PM_(10)浓度时间序列多时间尺度分析的小波方法

文章利用Morlet小波函数进行小波变换,以乌鲁木齐市的大气污染物时间序列为例,分析了当地PM10的多时间尺度的演变特性。研究结果显示,其年际变化和季节性变化的时间尺度在尺度空间中分布不均匀,受气象和污染源因素影响,具有较明显的局部化特征。     

黄河上中游天然径流多时间尺度变化及动因分析

运用小波分析等方法对黄河上中游天然径流序列进行了分析,揭示了河川径流多时间尺度变化规律,并对径流在不同时间尺度上变化的影响因素进行了探讨。研究结果对于认识黄河径流的变化规律、开发利用管理黄河水资源有着重要的意义。     

北京地区近300年降水变化的小波分析

利用北京地区1724-2009年降水资料,首先做了趋势分析和突变检验,之后采用Morlet小波函数,对该地区近300 a来降水的年际变化时间序列进行了小波分析,揭示了该区降水变化的多时间尺度的周期性变化规律,并根据主周期对未来降水变化进行了预测。结果表明,北京地区年降水量有缓慢增大的趋势,但并不显著。1744、1809、1894和1996年为该系列降雨量减少突变点,1777、1870和1948年为降雨量增多突变点。同时北京地区年降水量在其计算时域内各时间尺度分布不均匀,具有明显的局部化特征;年降水存在85~95 a左右时间尺度的周期特征;其次,35~40 a和20~25 a左右时间尺度的周期特征也较明显。降水量在不同时间尺度下偏多、偏少交替变化也各不相同。此外,分析结果显示该地区年降水量具有21 a、35 a和85 a左右的主周期,其中85 a周期为第一主周期;根据年降水的主周期推测,北京地区整个时间序列上的年降水量呈现出偏少-偏多-偏少-偏多-偏少-偏多-偏少的循环交替特征,根据其周期特征,可以推测2009年到2030年左右将一直处于少降水期。     

黄河潼关汛期水沙变化周期及其趋势分析

论文以黄河中游潼关站汛期水沙序列（1952～2001年）为资料,运用小波分析方法对其进行了多时间尺度和趋势变化规律的分析。结论如下：①小波多尺度分析表明黄河中游汛期水沙具有多时间尺度变化特征,各种时间尺度在时域上分布不均匀,时间尺度不同,径流、输沙所处的丰枯阶段不同;②小波方差分析表明汛期径流量的变化周期主要是25年,其次是11年和3年;而汛期输沙量的变化周期主要是12年,其次是25年和5年;③趋势上,径流的变化趋势比较复杂,在整个过程中,有升有降,而输沙量序列的整体趋势是下降的。由此可见黄河中游汛期径流量与输沙量并不是同步变化的。     

大气污染物多时间分辨率的小波分析

利用Modet小波函数进行小波变换,利用Daubechies小波函数进行分解及滤波,以乌鲁木齐市的大气污染物时间序列为例,分析了当地单个大气监测站点NO2的多分辨率的演变特性,并对NO2的时间序列进行了滤波消噪.研究结果显示,NO2年际变化和季节性变化的时间尺度在尺度空间中分布不均匀,具有较明显的局部化特征;除了季节性变化的时间尺度和变化趋势之外,还存在大气污染物中、长期变化趋势.基于滤波消噪后的时间序列建立的预测模型可用于有效地提高大气污染物的预测预报精度.     

北京农业气候资源变化特征及其对不同种植模式玉米各生育期的影响

分析1960—2008年北京山区和平原的春玉米、平原夏玉米不同生育期的热量、水、光等农业气候资源的变化趋势和突变特征,研究农业气候资源变化对玉米可能产生的影响。利用统计回归分析方法研究不同种植模式玉米在关键生育期内主要农业气候资源历史时间序列特征,同时以突变理论中的Mann-Kendall方法和Pettitt方法分析主要气候资源的趋势变化特征并检测其突变特征;在数据分析的基础上,结合国内和国际相关研究成果讨论北京市气候资源变化对玉米生长的可能性影响并给出相应对策。结果显示:近50 a来北京地区大于10℃的年活动积温和玉米全生育期有效积温呈现明显增长趋势,变化过程中无明显的突变特征;玉米播种—拔节期降水量呈增加的趋势,平原夏玉米在拔节—抽雄期和全生育期、平原春玉米在吐丝—成熟期降水量减少趋势均达显著水平,其它生育期间降水呈现不明显的下降趋势,但无明显突变点;除了抽雄—吐丝期外,玉米各生育期光照资源呈现明显的下降趋势,不同生育期的突变点均出现在20世纪80年代中期到90年代中期。北京地区农业气候资源变化趋势对玉米生产有利有弊:对积温增长的响应应以灌浆期延长为主要方式,对降水减少的响应应以种植抗旱品种和加大抗旱技术研究为主,对光照资源显著减少的对策应以调节田间通风透光和培育耐阴性品种为主。     

基于小波变换的上海市近10年SO2污染指数的变化

对上海市近10年逐日SO2污染指数时间序列进行一维连续Mexican Hat小波变换分析,研究了SO2污染物的多尺度演化特征、主周期、突变点和变化因素.结果表明,上海市SO2污染指数在不同时间尺度上具有不同的"高-低"交替变化规律,且以100 d左右的变化为主周期;SO2污染受气象条件的影响,呈现出"冬重夏轻"的格局,春、秋分日前后是一年中SO2污染轻重状况转换的突变点;经济高速发展对能源需求的增长,使上海市为改善SO2的努力"事倍功半":污染总体仍呈上升趋势.小波变换方法用于SO2污染时间序列的分析是有效的,也适用于其他污染物的时间演变规律研究.     

霍林河中游径流量序列的多时间尺度特征及其效应分析

霍林河是松嫩平原西部地区科尔沁、向海和查干湖湿地的重要补给水源。通过对其中游白云胡硕水文测站46a的年径流量序列的多时间尺度分析,探讨霍林河径流演变的近似周期性,识别霍林河径流变化对其下游洪泛湿地水源补给的规律,以及这种规律控制下的洪泛湿地环境演变。小波分析表明,霍林河白云胡硕水文站年径流序列主要存在3个尺度的周期变化,不同时间尺度下周期信号的强弱在时频域中的分布具有较强的局部特征,以大于30a尺度的年代际周期变化起主导作用,该尺度下,霍林河径流演变呈现出丰、枯、丰的交替振荡,下游洪泛湿地景观演变相应表现出阶段性特征,1990年代以前尤为突出。能量相对较弱的中、小时间尺度径流量周期性变化,与强烈的人类干扰活动相比,对下游洪泛湿地环境演变的作用效果不明显,突出表现在1990年代以后。     

近60a来中国洪涝灾情变化趋势持续性和周期性研究

本文利用Hurst指数和小波分析工具对洪涝灾情的1950~2010年的变化动态作了分析,揭示了灾情序列的趋势持续性、特征时间尺度、周期特征和突变点,同时还定性地预测了洪涝灾情的未来走势。研究结果发现:1)根据Hurst指数计算结果,受灾面积时间序列的Hurst指数为0.9338,具有很强的正持续性。未来有进一步增加的趋势。因灾死亡人口数时间序列的Hurst指数为0.4845,具有很弱的反持续性。而房屋倒塌间数时间序列的Hurst指数为0.6124,具有较弱的正持续性,未来有较弱的减少趋势。2)小波分析方法具有较好时空域特性,可以描述洪涝灾害灾情变化的多尺度特征,将隐含在灾情序列中随时间变化的周期震荡显现出来,并确定灾情序列中的突变点位置,为深入探索中国洪涝灾害的时空复杂性提供了全新的理论工具。3)中国洪涝灾害灾情都存在多时间尺度特征,不同的时间尺度表现为不同的循环交替,大尺度的周期变化嵌套着小尺度的周期变化。总体上表现为由小尺度的震荡剧烈,没有明显的规律到大尺度出现明显规律后继续增强或先升后降。4)60a来,中国洪涝灾害受害面积总体上保持着增加的趋势。在9a和25a上分别存在着第1和第2主周期。中国洪涝灾害因灾死亡人口总体上保持着明显减少的趋势。在8a和18a上分别存在着第1和第2主周期。中国洪涝灾害倒塌房屋总数总体上保持着减少的趋势。在8a、17a和25a上分别存在着第1、第2和第3主周期。     

近60a来中国洪涝灾情变化趋势持续性和周期性研究

本文利用Hurst指数和小波分析工具对洪涝灾情的1950~2010年的变化动态作了分析,揭示了灾情序列的趋势持续性、特征时间尺度、周期特征和突变点,同时还定性地预测了洪涝灾情的未来走势。研究结果发现:1)根据Hurst指数计算结果,受灾面积时间序列的Hurst指数为0.9338,具有很强的正持续性。未来有进一步增加的趋势。因灾死亡人口数时间序列的Hurst指数为0.4845,具有很弱的反持续性。而房屋倒塌间数时间序列的Hurst指数为0.6124,具有较弱的正持续性,未来有较弱的减少趋势。2)小波分析方法具有较好时空域特性,可以描述洪涝灾害灾情变化的多尺度特征,将隐含在灾情序列中随时间变化的周期震荡显现出来,并确定灾情序列中的突变点位置,为深入探索中国洪涝灾害的时空复杂性提供了全新的理论工具。3)中国洪涝灾害灾情都存在多时间尺度特征,不同的时间尺度表现为不同的循环交替,大尺度的周期变化嵌套着小尺度的周期变化。总体上表现为由小尺度的震荡剧烈,没有明显的规律到大尺度出现明显规律后继续增强或先升后降。4)60 a来,中国洪涝灾害受害面积总体上保持着增加的趋势。在9 a和25 a上分别存在着第1和第2主周期。中国洪涝灾害因灾死亡人口总体上保持着明显减少的趋势。在8 a和18 a上分别存在着第1和第2主周期。中国洪涝灾害倒塌房屋总数总体上保持着减少的趋势。在8 a、17 a和25 a上分别存在着第1、第2和第3主周期。     

1960-2006年艾比湖流域冷暖季气候状况分析

运用线性倾向估计、累积距平、小波分析、Mann-Kendall检验等方法对艾比湖流域1960-2006年冷、暖季和全年平均气温、降水量、日照时数的变化趋势、周期性和突变性进行分析。结果表明:①47 a来,艾比湖流域平均气温和降水量均呈增加趋势,其变化率分别为0.43 ℃/10 a、12.02 mm/10 a;而日照时数呈减少趋势,其变化率为-22.30 h/10 a。②从空间分布来看,流域各站年均气温均呈不同程度的增加,其中以托里增幅最大,温泉增幅最小;除托里年降水呈减小趋势外,其他各站年降水量皆表现为增加趋势;冷季日照时数减少趋势明显强于暖季,这也导致研究区大部分站点年日照时数呈减少趋势。③平均气温、降水和日照时数序列在冷季、暖季、全年中都存在着长周期和短周期。其中,降水和日照时数都具有8 a左右的短周期,并分别存在14 a和20 a的长周期;而气温的变化周期较为复杂,且具有较强的波动性,存在11 a和22 a的年代际周期。④流域气候的突变发生在20世纪80年代,1988年流域气温发生了由偏冷时期向偏暖时期的转变;1986年降雨发生了由少雨到多雨的变化,流域气候开始变得湿润;1984年左右日照时数出现由多到少的转变。     

豫西山区降水与气温的波动规律研究

根据豫西山区4个国家地面气象观测站1957—2008年的降水和气温数据,运用小波分析和统计分析相结合的方法研究了该地区降水和气温的多时间尺度波动特征。研究结果表明:①近50 a来,豫西山区的年降水量和年均气温均具有复杂的多时间尺度特征,年降水量在4 a和14 a尺度上的周期性波动特征较为明显,而年均气温在8 a和14 a尺度上的周期性波动特征较为明显;②近50 a来,豫西山区的年降水量和年均气温虽然具有明显的周期性波动,但是,使用白噪声功率谱进行显著性对比检验得出的结果表明,它们的主周期的显著性水平普遍较低,可以认为基本属于随机性波动;③近50 a来,在4~12 a的尺度上,豫西山区的年降水量和年均气温具有极显著的负相关性,而且预计未来几年该地区仍然可能延续2006年以来气温偏高降水偏少的气候特征;④小波分析和统计分析都属于经验诊断的范畴,对分析过去气候要素变化的多时间结构特征具有较好的效果。但是,由于它们不涉及因果机理,因此要想准确地预测未来的气候变化趋势,还必须对气候系统当中的复杂变化过程开展深入的机理研究。     

Analysis of climate variability in the Manas River Valley,North-Western China (1956–2006)

This paper examines the short-run climate variability (change in the levels of temperature and precipitation) with a focus on the Manas River Valley, North-Western China, over the past 50 years (1956 to 2006) using data collected from four meteorological stations. The results show that the annual mean temperature had a positive trend, with temperature increasing at 0.4 °C per decade. Application of the Mann-Kendall test revealed that the overall positive trend became statistically significant at the p?=?0.95 level only after 1988. The increase in temperature was most marked in winter and spring (0.8 and 0.7 °C per decade, respectively), absent in summer and very small in autumn (0.1 °C per decade). Concerning precipitation, our results indicate a negative but not significant trend for the period between 1956 and 1982, while annual total precipitation tended to increase thereafter and the increase was mainly during the crop growing-season. Concerning variability in temperature and precipitation, the characteristic time scales were identified by application of wavelet analysis. For temperature the quasi-decadal variations were found on time scales between approximately 5 and 15 years, with a peak in wavelet variance on a time scale of 9 years. For precipitation, the most striking features were a precipitation increase (6.7 mm per decade) during the crop growing season. Irregularities and abrupt changes in both temperature and precipitation were more common at scales less than 10 years, indicating the complexity and uncertainty in the short-period climate variability. Possible causes of climate variability in the Manas River Valley may include anthropogenic factors such as intensive human activity and the expansion of both farmland and irrigation. Global climate variability might also have some impacts on the local climate variability; analyses of local and regional climate trends can better inform local adaptation actions for global impacts.     

基于AI指数的新疆干湿时空变化及其影响因素分析

论文基于新疆53个气象站点1961—2013年逐日气温、降水、风速、日照时数、相对湿度、大气环流指数和太阳黑子数据,应用Penman-Monteith模型、Arc GIS反距离加权插值、MannKendall(M-K)检验、Morlet小波和主成分分析方法,分析其降水量、潜在蒸散量和AI指数时空变化及影响因素。结果表明:近53 a来,新疆降水量呈上升趋势,潜在蒸散量在波动中呈下降趋势,倾向率分别为8.81 mm/10 a和-28.73 mm/10 a,AI指数在波动中呈下降趋势,倾向率为-0.05/10 a,多年平均值为0.5,表明新疆气候有变湿趋势。从年内分布看,降水量和潜在蒸散量呈单峰型分布,峰值分别出现在7月和8月,分别为24.58和137.12 mm;AI指数最大值滞后于降水量(7月)和潜在蒸散量(8月),出现在9月,为0.9,最小值出现在1月,为0.46。新疆潜在蒸散量空间分布为南疆大于北疆,东部大于西部;降水量北疆大于南疆;AI指数的空间分布与降水量相反,总体表现为南疆大于北疆,盆地大于山区,M-K趋势介于0~-0.02/a之间,且北疆AI指数减小趋势较南疆更显著,与北疆比南疆更湿润的事实相符。新疆降水量和潜在蒸散量分别在1987和1981年发生突变,AI指数在1981和1984年存在两个明显的突变点。Morlet小波及其功率谱分析表明,降水量存在6.49、5.71和4.35 a(p≤0.05)的周期,蒸散量存在21.37 a(p≤0.2)的周期,AI指数存在6.62、3.45 a(p≤0.1)的周期,表明AI指数可能受大气环流和厄尔尼诺的影响。主成分分析表明,AI指数与气温呈正相关,与降水量呈负相关,且南疆比北疆对降水更敏感。此外,AI指数与维尔霍扬斯克-奥伊米亚康(WYMI)、ENSO关系密切,相关系数分别为0.46(p≤0.05)和-0.34(p≤0.05)。     

基于GIS的喀斯特山区实照时数时空分布研究——以广西巴马瑶族自治县为例

论文采用基于DEM的起伏地形下实照时数计算模型,以广西巴马县为例,在GIS技术的支持下对研究区域实照时数的时空分布进行模拟和结果验证,结果表明,研究区域内实照时数模拟值和气象站实测值之间具有较好的一致性,决定系数高达0.996。并探讨喀斯特地区实照时数的时空分布特点,分析了不同时间尺度下实照时数的变化情况,讨论坡度、坡向、地形起伏度和地表粗糙度等地形因子对实照时数空间分布的影响。该方法可为喀斯特地区提供重要的气候基础数据,对喀斯特地区小气候和农业气象资源分布的研究有重要意义。     

上海地区近136年气温和降水量变化的多尺度分析

论文主要利用墨西哥帽小波变换和经验模态分解(EMD)等方法对1873-2008年上海地区年平均气温和年降水量序列进行分析。以期认识上海气候在不同尺度下的振荡结构和周期特征。结果表明:上海近136 a来增温趋势明显,特别是在20世纪80年代以后增速超过以往。而40年代的暖期和60年代的冷期构成上海20世纪气温变化的主要特征。城市化的发展对城郊气温变化差异的影响十分显著。上海的年降水量主要是以短时间尺度的振荡为主,其中以40 a左右的波动为主要周期。小波变换的结果表明在长时间尺度上降水将增加,而短时间尺度上则相反。     

本溪地区气候环境变化特征分析

利用辽宁省本溪地区1953—2005年温度、降水、日照、平均最高气温、平均最低气温以及界限温度、无霜期和积温等资料,对50多年农业气候环境变化趋势进行分析,结果表明：本溪地区50多年来气候变化特点是温度上升,降水、日照呈减少趋势。特别是近15a,降水除春季有所增加外,其他各季均为减少趋势;气温增暖幅度加大,对气候变暖贡献最大的是冬季;平均最低气温升温幅度明显高于平均最高气温;气温日较差变小;各界限温度初日提前,终日拖后;初霜延后,终霜提前,无霜期延长,积温增加明显,极端气候事件出现的几率增大。     

甘南白龙江流域光照资源的气候变化特征

光照资源的变化会对气候和生态环境产生较大的影响。利用1973-2012 年甘肃甘南白龙江流域近40 a 日照时数观测资料,采用气候倾向率等现代统计诊断方法,对甘南白龙江流域光照资源的变化趋势、气候突变等特征进行了分析,结果表明：甘南白龙江流域日照时数呈现出显著增加的趋势,其增幅为33.0 h/10 a,各季节日照时数都呈增加的趋势,其中以春季增幅最明显,夏季最小。这与中国大部分地区日照时数呈现显著减少的特征不同,体现出甘南白龙江流域独特的气候特点及日照时数变化的复杂性。甘南白龙江流域日照时数在1994 年之前以负距平变化为主,1994 年及其之后以正距平变化为主,为光照资源偏多期。甘南白龙江流域年平均日照时数及各季节平均日照时数均发生了增多突变。1983 年为年平均日照时数的增多突变起始年。夏季平均日照时数增多突变发生在20 世纪90 年代末,其余各季平均日照时数增多突变均发生在80 年代。年日照时数异常偏少年份主要发生在20 世纪80 年代,异常偏多仅出现在2002 年。在气候变暖的背景下,甘南白龙江流域≥0.1 mm降水日数的减少可能是引起日照时数增加的主要原因。日照时数与气温、蒸发量均呈显著的正相关。三者在变化趋势上有着很强的一致性。     

近50a东江流域径流变化及影响因素分析

以1956—2005年降雨、径流与气象资料为基础,应用Mann-Kendall趋势检验、小波分析以及R/S分析等多种方法,探讨了东江流域径流年际变化特征及其对气候变化以及植被覆盖变化的响应。结果表明:①50 a来流域年径流序列变化趋势不明显,存在4 a、7~9 a、11~13 a、16~22 a等4类尺度的周期性变化规律;河源、岭下站径流序列具有较强的状态持续性,博罗站持续性很小。②厄尔尼诺现象出现的当年,东江流域年径流量普遍减少;厄尔尼诺现象出现的次年,年径流量普遍增加。太阳黑子数的急剧变化,与东江径流量的丰、枯也有良好的响应关系。③50 a来,在降雨量呈不显著减少趋势的背景下,河源、岭下站径流仍然呈不显著增加趋势的主要原因是蒸发量下降的缘故,是气候因素和流域植被退化共同作用的结果。