新阈值函数去噪方法在可降水量预报中的应用

大气观测数据中常含有噪声,如何减小噪声是大气观测数据应用的基础。本文在传统软、硬阈值函数去噪的基础上提出了新阈值函数去噪。首先,运用这三种方法对MATLAB中wnoise函数产生的bumps含噪信号进行去噪,并运用信噪比(SNR)和最小均方误差(MMSE)对去噪效果进行衡量。试验表明,新阈值函数去噪效果较好。最后,用新阈值函数去噪对可降水量时间序列进行处理,并用Kolmogorov熵和神经网络预测来衡量去噪效果。结果表明,新阈值函数同样适用于可降水量时间序列的去噪。     

天气雷达回波信号去噪中小波分析应用

天气雷达回波信号不可避免地包含了噪声,噪声的存在严重影响了对雷达回波信号的精确分析。为了提高雷达回波信号的信噪比,采用了近年来在数字信号处理领域极速发展的小波分析方法,通过试验分析确定小波基函数、分解层数、阈值和阈值量化方式。结果表明,小波分析去噪的方法能有效地抑制叠加在雷达回波信号上的噪声,去噪后的雷达回波信号信噪比明显提高,具有较高的实用价值。     

小波变换在天气雷达图像压缩中的应用

针对航空气象保障中常用的几种天气雷达图像的特性，采用双正交小波变换方法，应用嵌入式零树编码和自适应算术编码，提出了一套合理的图像压缩编码软件方案。试验表明，该方案是解决天气雷达回波图像存储和远程传输的一种有效途径，并在气象业务工作中发挥了重要作用。     

小波分析在雷击大气电场波形去噪分析中的应用

雷击时大气电场信号中混杂的噪声信号影响对真实大气电场信号的分析、提取和使用。文中通过计算仿真信号和去噪前后真实电场信号的均方误差,分析选取不同的小波函数、阈值法和小波分解层数对去噪效果产生的影响。考虑雷击时大气电场信号的信噪比,选用sym5小波和db5小波与minimaxi和rigrsure阈值法结合,且对小波的分解层数选用6~7层,进行大气电场波形的去噪处理,其去噪效果比较理想。最后,将该方法用于实际雷击大气电场波形数据的去噪处理,对雷击时电场波形的突变性检测中,在20个样本中有14个在首次雷击前1.5~2 h具有突变过程,占70%,这为将大气电场仪资料引入其他气象参数预报模型提供了切入点。     

小波阈值法在地面气象自动站资料审核中的应用

为了提高地面自动站资料审核的质量控制,引入了小波阈值法分析方法。根据气象资料的多时间尺度特征,通过小波分解分析了气象要素的变化过程、变化强度和变化复杂性,实现了噪声阈值对地面自动站资料异常数据的自动判别,保证了地面自动站资料质量的控制。     

交叉小波变换在区域气候分析中的应用

将交叉谱与小波变换分析方法相结合,与传统的交叉谱方法相比,交叉小波变换方法用于区域气候变化与大气环流系统之间耦合振荡行为的相关分析更具优越性,不仅可以弥补经典交叉谱分析方法存在的缺陷,而且能够发挥小波变换在时频两域都具有表征气候信号局部化特征的作用;该方法具有较强的耦合信号分辨能力,便于描述耦合信号在时频域中分布状况的优点。采用交叉小波变换分析北极涛动指数(AOI)距平与河南省月平均降水量距平、气温距平序列之间的联合统计特征及其在时频域中的相关关系,根据小波互相关系数、交叉小波凝聚谱和小波位相谱分析北极涛动对河南省气候变化的可能影响。应用结果表明:河南省降水量和气温变化与AOI之间存在着多时间尺度的显著相关振荡,年代际尺度周期上的互相关系数明显大于年际尺度周期,相关程度随耦合振荡频率的增大而减小,相关显著性取决于两者的时频域联合统计特征,时域中小波互相关系数、小波凝聚谱和小波位相谱的分布具有明显的局部化特征;说明北极涛动年际和年代际异常对河南省气候变化具有显著影响。     

小波变换在短期气候预测模型研究中的应用

用小波变换的小波系数以及其反演建立了不同时间心渡的气候预测模型,并对昆明,玉溪和楚雄１９９１～１９９６的月气温距平值以及滇中月降水距平值在月,季,年三种时间尺度上进行了预测试验和检验,结果表明,所建立的气候预测模型对月气温距平值预测的效果在月,季,年三种时间尺度上均是十分显著的,共对月气温距平值预测的距平符号相关准确率在月,季,年三种时间尺度的预测中已分别达到了７３．１％,７３．１％和６９．４％,     

连续小波变换在上海近100年降水分析中的应用

利用上海地区1900－1999年月降水资料，用Marr波及Morlet小波变换方法分析了上海地区100年来冬、夏季降水时间－频率的多层次时间尺度演变特征及其突变特征。结果表明，其年际及年代际时间尺度的周期变化在时间域中分布很不均匀，具有很强的局部化特征。这些特征可为上海地区短期气候预测服务提供十分重要的参考依据。     

基于小波包变换的EMD算法在超声信号处理中的应用

提出基于小波包变换的EMD算法,并将其应用于超声回波信号去噪.对于采用EMD分解含高斯白噪声的超声缺陷信号存在模态混叠的问题,首先用小波包变换对信号作预处理,再对信号进行EMD分解,最后重构出有用的缺陷信号.实验结果表明:该方法不仅具有很好的消噪效果,而且重构的缺陷信号的波形失真度小,有利于对信号做进一步的定量分析.     

交叉小波变换在河南降水时频分析中的应用

在利用Marr小波对时间序列进行连续小波变换的基础上，采用交叉小波变换方法，分析了河南省近50a降水与ENSO之间的关系。结果表明，河南降水距平（ΔR）、海面温度距平（ΔTss）以及南方涛动指数距平（ΔISO)序列中都存在着不同时间尺度的周期分量，并且各周期分量的强度是不同的。同时研究了ΔR与ΔTSS，ΔISO之间2－4a和5－7a周期尺度的相关振荡及各尺度上的时频特征。     

子波变换在大气科学中的应用研究

子波变换是在80年代初才开始发展起来的崭新的数学分析方法。它适宜于分析研究信号的局部性质。子波变换在地震资料分析、图像处理、声音信号分析、分形、抽样、湍流以及大气和海洋科学的诸多研究领域中得到了广泛的应用，与传统数学方法相比显示出巨大的优越性。本文在简要介绍子波变换的定义和一些基本概念的基础上，结合实例给出子波变换在大气科学中的应用研究。最后，讨论了使用子波变换时应注意的问题并展望了它的应用潜力。     

The Adaptive Wavelet Collocation Method and Its Application in Front Simulation

The adaptive wavelet collocation method(AWCM)is a variable grid technology for solving partial differential equations(PDEs)with high singularities.Based on interpolating wavelets,the AWCM adapts the grid so that a higher resolution is automatically attributed to domain regions with high singularities. Accuracy problems with the AWCM have been reported in the literature,and in this paper problems of effciency with the AWCM are discussed in detail through a simple one-dimensional(1D)nonlinear advection equation whose analytic solution is easily obtained.A simple and effcient implementation of the AWCM is investigated.Through studying the maximum errors at the moment of frontogenesis of the 1D nonlinear advection equation with different initial values and a comparison with the finite difference method(FDM) on a uniform grid,the AWCM shows good potential for modeling the front effciently.The AWCM is also applied to a two-dimensional(2D)unbalanced frontogenesis model in its first attempt at numerical simulation of a meteorological front.Some important characteristics about the model are revealed by the new scheme.     

用小波系数谱方法分析湍流湿度脉动的相干结构

小波系数谱分析方法是结合小波分析和高分辨率谱分析的一种统计方法,可以用来同时识别时间序列中相干结构的生命尺度和出现周期,可以很好地描述相干结构的演变过程。基于此方法,作者分析了2004年11月在河北省白洋淀地区的陆地和岛上两个观测点（分别代表陆地和水面两种不同下垫面）湍流湿度脉动的相干结构特征,结果表明陆地和水上湿度序列的相干结构尺度分布相似,并且尺度与周期之间的关系一致:小于5 s的相干结构不连续出现,而且通常伴有更大尺度的相干结构,而5~30s的相干结构有与其尺度差不多的周期。在寻找更大尺度的相干结构时发现存在一个尺度,当大于某个周期时,在各个周期上这个尺度的相干结构都显著;与正交小波变换识别相干结构主尺度的方法识别的相干结构主尺度一致。另外,小尺度结构不连续出现也可以解释小尺度湍流能量变化比较大。     

基于树状小波分解的图像混合编码方法

提出了一种基于树状小波分解的图像混合编码技术，它能够在一定的能量准则下自适应地对图像进行分解，并根据不同尺度子带在小波图像中的地位和特点，选取相应的编码方法，模拟实验证明此方法在较好的图像质量情况下可获得较高的压缩比。     

正交小波变换研究复杂下垫面边界层的湍流特征

小波变换方法具有较好的时频局部特性,非常适合于分析非平稳的湍流信号。本文对35 m铁塔的超声风速测量数据进行了离散正交小波变换,计算了各向同性系数(ISO isotropy coefficient)及小波功率谱,以此对实验场所代表的水陆交际复杂下垫面的近地面层湍流特征进行了研究。ISO系数可以很好地描述实际大气在不同尺度的各向同性特征。根据ISO系数的分布,我们可以通过设定一定的阈值(ISO=0.7)来得到各向同性小涡的分离尺度(记为ISO0.7),即湍流的各向同性尺度范围。研究表明,下垫面对于边界层湍流各向同性特性具有相当大的影响,当风从不同下垫面吹过时ISO0.7尺度的均值具有较明显的差异。同时湍流度和稳定度对湍流各向同性也有一定的影响。对湍流小波功率谱研究表明,功率谱谱幂率在分离出的小涡所处的频段接近于-5/3。而当风从陆面吹过且湍流度较弱时,湍流小波功率谱小涡以分离尺度所对应的频率(fms)为界具有明显的两段趋势:高于fms的频段,谱幂率一般接近-5/3;而低于fms的频段的谱幂率接近-3/3。这反映了下垫面特征对湍流功率谱的影响。同时在不同的风向转变过程中下垫面对功率谱的影响具有差异。     

用正交小波分析近百年来中国降水气候变化

从小波函数本身所具有的特点出发,针对小波基函数的选择等问题,从理论分析、方法比较以及实例计算等几方面对正交小波和非正交小波进行比较研究,并在此基础上用正交小波对中国17个站点近百年的年降水量序列进行分析.得到如下的结果:在对降水序列进行多尺度分析时,正交小波分解出的各个时间层次上的信号之间是相互正交,没有信息冗余.近百年中国降水的变化趋势在不同时间尺度上有不同的变化,且各地之间的显著尺度也不同.具有显著的小于3.5年、3.5～7年、7～14年的周期活动特征.     

基于交叉小波与小波相干的西太平洋副高与东亚夏季风系统的关联性分析

采用交叉小波变换与小波相干方法,利用NCEP/NCAR 再分析资料以及 NOAA 卫星观测的 OLR 资料,分析了2006年夏季西太平洋副高的异常活动及其与东亚夏季风系统相关的时延位相特征.分析结果表明,副高指数与东亚夏季风系统成员特征指数的交叉小波功率谱和小波相干谱能够有效揭示周期尺度为14～20 d的不同影响因子与副高指数的时频特征和时滞相关性.分析证实,马斯克林高压和南亚高压对副高的西伸、北跳有较好的预报意义;热带ITCZ和副热带高空急流的加强北移与副高脊线的北跳同步;副高北跳利于降水在华南发生,反过来,雨带的产生又有利于副高的进一步西伸.     

自适应网格技术在MM5中的应用研究

结合一次暴雨过程，将自适应网格技术应用于中尺度模式MM5中进行数值试验，同时对比自适应网格方案和固定网格方案的优劣，对模拟结果作了诊断分析。结果表明：对于此次降水过程，自适应网格模拟的效果取决于一些参数的选择。