第四纪古气候变化非线性动力学初步研究——黄土粒度曲线的奇异谱分析

作者将奇异谱分析(SSA)引入第四纪古气候变化研究中,收到了较好的效果。奇异谱分析是一种新的时间序列分析工具,它可形成一个单边(向前)滤波器,将原时间序列有效地分解成各个主成分,其滤波系数完全由数据本身决定。由奇异谱分析确定的统计维,给出动力维上界的估计,为非线性动力学研究打下基础。分析表明,在整个第四纪,宝鸡黄土粒度曲线的统计维为19,与深海钻孔V28-239氧同位素分析结果(=18)十分接近;各主成分在地球轨道几何参数各成分中大都能找到对应关系,但均不是线性响应关系;与偏心率、地轴倾斜度和岁差有关的成分分别占46、43和6％左右;其中第一主成分还揭示出与偏心率约0.4Ma周期对应的振荡仅在2.5—1.7和0.7—0.3Ma B.P.出现。     

挠力河流域降水量序列的功率谱分析和最大熵谱分析

功率谱分析是以傅立叶变换为基础的频域分析方法;最大熵谱分析是以信息论中熵的概念为基础,建立适当阶数的自回归模型,用Burg算法求解,提取序列的显著周期.研究表明,该站降水量存在3～4年和8～9年的主要周期,与功率谱分析相比,最大熵谱分析具有分辨率高、峰值偏离小等独特优势,提取的主次周期更符合实际,从而揭示了时间序列的内部特征.     

水文时间序列复杂特性的研究与定量表征

应用小波分析方法及相关理论,以海河流域黑龙洞泉域47a(1956～2002年)年降雨序列和黄河利津站54a(1950～2003年)年径流序列为例.深入研究并定量描述随序列长度变化时水文时间序列主周期值和复杂特性的变化规律和特征.分析结果显示:不同方法(熵谱分析(MESA)、连续小波变换和小波方差分析)对相同长度序列的周期识别结果一致,不同长度序列的主周期值不同;此外,不同长度序列(包括原序列和消噪序列)的信息量系数(ICF)和分维数(D)也不等.研究结果表明:(1)水文序列特性复杂多变,存在整体变化特性和十分复杂的局部特性;(2)由局部特性发生变化造成序列的复杂程度随序列长度而变化,从而引起序列主周期值及复杂度(ICF和D)随序列长度变化而变化;(3)相比于序列的整体变化特性.局部特性更加复杂多变且更难以进行描述,因此也难以进行准确地模拟预测.对于引起水文序列局部特性变化的物理机制仍需进行深入探讨.     

中全新世持续近600年的湖北神农架石笋年纹层*

根据湖北神农架青天洞QT9石笋ICP-MS测年和纹层计数结果,建立了约6.7~6.1kaB.P.期间连续发育近600年石笋年纹层时间序列。年纹层厚度平均300μm,在数十年尺度上,变幅达350μm。在紫外、透射和反射3种光照条件下,年纹层呈现基本对应的季节性反差特征。年纹层厚度与原始灰度序列在数十年尺度旋回上呈现较为一致变化规律,表明暗色物质与年层生长速率共同响应于某一洞穴气候环境因子。基于中国东部不同气候期洞穴石笋年层具有的显微结构共性研究,推测这一共性是洞穴外部气候要素与洞穴内部环境耦合作用的结果。年层厚度与原始灰度两个序列的功率谱分析揭示50a,24a,9.1a以及2~7a等周期成分,其中,5.9a,4.2a和3.3a共同周期的存在,暗示中全新世存在不同频率的ENSO事件。     

基于MEM1谱分析的水文时间序列隐含周期特性研究

水文时间序列的隐含周期(本文将简单周期、复合周期及近似周期等统称为隐含周期)的识别、判定是一个重要而又较为困难的问题,相对成熟和有效的做法是对其进行频谱分析。建立在最大熵原理(POME)基础之上的MEM1谱分析,克服了传统谱分析方法的诸多不足,具有频谱光滑、分辨率高等独特优势。为此,以黄河花园口(秦厂)测站年径流系列、月径流系列和年最大洪峰流量序列隐含周期特性的研究为例,探讨了MEM1谱分析在水文时间序列隐含周期特性中的应用。     

核磁共振T2谱反演影响因素

为了进一步改进完善核磁共振T2谱反演算法,利用核磁共振正演模拟信号,研究回波间隔、原始回波采集数量、信噪比等因素对反演结果的影响,同时在不同信噪比下对最优化T2谱反演算法、奇异值分解反演算法进行比较分析。研究表明:采集弛豫信号时,回波间隔大小的设置与回波数量、组分大小相匹配,才能得到最佳的反演效果;信噪比越高反演效果越好,当信噪比大于25时反演谱与构造谱基本吻合;在反演不同信噪比理论回波数据时,最优化反演方法对信噪比要求不高,奇异值分解反演方法对信噪比要求高,而奇异值分解反演速度较快。     

应用小波分析提高MT资料信噪比

大地电磁测探法（ＭＴ）野外观测得到的原始资料是包含多种频谱的时间序列,这种时间序列中常常包含固定源噪声。由于这种噪声的频率相对稳定,应用小波分析容易得到一个或多个以这种噪声为主的时间序列块。对实验数据应用小波变换,将时间序列分解成不同频率的多个时间序列块,压制噪声比较集中的时间序列块后重建时间序列。通过与未作这种处理的时间序列的谱分析结果对比,信噪比有明显的提高。     

珠江流域极端降水阈值不确定性分析

全球气候持续变化下。极端水文事件频发且时空分布规律显著变异,极端水文事件阈值及其时空分布不确定性成为当前水文水资源研究领域的热点问题之一。以珠江流域62个雨量站1959～2009年逐日降水序列为样本,运用固定临界值法、百分位值法和极值分布拟合法等方法,探讨了珠江流域极端降水阈值的时空分布规律和不确定性特征。研究表明,在流域尺度上,利用上述方法分析极端降水阈值时,均存在较多不确定性。(1)固定临界值法无法反映流域降水空间分布不均对极端降水阈值的影响;(2)百分位值法受样本容量、百分位值选取标准等影响较大,流域不同地区同一百分位或同一地区不同百分位下极端降水阈值波动幅度较大,易导致降水高值区阈值偏低,降水低值区阂值偏高;(3)极值分布拟合法受极值分布拟合函数类型、样本容量大小等影响较大,拟合精度不高。     

珠海小规模溪流水温与气温关系研究

使用最小二乘曲线拟合法、相关分析和互相关分析法,对中山大学珠海校区滨海水循环综合试验基地监测的2006年8月~2009年6月溪流水温、水位及气温数据进行分析,发现小规模溪流水温-气温可以用线性模型和logistic模型较好拟合,水温波动相对气温存在2.0h位相延迟,水温-气温相关程度与水位值呈负相关关系;使用Morlet小波滤波、功率谱分析及小波方差计算等方法对水温与气温的日周期、半日周期及季节性周期成分进行研究,探讨其周期大小以及周期成分能量等问题。     

用最大熵谱分析进行等时沉积序列的相关性对比

本文以鄂尔多斯盆地东部镇川堡含气区的下二叠统下石盒子组为例,提出对等时沉积序列进行最大熵谱分析的方法,以便寻找各地层序列间的历史成因联系和彼此间的亲疏程度,从而较好地解决了诸如古水流方向、河道形态及湖泊岸线位置等问题,研究结果表明,镇川堡含气区下石盒子组沉积物源来自东北付谷、宝德一带,古水流方向北东30—60°,发育两个河流系统,稳定主河道4条.下石盒子组地层序列最大熵谱分析的最佳滤波阶数m=62,谱跨度K的最佳参数为200.     

煤层厚度控制因素的分形奇异值分解法研究

煤层的厚度分布是多种地质因素联合控制的结果,不同地区其控煤因素有所不同,以往的研究偏重定性的对比分析,难以准确查明控制因素及其分布.依据煤层厚度空间分布的多重分形特征和广义自相似性原理,将煤层厚度变换到特征空间,进行奇异值分解,根据能量测度和能谱密度所表现出的分形规律,将奇异值分解图用最小二乘法拟合为多段直线,并确定不同的拐点,利用奇异矩阵选取前三段中的奇异值及特征子空间进行重建,将重建后的异常与各个影响煤层厚度的变量相对比,提取各种隐含的控煤地质因素,实现煤层厚度控制因素的定量分析.文中对淮南潘集煤矿(外围)的8号主采煤层进行了实例分析,得到了该地区煤层厚度的主要控制因素是古地形、同沉积构造以及古地理环境中的水动力条件,并与利用对应分析得到的控煤因素进行对比,表明了该方法在定量分析中的有效性.     

APPARENT AGE ERROR ANALYSIS IN 40Ar/39Ar DATING TECHNIQUE

除了样品因素外,第四纪地质样品40Ar/39Ar测年的关键在于测试和年龄计算中的误差控制.信号强度(随测量时刻)的拟合值可以采用最小二乘法进行直线或二次多项式拟合计算,但拟合值的误差不能通过拟合方程系数的误差进行计算,而应选择合适的计算方法以便获得与实测值误差相协调的拟合值误差.减小质量歧视系数D的相对误差并控制36Ar的原始误差,才能有效的降低质量歧视校正带给36Ar的相对误差.40Arrad的相对误差来源于40Ar测量值的相对误差、36Ar测量值的相对误差、36ArCa的相对误差、吸附大气氩36Arair的相对误差以及样品经反应堆辐照后产生的39Arx的相对误差等.当样品极年轻且含有较多吸附大气氩时,40Arrad的相对误差就会变大;当样品极年轻且受到过度辐照时,39Ark的相对误差对40Arrad相对误差的贡献也会增大;当反应堆中热中子比例较高且样品辐照过程中没有Cd屏蔽时,校正系数α的相对误差对其贡献也不可忽略.当标样年龄小于100Ma时,J值相对误差等于标样测量值Rs的相对误差平方、衰变常数相对误差平方及标样年龄相对误差平方加和的平方根.当标样年龄大于100Ma对,衰变常数相对误差平方及标样年龄相对误差平方将被不同程度的放大(1倍多到几倍)后传递到J值相对误差中,从而增大了这两个来源的误差对J值相对误差的影响.     

用最大熵谱分析进行等时沉积序列的相关性对比

本文以鄂尔多斯盆地东部镇川堡含气区的下二叠统下石盒子组为例,提出对等时沉积序列进行最大熵谱分析的方法,以便寻找各地层序列间的历史成因联系和彼此间的亲疏程度,从而较好地解决了诸如古水流方向、河道形态及湖泊岸线位置等问题,研究结果表明,镇川堡含气区下石盒子组沉积物源来自东北付谷、宝德一带,古水流方向北东30-60°,发育两个河流系统,稳定主河道4条.下石盒子组地层序列最大熵谱分析的最佳滤波阶数m=62,谱跨度K的最佳参数为200.     

叠前线性干扰自动追踪SVD压制方法

在原始地震资料中,由于强线性干扰波的存在,导致地震剖面信噪比降低,严重制约了地质资料的解释研究工作。为了消除线性干扰波,提高资料信噪比,提出了利用自动追踪奇异值分解(SVD,singular value decomposition)方法,在叠前消除资料中的线性干扰波。该方法通过自动追踪倾斜线性干扰波,利用小窗口技术恢复线性干扰信号,并进行奇异值分解计算,使原始地震记录与线性干扰信号相减,便可得到反射波有效信号。结合实际资料应用的结果表明,该方法能有效地消除线性干扰信号,达到提高地震资料信噪比的目的。     

基于DEM的天山山区气温和降水序列推算方法研究

为了计算天山山区区域气候要素平均值序列,提出了一个新的气候序列计算方案.对天山山区17个气象站和10个水文站的1961-2000年的年气温、降水资料进行了自然正交分解(EOF),并以DEM(Digital Elevation Model)的1 km×1 km网格数据为基础,结合多元回归等方法,分别建立了前3个特征向量与经度、纬度及海拔高度因子的插值模型,由此推算出天山山区(海拔≥1500 m)年平均气温、降水序列.误差分析表明,27站实测的年平均气温序列与计算的区域平均序列值的相关系数为0.996,系统性偏差小,平均相对误差为5.5%;年降水量序列的实测值与计算值平均相对误差略大,为14.8%,相关系数为0.972.区域平均序列的计算值与测站简单的算术平均序列在量值上存在明显的差异,计算出的气温平均偏低4.3℃,降水量平均偏高43.2 mm.此方法为计算站点稀少、地形复杂的区域平均的要素时间序列方面提供了一个解决手段.     

贵阳鱼简河水库坝址区岩体结构面的多重分形

研究了贵阳市鱼简河水库坝址区岩体结构面的多重分形。在研究区分别运用不同剖面岩体结构面测量统计结果进行多重分形分析,首先,利用选定的A区进行结构面多重分形分析,依次选取不同的单元尺度值将该区域划分为正方形网格并测量出每个单元的信息量;取适当不同的实数值,计算分配系数;利用直线拟合方法算出幂指数;利用有关方程,求出多重分维值、奇异指数和分维谱函数。然后,运用同样方法对其它选定的区域进行多重分形,分别计算出多重分维值、奇异指数和分维谱函数并进行对比,得出A区岩体结构面的多重分维值、奇异指数和分维谱函数最大值和平均值均较大,表明A区岩体结构面较发育且复杂,亦说明A区岩体的工程性质较差,并根据多重分形结果列出了各岩体质量优劣的大致排列顺序。     

秦安地区全新世气候的周期振荡特征

通过对秦安大地湾8.3 m天然黄土剖面高分辨率(约为150 a)孢粉数据的研究,发现秦安地区孢粉数据与我国干旱、半干旱地区史料记载的旱涝演变有较为一致的变化,且有明显的冷干、暖湿的气候特征.奇异谱分析表明,秦安地区的旱涝变化有2 300 a、1 060 a、650 a和390 a的准振荡周期.准两千年周期与南亚季风的变化有密切的对应关系,也与太阳活动的强弱有关.     

广东现代樟树树轮纤维素的碳同位素与厄尔尼诺事件的关系

本文对广东阳春河的樟树树轮纤维素△δ13C序列研究发现,厄尔尼诺对树轮C同位素的高频变化的影响有一定的滞后性,一般是厄尔尼诺强度高峰期所对应年的下一年树轮△δ13C值较低.通过谱分析发现,树轮记录的△δ13C序列变化中2～3 a周期与热带气候的"准两年振荡"(QBO)十分一致,这从另一个侧面说明了广东樟树树轮记录了大范围的ENSO信息.其中准4.57 a周期可能与影响全球气候异常的厄尔尼诺事件的周期有关,很可能就是厄尔尼诺事件引起的气候变化对树木生长影响的反映.研究表明,广东厄尔尼诺所引起的气候变化,在树轮同位素中有较好的记录.说明在热湿地区,冬季树木仍有同位素分馏,树轮δ13C依然能记录冬季气温和东亚冬季风强弱的变化.     

柴达木盆地自然伽玛曲线记录的古气候变化对太阳辐射响应关系的对比研究

采用柴达木盆地达参1井自然伽玛(GR)曲线,建立了2 85MaBP以来的轨道调谐时标.对GR曲线、深海记录和黄土记录与太阳辐射曲线时频域的多维谱分析及奇异谱分析结果表明:达参1井GR曲线相对于太阳辐射的滞后时间短于深海及黄土记录3～4ka,GR曲线记录的岁差周期成分更为显著,且与太阳辐射在岁差周期上显示了更强的相关性.表明盆地古气候演化受到太阳辐射岁差周期强烈影响,具有低纬陆地记录的特征,而与深海记录和黄土记录受轨道倾斜周期和全球冰量变化的重要影响有别.     

奇异性填图技术在新疆东天山黄山—镜儿泉镍铜成矿带中的应用

以新疆东天山黄山—镜儿泉镍铜成矿带为例,采用奇异性填图技术识别复杂背景下隐蔽的可能矿致异常.结果表明:使用原始镍元素数据形成的地球化学图在吐哈盆地具有较高的浓度值,构造岩浆岩带大部分为中等规模或较弱;而使用奇异性填图技术计算的奇异值在吐哈盆地奇异性较弱,而构造岩浆岩带的奇异性显著.经地质分析认为:吐哈盆地高的元素值可能...