农业气候资源多时间尺度分析——以郑州市小麦玉米为例

小波分析的时域局部变化特征可展现气候序列的精细结构,能够揭示不同时间尺度气候序列所隐含的不同变化规律,是进行时域分析的有力工具。论文以郑州市小麦、玉米生育期间的光热水农业气候资源分析为例,用Morlet小波变换法对其进行多时间尺度变化特征及演变规律分析。结果表明:郑州小麦、玉米生育期间的光热水气候要素具有不同的年际及年代际时间尺度周期变化规律和转换特征;小波变换能很好地揭示农业气候资源变化所包含的周期分量;其气候变化特征与全球气候变化趋势相比,有其一致性,也有其局地特殊性。     

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.     

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。     

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。     

松嫩高平原土地利用格局变化时间尺度特征研究

土地利用格局变化的时间尺度是其尺度依赖性和敏感性表达的重要基础。论文以松嫩高平原典型区域巴彦县为研究区,运用GIS、RS技术,结合Matlab编程,采用K-L变换将多波段的遥感影像提取为单波段图像作为原始信号数据,在研究区土地利用格局最优空间尺度下,应用快速傅里叶变换对小波分析模型进行改进,探寻研究区土地利用格局变化研究的适宜时间尺度,进而明确适宜时空尺度下土地利用格局变化的波动性特征,并采用土地利用转移矩阵对其时间尺度的划分结果进行检验。结果表明：1）研究区土地利用格局变化在10~20、30~40和40~50 a均有明显的波动性特征,表明10~20、30~40和40~50 a是研究区土地利用格局变化的3个重要时间尺度。2）1979—2015年研究区土地利用格局变化研究的最优时间分析尺度为36 a,土地利用格局在12.33 a左右具有明显的波动性变化特征,可将研究区时间域划分为3个发展阶段：发展初期1979—1991年、发展中期1991—2003年、发展近期2003—2015年。3）在空间上,研究区土地利用格局变化的全局化时间尺度和土地利用格局变化的局部化时间尺度具有较高水平的一致性。4）论文建立的基于小波分析的土地利用格局变化时间尺度识别方法可行并具有准确性,研究区旱地、林地和建设用地等主要土地利用类型在1979、1991、2003和2015年4个重要时间节点上的变化发生了明显的趋势性转换。     

澜沧江的跨境径流量变化及其对云南降水量场变化的响应

随着澜沧江-湄公河次区域经济合作等重大区域合作行动的蓬勃开展,该流域水文水资源系统的变化、规律及其影响已成为国际关注和研究的热点。为考查气候变化对澜沧江-湄公河流域水文水生态环境变化影响的基本事实,以云南境内澜沧江径流量观测数据和云南的同期降水量场观测数据为基础,应用小波变换和相关系数的统计分析方法,研究了澜沧江跨境径流量变化的多时间尺度特征及其对云南降水量场变化的响应。结论为:澜沧江上下游的年径流量变化表现出了十分明显的多时间尺度变化特征,它们之间的差异主要表现在较小的时间尺度上,而对于较大的时间尺度,它们之间的变化特征是十分相似的;澜沧江上下游的年径流量变化与云南的年降水量场变化之间存在有十分显著的相关关系;云南年降水量场变化的多时间尺度特征与澜沧江上下游的年径流量变化的多时间尺度特征是相似的。总之,澜沧江的跨境径流量变化主要是由于云南降水量场的变化造成的,特别是在较大的时间尺度上,澜沧江上下游的径流量变化都对云南降水量场的变化有极好的响应特征。     

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。     

广西林地资源变化及其影响因素的多时间尺度研究

应用小波分析方法对1980-2012年广西林地资源的波动特征和演变规律进行多时间尺度研究,并探讨在不同时间尺度下林地资源变化的主要影响因素。结果表明:(1)广西林地资源变化具有3~6 a、8~14 a和23~25 a的特征时间尺度以及3 a、11 a和24 a3个主要周期,并以24 a的周期最为显著。(2)在3 a的特征时间尺度下,广西林地资源变化主要受到地区生产总值、总人口、林产品产量的正向影响;在11 a的特征时间尺度下,在20世纪90年代中期以前主要受到林产品产量的正向影响以及总人口的负向影响,20世纪90年代中期以后主要受到林产品产量和总人口的正向影响;在24 a的特征时间尺度下,主要受到地区生产总值和林产品产量的负向影响。(3)未来林地资源存在减少的潜在趋势下,广西应加大林地利用监管力度来稳定现有林地资源面积,通过退耕还林、宜林闲置地整治等措施适度增加林地数量,实现经济发展与生态建设的互促共赢。     

国际马拉松赛期间厦门同期气温诊断分析

利用厦门市长年代气温观测资料(1973-2021年),用趋势分析方法分析了国际马拉松赛期间厦门同期气温变化特征,发现1月多年平均气温呈现缓慢线性增温趋势,而逐日气温呈现明显的小幅波动下降趋势.利用小波分析方法研究了高、低温的多时间尺度变化特征.结果表明,高、低温均具高低频两个振荡周期,且从闭合中心的发展趋势来看,预计2...     

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。     

和田河年径流变化规律研究

根据和田河实测年径流资料,应用小波分析、R/S分析等多种方法,探讨了在气候变化和人类活动影响下,和田河年径流变化规律及其成因。结果表明,和田河年径流存在减少趋势,且具有一定的持续性。通过径流变化的影响因素分析表明,上游出山口处两支流的径流变化主要受气温升高的影响,下游入塔里木河处除受降水减少的影响外,主要是由于人类对水土资源开发进程的加快,人类活动是其径流变化的主要原因。     

典型表层岩溶水系统降水量与泉流量的交叉小波分析

利用2002年3月至2008年12月龙怀表层岩溶水系统降水量与2个表层岩溶泉泉流量资料,采用连续小波变换、交叉小波变换与小波相干方法,对龙怀表层岩溶水系统降水量及表层岩溶泉泉流量多时间尺度特征及相关关系进行了分析。结果表明:龙怀表层岩溶水系统降水量主振荡周期为0.77～1.16a,布洋1号泉与龙何下泉泉流量的主振荡周期均为0.82～1.23a,而其高频部分周期变化均不连续,其动态特征均以年际变化为主;交叉小波变换揭示COI区域外降水量与布洋1号、龙何下泉泉流量的主共振周期均为0.77～1.23a,且涵盖全部时域,2个表层岩溶泉对降水的响应是显著和稳定的;表层岩溶泉泉流量存在稳定的落后于降水量的相位变化,布洋1号、龙何下泉分别落后于降水量0.61d、2.63d左右,表层岩溶泉径流过程为其泉域特征所制约;小波相干谱表明降水量与布洋1号泉流量在0.17～2.45a的全频域均显著共振,与龙何下泉在0.17～1.55a的周期上显著共振,且二者均涵盖了大部分时域,降水量与泉流量动态高度相关。     

黄河上游高寒区水资源变化的气候响应特征

利用黄河高寒区吉迈(达日县)水文站、国家气象局达日、玛多观测站1959-2007年,共计49 a水文、气象及部分冻土监测资料,采用峰型度及丰枯率指数、Mann-Kendall时间序列突变点及趋势检验方法、小波分析法、灰色关联分析等统计方法,分析径流年际、年内变化特征,探讨径流长期变化主要影响因素,并建立核主成分支持向量机(KPCA-LSSVM)预测模型,对未来2011-2014年径流情势进行分析。结果表明,由于区域气候、下垫面条件变化及人为因素影响,不同时期作用于水资源的主导因素存在差异,径流时间序列存在明显突变点,为1961、1999和2005年;黄河源区径流2002-2006年间存在不显著减少趋势,小波分析表明未来3~9 a内,年径流量将略高于1990-2007年间的平均值;1983年后冻结期气温升高,季节性冻土退化较为明显,对于径流的补给减少,是地区河道水资源减少的原因之一;模型预测结果显示,由于降水对于径流的延迟作用和气温升高引起冻融关系变化等原因,2011-2014年水源区河川径流量与多年平均值相比减少25.3%。     

黄河上游牧草区水热变化及土壤水分响应

利用月降水、气温等资料,分析甘南草原地区水热配置和土壤水分变化。结果表明:牧草生长期降水增多,成熟期降水减少;逐月降水、气温变化的线性趋势有明显差异;月降水明显减少和气温明显上升中存在突变,周期谱有明显差别。土壤水分存在显著下降趋势,在1995年发生了突变(转向明显负距平)。土壤水分年际演变与降水同向性较好,年代际变化与气温呈反位相配置;土壤水分演变振荡周期对降水短周期和气温长周期响应明显。     

不同判别方法下四川霾日的气候变化特征

根据近34年(1981—2014年)156个四川地面站的地面观测资料,对比分析了在3种霾日判别方法下霾日的空间分布、季节变化、年代际变化特征以及气候趋势系数的分布特征.利用Morlet小波分析法比较了霾日的周期变化特点.结果表明:1原始观测霾日集中于四川盆地的北部;方法一霾日集中于盆地中南部和东部;方法二霾日集中于盆地地区,无代表高值区;方法三分布类似于方法一.2在季节变化上:不同判别方法下霾日的季节变化类似,秋冬霾日多于春夏.3霾日年代际变化明显.原始观测霾日2013年始出现突增;方法二霾日从2001年始有明显增长;方法一与方法三的年代际变化特征相似.4气候趋势系数上:原始观测变化特征不明显;方法一的系数呈现出南北反向变化;方法二与方法一的分布相似;方法三中系数的正负值区较为集中.5小波变化上:原始观测中霾日无明显周期变化,判别方法一、二、三均有各自的周期变化特点.     

基于小波变换的兰州市近十年空气污染指数变化

对兰州市近10年逐日空气污染指数的时间序列采用一维连续Morlet小波进行小波变换分析,研究了该市大气污染时间序列的多尺度变化特征、主周期和影响因素.结果表明:兰州市近10年空气污染指数在不同时问尺度上具有不同的"高一低"交替演化规律,且以300 d左右的变化为主周期,100 d左右的变化为次周期;受地形条件的影响,大...     

珠江三角洲地区2006年颗粒物污染过程识别与分析

利用Matlab小波分析工具,分析了珠三角(珠江三角洲)地区2006年PM₁₀的突变特征,并对典型区域性颗粒物空气污染过程进行了识别.结合全球资料同化系统(GDAS)气象数据,运用HYSPLIT v4.9模式,以4个典型空气观测站点的数据为基础,分析了高污染过程期间后向气流轨迹的特征和区域ρ(PM₁₀)的变化与输送过程,并对比分析了污染超标日和非超标日的ρ(PM₁₀)与风速、相对湿度、平均温度及地面平均气压等常规气象要素之间的关系.结果表明:影响珠三角地区颗粒物高污染时段输送的气流主要来源于内陆东北气流和沿海气流.本地排放和区域城市间传输是造成珠三角地区颗粒污染过程的主要原因.静风或极小风,以及较高地面平均气压是影响珠三角地区PM₁₀污染的主要气象要素.      

1951-2008年东北地区水分盈亏量时空格局

基于1951-2008年东北地区106个气象站点的实测数据,利用Penman-Monteith公式计算潜在蒸散量,并将气候水分盈亏量表示为同期降水量与潜在蒸散量之差。最后,通过Kendall秩次相关趋势分析、Morlet小波函数、Mann-Kendall突变检验等方法探讨了东北地区水分盈亏量的时空变化特征。结果表明:①1951-2008年,东北地区多年平均水分盈亏量在-850~650 mm之间变化,呈自东向西、自北向南、自东北向西南逐渐减少的空间变化趋势;②东北地区106个气象站点中有97个站点的水分盈亏量呈下降趋势,其中28个站点的下降趋势能通过P<0.05的显著性检验;③全区平均、海拉尔、长春、宽甸年际波动明显,多年平均值依次为-283.60、-427.25、-362.58、334.91 mm,四者的水分盈亏量年内分配不均匀,最小值出现在5月,最大值出现在7-8月;④水分盈亏量存在周期结构性,偏高期、偏低期交替出现,全区平均、海拉尔、长春、宽甸的第一主周期依次为26、28、25、9 a,水分盈亏量还具有突变特征,全区平均在1999年发生了一次减少突变,长春在1958、1998年各发生了一次减少突变。