 and 2002, respectively. The period of oscillation of each temperature indices was similar featuring 2~3 years,8~10 years short- cycle and 30~32 years middle- cycle, while that for the precipitation featured 3~4 years,6~7 years short- cycle and 30~32 years middle- cycle. The East Asian Summer Monsoon Index(EASMI) anomaly is an important factor for the anomaly of autumn temperature and summer precipitation in QHB, while the Indian Summer Monsoon Index(ISMI) mainly affects the spring temperature and precipitation in the research area. The effects of Arctic Oscillation Index (AO) were relatively strong on temperature variation, especially in autumn and winter, and AO had significant effect on the precipitation in spring, summer and winter, too. The North Atlantic Oscillation Index (NAO) and ENSO have weak influence on the study area, NAO mainly affects summer and winter precipitation, while ENSO mainly affects autumn precipitation. The Hurst index of Tmean and annual precipitation in QHB are higher than 0.5, indicating that the temperature and precipitation in the study area will continue to be the positive trend in the future period.     

基于小波分析的抚松县降水量变化对矿泉水资源量的响应研究

大气降水是抚松县矿泉水资源的重要补给来源,探究其变化规律及极值概率对泉流量是否能够得到持续补给具有重要意义。为此,首先利用1960~2013年的降水资料和1981~2008年部分泉流量观测数据,对抚松县降水量的年内分配、年际变化和不同年代降水量均值变化进行降水特征分析;之后,运用皮尔逊Ⅲ型模型分析最大年降水量的概率分布;接着,利用1981年7月~2008年11月期间降水量和部分泉的泉流量监测数据,采用连续小波分析法对二者周期进行分析;最后,运用交叉小波变换法对同一时段内降水量和泉流量多时间尺度变化的相关性进行分析。结果表明:1960~2013年的54间,研究区内年降水量呈现周期性变化,变差系数为1.017×10-17,降水稳定,未发生异常变化。降水量和泉流量均存在约11个月的主震荡周期,二者属于同相位(即泉流量对降水量的变化产生即刻反应),降水量作为本区矿泉水补给的重要影响因素,可为矿泉水资源得到有效补给提供保证。     

南水北调西线一期工程引水区和黄河上游区域气候特征分析

利用引水区和黄河上游地区25个站1951—2000年50 a的气温和降水逐日资料,分析了研究区域降水的时空分布特征;把引水区和黄河上游地区分成7个小区,利用小波分析的方法研究了各小区气温和降水的多时间尺度特征.结果表明:黄河上游和南水北调西线引水区夏、秋、冬三季降水以同步的变化为主,其次为黄河上游与引水区之间存在反位相的变化.春季降水主要表现为黄河上游与引水区之间存在反位相的变化,其次才表现为一致的变化.各区的气温均以同步升温为主.降水具准3 a和准22 a周期,气温的振荡周期主要是2~5 a的小周期和准11 a的周期.引水区和黄河上游地区近50 a来夏季的降水在一致变化的基础上也有着明显的区别.     

青海羌塘盆地近期湖泊扩张特征及成因

选取青海羌塘盆地1976-2010年5期遥感影像, 解译了该区域面积大于1 km²以上的67个湖泊面积.结果表明: 1976-1994年, 研究区大部分湖泊呈萎缩状态, 湖泊面积萎缩了446.8 km², 萎缩幅度为12.5%;1994-2001年, 湖泊面积由3 132.6 km²增加到3 395.2 km², 至2007年和2010年, 湖泊持续扩张, 面积分别达到3 641.7 km²和3 836.2 km², 其中2010年的湖泊面积较1994年增加了22.5%, 甚至超过了1976年, 2007-2010年期间湖泊扩张强度最大.同时, 分析了研究区1959-2010年的气候水文变化, 结果显示年平均气温呈显著上升趋势, 年蒸发量在1959-1980年呈下降趋势, 以后趋于稳定, 年降水量、年径流量在1998-1999年间出现了突变上升.湖泊面积对气候、水文的响应关系表明, 近期的湖泊扩张主要由降水、径流偏丰引起, 与气温上升以及蒸发变化的关系并不显著, 气温上升导致冰川退缩所增加的水量对近期湖泊扩张影响较小. 与青海湖、黄河源等地相比, 青海羌塘盆地近期气候、水文、湖泊面积发生转折的时间要提前7 a左右.     

甘肃省春季降水的空间异常分布及年代际变化

利用甘肃省80个气象站建站至2012年3-5月的降水量资料, 分析了甘肃省春季降水的基本气候特征; 通过EOF、REOF、小波分析等方法, 对甘肃春季降水的时空特性进行了研究, 用Mann-Kendall检验法检验了甘肃春季降水序列是否存在突变现象. 结果表明, 甘肃春季降水空间分布极不均匀, 其空间分布特征是东南部为多雨区、西北部为少雨区. 甘肃春季降水在第一空间尺度上为全区一致, 在第二空间尺度上可分为2个自然气候区, 在第三空间尺度上可分为7个自然气候区. 从年代际变化来看, 1960年代是近50 a来降水最多的10 a, 1990年代是降水最少的10 a; 甘肃春季降水的年际变率十分显著, 降水最多的年份是最少年份的近5倍. 1961-2012年间甘肃春季降水发生了明显的突变, 1982年出现了一次增多趋势的突变, 1992年出现了一次减少趋势的突变. 5 a的短周期和18～19 a的长周期是其主要周期. 甘肃春季降水偏少(多)年份的500 hPa异常环流形势为极涡弱(强)、中纬度亚洲为一脊一槽型、东亚大槽深(浅)、南支槽浅(深).