基于改进经验模态分解的地震弱信号增强处理方法

针对地震反射信号经验模态(EMD)分解过程中出现的混叠及分解重建失真等问题,本文提出一种改进的EMD分解方法.首先对地震信号进行小波转换,对转换分解得到的信号高频部分进行噪声压制处理,然后将转换后的结果再进行EMD分解;针对频带宽度、振幅大小变换,提出了地震信号EMD分解的分段控制停止准则,根据主频带宽,确定相应的时窗长度,并采用各个时窗段部分叠置衔接的方法,最后对每段结果再利用单调函数停止准则进行变换,该方法有效避免了计算结果的时窗效应.通过实际资料处理对比分析,改进的EMD分解方法较以往常规EMD分解方法,在分解结果的可靠性、分解精度及非线性弱信号时频分析能力等方面都具有显著的改善,为提高薄层地质体识别能力提供了有力的技术手段.     

基于希尔伯特-黄变换的九寨沟M7.0地震加速度记录时频分析

2017年8月8日四川九寨沟M7.0地震是继2008年汶川M8.0地震和2013年芦山M7.0地震之后,青藏高原东缘在不到10年的时间内发生的第3个震级M7.0以上的强震,震中位于青藏高原巴颜喀拉块体东缘东昆仑断裂带东端的塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂交汇部位,四川省地震局的数字强震台网共有37个台站获取了主震的三分量强震加速度记录。由于傅里叶（Fourier）变换仅能提供强震记录的频域信息,故本文在对九寨沟M7.0地震的加速度记录进行时频分析时采用了一种基于聚类经验模态分解（EEMD）的希尔伯特-黄变换（HHT）方法提取信号时频特性,通过对震中附近台站的加速度记录进行EEMD分解和希尔伯特（Hilbert）变换及谱分析,最终有效获得了信号能量的时频分布特征,量化提取了中心频率、Hilbert能量、最大振幅对应的时间等特性,并与Fourier变换进行了对比研究。研究结果表明:对于非线性的强震记录采用EEMD能够有效抑制经验模态分解（EMD）中存在的模态混叠问题,FFT谱与Hilbert边际谱相比,它在低频处会低估地震动的幅值,随着频率的增加,FFT谱又会放大其幅值。      

格陵兰冰芯氧同位素显示近千年气候变化的多尺度分析

用经验模态分解(EMD)方法对格陵兰冰盖GISP2冰芯古气候代用指标δ~ (18) O 序列进行分解, 结果表明: 格陵兰近10 ka来气候变化总趋势出现历时约490 a的中世纪暖期和历时约570 a的小冰期, 其间还存在次级的冷暖期变化;气候波动具有3 a、 6.5 a、 12 a、 24 a、 49 a、 96 a、 213 a、 468 a准周期, 既有NESO的因素, 也受制于太阳活动周期的影响. 第7, 第8内在模函数(IMF7, IMF8)波动振幅以及总体趋势分量res在1350A.D.出现明显的转型, 表明1350A.D.为中世纪暖期和小冰期的分界.     

车装全液压钻机桅杆模态分析及拓扑优化

车装全液压钻机具有自动化程度高、工艺适用范围广、机动性好及施工效率高等优点,因此被广泛应用于煤层气抽采井、水井等钻井施工。桅杆作为钻机的重要构件,支撑着动力头的回转钻进工作,桅杆工作振动的稳定性对钻机工作的可靠性具有十分重要的影响。通过对桅杆进行模态分析,明确了桅杆的固有频率和模态振型,结果表明桅杆可能发生共振现象;通过对桅杆进行拓扑优化分析,并且根据桅杆的实际功能,得到优化模型,静力分析和模态分析结果均表明优化效果显著,满足结构强度要求且避免了共振的发生。桅杆的有限元分析,为桅杆的结构设计提供了理论支撑,同时提供了一种现代机械结构设计方法,具有一定的参考意义。     

中国气温变化的两个基本模态的诊断和模拟研究

我国地域辽阔,气候复杂多变,在全球变暖的背景下研究中国近百年来的气温变化具有重要的意义。为此我们重建了中国东部71个站1880—2004年四季气温距平序列。通过EOF分析发现了中国气温变化的2种最基本的模态：东部一致变化和关内关外相反变化。这2种模态不随季节变化,而且在不同时期也是稳定的。通过研究这2种模态与变暖趋势的关系发现,20世纪80年代以来的变暖主要是由于第一模态在该时期持续的正位相增强造成的;而20世纪20~40年代的变暖主要是由于第二模态所呈现的正位相所造成的。此外,我们检验了这2种模态在大气环流模式（CAM）中的表现。结果表明：121年（模式中1880—2000年）的集合模拟在一定程度上可以重现第一模态的变化,而第二模态则仅在冬季表现明显。最后,以冬季为例,利用1880—2004年重建及观测的500 hPa高度场资料,通过合成分析进一步研究了这2种模态的环流机制：第一模态正位相对应纬向环流增强,表现在地面气温分布上为东部一致变暖。而负位相则对应东亚大槽加深,东部地区一致变冷。第二模态正位相对应的环流分布则为从东亚北部到阿留申为负距平,东亚到北太平洋中纬度为正距平;对应地面气温分布为关内变暖关外变冷。负位相时环流分布基本相反。这样的环流机制得到了模式研究的支持。     

基于EMD的景区客流波动特征及其组合预测——以黄山风景区为例

旅游地的发展演化过程研究大多采用Bulter 的生命周期理论路径, 少有文献从波动的视角理解和分析旅游地的发展演化过程。本文以黄山风景区为例, 采用经验模态分解方法(EMD)尝试从波动的视角分析景区客流波动特征, 并利用波动性特征对其发展进行组合预测(经验模态分解方法和最小二乘支持向量机方法的组合)。研究结果表明:黄山景区客流波动呈现出多种形态, 在增长趋势的基础上叠加了季节性波动、景区旅游周期波动和景区经济周期波动。其与最小二乘支持向量机组合预测模型能够对景区客流进行有效预测, 并且运算速度快, 预测精度有所提高;与生命周期曲线相比较更加直观、微观、准确, 并且能够进行较为准确的客流预报, 有助于景区规划管理和战略决策。     

基于EMD的山东省GDP增长与耕地变化的关系

本文首次用EMD方法,对山东省的经济增长与耕地面积变化关系进行比较分析,试图找出两者的互动关系,以期对山东省的耕地资源保护有所借鉴。研究结果表明:山东省GDP增长的波动周期为13年、23年、37年和55年;山东省耕地变化的周期为9年、13年、37年和55年。这充分证明了GDP增长的波动对山东省耕地周期性变化的驱动作用。到2015年前后,山东省经济增长的耕地代价性损失将大大减少,耕地数量将维持在一个相对稳定的水平,经济增长和耕地数量减少进入一个良性的发展阶段。最后,本文首次尝试建立有周期的动力学模型,对山东省未来20年的耕地面积变化进行了预测。     

中国冬夏季气温和降水异常耦合关系的SVD与MEOF分析对比

以揭示中国冬、夏季气温、降水之间的同期耦合时空特征为例,比较了SVD与MEOF分析所得主要正交模的相关关系及均衡性,论证了SVD方法在揭示两个要素场序列互相关关系上的优越性。结果表明:1) SVD的分解对象仅包含反映两种要素场相关关系的信息,而MEOF还包含了两个要素场各自的自相关信息,前者分解对象更纯粹。2) MEOF和SVD揭示的气温和降水空间耦合模态正负异常分布大致相似,但相较SVD所揭示的耦合模态,MEOF分析的冬、夏季气温、降水主要正交模存在不均衡现象,即一个主要MEOF正交模往往侧重描述两种异常要素场中的一种,这种差异在冬季尤为突出。SVD方法揭示了中国冬、夏季同期气温、降水间局域高温少降水或低温多降水是二者主要异常配置,且相关性夏强冬弱。3)比较SVD、MEOF方法同序正交模的相关系数和均衡度发现,SVD多数正交模的相关系数较MEOF的更大、更稳定,且均通过显著性检验,MEOF的冬季部分正交模相关系数未通过显著性检验; SVD主要正交模的均衡性冬季优于MEOF分析、夏季优于(第一模态)或者接近于(第二、三模态) MEOF分析。故SVD方法是揭示两要素之间耦合关系的更好方法。     

青藏高原及邻近地区寒潮中期天气过程的正压能量学特征

本文利用波数域能量方程,以1987年11月下旬青藏高原及邻近地区的一次寒潮为例,研究了寒潮爆发前后约4周内的能量变化特征。