奇异谱分析在GPS站坐标监测序列分析中的应用

利用SSA(奇异谱分析)对测站坐标时间序列进行数据处理,包括数据补缺、趋势项和周期项的识别和提取.奇异谱分析是一种从时间序列的动力重构出发并与经验正交函数相联系的统计技术,可以较好地从含噪声的有限尺度时间序列中提取趋势和周期等信息,目前已应用于多种时间序列的分析中.将奇异谱分析的优点应用到GPS时间序列分析中:利用奇异谱分析对中国地壳运动观测网络GPS数据服务提供的测站坐标(NEU)时间序列(以BJFS(北京房山)站为例)进行补缺,各向插补的均方误差均为mm级;根据降噪重构序列提取坐标时间序列中的趋势成分(N方向-11.688 mm·年-1,E方向29.585 mm·年-1,U方向2.557 mm·年-1)和周期成分(N,U方向上存在年周期和半年周期,U方向上还存在着1.5年和0.25年左右的周期,E方向上只存在年周期);对完整序列进行重构降噪,即从原始序列中提取有用信息而丢弃一些干扰信息,起着平滑作用.试验结果表明,BJFS站的各方向上均存在显著的变动周期和明显的趋势,也有较多的噪声信息.     

GNSS站坐标序列速度和振幅变化的探测与分析

提出一种GNSS(global navigation satellite system)站坐标序列速度和振幅变化的探测算法.该算法根据二叉树原理遍历搜索所有可能发生变化的历元,并进行速度和振幅变化的建模分析,再采用F检验确定模型的显著性.模拟数据验证算法的正确性后,将该算法应用到中国地壳运动观测网络五个基准站的高程实测数据的探测与分析中,结果表明本文的模型相较于传统的时间序列拟合模型,拟合优度更高,更能反映数据的真实变化趋势与细部变化特征.     

东北地区50年气温序列特征及趋势研究

利用东北地区101个气象站的1958-2007年的年平均气温资料和小波分析方法,对50年来气温的时间序列特征及气温变化特征进行了研究,并对未来气温变化趋势进行了估计.结果表明:50年来东北地区的平均气温呈升高趋势,尤其在20世纪80年代末以后升高趋势更加显著,一次线性拟合的气温倾向率为0.33/10a.气温存在近6a和23a左右的强震荡周期,其中还存在一个相对偏弱的11a左右的震荡周期.根据气温的周期,估计东北地区近期的温度变化可能有降低趋势.     

长江中下游地区1月降水变化特征

利用58a长江中下游地区25个站的1月降水资料和逐年1月大气环流资料,分析了长江中下游地区1951-2008年1月份的降水变化特征。结果表明:长江中下游1月降水总体呈4.44mm/10a的增加趋势,存在10-12年的年代际周期和4年左右的年际周期,且在1988年出现了从减少趋势到增加趋势的突变点。长江中下游1月降水的趋势系数分布为全区一致增加,且趋势系数由北向南增加。     

云南地震活动的时序特征

根据云南地震目录,尝试用频谱分析法对云南45年期间的地震活动时序特征进行研究.利用震级和能量时间序列特征分析地震活动的平静与活跃期,并通过时间域和频率域的转换,结合云南地震活动的历史背景讨论了云南地震的主要活动周期,并且对云南地震活动的时间特征及未来地震活动可能性进行了探讨.     

山东CORS站噪声特征分析

针对不同区域坐标时间序列的周期和噪声特性存在差异问题,以山东27个连续运行参考站(CORS站)2015年至2018年的数据为研究对象,在数据预处理的基础上,对各站点坐标分量的周期和噪声进行研究。结果表明:水平方向存在着明显的线性运动,垂直方向的周期运动较为规律;坐标分量的谱指数显示大部分站点的噪声模型为白噪声+闪烁噪声。为合理地确定噪声模型,采用最大似然估计法,确定了山东CORS坐标时间序列N方向的最佳噪声模型为白噪声+闪烁噪声,E、U方向的最佳噪声模型为白噪声+闪烁噪声+随机漫步噪声。     

The Preliminary Study of Holocene Temperature Centennial scale Natural Variability

全球变暖是目前最为重大全球变化事件,全球变暖的未来趋势是关注的焦点之一,过去全球变化的研究,为预测未来气候变化提供了背景资料.采用中国全新世百年分辨率气温集成序列,利用傅立叶分析技术进行周期分析,并结合全新世环境记录的研究结果,以6000a、4000a、3000a、2400a、1200a、1091a、1000a、923a和706a做为自然变率的谐波准周期,对集成序列进行拟合,结果表明：拟合序列与集成气温变化趋势基本一致,能较好的拟合全新世百年尺度冷暖变率,对集成序列的方差解释量达到81%.并利用周期外延的方法预测了未来百年尺度的气温自然变率,未来500年气温将呈现下降趋势,在2300～2400AD气温较现代低1℃左右.太阳因素与全新世气候的周期性变化关系显著,但太阳驱动气候变化的模式复杂,在千-百年尺度利用太阳活动来预测未来气温具有不确定性.     

基于卫星观测数据的南中国海海平面变化与分析

本文利用美国宇航局和法国空间局联合公布的最新版本Jason-1卫星高度计数据,选取DNSC08模型为参考海平面,计算了2003～2007年共6年的南中国海海平面变化和全球平均海平面变化,采用最小二乘拟合提取出了南中国海和全球海平面变化的长期性趋势与季节性变化特征,并分析了两个区域变化之间的相关性。结果表明,南中国海长期趋势为1.26cm/a,全球变化长期趋势为2.1mm/a,两个区域之间的原始海平面变化时间序列相关为0.6,而其季节性变化特征相关性达到了0.97,但受近岸环境影响,南中国海局域海平面变化各项幅度均远大于全球变化。     

利用周期性预测未来百年中国气温变化

全球变暖是目前最为重大全球变化事件,全球变暖的未来趋势是关注的焦点之一,过去全球变化的研究,为预测未来气候变化提供了背景资料.采用中国全新世百年分辨率气温集成序列,利用傅立叶分析技术进行周期分析,并结合全新世环境记录的研究结果,以6000a、4000a、3000a、2400a、1200a、1091a、1000a、923a和706a做为自然变率的谐波准周期,对集成序列进行拟合,结果表明：拟合序列与集成气温变化趋势基本一致,能较好的拟合全新世百年尺度冷暖变率,对集成序列的方差解释量达到81%.并利用周期外延的方法预测了未来百年尺度的气温自然变率,未来500年气温将呈现下降趋势,在2300～2400AD气温较现代低1℃左右.太阳因素与全新世气候的周期性变化关系显著,但太阳驱动气候变化的模式复杂,在千-百年尺度利用太阳活动来预测未来气温具有不确定性.     

区域GPS网共模误差的提取与分析

区域GPS网坐标时间序列中存在共模误差,掩盖了测站自身的形变特征.通过主成分分析和小波谱分析对山东CORS内15个站点组成的区域GPS网进行了空间滤波,提取其共模误差并得到共模误差的频率特征.滤波后各测站相对ANQI站的相关系数在N、E、U三个坐标分量上分别平均下降了74%、85%和75%.结果发现,共模误差序列中存在年周期、半年周期、季节性周期和月周期信号,各周期信号的强度和信号出现的时间也不尽相同;电离层、对流层、潮汐等原因引起的误差是共模误差产生主要原因.     

云南年降水多周期叠加与连续特大气象干旱关系及趋势预估研究

选用Morlet连续复小波变换(cmor)分析1959—2012年云南全省125个气象站的逐年站平均降水时间序列的多时间尺度周期分布特征,解析云南2009年以来降水异常特少导致连续特大干旱的成因,用各主周期的小波系数实部数据建立虚拟变量回归模型,模拟年降水距平的时间演变,预估未来5 a逐年降水趋势.结果表明:云南年降水存在明显的26、16~17、9~10、4 a 4个时间尺度不同的振荡主周期; 其中26 a周期最为明显,且最持续稳定,次明显的是9~10 a周期,也有持续稳定的特点;1992年前、后的振荡主周期差异明显;自2009年以来,4个不同时间尺度的主周期均进入或处于谷期,4个主周期谷底效应的叠加,是云南降水连续4 a异常偏少导致连续特大干旱的重要成因之一;云南的降水偏少时段可能在2014—2015年结束,以持续年降水异常偏少为特征的云南连续特大气象干旱也将可能随之结束.     

1951年～2014年武汉市极端降水事件变化特征

基于1951年～2014年武汉市逐日降水资料,应用线性趋势法、Mann-Kendall检验和复值Morlet小波分析,研究了武汉市极端降水事件的变化特征.结果表明：极端降水事件的线性变化趋势不显著,1日最大降水量(Rx1day)的线性倾向率为－1.97 mm/10a,5日最大降水量(Rx5day)、强降水量(R95p)和大雨日数(R25)的线性倾向率分别为4.96 mm/10a、10.92 mm/10a和0.28d/10a.极端降水指数的年际波动剧烈,年代际差异显著,大致可将其划分为偏高期(1951年～1964年)、偏低期(1965年～1978年)和偏高期(1979年～2014年).Rx1day的波动幅度在整个时间序列逐渐收敛,而Rx5day、R95p和R25在偏高期波动幅度较大.Rx1day大体上经历了减少—增加—减少—稳定的变化趋势,而Rx5day、R95p和R25经历了减少—增加—减少—增加的变化趋势,R95p在1978年变化趋势显著.Rx1day、Rx5day和R95p均存在11 a左右的周期变化,此周期具有全域性及较好的连续性,R25的一主周期为17 a,其信号稳定且贯穿整个时间序列.     

宜宾市近60年气温变化特征分析

以宜宾气象观测台站1951-2010年的气温观测数据为基础,利用线性趋势分析、Morlet小波分析和R/S分析等方法,揭示近60年来宜宾市年平均气温变化趋势、年平均气温时间序列的小波变化特征及气温变化在不同时期的震荡幅度,并利用H指数对未来气温变化进行预测.结果表明:近60年来,宜宾市年平均气温升高的趋势较为明显,且存在多时间尺度的周期变化特征,出现明显的冷暖交替现象,在交替变化中有3个明显的时间尺度特征,分别是5~11a、20~31a和38~60a左右;气温的Hurst指数为0.305 7,说明宜宾市年平均气温具有较强的反持续性,未来气温可能会呈现下降趋势.     

近52年来江西省气候变化特征研究

利用江西省15个气象站1958年～2009年的逐年气温、降水数据,采用线性倾向率、滑动平均、偏最小二乘回归(PLS)、M-K检验和Morlet小波等方法,对江西省气候变化趋势、突变情况和周期特征等进行了研究.结果表明:近52年来江西省年平均气温有显著的上升趋势,上升速率为0.16℃/10 a,进入90年代后这一趋势尤为明显;降水量的线性倾向率为15.135 mm/10 a,但没有通过显著性检验,说明降水量变化不明显.突变分析中,气温发生突变的年份为2004年左右,降水没有突变点.周期分析中,气温和降水变化都包含了26 a、13 a、4 a的振荡周期,26 a左右周期在整个时间段上表现十分明显,为第一主周期.通过对比分析可知,气温与降水的出现时间有较好的一致相关性,即气温偏高的时期为少雨期,气温偏低的时期为多雨期.     

宜宾市近60年气温变化特征分析

以宜宾气象观测台站1951-2010年的气温观测数据为基础,利用线性趋势分析、Morlet小波分析和R/S分 析等方法,揭示近60年来宜宾市年平均气温变化趋势、年平均气温时间序列的小波变化特征及气温变化在不同时 期的震荡幅度,并利用H 指数对未来气温变化进行预测.结果表明:近60年来,宜宾市年平均气温升高的趋势较 为明显,且存在多时间尺度的周期变化特征,出现明显的冷暖交替现象,在交替变化中有3个明显的时间尺度特 征,分别是5~11a、20~31a和38~60a左右;气温的Hurst指数为0.3057,说明宜宾市年平均气温具有较强的反 持续性,未来气温可能会呈现下降趋势.     

东北地区GPS时间序列分析

介绍中国东北地区GNSS基准网的站点分布及地质背景,阐述了GNSS基准站时间序列周期特性的理论方法,重点分析了快速傅里叶变换、谱分析、小波分析等方法。通过对"陆态网络"东北地区GNSS基准站图像的分析及数据处理,得到了周年及半周年振幅值,从而分析出中国东北地区GNSS站各方位的周期特性。     

变化环境下桂林市降雨趋势及周期特征分析

为探讨在变化环境下降雨的变化特征,基于广西桂林市1951~2014年降雨序列,首先采用Mann-kendall突变检验法确定降雨序列的突变年,并以突变年为分界点分离出变化环境下的降雨序列;然后采用线性趋势、累积距平和Mann-kendall等分析变化环境下的降雨序列趋势特征,最后通过Morlet小波分析方法分析了变化环境下降雨序列的周期特征。结果表明,降雨序列在1970年发生突变,1970~2014年为变化环境下的降雨序列;变化环境下降雨总体呈现下降的趋势,下降幅度为3.968 mm/a,但下降趋势不显著;受环境变化的影响,降雨序列存在5~8 a、18~29 a的多时间尺度相互嵌套周期特征,第一主周期为28 a,第二主周期为7 a。     

中国月降水分布类型的若干统计特征

采用主优势型展开等方法对我国100个站1951～1985年共420个月的逐月降水资料序列进行分析.结果表明:我国降水的主优势型(空间驻波型)有7种.对各主优势型对应的时间系数的功率谱分析结果表明有6个周期带:2～4个月、5～7个月、9～11个月、准2a、3.5a左右,11a 左右.     

陕西省1961年～2011年气温和降水变化趋势及突变分析

利用陕西省20个气象站台1961年～2011年的月降水量和月平均气温数据,采用线性趋势法、Mann-Kendall法、累积距平法和Morlet小波分析等研究方法,对陕西省近51年来的气候变化趋势和突变现象进行研究分析.结果显示：近51 a来,陕西省年均温呈现出显著上升的趋势,其气候倾向率为0.203℃/10a,在1988年～1989年左右发生了由低温到高温的气温突变;其年均温的增长率呈现出南北高、中间低的趋势,增温幅度表现为南北强、中间弱的特点.陕西省年降水量呈现出波动下降的趋势,其变化速率为－13.491 mm/10a,在1985年年降水量发生了由多到少的突变;年降水量的下降速率呈现出由南往北逐渐增加的趋势.Morlet小波分析表明,陕西省年均温存在24a左右的强显著周期,此外还有9 a和4 a的小尺度变化周期;年降水量存在24 a左右的强显著周期,还有8 a和3 a的小尺度的变化周期.通过以上分析,近51 a陕西省总体气候呈现明显的暖干化趋势.     

全新世寒冷事件与气候变化的千年周期

在统计10000aBP以来我国每百年中寒冷事件记录的频率的基础上,分析了寒冷事件的时间分布特点和频率序列的功率谱.结果表明,10000aBP以来的冷暖变化在500,1000和1300a的周期是明显的.其中,两个相邻寒冷事件的平均时间间隔与500a周期相对应,间隔一个事件的两个寒冷事件之间的平均时间间隔与1000a周期相对应.而包括一长(400～800a)一短(100～200a)两个寒冷时段的一个气候旋回与1300a左右的周期相对应.为千年周期的存在提供了进一步的证据.