我国北方沙尘暴与强沙尘暴过程的分形特征及趋势预测

沙尘暴是一种常见的灾害性天气现象。由于其爆发的频繁性和危害的严重性,沙尘暴趋势预测的研究已经成为了国内外专家学者关注的热点和焦点。在回顾相关研究进展的基础上,借助于分形理论在处理复杂系统方面的独特切入点,利用1954-2002年中国北方720个气象站的沙尘暴观测资料和681个气象站的强沙尘暴观测资料,分析了近49 a来,我国北方沙尘暴及强沙尘暴事件的时序分形特征,并运用R/S分析方法对其变化趋势进行科学预测。研究发现,我国北方地区沙尘暴及强沙尘暴事件具有近似一致的变化态势,即自20世纪50年代以来呈逐渐减少,但近期又相对增多的变化趋势。1954-2002年沙尘暴及强沙尘暴事件的时间序列具有分形特征,其关联维数分别是2\^64和3\^34;平均可预测时间尺度分别为7~8 a和8~9 a。Hurst指数能够较好的表征我国北方沙尘暴及强沙尘暴事件的发生规律。根据Hurst指数及其变化趋势可以预测,2002年以后的7～8 a内,我国北方沙尘暴事件将具有先增加后减少的趋势;1999年以后的8～9 a内,我国北方强沙尘暴事件也将具有先增加后减少的趋势。     

沉积速率的随时间尺度变化和礁与碳酸盐台地的沉没

浅水碳酸盐系统提供的沉积物和垂向加积的最大速率很重要,因为这一速率决定了礁或碳酸盐台地的生与死。海洋中大部分碳酸盐沉淀发生在水体的光照部分,因此大量的生产限于透光带,约在海洋１００ｍ水深以上。当台地顶部没于不透光深度时,碳酸盐的生产停止,台地将被淹没。礁或台地的生或死取决于一种平衡,就是相对海平面变化速率和碳酸盐系统加积并保持台地顶部位于透光区的最大速率间的平衡。在这个报告中,作者首次提出和评价了这个假说：礁和台地的生长潜力与碳酸盐平均生长速率遵循相同的尺度变化趋势。１　比率相关和沉积速率的比例…     

贵州省近60 a温度变化及其时空分布特征

通过站点历史沿革考察、地形环境GIS分析及气象要素空间分布特征分析,提出了地形复杂地区合理选取气候代表站的方法,确定了贵州省48个气候代表站并做了必要的验证,综合应用时间序列分析、气候突变检测和小波分析方法,研究了1961～2020年贵州省温度变化趋势及其时空分布特征。结果表明：（1）近60 a贵州省温度变化总体呈上升趋势,表现出以20世纪80年代中期为转折点的先下降后上升的变化特征,1985年至今增温速率为0.26℃/10 a,增暖趋势十分显著,而日最低温度的上升更为明显,对应冬季的增温最为显著;（2）近60 a贵州大部分地区升温速率在0.1～0.2℃/10 a,西部升温高于东部,增温局地性差异明显;（3）贵州省平均温度在1987年和1998年存在显著的升温突变,1987年的大幅升温改变了此前的持续降温趋势,而1998年之后的升温速率更是显著增大;（4）近60 a贵州省温度变化存在20 a时间尺度的主振荡周期,且进入21世纪以后该周期信号开始变强,目前处于2012年以来升温半周期的末期,根据其周期振荡特征预计未来10 a内贵州省温度总体可能会有所下降。     

不同时间尺度下长江口海域表层悬浮体浓度变化

长江入海泥沙是中国东部陆架海沉积物的主要来源之一。本文基于MODIS-Aqua卫星的遥感资料并结合实测悬浮体浓度,建立了基于颗粒物后向散射系数的悬浮体浓度的反演方法,获取了2002—2017年长江口海域的表层悬浮体浓度分布,并分析其在潮周期、季节内以及年际等不同时间尺度下的变化特征。结果表明,在潮周期内,长江口122.3°E以西海域表层悬浮体浓度大潮高于小潮,落潮大于涨潮,高潮大于低潮;在季节尺度内.6—8月表层悬浮体浓度逐渐增加。而122.3°E以东海域,则出现相反的情况;长江口122.3°E以西海域的夏季平均表层悬浮体浓度年际变化明显,主要受长江入海水沙量年际变化的影响。长江口122.3°E以东海域表层悬浮体浓度的年际变化几乎不受长江入海泥沙的影响。风向对悬浮体浓度的扩散具有显著的作用,南风有利于高浓度悬浮体向外海扩散,东风则抑制扩展。     

时间尺度对入库径流基流分割影响的初步研究

以湖北省漳河灌区内非岩溶发育的杨树垱水库小流域和广西桂林市分布有岩溶发育的青狮潭水库流域为研究对象,利用数字滤波技术对杨树垱水库的日径流、旬径流和月径流量,以及青狮潭水库的月径流、季径流和年径流量进行基流分割。结果表明:随着时间尺度的增大,基流分割得出的基流指数呈逐渐增大的趋势。杨树垱水库小流域日径流的基流指数Fr比旬径流与月径流的Fr小,青狮潭水库月径流的基流指数Fr比季径流与年径流的Fr小。杨树垱水库入库径流的基流指数小于青狮潭水库。     

里下河地区降雨量多时间尺度分析

小波分析是一种时频多分辨分析方法,成为近年来研究水文要素长期变化的层次规律和特征的重要方法.本文应用小波分析方法对里下河地区1953～2005年降雨量及最大连续15d降雨量趋势进行探讨,得出了里下河地区的年降雨量序列存在着26年、15年和6年的多时间尺度的周期变化,其最大15d降雨量序列明显存在21年左右的周期变化,进而得出在2003～2012年期间.其涝灾机率会增多的结论.     

地表垂直变形序列的多尺度特征分析

基于Morlet小波变换的方法对地表沉降数据序列进行多尺度特征分析，主要是周期性信息的多尺度描述。展现了沉降序列的频率特征在时域上的表现。小波变换能够清晰的给出不同尺度的强弱和分布情况以及沉降变化的趋势和突变点，以某矿的工业广场10个月19期2周等时间间隔的沉降数据序列为俐。分析了沉降数据中显含2．1和4．1个月的主周期信息。说明小波变换在沉降数据序列的分析中具有优越的性质。     

陕北地区近47年降水小波变换分析

利用陕北地区12个站1959--2005年逐月降水资料和小波变换方法,对陕北近47a降水的季节变化和年际变化时间序列进行小波分析,并对未来降水变化趋势估计。主要结论;（1）陕北地区各个季节和年降水都存在多时间尺度特征,21a左右时间尺度的周期振荡明显,且具有全域性;春、夏、秋和全年降水分别在1．5a、2a、21a和16a左右的时间尺度周期振荡也比较明显。（2）春季降水变化的显著时间尺度为1．5a和8a;夏季降水在2a的时间尺度上具有第一主周期;秋季和全年降水分别在21a和16a的时间尺度上具有第一主周期。（3）根据小波分析结果,估计夏季降水近期会逐渐增多,其它季节和年降水量的总体趋势偏少。     

青藏高原东侧“雅安天漏”旱涝年降水特征

利用四川省雅安市1951~2008年逐日降水资料和1969~2000年逐小时降水资料,统计分析了青藏高原东侧雅安地区4个典型旱年和4个典型涝年的降水量、降水频率的多时间尺度变化特征。结果表明,雅安旱年的平均年降水量为1242.9mm,涝年的平均年降水量比旱年多1010mm。旱年汛期降水量占旱年降水总量的70.4%,涝年汛期降水量超出旱年一倍,且占涝年降水总量的81.1%。旱、涝年降水量的季节变化明显,且涝年的季节差异更加显著;雨强与降水量的季节变化相似,夏季达到最大,且旱、涝年年雨强和汛期雨强的差异很明显;旱、涝年之间的雨日差异要小的多,季节差异也不突出。旱、涝年降水量和雨日的最大值、最小值出现月份不同,旱年降水量7月最多、1月最少,而涝年降水量8月最多、12月最少。另外,旱、涝年白天、夜间的月降水量和月雨日最大值出现时间不同,并且不同降水强度,旱、涝年降水量和雨日的逐月变化也有较大差异;旱、涝年降水日变化与夜雨特征都突出,但夜间降水量和频次远远大于白天。旱、涝年降水量和频次的最大值、最小值出现时间有差异,旱年最大小时降水量在01时,最小在14时。涝年夜间小时降水量为双峰结构,最大小时降水量在23时,另一最大值在03时,最小在16时。旱年和涝年最大小时降水频次均出现在00时,最小分别出现在14时和15时。并且,降水量和频次从谷值到峰值的增加速率超过了从峰值到谷值的衰减速率;进一步分析发现,随着降水强度的增加,其夜间降水量越容易出现多峰值的波动,且旱、涝年夜间降水量和频次的差值也越明显。其中,旱年中雨和大雨降水量和频次高于涝年,但涝年暴雨降水量和频次远高于旱年。     

水文序列展延的MTSE法和WA-BP法研究

传统相关展延(CE)法较多地考虑了序列总体的变化特征,并且两序列需呈线性关系。但是不同的水文变量,具有不同的时空分布特性,可以提供插补展延的信息资源是不同的。因此,本文对该法进行了改进,把小波分析和BP神经网络应用于水文序列的展延,提出了两种改进方法:多时间尺度展延(MTSE)法和小波-BP网络展延(WA-BP)法,力图既考虑水文序列的多时间尺度特征,又突破线性关系的束缚,充分利用水文变量提供的信息资源。通过实例对比分析表明:(1)CE法、MTSE法和WA-BP法的展延精度依次提高。(2)当水文序列的波动变化不显著时,CE法、MTSE法和WA-BP法都满足相对误差的均值小于或等于0.2的精度要求,且WA-BP法稍优越于MTSE法。(3)当水文序列的波动变化显著时,CE法和MTSE法不是很适用,选择WA-BP法仍然可以得到较精确的展延结果。