淮河流域洪水的分形特征及可预报时间研究

用淮河流域代表性测站蚌埠站的多年逐日流量资料建立了洪水时间序列,在计算洪水序列的分维,定量证明洪水系统分形性和混沌性的基础上,对该序列作R/S分析,计算了序列的Hurst指数及其随时间的变化.分析表明:淮河流域洪水序列是分式布朗运动,具有明显的Hurst效应,H值的时间变化反映了洪水系统的演化特征.通过计算反映洪水相空间特征的参数Lyapunov指数和Kolmogorov熵,分析了洪水变化的可预报时间.淮河流域洪水具有短期可预报性,其可预报时间尺度为4～7年,平均可预报时间为5年.

淮河流域洪涝变化可预报时间研究

在先前研究的淮河流域洪涝变化基本特征、混饨特征、耗散性等基础上，采用Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ熵和Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数谱分析了淮河流域洪涝变化的可预报时间。研究表明，淮河流域洪涝变化长期不可预报，短期是可以预报的，其可预报时间为４～６年，以４年为较合适。

混沌时间序列可预报时间长度分析

以经典混沌序列———Henon映射序列为例,对不同长度、不同噪声水平的序列进行了预报试验.结果表明:(a)纯净序列,序列越长,预报精度越高,同时预报精度衰减速度随之减慢,并且,当序列足够长时,即使较长预报步长的多步预报,仍可取得相当高的预报精度;(b)含噪声序列,其预报精度随步长的增加迅速地呈指数衰减,并且,序列长度基本上不会对预报时间长度产生影响,但噪声水平对可预报时间长度有一定影响,噪声水平越高,可预报时间长度越短.因此,不明确可预报的标准、不考虑序列长度、噪声水平等因素的影响而简单地以最大Lyapunov指数的倒数定义最大可预报时间长度,是不可取的.同样,根据最大Lyapunov指数推断水文过程的可预报时间长度也是不合适的.

一维水文要素时间序列及可预报时间尺度研究

用浑沌理论分析了一维水文要素时间序列的模式特征和中长期预报的可行性 ,并给出了水文要素可预报时间尺度的衡量指标。经过水文系统的实例研究表明 :水文系统具有混沌性 。

从一维气候时间序列直接提取K熵及其可预报时间的估计

对广州１９０８～１９８０年的月平均气温资料，在延拓的ｎ维相空间中直接提取Ｋ熵，得到该序列的Ｋ熵值为０．１８１９，由此得到，月平均气温的平均可预报时间Ｔ＝１／Ｋ，约为６个月。

黄河主要断面泥沙时序可预报时间及趋势分析

选取黄河头道拐、潼关、花园口和利津断面1952—2000年的泥沙含量为时序，分别计算了泥沙时序的K2熵和Hurst指数。结果表明，各断面的款熵变化在0．13～0．38之间，说明黄河流域各级系统均具有混沌特征，并且从上游到下游混沌特性逐渐增强。随着混沌特性的增强其平均可预报时间下降，头道拐断面的可预报时间8a，其余断面为3a。各断面Hurst指数均大于0．68，在可预报时间内泥沙时序具有持续性下降趋势，并用2001—2004年实际数据进行了验证。

Lyapunov指数和可预报时间尺度及其应用

介绍了混沌系统中的Lyapunov指数概念 ,给出了Lyapunov指数的计算过程 ,且计算了我国各地月平均气温Lyapunov指数和最大可预报时间尺度 ,指出Lyapunov指数的量极为 10 -2 ,它们的分布具有明显的地域特性 ,并与气温的变率标准差进行比较分析 。

使用时间—震级可预报模式评估川滇地块边界的分段强震危险性

根据时间—震级可预报模式研究川滇地块边界断裂系统的地震复发规律,利用历史地震记录和断层滑动速率资料得到了相应的时间可预报统计模型和震级可预报统计模型,并对川滇地块边界断裂带8个震源段在未来10年内的强震复发危险性进行概率评估。计算结果表明,综合危险率K值最高的3个震源段依次为小江断裂带(S5段)、红河、曲江、石屏断裂带(S6段)和安宁河—则木河以及大凉山断裂带(S3段),计算得到这些断裂带下次发生地震的震级分别为7.4、7.1和7.1级;其中S5、S3段发震位置位于南东边界,S6段位于南西边界,表明未来10年内川滇地块南部边界发震的危险性高于北部边界;预期的下次发生的最高震级地震位于南东边界。

地震预报唯象模型的适用性研究

滑动可预报模型、时间可预报模型和双限随机应力水平模型是三种相关的地震预报唯象模型．对于一个指定地区，用哪种模型更合理呢？为解决这个问题，本文提出了两种识别地震预报模式适用程度的数据分析方法，利用这些方法可以合理地鉴别出所采用的地震预报唯象模型是否适用于指定地区的地震预报分析．作为例子，本文对意大利弗留利地区和鲜水河断裂带康定段、乾宁段的地震预报模式进行了研究．结果表明，弗留利地区孕震模式符合滑动可预报模型的适用度是0．73至0．92，符合时间可预报模型的适用度是0．08至0．48，符合双限随机应力水平模型的适用度是0.04至0．14．显然，滑动可预报模型应是意大利弗留利地区地震预报模式的最佳选择，这与文献[3]的分析结果是一致的．用同样方法研究原定段和乾宁段则得出相反的结论，康定段和乾宁段符合时间可预报模型的适用度分别是0．80和0，97，而符合滑动可预报模型和双限随机应力水平模型的适用度都很低．说明时间可预报模型应是康定段和乾宁段地震预报模式的最佳选择．本文所提方法直观、简捷，可操作性强，因而，可以用于指导任一指定地区的地震预报的研究，具有广泛的应用前景．

一次飑线过程分析及短时预报探讨

1引言 2005年5月5日下午，福建自西向东在短时间内遭受飑线袭击，先后出现短时雷雨大风，局部地区瞬间最大风速达12级，农作物及果树受灾损失严重，并造成多人伤亡。其影响速度之快、风力之强、受灾损失之严重，均为近十年来所少见。本文利用常规观测资料、自动气象站、多普勒气象雷达探测等资料，对本次强对流天气进行诊断分析。揭示本次飑线过程产生的环流形势、动力条件、及其加强阶段回波的空间结构特点。总结本次飑线过程预报体会，指出飑线短时预报的关健时段及提高可预报时间的有效方法，为飑线天气的定时、定量、定点预报服务提供一些有益依据。

我国北方沙尘暴与强沙尘暴过程的分形特征及趋势预测

沙尘暴是一种常见的灾害性天气现象。由于其爆发的频繁性和危害的严重性，沙尘暴趋势预测的研究已经成为了国内外专家学者关注的热点和焦点。在回顾相关研究进展的基础上，借助于分形理论在处理复杂系统方面的独特切入点，利用1954-2002年中国北方720个气象站的沙尘暴观测资料和681个气象站的强沙尘暴观测资料，分析了近49a来，我国北方沙尘暴及强沙尘暴事件的时序分形特征，并运用R／S分析方法对其变化趋势进行科学预测。研究发现，我国北方地区沙尘暴及强沙尘暴事件具有近似一致的变化态势，即自20世纪50年代以来呈逐渐减少，但近期又相对增多的变化趋势。1954-2002年沙尘暴及强沙尘暴事件的时间序列具有分形特征，其关联维数分别是2．64和3．34；平均可预测时间尺度分别为7～8a和8～9a。Hurst指数能够较好的表征我国北方沙尘暴及强沙尘暴事件的发生规律。根据Hurst指数及其变化趋势可以预测，2002年以后的7～8a内，我国北方沙尘暴事件将具有先增加后减少的趋势；1999年以后的8～9a内，我国北方强沙尘暴事件也将具有先增加后减少的趋势。

海原断裂带西端强震危险性分析

本文在对海原断裂带西端的四条断裂基本特性分析的基础上,根据断层几何,历史地震破裂带及古地震资料等对断裂进行了破裂分段研究,进而利用时间可预报模式的指数震级分布和特征地震模型对各断裂段进行了地震危险性分析计算,结果表明:至1992年本区内的毛毛山—金强河断裂段的平均累积地震数接近1,因此今后一定时段内发生特征震级7.7级左右地震的可能性较大,是该引起足够重视的地段。

非线性局部Lyapunov指数与大气可预报性研究

鉴于线性误差发展理论研究大气可预报性存在的局限性,采用非线性扰动发展方程讨论动力系统误差增长规律,并在此基础上提出一个新概念:非线性局部Lyapunov指数.它与经典Lyapunov指数有本质的区别,可以表征初始误差在有限时间内的局部平均增长率,大小与初值、初始误差、物理量、演化时间、以及时间尺度、空间尺度有关.结合该指数的定义以及大气本身的动力学特征给出合理的计算方法,得到大气初始误差随时间的演化并确定了最大可预报时间.最后以500hPa位势高度为例,详细讨论了非线性局部Lyapunov指数在大气可预报性中的应用,得到的主要结论是:大气可预报性具有明显的空间分布特征.从总体上看,可预报性呈纬向带状分布.赤道上的可预报时间最大,南极地区次之,北极地区也较大,南北两半球的副热带和中纬度地区可预报性最小.在赤道地区,平均可预报时间为12d左右,最大值分布在热带印度洋、印度尼西亚及邻近地区、热带东太平洋等地区,大约为两周.南极地区可预报性也很高,平均可预报时间大约9d,这一特征在夏季更显著.北极地区的可预报性也比邻近中高纬大,但增加不如南极地区明显.南北半球中纬度地区(30°~60°S和30°~60°N)的可预报性最小,平均仅有3~4d.另外,可预报性随季节有差异.北半球大部分地区,对应冬季的可预报性比夏季的大,特别是中高纬北大西洋、北太平洋以及格陵兰岛等地区,冬季的可预报性明显比夏季的大;南半球,南极附近60o^90oS对应夏季的可预报性明显比冬季的大,而其他区域尤其在30°~60°S的可预报时间随季节变化不大,大约3~5d.理论和数据计算结果均说明非线性局部Lyapunov指数以及由它得到的非线性局部误差增长确实可以很好地定量表征各种大气物理量在不同时空域下的可预报性.