卫星测高揭示的海面变化经纬向耦合特征及其对ENSO事件响应

本文引入3阶主张量分析方法对1993～2008年赤道太平洋地区卫星测高数据进行解析,前两个主张量可有效表征海面变化的经、纬向耦合特征,重构与对比了该时段内6次ENSO事件海面变化的经、纬向演化的空间构型与耦合作用过程.结果表明:海面的经向变化可表征ENSO强度变化,纬向变化表现为受ENSO影响的年周期波动;经、纬向张量...     

南极验潮站对全球地震海啸的响应

现有对南极潮汐的研究主要聚焦在海平面变化、高程转换和常规调和分析,针对南极验潮站的潮位异常分析还很少见.本文聚焦南极验潮站数据中的异常潮位记录,提取到达南极的全球地震海啸事件,并分析南极不同验潮站对全球地震海啸的响应能力.本文首先利用潮汐调和分析去除验潮数据中的趋势项,分析余水位中较大幅度的潮位异常信号,然后通过对比不同方法,选取2.5倍标准差作为阈值提取到达南极的全球地震海啸事件.得出潮位异常信息点后,本文对比了各个验潮站点对地震海啸事件响应的敏感性与地理位置的关系,发现东南极威尔克斯地和南极半岛及其附近岛屿的验潮站更能响应全球地震海啸事件,长城站等8个站点适合开展全球地震海啸事件的响应和记录研究.     

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.     

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.     

西北太平洋热带气旋活动对大尺度环境场影响的线性回归分析

本文使用西北太平洋累积气旋能量(ACE)月尺度异常序列,对850 hPa相对涡度、地表纬向风、柱水汽含量、OLR、降水和SST等大尺度环境场变量进行时滞回归分析,讨论了月尺度TC活动对大尺度环境场的影响及其与周尺度的区别和联系.结果表明:(1)月尺度ACE回归出的纬向风无论是强度还是范围都要明显大于周尺度ACE回归结果,TC的频繁发生,尤其是强度大且持续时间长的近赤道TC,对于激发或加强TC活动区域南侧的低纬地区西风异常有一定的积极作用,持续并且强度较大的西风异常可能导致西风的爆发,而西风爆发会在很大程度上影响ENSO事件的发生和演变.(2)在月尺度上,OLR、柱水汽含量、降水和SST等物理量均呈现出较为明显的E1Nino型分布,而在周尺度上,仅SST呈现出明显的El Nino型分布,这在一定程度上反映了月尺度TC活动和太平洋ENSO信号之间存在更密切的关联.(3)在TC发生后1-2月,TC的主要生成区域柱水汽含量减少、OLR增大,这会在一定程度上降低该区域生成TC的潜能.虽然TC所引起SST降低的空间尺度很小,但其通过大气和海洋的传导会扩大到更大尺度上,由于这种反馈具有一定的滞后性,所以月尺度TC对大尺度环境场影响的信号更为显著.     

南印度洋副热带偶极模在ENSO事件中的作用

南印度洋副热带偶极模（Subtropical Dipole Pattern,SDP）是印度洋存在的另一种很明显的偶极型海温差异现象,在年际和年代际尺度上均有十分明显的表现.而目前有关印度洋海气相互作用的研究主要集中在赤道印度洋地区,针对南印度洋地区的工作还比较少,特别是有关南印度洋海温与ENSO（El NiDo-Southern Oscillation）事件关系的研究.本文初步探讨了年际尺度上南印度洋副热带偶极型海温变化差异与ENSO事件的关系,发现SDP与ENSO事件有密切的联系,SDP事件就像连接正负ENSO位相转换的一个中间环节,SDP事件前后期ENSO的位相刚好完全相反.进一步,本文通过分析SDP事件前后期海温、高低层风、低层辐合辐散、高空云量和辐射等的变化特征研究了南印度洋偶极型海温异常在ENSO事件中的作用,结果表明：SDP在ENSO事件中的作用不仅涉及海气相互作用的正负反馈过程,还与热带和副热带大气环流之间的相互作用有关,特别是与东南印度洋海温变化所引起的异常纬向风由赤道印度洋向赤道太平洋传播的过程等有十分直接的关系;同时,SDP对ENSO事件的影响在很大程度上还依赖于大尺度平均气流随季节的变换.     

利用小波包分析进行地震相关热红外辐射异常信息检测

研究表明很多地震前后存在明显的热红外辐射异常.影响地物热红外辐射信息的因素很多,而地震相关的热红外辐射异常是强干扰背景下的弱信息,难以简单地将其提取出来.本文将地震相关的热红外辐射异常作为一种事件性的信号分析,通过小波包分析将热红外辐射信息的时间序列分解成不同频带的信号,通过分析各频带信号能量的变化规律进行事件性信号检测.2005年11月26日九江地震、2006年4月21日堪察加地震和1998年8月27日伽师地震的研究结果表明,小波包分析能有效检测这种事件性信号,同时显示这种事件性信号与地震活动之间关系的机理和时空演化特征是进一步研究的重点.     

ENSO和长江大水对天文因子的响应研究

ENSO（厄尔尼诺和南方涛动的总称）对世界尺度的天气气候有影响,本文用概率论统计检验方法,查明长江大水与ENSO以及ENSO与天文因子的相关关系,并系统分析了三者之间的相关关系。结果表明:ENSO事件对天文物理主周期和天文特征有明显的响应,长江大水年对太阳活动特征、节气日的月相年变化和ENSO也有显著的响应关系。这些关系对长江大水的准确预测有重要价值。文中对天文物理因子对ENSO和大水的影响机理进行了探讨。     

华北时变重力场离散小波多尺度分解

利用华北地区地震重力监测网的绝对重力与相对重力多期重复观测资料,处理获取不同时空尺度的华北区域重力场动态变化图像.利用二维小波分解技术,将不同场源深度异常进行了分离,并对不同时空尺度的重力变化给出了解释,提高了对华北地区重力场变化趋势的认识水平.在此基础上,通过对小波细节的功率谱分析,可以获得各阶小波变换逼近及小波细节分析图所对应的场源深度.研究结果表明,不同时空尺度的重力场变化对于深入认识华北地区潜在地震危险性具有一定的科学意义.     

小波变换方法在辽宁跨断层形变资料分析中的应用

运用二进小波变换方法,分析了辽宁省跨断层观测资料不同尺度的小波变换的细节信号变换特征。研究结果表明,不同尺度小波变换分解的细节信号显示出不同的时变特征,可以识别和提取原始测值中不易分辨的震前异常。当尺度为3时的细节信号的年周期特征被打破,或者当尺度为3时的细节信号变化超出2倍均方差时,测点周围250km左右范围内发生中强地震的可能性很大。     

由TOPEX/Poseidon和Jason-1/2探测的1993—2012中国海海平面时空变化

海平面变化是社会经济发展和科学研究的重要内容.利用1993年1月至2012年12月共20年的TOPEX/Poseidon、Jason-1和Jason-2卫星测高数据,研究中国海海平面的时空变化.首先通过三颗卫星伴飞阶段数据得到三颗卫星之间的逐点海面高系统偏差,进行逐点海面高改正,建立了20年的中国海海面高异常时间序列.分析了中国海海面高异常空间分布,给出了1月到12月月均平均海平面异常的空间变化规律.分析了中国海海面高异常的时变规律,分别给出了年、季度和月的海面上升速率.利用小波分析研究了中国海海面高异常周期变化规律,分别给出了渤海、黄海、东海和南海的海面高变化周期.讨论了ENSO对海面高异常的影响.     

亚洲和北美干湿变化及其与海表温度异常的关系

利用多通道奇异谱方法（MSSA）分析了1953~2003年亚洲和北美Palmer干旱指数（PDSI）与热带和北半球温带海洋海表面温度异常（SSTA）的主要周期振荡特征及其相互联系.结果表明：亚洲和北美PDSI以及SSTA均存在明显的3~6年的年际以及10年左右的年代尺度振荡;此外,亚洲PDSI还存在显著的6~8年的年际振荡.SSTA的年际振荡主要体现了ENSO的变化特征,而其年代尺度振荡的空间分布具有热带太平洋和北太平洋共同作用的类ENSO型.同时,MSSA的分析结果给出了亚洲和北美主要振荡信号的时间和空间演变特征.相关性分析表明,亚洲和北美PDSI的年际及年代尺度振荡均显示明显的对SSTA强迫信号的响应.对于年际振荡,亚洲PDSI对SSTA响应强于北美,但年代尺度振荡则反之.此外,亚洲和北美PDSI对于SSTA信号响应的关键区域也随时间尺度的不同而发生变化.亚洲的西西伯利亚、青藏高原东西两侧以及中西伯利亚东部在年际和年代尺度上均为受SSTA影响最显著的区域;在年际尺度上,北美中部地区的干湿变化与SSTA存在显著相关,而在年代尺度上,美国西部更易受SSTA年代尺度振荡的影响.     

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.     

中国沿海海面变化的均衡基准

验潮得到的是相对于验潮水准点的海面变化。为了研究整个中国沿海的海面变化,必须对各验潮站得到的结果进行统一的归算。 本文提出采用沿海陆地地壳垂直运动的均衡基准,作为归算的依据,并利用五十至八十年代的精密水准复测资料建立了这一基准,求得了十五个验潮站的验潮水准点相对于该基准的垂直运动速率,为统一归算提供了依据     

南半球夏季纬向平均环流的垂直结构异常及其与AAO和ENSO的联系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,研究了南半球夏季（12~2月）纬向平均环流的垂直结构异常及其与南极涛动（AAO）和ENSO的联系.结果表明,南半球夏季纬向平均［u］的异常分布的主要模态（EOF1）显示出极区、50°S~70°S、以及50°S以北的区间内“三极”型振荡.EOF1 既反映了AAO的特征又与ENSO有着显著的关系.由于AAO指数与Nino3区指数之间存在着统计相关,为进一步弄清AAO和ENSO在南半球纬向平均气流变动的相关分量及其结构,利用Nino3区指数使用一元回归方法滤除ENSO影响,再对剩下的部分作EOF分解,得到了独立于ENSO的纬向平均［u］的第一模态AEOF1.相关分析表明AEOF1为与AAO相对应的纬向平均［u］异常的分布.用南半球纬向平均［u］去掉其与AAO相联系的模态AEOF1,进行EOF分解得到的第一模SEOF1,其与Nino3 区指数的相关高达0.9.由此给出了纬向平均气流的变动与ENSO无关的模态和与ENSO有关的模态.时间变化分析表明,近30年中,除了年代际变化和3~7年的年际变化外,纬向平均的纬向基本气流尚有极地西风减弱、副极地西风加强、副热带西风减弱、热带东风加强的长期趋势.     

基于Curvelet变换的地震资料信噪分离技术

在地震资料中,噪声干扰严重影响了有效信号的提取,为此必须进行信噪分离处理.本文提出一种基于Curvelet变换和KL变换相结合的软硬阈值折衷处理方法.首先对地震数据进行Curvelet变换,然后对各尺度系数选取适当阈值压制噪声干扰,再利用KL变换提取数据中的相干有效信号,最后重构得到去噪后的记录.经合成记录和实际地震资料处理实验证明,该方法与小波变换法相比较,更能有效进行信噪分离,提高地震剖面信噪比和分辨率.     

青藏高原中东部过去2485年以来温度变化的树轮记录

通过青藏高原东北部现生活树与墓葬古木相衔接, 利用树轮宽度重建了这一地区过去2485 a以来的年均温度变化序列. 这个温度序列所揭示的气候历史表明序列中有4个时期的温度高于或接近1970~2000 AD的平均温度. 348~413 AD出现过一次快速的由寒冷到温暖的气候突变事件, 文中称之为“东晋事件”. 计算表明, 高原中东部长时间尺度温度变化不仅反映了中国中北地区, 同时也响应了北半球的温度变化. 在过去2485 a里, 中国绝大部分朝代的灭亡都与该温度序列的低温时期相对应. 此外, 与中国其他地区的温度记录相比较, 高原中东部在1950年代之后升温幅度更高一些.     

鄱阳湖流域过去1000 a径流模拟以及对气候变化响应研究

为研究过去千年尺度径流变化及其对气候变化的响应,以长江中游鄱阳湖流域为研究区,运用气候模式CCSM4和ECHAM5模拟过去1000 a气候数据,空间降尺度后驱动水文模型模拟了鄱阳湖流域过去近千年流域径流序列.利用快速傅里叶变换、小波分析等手段,分析流域极端径流变化特征、周期和该流域旱涝事件发生频率.结果表明:2种气候模式均能反映出中世纪暖期及小冰期阶段的干湿交替变化,且小冰期内中干旱状态维持时间较长;径流的丰枯变化与降水量变化具有较好的对应关系.CCSM4和ECHAM5模式下发生旱涝灾害与极大极小降水事件发生频率基本相同,径流丰枯变化与降水变化周期相近,均具有30 a左右的主周期,10~15、7 a左右的子周期.小波系数模平方图中30 a左右显著的能量信号揭示了该周期与北太平洋气候的主要环流机制的太平洋年代际振荡周期相近,因此,大气环流涛动是造成气候-水文变化的主要原因.研究结果拓展了基于近代60 a观测记录的流域水文变化的认识,探讨了千年时间长度下流域干湿变化特征和水文对气候响应的动力机制,有助于全面系统认识长江中游在全球气候暖化背景下旱涝极端水文事件的发生机制与变化规律.     

南海西南次海盆深海地磁观测潜标的数据分析

地磁场磁力线切割海水和电磁感应两种方式的共同作用影响着海水介质中变化地磁场的时空特征.虽然近些年的野外实践、数值模拟和理论研究都表明,海面和深海海底的变化磁场存在差异,但极少有实测数据揭示在海水介质不同深度位置地磁场的时空特征.本文主要介绍在南海西南次海盆4366 m深度处布放和回收了一个4000 m长深海地磁观测潜标的科学实验;重点分析垂直方向不同水深位置上地磁场观测记录中总强度的变化幅度及相位的时空特征.并通过建立地磁场太阳静日变化模型,将观测结果与南海周缘的三个地磁台站观测记录进行对比分析.研究结果表明,地磁场总强度在深海水体的不同深度存在着显著差别.在地磁扰动较小或平静期间,深海潜标处的日变形态与同纬度邻近台站的观测结果较为一致;而在地磁扰动期间,由于所处位置处地下电性介质的差异会对感应磁场产生不同的影响,观测到的总强度在幅度和相位变化中也出现相应的不同.本文的分析结果不仅为海水介质不同深度地磁场时空特征的研究提供了科学实验依据,也为海洋磁测中地磁日变观测站的布设提供建议.     

利用小波变换分析羽状流模型偏移剖面尺度特征

甲烷羽状流备受关注,因为它提供了海底气体泄漏的直接证据,并对天然气水合物的勘探识别起到了间接指示作用.为了深入研究冷泉活动区气泡羽状流的地震响应特征,根据已有研究成果——羽状流模型及其偏移剖面,通过小波变换分析单道地震信号及羽状流剖面的尺度特征.单道地震信号最佳尺度曲线表明不同气含量对应的最佳尺度也不同,而且不同深度的最佳尺度变化较大;羽状流最佳尺度剖面能够显示出羽状流区域的轮廓.羽状流气含量与最佳尺度呈较好的正相关,即随着气含量的增加,最佳尺度也随之增大.