1961-2020年华北地区7-8月份极端降水频次趋势转折及可能原因分析

区域性极端降水(Regional extreme precipitation,REP)破坏性强,会造成地质灾害和经济损失。本文利用逐日降水资料,研究了1961-2020年华北地区7-8月份REP频次趋势转折,并探讨其变化的可能原因。结果表明,华北地区7-8月REP天数存在1986、1995和2003年三个趋势突变点,在1961-1985年(P1)和1995-2002年(P3)时段有减少趋势,1986-1994年(P2)和2003-2020年(P4)时段呈现增多趋势。华北地区REP事件发生时有水汽通量辐合,并且中国东北部至朝鲜半岛对流层高层有异常高压(东北高压)存在。P2、P4时期较P1、P3时期东北高压位置偏南,38°N以南的华北地区水汽通量辐合增强,REP天数增多。P1、P2时期异常水汽通量来自印度洋和西北太平洋,而后两个时期只来自西北太平洋,这是东亚夏季风减弱、西太平洋副热带高压(西太副高)增强的结果。东北高压的发展在P1、P3时期与沿中纬度西风急流(急流)传输的波活动通量有关,在P2、P4时期高纬度活动中心发挥作用并且在季节背景上该高压较强,P2时期促使东北高压发展的波活动通量来自急流和高纬度活动中心两支路径,而P4时期波活动通量主要沿高纬度传播。REP天数减少在P1时期主要是东亚夏季风显著减弱不利于水汽向华北地区输送的结果,而P3时期是东亚夏季风减小和急流减弱共同作用所导致的;REP天数增多在P2时期是因为急流的显著增强,有利于东北高压的发展,而在P4时期西太副高的增强保证了东亚夏季风减弱之后向华北地区的水汽输送,并且北极海冰范围减少可能通过影响高纬度活动中心,在急流减弱之后建立了由高纬度向华北地区传输的波活动通量新路径,两者共同作用使得REP天数增多。

基于趋势转折点的时间序列分段线性表示

分段线性表示是时间序列降维的有效方法。在总结分析序列趋势变化特点的基础上,提出了一种基于趋势转折点的时间序列分段线性表示算法。首先定义了趋势转折点作为时间序列分段点的备选集,以点到区域的距离度量趋势转折点的重要性,再根据给定的阈值选择重要趋势转折点作为分段点,对时间序列进行分段线性表示。通过与其他6种方法进行实验比较,结果表明:所提方法在具有较好的拟合质量和适应能力以及对转折点明显的序列,都表现出较强的抗噪声干扰能力。

时间序列的趋势转折点提取算法及应用研究

针对时间序列趋势转折点的提取,提出一种基于矢量转角和极值点相结合的改进算法,并应用到地震观测资料的分析中。结合地震对应规则,对山西断陷带北部小磨流动水准XM1-XM2测线的地震预测效能进行评估。结果表明:1)该算法可用于时间序列趋势转折点的自动提取,提高了人工判别的工作效率,实现了转折点的定量化识别;2)从数据统计的角度考虑,该测线与200 km范围内M4.5以上地震有较好的对应关系,预测效能评估结果R=0.63(R0=0.43);3)2000年以后该测线的地震虚报率较高,分析认为可能与远场强震引起的应力变化有关。

基于时间序列趋势转折点的分段线性表示

在充分利用时间序列时变特征的基础上,以有效地提取序列中的趋势和压缩原始数据为目标,提出了基于时间序列趋势转折点的分段线性表示方法。该方法在有效地提取序列中的趋势和压缩原始数据的同时,能够随着时间序列长度的增长对序列进行划分,具有高效、实现方法简便、效果直观的优点,对于不同领域的数据适应性良好。

唐山台跨断层基线破年变和趋势转折异常的数值模拟分析

唐山地震台多条短基线测线自2012年以来出现的破年变和趋势转折异常现象得不到合理解释。经核实,潜在干扰因素为观测场地附近的大型建筑施工。为定量分析建筑施工对趋势转折现象和年变消失现象的影响,本文基于多年跨断层数据,利用二维线弹性模型有限元方法,对断层运动进行模拟分析。结果显示:场地附近的大型建筑施工会造成断层水平张性运动趋势的转缓,且在时间上与观测异常现象匹配,但不会导致由张性转为压性的运动;同时,建筑施工会造成跨断层基线年变振幅减小,但不会引起年变消失。唐山台基线的短期快速变化和年变消失的异常变化具有较高的可信度,与区域构造运动和应力场改变有关。

1951—2002年全球陆地气温和降水的年代际趋势转折特征

对全球陆地67359个格点1951—2002年的年平均地面气温和总降水量的年代际趋势转折分别进行逐个格点的检验,分析这一时期内全球陆地气温和降水最近一次年代际趋势转折发生的时间及转折后的线性变化趋势.发现20世纪后期,变暖趋势在全球大部分的陆地上都十分显著;全球陆地绝大多数格点的年降水量在20世纪70—80年代发生了一次年代际趋势转折,转折后年降水量为减少趋势的格点大约占全球陆地总格点的45.7%,其余54.3%的格点在最近一次年代际趋势转折发生以后,年降水量为增加趋势.总体上全球陆地不同区域的气候主要向"暖干"和"暖湿"两种不同的趋势转变.全球22个分区的区域平均气温和降水的年代际趋势转折特征的分析结果表明:北美大陆在最近一次年代际趋势转折发生以后的气候"暖干化"趋势较为明显.非洲大陆的气候则在一定程度上趋于暖湿,欧洲以及亚洲大部分区域的气候也趋于暖湿.南美洲南部和澳大利亚西部的情况则较为特殊,在最近一次年代际趋势转折发生以后,气候趋于冷湿.

确定地壳形变观测曲线趋势转折点的定量方法与实例

趋势转折是地壳形变变化的一个重要信息,为定量、精确地提取地壳形变观测资料的趋势转折点,基于改进的有序聚类分析法,采用时窗滑动的方法,提取时间序列的趋势转折点,并编制了相应的程序.以新源地震台地倾斜南北向1992～2006年的观测数据为例,以4年窗长、2年步长滑动计算其趋势转折点.研究结果表明：（1）采用改进的有序聚类分析法提取时间序列的趋势转折点具有明确的统计意义,可减少人为判断的主观和任意性.（2）该方法算法简单,易于实现,可用于日常的地壳形变观测资料的分析预报工作.（3）新源地震台地倾斜南北向观测数据计算结果表明,在2001年之前,趋势转折比较频繁,变化也比较明显,而在2001年之后,趋势转折较少,变化更接近线性.

基于趋势转折点的时间序列模式表示

在时间序列分段线性表示基础上,提出一种新的基于趋势转折点的时间序列模式表示方法。该方法在充分利用时间序列时变特征的基础上,可以有效地提取时间序列中的趋势及压缩原始数据。仿真实验证明,该方法具有高效、实现简便、效果直观的优点,对于油田测井领域的数据适应性良好。

时间序列数据趋势转折点提取算法

时间序列数据蕴含趋势信息,可以根据数据的趋势信息提取趋势转折点,达到压缩数据、减少噪声影响的目的。通过分析时间序列数据的趋势信息,提出自适应数据趋势转折点提取算法。该算法不依赖任何先验知识,根据数据本身的趋势特征自动提取趋势转折点,提取信息包括坐标索引和对应数据。UCR时间序列分类数据集与SEEP、CAP和PAA等算法进行对比的实验结果表明,在多种数据情况下,该算法拟合误差和分类错误率更小,平均拟合误差为0.373 6,分类错误率同原始数据的分类错误率相比减少3.39%。

青藏高原中东部地表感热趋势转折特征及成因分析

利用气候变化趋势转折判别模型(PLFIM)分析了1982-2018年青藏高原(下称高原)70个站地表感热通量趋势转折特征,并从高原地温和气温对同期北半球变暖的响应速度,以及大气环流背景场等方面分析其趋势转折的可能原因。结果表明:(1)高原4个气候区的年平均地表感热均在2000年前后发生了由显著减弱到显著增强的趋势转折,其中Ⅱ区(高原东部)最早发生转折(1999年),其次是Ⅰ区(高原北部)和Ⅳ区(高原东南部)(2000年),Ⅲ区(高原西南部)最晚(2002年)。Ⅱ区和Ⅲ区是高原感热趋势转折的关键区。Ⅱ区感热的变化主要由地温的增温加快使地气温差加大所导致,Ⅲ区则主要受地面风速变化的影响,2000年后地面风速的增加对该区感热的趋势转折有重要贡献。(2)2000年之前,北半球中纬度西风急流偏弱且急流轴位置偏南,同时高原北(南)部到高(低)纬度地区温度异常偏高(低),经向温度梯度和气压梯度减小,使得这一时期高原风速持续减小;2000年之后与之前相反,高原风速的减小趋势在这一时期得到缓解,并逐渐转变为增加趋势,进而造成了高原地表感热变化趋势的转折。

青藏高原中东部地表感热趋势转折特征的季节差异

本文利用气候变化趋势转折判别模型(PLFIM),分析了1982~2018年青藏高原中东部70个气象站点地表感热趋势演变特征的季节差异,并利用线性倾向估计和方差分析方法定量评估了影响不同季节地表感热变化的关键气象要素。结果显示:(1)高原中东部四季平均地表感热通量均存在显著趋势转折特征,整体来看,秋、冬季转折时间较早(1999年),春、夏季稍晚(2000年);分区来看,高原Ⅱ区(东部)的转折时间最早,然后向Ⅳ区(东南部)和Ⅰ区(北部)扩展,高原Ⅲ区(西南部)转折时间最晚。在地表感热趋势转折之前,以夏季的感热减弱最突出,其次为春季和秋季,冬季最弱;在地表感热趋势转折之后,冬季的地表感热的增强最强,其他季节增强趋势相当。冬季和春季高原地表感热趋势转折的关键区分别在高原的东部和南部,夏、秋季的关键区主要为高原的Ⅱ区(东部)和Ⅲ区(西南部)。(2)在地表感热趋势转折之前,地面风速的减小对高原四季地表感热的减弱趋势均有重要贡献;但地表感热趋势转折之后,影响其趋势变化的关键气象要素在四季存在显著差异,夏季仍以地面风速的变化为主导,秋、冬季受地气温差和地面风速变化的共同影响,而春季地气温差的增大成为其趋势增强的主因。同时,在地表感热的年际变化中,地气温差的影响比地面风速更加突出,特别是在秋、冬季,转折前后地气温差始终是决定其年际变化的主导因子,春季高原东部也主要受地气温差变化所影响,夏季在地表感热趋势转折之前,受地气温差和地面风速的共同影响,而转折后,地气温差对其的影响更加突出。

基于趋势转折点边界面积的时间序列分段算法

时间序列数据具有数据量大、维度高等特点,对时间序列数据进行挖掘之前通常先进行分段预处理。传统的基于特殊点分段算法往往只关注该特殊点相邻点或相邻特殊点的变化情况,不能有效表示该特殊点左右两侧的中长期变化趋势,本文提出一种基于趋势转折点边界面积的时间序列分段算法。该方法首先找出趋势转折点,之后寻找该点左右两侧维持趋势的边界点,在寻找边界时允许轻微波动,最后计算这三点构成的面积,以此代表该点的重要性。该算法在真实工业生产数据上实验效果良好,并通过不同领域公共数据集与其他算法进行比较,证明算法有效。

淮北台伸缩应变仪NS分量趋势转折异常的调查与分析

2016年4月淮北台伸缩应变仪NS分量观测数据出现趋势转折异常变化,按照异常核实工作方案,针对观测系统工作状态、观测环境干扰源、气象干扰因素等开展实地调查和数据分析。结果表明,伸缩应变趋势转折变化为非地震异常,主要原因是仪器标定装置内存有异物而膨胀引起。

南北地震带流体资料趋势性转折与强震的关系

对南北地震带及附近的108项流体资料进行趋势性转折变化分析,筛选出变化相对稳定、持续时间3年以上的趋势性转折72次,以2000年为界分2个时段根据转折时间点和形态进行时空特征分析。针对南北地震带北段流体资料在2个时段中存在的突出的群体性特征,结合跨断层水准测量资料,得出北段由2000年之前构造应力状态相对松弛转为2000年之后构造应力大范围增强的初步认识,以期为未来强震趋势判断提供一定的参考。

1984-2020年青藏高原感热通量长期变化趋势分析

感热通量作为表征青藏高原热力作用的主要物理量之一,受地表温度、气温、热交换系数以及风速影响,但在不同热交换系数计算方法下,得到的青藏高原感热通量值的大小存在一定差异,针对该现象,本文使用青藏高原89个站点常规气象观测资料计算分析了近40年高原感热通量变化特征。利用5个通量站感热通量观测资料对不同热交换系数算法得到的感热通量进行验证表明,用陈万隆和翁笃鸣(1984)(CH-CW)方案计算的感热通量与通量观测结果的偏差最小。利用该方法计算了青藏高原感热通量长期变化趋势,并用PLFIM分段线性拟合模型对感热通量的长期变化特征及其成因进行了分析。结果表明:青藏高原年均感热通量在1999年和2009年发生转折,1984-1999年感热通量逐年减弱,1999-2009年感热通量逐年显著增强,2009-2020年感热通量为弱的下降趋势。夏季感热通量转折年份分别为2000年和2010年,其他季节感热通量转折年份与年均感热通量转折年份相同。春季、夏季和秋季不同时期感热通量的变化趋势与年变化趋势一致,都表现为“减弱-增强-减弱”特征,冬季感热通量在2009-2020年仍为增强,但与1999-2009年相比,增强趋势有所减弱。归因分析结果表明,1984-1999年,年均感热通量的减弱主要归因于风速的减小;1999-2009年年均感热通量的增加主要以地表温度显著增加造成的地气温差增加的正贡献为主,风速的弱上升贡献次之;2009-2020年风速显著增加导致热交换系数减小,气温增温率大于地表温度增温率,导致地气温差减小,该时期年均感热通量的减弱主要以地气温差的负贡献为主,热交换系数变化的负贡献次之。

大华北地区地下流体资料趋势性转折时空演化特征分析

对大华北地区地下流体资料进行梳理,筛选连续性好、相对稳定且存在趋势转折的资料进行趋势转折变化分析,根据转折时间点和形态进行时空特征分析,并提出了趋势转折的定量分析方法。结果显示,大华北地区流体趋势转折的测项数在2006年和2011年出现明显增多的现象,此现象与2006年文安5.1级地震和2011年日本9.0级地震的影响有关。

21世纪10年代初中国东部夏季小雨频次地形效应的趋势转折

利用中国东部地区1979~2019年9个山地站及相邻的27个平原站逐日降水资料,分析了夏季不同等级降水地形效应的变化特征,并探讨了相关气象因子的可能影响.统计显示,近40年来小雨频次地形效应于21世纪10年代初发生了显著的趋势转折,1979~2010年时段呈显著下降趋势(-2.24%/10a,P<0.1),之后则为显著上升趋势(34.02%/10a,P<0.05).对山地站和平原站的比较显示,小雨频次地形效应趋势的转折主要是由山地站的变化引起.进一步分析相对湿度、气温、气柱水汽量、近地面风速等气象因子的相关变化,结果显示近地面风速与小雨频次的地形效应有显著的正相关,去趋势后二者相关达0.51(P<0.01),尤其在仅考虑山地站存在降水同时相邻平原站无降水的情况下,山地站小雨频次与风速的相关达0.60(P<0.01);而其他3个因子与地形效应的变化缺乏显著相关.观测显示,21世纪10年代初中国东部近地面风速的趋势发生了显著变化,由之前的减弱(-0.10 m/(s 10a),P<0.01)变为显著增强(0.19 m/(s 10a),P<0.05).这说明,近地面风速很可能是小雨频次地形效应趋势转折的主要原因.

乾陵地震台洞体应变NS分量趋势变化分析

乾陵地震台洞体应变观测年变规律明显,固体潮清晰。2020年1月—2022年3月,NS分量变化趋势由拉张发生转折,呈缓慢压缩形态,调查发现,该趋势变化非干扰所致。为厘清该变化的可能成因,选取台站附近GNSS数据、InSAR形变场,以及陕西部分地震台站及相邻的宁夏回族自治区泾源地震台洞体应变观测资料进行分析,结果发现,乾陵台附近区域最大剪应变率和面应变率在2020年前后出现趋势转折变化,InSAR形变场未发生较大范围的地壳形变,乾陵台附近地区洞体应变存在趋势转折的类似同步变化,说明研究区域地下介质应力调整的可能性较大,需密切跟踪。

1971—2010年中国大陆潜在蒸散变化的年代际转折及其成因

潜在蒸散时间演变的年代际转折研究有助于全面认识潜在蒸散对气候变化的响应。基于修正的FAO56 Penman-Monteith公式和中国580个台站逐日气象观测资料,利用气候变化趋势转折判别模型分析了1971—2010年中国潜在蒸散变化的年代际转折特征,并探讨转折前、后的变化趋势及其主导因素。结果表明:1971—2010年中国年平均潜在蒸散在20世纪90年代初期由显著下降(-2.46 mm/a)转变为显著上升(1.57 mm/a),这与影响潜在蒸散变化的4个气象因子趋势的年代际转折密切相关。90年代之前,全国风速和日照时数普遍下降引起的负贡献超过气温上升引起的正贡献,导致潜在蒸散显著下降;90年代之后,全国大部分地区的增暖加剧和干旱化使得气温和相对湿度的正贡献明显增大,超过由于风速和日照时数下降趋势减缓甚至转折而减小的负贡献,导致潜在蒸散显著上升。潜在蒸散趋势转折现象在全国80%以上的站点普遍存在,且转折前、后主导因子的空间分布格局存在差异。90年代之前,风速和日照时数分别是北方和南方多数站点的主导因子;90年代之后,以气温和相对湿度为主导因子的站点明显增多,尤其是在西北地区、青藏高原和东南沿海部分地区。

2022年1月8日门源M_(S)6.9地震前德令哈钻孔应变异常特征

2022年1月8日青海门源发生M_(S)6.9地震,1月23日、3月26日青海德令哈发生M_(S)5.8、M_(S)6.0震群型地震。调查发现,德令哈钻孔应变在多次地震发生前存在不同时间尺度的趋势转折变化,分析认为:德令哈钻孔应变在震前5年出现明显的背景性转折变化,在此背景下,此次门源M_(S)6.9地震前4个月,钻孔应变S_(2)、S_(3)分量再次出现显著的中短期转折变化,且分量转折变化方向指向震中。通过震例回溯分析,认为德令哈钻孔应变趋势转折变化对青海北部6级及以上强震或5级成组地震具有较好的指示意义。