主振荡型分析及其在中期天气预报中的应用

对于5天以上的中期天气过程的演变,大气低频变化(时间尺度为10-90天)起主导作用,这种由外源强迫(非均匀加热)和大气内部动力过程共同作用产生的低频振荡的形成和传播是大气运动的基本特征之一。因此,精确地建立低频动力系统模式,对于正确地预测各类低频模态的时空演变是重要的,从而提高5—15天中期降水过程预报的准确率。 一、主振荡型分析方法 实际大气的各类主要低频波动(时间尺度为10—90天)是定义在非静态的基本态附近的大气低频线性动力学过程的固有模     

中国耕地数量变化的突变特征及驱动机制

本文利用子波诊断技术对1949年以来我国耕地面积波动的突变时间及其影响因素进行了多尺度分析。研究结果表明： ①我国耕地面积波动存在5年、13年和27年左右的特征时间尺度,并以13年和27年左右的特征时间尺度为主; ②比较3种尺度下的突变点发现：1953年、1967年、1977年、1985年和1994年为共同的突变点,说明这5年突变强烈,反映了波动的重要特征; ③对主要突变点驱动的分析发现,我国耕地面积的波动绝大多数是由于政策因素驱动所致。另外,影响我国耕地波动的因素还有自然因素和经济因素等。其中,灾害损毁和土地退化是造成耕地下降的主要的自然因素;经济因素主要是人口和GDP。提取并比较在27年的特征时间尺度下的耕地面积、人口和GDP小波变换系数发现,人口和GDP对耕地面积的影响是负向的,它们的增加均会导致耕地面积的下降。     

基于能值分析及小波变换的城市生态经济系统研究——以深圳市为例

深圳市是我国快速城市化进程的典型区域,其城市生态经济系统的结构和功能30年间发生了较大改变。本文运用能值理论,对深圳市1979年-2008年城市生态经济系统资源流、货币流、人口流和信息流等进行核算,利用小波变换分解环境负载率(ELR)时间序列,并对比M-K法分析结果,测度环境负载率突变时间点及其与影响因子间协同关系。结果表明:深圳市1979年-2008年生态经济系统流入能值增加,能值产出下降,可持续发展指数大幅下降,环境负载率不断升高。M-K法验证小波变换结果与Morlet小波作为母函数的小波变换结果基本一致,环境负载率存在3年和13年的特征时间尺度,且3年特征时间尺度下波动幅度小于13年尺度,但两者突变年份基本一致,1994年为最显著突变点。政策扶持、开放的贸易形势、高外部资源依赖是深圳市环境负载率变化的主要驱动因素。     

黄淮海平原及其附近地区干旱时空动态格局分析——基于标准化降雨指数

本文根据中国气候区划图将黄淮海及其附近地区划分为4个气候子区域,利用该区域气象站点1961年-2008年的降水数据计算出子区内各站点的不同时间尺度的标准化降雨指数(Standardized Precipitation Index,简称SPI);通过各子区站点的SPI差异分析了研究区内发生干旱的时空差异及其动态格局。结果表明:在3个月尺度上,A区、B区发生严重、极端干旱的频率较高,然而整个研究区发生总体干旱的频率没有明显区别;在6个月尺度上,A区、B区发生干旱的频率较高,C区、D区发生极端干旱的频率较低,其中安徽北部和河南东部地区发生严重等级干旱的频率较高;在12个月尺度上,A区、B区发生总体干旱的频率较高,C区、D区发生严重干旱和极端干旱的频率较高;就季节性干旱而言,在3个月尺度上,4个子区域发生各等级干旱的频率也存在较大差别。此外,从12个月尺度SPI值时间序列变化趋势来看,1962年-2008年全区干旱有轻微加重的趋势,且整个研究区及其各子区域干旱变化趋势处于波动中,全区20世纪60年代和90年代有明显加重趋势,70、80年代以及2000年以来有减缓的趋势。     

近48年青海干旱的时空特征分析

本文在计算青海34个气象代表站点的1961～2008年年尺度的标准化降水指数(SPI)的基础上,采用经验正交函数展开、滑动t-检验法、Yamamoto法、功率谱方法等诊断方法,研究了青海干旱的时空分布特征及变化规律。结果表明,所得到的干旱典型配置场能较好地反映青海干旱的时空分布特征;第一模态的时间系数序列的极值年份与实际发生的旱涝年份有很好的对应关系;一致性异常是青海年尺度干旱的最主要空间分布模态;青海东部与中、西部及南部与北部干旱呈反相变化也是青海年尺度的干旱特征的两个重要模态;青海的干旱呈减少趋势,并于2002～2003年发生了一次减少的突变现象;近48a来青海干旱存在准3,5,10a的周期振荡。     

基于EWT的电力系统低频振荡参数辨识方法分析

针对目前电力系统低频振荡的分析局限处理而导致的分析结果不精确,提出结合经验小波变换(EWT)和Hilbert变换,以及EWT结合Prony算法的参数辨识算法,基于发电机有功功率的动态量测信息,运用经验小波变换(EWT)实现各低频振荡模态分量的有效分离,从而实现低频振荡模态参数的有效提取。相比于传统方法,有效提高精确度,减小计算量。通过理想和仿真算例验证了所提方法的有效性。     

中国煤炭需求波动规律研究

把握煤炭需求波动规律对于预测煤炭需求趋势和保障煤炭应急供应至关重要.本文运用小波分析等方法对我国煤炭需求波动状况进行了测度.针对年度尺度的数据,小波分析得出煤炭需求波动的主周期为6年,HP滤波方法得出波动周期平均为5.9年,BP滤波法得出的主周期为4.8年.综合比较可看出,煤炭需求波动主周期为5～6年,并且比经济波动滞后1～2年,且存在时隔30多年的大突变点.月度尺度的数据研究显示煤炭需求存在3～6个月的季节波动.基于上述分析,认为煤炭需求波动由周期长度为30～40年的长波、5～6年的中波、3～6个月的短波组合而成,其中最主要的是中波.通过进一步分析,指出导致煤炭需求波动长波、中波、短波产生的主要原因分别为国家的重大经济转折、正常的经济周期性波动、电力需求季节性波动.     

基于经验模态分解的中国生态足迹与生态承载力动力学预测

利用mathcad2001和matlab6.5软件,计算了中国1961年～2005年生态足迹和生态承载力,通过经验模态分解（EMD）方法对其进行分析,在此基础上,建立动力学模型对其未来进行预测,希望能通过对中国生态足迹动态研究,建立一个带有周期波动的动力学预测模型,为研究长时间序列的动态变化提供一个全新的研究方法。通过EMD分析后我们可以得到研究要素的不同时间尺度的演化曲线,将这些曲线看成是系统在不同时间尺度下的特解,则可以根据不同时间尺度的EMD分量的曲线够建起对应的动力模型,如趋势项一般对应于指数或线形动力方程,大尺度的周期分量一般可以对应于正弦或与余弦形式的动力方程,最后我们建立一个总的动力预测模型。研究结果表明：随着生态足迹的增大和生态承载力的减小,中国未来20年的生态赤字越来越大,由2006年的-0.932到2025年的-1.632,接近2倍,发展处于不可持续状态。经验模态分解（EMD）方法能很好的分解出生态足迹和生态承载力的波动周期,符合它们的发展规律,并用动力学预测了它们的发展态势,经拟合表明,预测的结果与实际值误差较小。这说明基于EMD的动力学预测模型是科学的。     

初步采用CI指标分析西藏近50年干旱气候变化特征

利用西藏18个气象站1961～2009年逐日气温、降水实测气象资料,采用气象干旱综合指（CI）对西藏近50年汛期（5～9月）的干旱特征进行了统计分析。结果表明：近50年来西藏各地汛期干旱出现的频率为45.8%～97.9%,定日频率最高,嘉黎最小,沿江一线主要农区均在70%以上;干旱持续时间多年平均在23～50d之间,其中泽当最长,其次是班戈,嘉黎最短;干旱过程强度多年平均为-67～-26,沿江一线较强在-55以下,嘉黎最弱。历年汛期89%以上站点发生轻旱以上等级的干旱年份有18a,且多集中在20世纪60年代、80年代和90年代,其中20世纪80年代5a出现干旱,占27%。西藏各地轻旱、中旱发生频率较高,多年平均大于10d,最高达24d,而严重干旱发生较少,尤其是嘉黎不易发生干旱。近50年来干旱覆盖范围的线性变化趋势不明显。     

鄱阳湖区1959年至2005年降水过程的持续性特征与减灾对策

鄱阳湖区长期遭受洪涝与干旱的侵扰,严重影响着当地的社会生产与活动。为探索减少这一地区洪涝与干旱灾害的有效对策,本研究采用时序距平分析法与基于分形理论的极差分析法相结合的方式,详细分析了鄱阳湖区1959年～2005年近50年来降水的变化过程。结果表明,虽然该地区的降水量在1年长时间尺度上的变化过程主要为分形式的布朗运动,具有长记忆特性,或持续性,但不同站点年降水量序列的分形维度差异很大,彼此相似程度不高。当时间尺度为5年时,Hurst指数在整个区域上的平均值要远比时间尺度为1年时的相应值更接近1.0,而当时间尺度为10年时,鄱阳湖区各站点降水量距平变化的过程呈现高度的一致性,50年来总体以少水期与多水期交替出现的形式变化。特别重要的是,湖区在3月～6月因降水多可能造成洪涝灾害年份的出现具有约10年长的周期。相反,湖区在7月～10月和11月～2月因降水少可能造成旱灾年份的出现尽管并不完全同步,但却均拥有约30年长的周期。持续如此长的少水期使得大量湖区湿地被逐步开耕,因此在鄱阳湖区有效地实施退田还湖补偿政策不仅有利于生态系统的恢复,而且还可极大地减小特大洪水时整个区域遭受灾难性后果的几率与范围。     

非洲粮食产量波动时空格局的定量化研究简

本文采用经验模态分解方法,从洲际、区域、国家等多个尺度,定量分析了1980-2010年非洲粮食产量波动的时空格局,并通过比对粮食产量与粮食单产和播种面积的拟合度,探讨了近30年来非洲粮食产量波动的主要影响因素。结果表明：①1980年以来,非洲粮食产量总体呈上升趋势,短期波动以3年周期为主,长周期约为10年;粮食单产为非洲粮食产量短期波动的主要影响因子;②就各个地区而言,南非地区粮食产量短时间序列波动周期相对较长,为3.75年,并呈缩短趋势;其他各地区短期波动周期均在3年左右,与非洲整体波动水平相近;从长时间序列看,东非长周期时间序列最长,约10年,并呈变长趋势;南非地区次之,约为7.5年;北非和中非地区居末,约为6年;除北非粮食产量波动主要受播种面积影响外,其他地区多受粮食单产影响较大;③就国家水平来看,非洲约71.15%的国家粮食短时间序列波动周期在3年左右,与非洲整体水平相当;非洲绝大部分国家长时间序列波动周期低于10年,强于非洲整体水平;粮食产量水平越高的国家,其粮食产量的波动越小,反之亦然;占非洲耕地64.42%的31个国家粮食产量短期波动主要影响因子为粮食单产,少部分国家为播种面积。     

非洲粮食产量波动时空格局的定量化研究

本文采用经验模态分解方法,从洲际、区域、国家等多个尺度,定量分析了1980-2010年非洲粮食产量波动的时空格局,并通过比对粮食产量与粮食单产和播种面积的拟合度,探讨了近30年来非洲粮食产量波动的主要影响因素。结果表明:①1980年以来,非洲粮食产量总体呈上升趋势,短期波动以3年周期为主,长周期约为10年;粮食单产为非洲粮食产量短期波动的主要影响因子;②就各个地区而言,南非地区粮食产量短时间序列波动周期相对较长,为3.75年,并呈缩短趋势;其他各地区短期波动周期均在3年左右,与非洲整体波动水平相近;从长时间序列看,东非长周期时间序列最长,约10年,并呈变长趋势;南非地区次之,约为7.5年;北非和中非地区居末,约为6年;除北非粮食产量波动主要受播种面积影响外,其他地区多受粮食单产影响较大;③就国家水平来看,非洲约71.15%的国家粮食短时间序列波动周期在3年左右,与非洲整体水平相当;非洲绝大部分国家长时间序列波动周期低于10年,强于非洲整体水平;粮食产量水平越高的国家,其粮食产量的波动越小,反之亦然;占非洲耕地64.42%的31个国家粮食产量短期波动主要影响因子为粮食单产,少部分国家为播种面积。     

中国西北夏季干旱指数研究

根据中国西北5省（区）1960年～2004年125个台站夏季（6月～8月）无雨日数同降水量呈显著负相关的特点，定义了比较合适的干旱指数，并通过该干旱指数分析了中国西北夏季干旱的时空分布特征，结果表明：新疆西南部和青海西南部同其它地方呈反向变化及高原东部同其它地方呈反向变化特征是中国西北夏季干旱指数场的2个最主要的空间模态；中国西北夏季干旱指数场可分为以下5个次区域空间模态:高原东部型、河西走廊型、北疆型、南疆型及西北东部型；在中国西北夏季干旱指数的5个次区域空间模态中，高原东部型近45年来干旱指数表现为一致的增大趋势，南疆型45年来干旱指数表现为一致的减小趋势，而北疆型、西北东部型和河西走廊型干旱指数变化趋势以1982年为转折点，其前后呈相反变化趋势；在中国西北夏季干旱指数场的5个次区域空间模态中，近45年来主要以13年～15年和8年～11年的周期振荡为主，另外部分模态还存在4年～5年的高频振荡周期。     

基于小波变换和优化的LSSVM月径流预测研究

可靠的径流预测能使人们最大限度的协调水资源利用中出现的各种用水矛盾,为及时采取措施进行统筹安排做指导,以便获取最大的效益。对于月径流时间序列的非平稳特性,将小波变换与LSSVM相结合,利用Mallat算法中的db4小波进行3尺度分解及重构,提取出细节信号序列和逼近信号序列,LSSVM分别对每个系数序列预测,针对LSSVM模型参数选择费时费力这一问题,将全局寻优的粒子群算法引入到LSSVM的参数优化中来,构成小波PSO-LSSVM组合预测模型,实例仿真表明,该组合方法的预测精度比PSO-LSSVM模型的高,且参数寻优效果好。     

气候变暖背景下中国西南干旱时空分异特征北大核心CSCDCSSCI

基于相对湿润度的干旱指数,应用1958-2012年中国西南89个国家基本气象站逐日气象资料,研究中国西南干旱时域变化、空间分布和次区域时空演变特征。结果表明:1958-2012年西南平均干旱区域占总面积的30%左右,川西高原、川西南山地和云南中北部区域干旱发生频率在60%以上,大部分区域干旱强度呈增加趋势。EOF mode 1反映出西南区域干旱强度振荡的位相相同;云贵高原中部易出现异常干旱、振荡强度大且敏感。EOF mode 2特征向量场北部与南部呈反相位分型特征,其形成机制是南部片区的云南高原和贵州高原偏南地区主要受南亚季风影响,而北部片区的四川、重庆和贵州偏北地区主要受青藏高原季风、东亚季风的影响。依据REOF特征向量场结构类型,将研究区域划分为4个次区域;"川西高原异常型"干旱强度显著减弱,由干变湿的突变点在1987年。"四川北部异常型"干旱强度显著增强,由湿变干的突变点在1968年。"云南高原异常型"和"贵州高原异常型"干旱指数均呈波动下降趋势,但未通过显著性检验。     

人民币国际化进程中的风险识别研究——基于在岸和离岸人民币汇差的实证分析

从汇差波动的角度出发,探究了人民币国际化发展进程中,在岸人民币市场和离岸人民币市场的协调发展程度及其潜在风险因素;运用在岸人民币和离岸人民币汇差序列建立GARCH模型,推算得出了近五年来汇差序列的隐含波动率,借以观测其波动特征。研究发现,在大多数时间内,汇差序列呈现稳定波动的特征,但在人民币持续贬值等极端情况下,汇差序列则会表现出异常波动,造成在岸市场和离岸市场汇率失衡,给人民币国际化进程带来不利影响。     

小波分析阿里地区近34年降水变化特征

运用阿里地区三个站(狮泉河、普兰、改则)近34年(1973～2006年)的年降水量资料,通过小波分析方法等对阿里地区近34年来的降水变化多尺度和跃变(突变)现象进行了研究和分析.结果表明:近34年来阿里三个站的降水变化在不同尺度上存在准周期振荡现象;三个站降水也发生了明显的跃变(突变)现象,其中狮泉河共发生6次跃变(突变),改则发生了3次跃变(突变),普兰发生了2次跃变(突变).     

人民币汇率的混沌特征研究

以三种人民币汇率(人民币兑美元、人民币兑日元和人民币兑欧元)为研究对象,对这些时间序列进行平稳化处理,并利用Cao方法确定最小嵌入维数计算出最大Lyapunov指数进行了非线性检验,得出上述汇率所反映的动力学系统是一个高维的复杂经济系统,至少需要8个左右影响汇率的经济变量才能反映该经济系统的主要特征,并且上述汇率波动呈现出确定性混沌的结论。     

开都河源流区径流的非线性变化特征及其对气候波动的响应

非线性是现代水文学研究的重要前沿问题之一,对揭示水文系统变化规律及其复杂性具有重要意义。基于开都河源流区气象和水文站1960-2012年实测数据,采用集合经验模态分解方法,对研究期内开都河年径流时间序列进行多尺度分析,并探讨其在不同时间尺度上的非线性变化特征及其对气候因子的多尺度响应。研究结果表明:(1)近50年来,开都河年径流整体上呈现出显著的非线性增加趋势,且其变化在年际尺度上表现出准2~3a和准4~5a的周期性波动,在年代际尺度上表现出准10~11a和准26~27a的周期性变化;(2)各周期分量的方差贡献率表明,年际振荡在径流长期变化中占据主导地位,年代际尺度在径流变化过程中也起着重要作用;(3)重构的径流年际变化能够较为详细地描述原始径流序列在整个研究时段的波动状况,二者在变化趋势上基本是一致的;重构的径流年代际变化则有效揭示了开都河径流量在1995年出现了由负距平到正距平的转折;(4)在重构的年际尺度和年代际尺度上,降水与径流的相关性都强于气温、潜在蒸发与径流的相关性,说明降水是影响开都河径流变化的决定性因素;而在年代际尺度上降水、气温和潜在蒸发的相关性都要明显强于年际尺度,表明年代际尺度是评价该区径流对气候波动响应过程的较佳尺度。     

太白山地区7月NDVI多尺度周期变化及其对气候因子的响应

多尺度周期变化是植被研究的重要前沿问题之一,对揭示植被系统变化规律及其复杂性具有重要意义。本文基于太白山地区树轮宽度年表重建的近172年的7月NDVI资料数据,采用集合经验模态分解法（EEMD）对其在不同时间尺度上的变化特征及其对气候因子的响应进行了分析,结果表明：①太白山地区南北坡7月NDVI呈微弱的非线性上升趋势,北坡/南坡NDVI分别具有3.3 a/3.5 a、8.1 a/8.8 a的年际尺度周期,以及18 a/19.1 a、36 a/34.4 a和64.8 a/68.8 a的年代际尺度周期。②重构的年际尺度变化较好地呈现了NDVI原始序列的波动细节,而年代际尺度变化则揭示了不同时期内NDVI的增减交替变化。北坡NDVI的年际尺度波动较大,而南坡NDVI的年代际尺度波动略强。③在年际尺度上影响NDVI的主要因素是降水,年代际尺度上影响NDVI的主要因素是气温。④北坡NDVI变化主要受水分因素控制,而南坡NDVI则受热量因素影响更为明显。分析太白山地区NDVI的多尺度变化及其影响因素对研究太白山地区植被生长的变化特征具有重要意义。