塔里木河干流植被遥感监测时空多尺度协同分析方法

利用遥感植被指数、典型植被样方和地面观测信息进行塔里木河干流植被监测是目前的主要方法。由于塔里木河干流具有流域下垫面均匀性差,自然植被随机分布的特点,使得现有研究方法局限在特定的时间和空间尺度,很难使用地面的观测数据和不同尺度的遥感数据进行植被生长状态的协同分析。针对这些问题,本文提出了利用不同分辨率遥感数据和地面观测数据进行多尺度协同分析的方法MSSA(Multiple Scale Synergy Analysis)。该方法包括以下几个步骤:①通过低空间分辨率的遥感数据构建时间序列的塔里木河干流植被指数分布图像,在分析图像特征的基础上划分塔里木河遥感监测单元;②对监测单元内部不同组分的时间和空间状态参数进行量化与率定;③根据几何光学模型原理和植被随机分布特性,采用线性混合模型模拟单元植被指数;④根据模拟结果和遥感数据的对比分析,获得地面植被参量的可靠估计。该方法将地面组分的状态参量和遥感数据通过模拟模型相关联,实现了不同时空尺度遥感数据以及地面样方或者点观测数据的协同分析,为塔里木河干流植被监测进行长期、细致的研究建立了海量数据综合分析的方法体系。     

多通道奇异谱组合滤波反演水储量变化

针对GRACE时变重力场球谐系数的高阶次项中含有的较高噪声会造成反潢结果产生误差的问题,该文采用多通道奇异谱分析和高斯滤波相结合的方案来滤除GRACE数据中的噪声,并与普遍使用的去相关滤波和高斯滤波相结合的方案进行了对比验证。首先利用这两种方法分别计算了2007年4、10月份的全球水储量变化,结果显示,这两种方法反演的结果基本相同,而多通道奇异谱分析与高斯滤波相组合的方法提高了信噪比,减弱了信号泄露误差,验证了该组合方案的可行性。然后又分别计算了亚马逊流域2004—2010年的水储量时间变化序列,并与GLDAS水文模型进行了对比验证,结果显示,这两种方法得到的水储量时间序列变化趋势基本相同,各自之间具有强相关性,进一步说明了该文方案在GRACE数据滤波中的可行性。     

近40年长江中游地区旱涝特点分析

对Z指数确定的旱涝等级及各站月降水距平百分率的标准差分析表明:长江中游地区大范围的旱涝主要集中在盛夏和秋季。不同季节, 旱涝的主要分布区域不同, 但洞庭湖区始终是一个旱涝多发地。对1960年1月—2001年12月各月长江中游地区50个代表站的旱涝等级进行经验正交函数分析, 并在此基础上进行多通道奇异谱分析, 得到长江中游地区的旱涝分布主要存在4种空间型, 且具有明显的年代际和年际尺度变化, 在20世纪80年代以前, 长江中游地区以偏旱型为主, 而到80年代以后则转变以偏涝型为主; 另外, 长江中游地区的旱涝具有准8年、准5年、准2年和准4年的周期振荡性质, 但从80年代初开始, 旱涝的准2年周期特征在长江中游地区表现不再明显。     

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.     

基于MSSA的区域GPS站点季节性信号提取

基于MSSA同时提取多个GPS站点高程时间序列中的季节性信号,主要包括1 a项与0.5 a项。MSSA利用重建成分进行信号重构时,可从原始时间序列中提取有用信号,并剔除干扰噪声。将MSSA与SSA各自获取的前10个奇异谱方差所占百分比和重构信号进行对比,MSSA重构曲线中只包含多个站点的时变与具有共性的季节性信号,有效消除了单个站点特有的噪声与局部现象的影响。     

全球气温与ENSO多年际耦合振荡关系的初步研究

借助于最优分割法和多通道奇异谱分析（MSSA）等方法对全球气候变化背景场阶段性变化及其与ENSO振荡信号的相互关系作了详细的诊断分析。结果表明：（1）全球近百年气温长期变化阶段性明显，各阶段之间的气候变率特征差异较大；（2）全球气温变化背景场的阶段性对ENSO的年际及年代际准周期振荡有较为明显的影响；（3）全球气温与Nino区海温的年际变率存在着准4年和准2年的显著耦合振荡。