基于小波与BP神经网络的太阳黑子时间序列分析预测

太阳黑子年平均数序列是典型的非线性、复杂时间序列.本文利用小波变换,将太阳黑子年平均数序列进行分解重构,对信号的周期特性进行分析,然后采用BP神经网络对重构信号进行预测,建立太阳黑子年平均数的预测序列.结果表明,该模型具有较高的预测精度.     

太阳黑子周期与行星的引潮力

太阳黑子周期的复杂性增加了人们发现其规律的困难,本文对黑子长、短周期进行了统计分析,发现长周期存在7.1年、14.2年、21.3年、28.4年、42.6年的系列,短周期的时变性比长周期的更明显.对黑子周期的外部触发机制做了讨论,发现黑子周期与行星周期之间有良好的对应关系.     

用数字信号处理方法分析太阳黑子活动的周期性

太阳黑子数是描述太阳活动水平的主要指标,太阳活动直接影响人类健康和人类赖以生存的环境—地球;依据数字信号处理原理,采用多种处理方法,分析处理了1770-1869年的太阳黑子数年均值;得出了太阳黑子存在11-12年周期的结论.结果表明该方法对研究太阳活动规律乃至天体规律是有效的.     

太阳黑子数时间序列的R/S分析

对估算HURST指数的R/S(重标极差)分析法做适当的改进,突破时间序列的长度是合数的限制,使得改进的R/S分析法更具有普遍适用性.比较两种方法计算月均太阳黑子数的HURST指数,发现用改进的R/S分析法比R/S分析法得到的HURST指数稍小点,两种方法均表明太阳黑子数时间序列具有长期记忆性.     

基于混沌理论的太阳黑子数时间序列预测

研究基于最大Lypunov指数的预测方法在太阳黑子数时间序列预测中的应用,并在原方法中运用Wolf算法对原方法进行了改进.预测结果表明,改进后的方法比原方法和用回归模型预测的方法有更高的精度.     

第24太阳周太阳黑子数平滑月均值预报

首先分析和检验了提出的相似周方法对第23太阳周各月的黑子数平滑月均值作的预报．然后依据对第24太阳周上升相长度和黑子数平滑月均值的极大值的预报,在假设极大值预报误差为20％,上升相长度预报误差为±7个月的条件下,从已有的23个太阳周中选取了第2,4,8,11,17,20和23周为第24太阳周的相似周．并且用两组相似周,第一组包含上述7个太阳周,第二组只包含第11,17,20和23周,分别对第24周的各月的黑子数平滑月均值的时间变化作了预报．最后,综合考虑了第24周起点的预报和最新的太阳黑子观测数据,对预报出的时间变化曲线给以时间定标,作出了第24周自2007年10月到2018年4月共127个月的黑子数平滑月均值的预报．     

电离层TEC预报中同化编辑器的设计

通过对GPS观测及导航数据的分析,给出了用于电离层TEC预报的同化数据格式,并在此基础上用VC++实现了TEC同化编辑器.     

太阳黑子群周期的小波分析

采用小波分析,分析了1610～1995年期间黑子群的周期随时间演化的特征. 分析结果表明,太阳黑子群存在3种明显的周期,分别为11,115和190 a左右的周期. 11 a周期的幅度起伏很大,115 a有小的起伏而190 a周期的幅度非常稳定. 在1960年左右11 a周期的幅度最高,而在Maunder极小和Dalton极小期它的幅度非常低. 115 a周期的幅度在Maunder极小和Dalton极小期比11 a周期的幅度高得多,在1610～1995年期间190 a周期的幅度都比115 a周期的幅度高,而在1960 a左右115 a周期的幅度和190 a周期的幅度都比11 a周期的幅度要低得多.     

电离层TEC的混沌特性分析及预报

利用海口、广州、满洲里、兰州、北京和乌鲁木齐2003年的电离层电子浓度总含量(TEC)数据讨论了电离层TEC的混沌特性及其预报.采用自相关法确定延迟时间τ,综合Cao算法和饱和关联维法(G-P算法)的结果确定嵌入维数m.结果表明:当τ=2,m=6时,可对电离层TEC进行相空间重构,且重构后轨迹的李雅普诺夫指数均为正,应证电离层TEC具有混沌特性.在此基础上采用相空间重构和支持向量机相结合的方法对以上6个站点2003年的电离层TEC数据进行预报,将得到的结果同常用的加权一阶局域法与自适应预报进行比较,发现其预报效果最佳,预报的平均相对精度相对于加权局域法均提高10%以上,最大提升了31.1%;预报的相对精度大于95%的占50%以上,而自适应预报只有25%左右.     

Wavelet analysis of sunspot relative numbers

The time series of the monthly smoothed sunspot numbers in 1749-2000 is analyzed with the wavelet.The result shows that besides the known time-variation of the period about 11 years, other main periods of the sunspot numbers, such as the periods of about 100 years and so on,vary with time. We suggest that the time-variation of the main periods is the manifestation of the complex variation of sunspot numbers. It is significant to make a thorough study of the character and mechanism of the time-variation of the periods for proving prediction of sunspot numbers, especially for understanding the variation process of sunspot numbers.     

Cross wavelet analysis of the relationship between total solar irradiance and sunspot number

Using the observational data of total solar irradiance (TSI) from 1976 to 2006, the evolution of total solar irradiance and the rela-tionship between TSI and sunspot number (SSN) have been analyzed with the wavelet technique. The results of the continuous wavelet transform (CWT) indicate that the TSI has multi-scale evolutionary characteristics. In the low frequency band, the TSI and SSN show similar variation with a significant and steady oscillation period from 8 to 11.4 a. While in the high frequency band, only around the maximum time of solar cycles, both the TSI and SSN present a significant intermittent oscillation period from 2 to 6 months. The results of the cross wavelet transform indicate that there is significant in-phase resonance oscillation between the TSI and SSN in 8–11.4 a band, where the variation of the SSN is 2 months ahead of that of TSI. Those results confirm the SSN as the primary cause for TSI’s periodic variation in the time scale of 8–11.4 a. However for the 2–6 month band, significant resonance periodicity is observed only within the maximum time of solar cycle, but the phase relationship between the TSI and SSN is unsteady. Finally, a reliable TSI monthly series from 1878 to 1975 is reconstructed and tested.     

Phase relationship between the relative sunspot number and solar 10.7 cm flux

A range of analysis approaches,namely continuous wavelet,cross wavelet,and wavelet coherence analyses,are employed to clarify the phase relationship between the smoothed monthly mean sunspot number and solar 10.7 cm flux(F10.7).Analysis shows that there is a region of high spectral power sitting across the Schwabe cycle belt,where the two time series are in phase.However,analysis of the cross-wavelet transform and wavelet coherence unveils asynchronous behavior featured with phase mixing in the high-frequency components of sunspot activity and solar F10.7,which may explain the different activity properties of the photosphere and corona on a short time scale.     

太阳活动峰年和谷年期间黑子群与耀斑的统计分析

基于NOAA/SWPC公布的太阳活动数据,我们选取第24太阳活动峰年附近的12个连续月份(2011年7月至2012年6月)和第23太阳活动周谷年附近的12个连续月份(2005年7月至2006年6月),统计了这两段时间中太阳黑子群和耀斑的活动规律,并根据时间、黑子群分布纬度、寿命和磁场类型等对峰年和谷年进行了详细分析和比较,主要结论如下所述.(1)黑子群数随时间的变化在峰年和谷年均比较随机,峰年期间黑子数比谷年增多1.5倍左右.耀斑爆发与黑子群活动具有良好的相关性,但峰年期间存在某个月份耀斑数很少的现象,而谷年期间存在某个月份耀斑数集中增多的现象.(2)无论峰年还是谷年,δ类型黑子群的耀斑产率(耀斑总数与黑子群总数之比)最大,但β型黑子群产生的耀斑爆发最多.耀斑产率与磁场类型有密切关系,但与其所处太阳活动周中的阶段无关.(3)黑子群和耀斑的纬度分布的南北不对称性,以X级耀斑最为显著.峰年较谷年的耀斑数增加主要集中在C级和M级.(4)耀斑产率同黑子群寿命具有良好的相关性,但黑子群的数目同它们的寿命之间没有明显的规律.     

基于小波相干的武夷山NDVI与环境因子的关联性分析

为了揭示武夷山世界遗产地植被覆盖与其影响因素的空间尺度变化规律,利用武夷山世界遗产地2009年的TM遥感影像及DEM、居民地、道路、河流等数据,运用小波相干分析方法研究该地区两条样带上归一化植被指数(NDVI)与高程、坡度、坡向、距最近居民点距离、距最近道路距离以及距最近河流距离等环境因子的相关性.研究表明,NDVI与环境因子的关系随尺度变化,在大中尺度上NDVI与海拔、坡度、坡向显著相关,其中海拔是主导控制因子;海拔600 m以下,NDVI与海拔为正相关,而600 m以上,NDVI与海拔的关系在东南季风的迎风坡为正相关,背风坡为负相关,海拔大于1 200 m的区域为负相关.     

功率谱分析方法在周期分析中的应用

以谱估计理论为基础,对周期图谱分析方法和最大熵谱分析方法进行了简要阐述。通过模拟信号验证了它们分析周期的可行性,并把这两种方法应用到提取太阳黑子数1750年至2008年的平滑月均值的周期分析中,获得被分析资料中隐含的平均周期分别是10.1年、11.1年、11.9年、105.3年,这个结论和实际观测非常一致。并对这两种周期分析方法进行了比较。     

基于近红外光谱的脑氧参量与血压信号的小波交叉谱分析

提出了一种有效的方法来研究近红外（Near-infrared）血氧信号与血压之间的关系,揭示脑中风发生的机理,为脑中风早期诊断提供一种有效的辅助检测手段。总共采集和分析了51位志愿者（24±2岁,19人;70．8±5．2岁,32人）的血氧红外信号和血压信号。血氧信号与血压信号之间的相关性用交叉小波（Cross Wavelet Coher-ence）进行分析。结果表明,脑血氧与血压脉动在时频域上有较强的共同能量;特征频率段相干图表明二者在第一和第二频率段具有显著的相关性。对血压与血氧脉动信号的相关性统计分析表明,老年人脑氧脉动信号中,心率脉动成分与年轻人有显著性差异（P=0．002,F=11．215）。结果表明,与年轻人相比,老年人心脑血管有明显硬化,老年人心脏脉动到脑部脉动传递增强。     

1644-1911年云贵地区旱涝灾害的周期特征以及对太阳黑子活动的响应

为探究历史时期气候灾害特征及影响因子,建立了清代1644-1911年云贵地区的旱涝指数序列,采用滑动t检验和总体经验模态分解（EEMD）分析了清代云贵地区旱涝灾害的突变特征和多时间尺度周期性特征,研究表明：清代云贵地区旱涝指数整体较平稳,呈现先明显增加后减少,然后趋于平稳,清末又明显增加的趋势,旱涝指数序列具有多个跃变点,且具有显著的2.8 a和6.6 a年际周期,13.0 a和40.2 a的年代际周期.由旱涝灾害年次和年均县次比的空间分布图发现,其具有同旱同涝的空间分布特征.由于13.0 a的周期与太阳黑子相对数序列的周期接近,故采用交叉小波分析着重探究了太阳黑子活动对云贵地区旱涝变化的影响,发现云贵地区旱涝指数序列同太阳黑子相对数序列在3~6 a的时间尺度具有强凝聚性共振周期.     

Problems in wavelet analysis of hydrologic series and some suggestions on improvement

Applying the wavelet theory and methods to investigate the hydrologic processes such as precipitation and runoff is a hot field. However, several aspects in research are usually ignored: the effect of admissible condition of wavelet functions and the disturbance of noises for the detection of periods, the effect of the length of a hydrologic time-series on the final result, and the choice between the anomaly and the original time series for wavelet analysis. In this paper, these issues are fully discussed. Precipitation data from Lanzhou Precipitation Station are taken for case study. The result indicates that in the wavelet analysis of hydrologic series, denoise methods should be used to eliminate the influence of noises. The MexHat wavelet function satisfies the admissible condition, which ensures that the periodic properties of hydrologic processes can be well represented by using the MexHat wavelet for decomposition. The affected range of hydro-logic series which should be discarded before analysis is given. It is also suggested that the anomaly series should be used to highlight the actual undulation of the hydrologic series.     

Problems in wavelet analysis of hydrologic series and some suggestions on improvement

Applying the wavelet theory and methods to investigate the hydrologic processes such as precipitation and runoff is a hot field. However, several aspects in research are usually ignored: the effect of admissible condition of wavelet functions and the disturbance of noises for the detection of periods, the effect of the length of a hydrologic time-series on the final result, and the choice between the anomaly and the original time series for wavelet analysis. In this paper, these issues are fully discussed. Precipitation data from Lanzhou Precipitation Station are taken for case study. The result indicates that in the wavelet analysis of hydrologic series, denoise methods should be used to eliminate the influence of noises. The MexHat wavelet function satisfies the admissible condition, which ensures that the periodic properties of hydrologic processes can be well represented by using the MexHat wavelet for decomposition. The affected range of hydrologic series which should be discarded before analysis is given. It is also suggested that the anomaly series should be used to highlight the actual undulation of the hydrologic series.