多尺度突变现象的扫描式t检验方法及其相干性分析

阐明了将检测两子样本平均值之差的学生氏t检验推广到对多尺度突变现象进行扫描式检测的计算方法 ;对于t检验要求序列独立的限制 ,引用了初步的订正方法 ;还给出了检测两个序列间多尺度突变相干性的计算公式 .扫描式t检验不仅具有相当于子波变换检测多尺度突变现象的功能 ,而且解决了子波变换检测突变时缺少临界值的问题 .由于t统计量包含有二阶矩均方差 ,它不能像子波变换那样作为分解工具 ,但检测的尺度参数也就不必局限于 2的整数幂 ,因而可以进行扫描式检测 .应用于尼罗河年最高与最低水位历史序列(AD62 2— 1 470 ) ,能较客观和精确地检测出两序列在某些尺度上的相干性 (同步或反位相 )变化 ;并由此重新划分了该流域几十年至百余年时间尺度的相对干湿期 .

扫描式t检验的新应用:对美国西部近8000年干湿期的划分

文章应用扫描式t检验算法,对美国西部近8000年来树木年轮重建的内华达州(Nevada)第3气候区年度降水量序列,进行了多尺度突变现象的检测。由检测得到22个突变点,将该序列划分为23个相对干、湿的气候时段。经过对取自内华达州Pyramid湖底沉积物中的TIC和δ18O记录,与该降水量重建序列之间作突变相干性的分析,以及引用已发表的相关研究文献进行验证,每个时段都能够得到或多或少的旁证。同时还与全球气候变化及中国的气候变化进行了比较。由此考验了扫描式t检验及其相干性分析算法的实用性,同时也表明该降水量重建序列,对于研究美国西部百年际尺度上的气候变化具有相当好的参考价值。由于TIC和δ18O记录是每隔3年至14年不等时间间隔上取样读数的,相应地开发了针对不等时间间隔取样序列的扫描式t检验及其相干性分析算法。

汾河流域降水量时空分布变化对汛期的影响

合理地确定汛期是进行水库洪水调度的前提,对于流域、水库防洪及水资源的合理应用等具有重大意义。基于1957~2014年汾河流域13个气象站降水量资料,采用Mann-Kendall检验方法、Cramer法、Yamamoto法及Pettitt法检测突变点,以此突变点为分界线,采用扫描式滑动t值法研究突变年前后汛期的起止时间,采用PCA-Fisher最优分割法研究气候突变年前后汾河流域汛期分期的变化。结果表明,汾河流域降水量突变发生在1982年,汾河流域降水量突变年后多年平均降水量明显减少。在汾河流域降水量减少的同时,流域内降水量的年际分配越不均匀,突变年后各年内汛期起止时间波动幅度上升,从而导致流域内汛期提前并延长。