关帝山青扦径向生长对厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件的响应

关帝山位于华北气候过渡区,受到厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)事件的强烈影响。分析关帝山青扦(Picea wilsonii)径向生长与ENSO事件的响应关系,有助于了解气候变化对位于气候过渡区的山地森林树木生长的影响。利用关帝山海拔2000~2200 m的青扦树轮样芯,构建了树轮宽度差值年表,通过Pearson相关分析确定树轮宽度指数与月均温、月降水量、多元ENSO指数(multivariate ENSO index,MEI)的相关关系,使用交叉小波变换分析(cross-wavelet transform analysis,XWT)得到青扦树轮宽度差值年表与MEI的共同功率谱周期,比较青扦宽轮和窄轮对ENSO事件响应的差异,并运用时序叠加分析(superimposed epoch analysis,SEA)探究典型ENSO事件后青扦径向生长的变化。结果表明:(1)关帝山青扦径向生长主要受到前一年生长季前期(p3-p5)和当年生长季(c7,c9)高温的限制,前两年生长季开始时期(pp5)和结束时期(pp9)的降水则有利于青扦生长;(2)青扦树轮宽度差值年表与前一年5月到当年3月(p5-c3)的MEI指数呈显著负相关(P<0.05),两者有2~5.5年的共同功率谱周期;(3)关帝山青扦的宽轮主要受拉尼娜事件影响,窄轮主要受厄尔尼诺事件影响。厄尔尼诺事件发生的当年及后3年,青扦径向生长速度显著减慢(P<0.01)。

ENSO事件对长江源区径流演变的影响

以长江源区为研究对象,采用沱沱河站、直门达站实测径流系列,分析两站近60年来径流演变趋势,利用海洋尼诺指数分析ENSO事件的强度与时间特征,研究两站径流丰枯变化对ENSO事件的响应规律,从海-气耦合影响大气环流角度分析ENSO事件对径流的影响机制。研究结果表明,两站均呈现震荡上升的趋势,尤其在2000年以后径流呈现显著增加的趋势。分析ENSO事件发生期间长江源区径流丰枯变化响应规律可知,1960—2000年期间,暖事件发生年份,无论是当年还是次年,长江源区出现径流偏枯的概率较高;冷事件发生年份,两站均呈现出在当年偏枯、次年丰枯概率基本相当的态势。2000年以后,长江源区径流偏丰态势尤为显著。在1970年以前和2000年以后,长江源区径流与ENSO事件之间的时频结构具有一定程度的正相关性。ENSO事件发生后,引起纬向和经向大气环流异常,使得海洋向高原热量和水汽输送产生变化,从而影响青藏高原降水和径流。

基于小波变换的径流周期与ENSO事件响应关系研究

在气候变化和人类扰动下,河川径流过程变化日益复杂,探索径流变化对气候因子（ENSO事件）的响应规律,掌握区域水资源发展动态,对科学制定区域水资源规划和管理策略及满足人类需求与生态系统的水平衡要求极为重要。通过交叉小波变换法与凝聚谱方法,分析陕西省渭河咸阳站、无定河丁家沟站、汉江安康站河川径流规律与ENSO事件的相关性,从物理驱动因素层面探讨径流周期变化的潜在机理。分析结果显示：20世纪70年代以前,各站径流与ENSO指数（MEI指数）在小尺度2~4 a周期上均存在着显著的负相关;从20世纪70年代开始,径流与ENSO指数的相关性变得复杂,这与研究区内人类活动影响增强并成为径流驱动的主因有关。研究表明：交叉小波变换法与凝聚谱方法适用于水文和气象要素间响应关系的分析,可深层次地揭示两者之间的相关性和响应时滞方面的联系,可反映气候因子对径流过程影响的时域变化特征。案例结果表明：陕西省河川径流变化在20世纪70年代以前主要受气候因子驱动,响应较为紧密;20世纪70年代以后,人类活动影响逐渐超越气候因子影响,径流变化表现为人类与气候双驱动模式,且以人类活动为主。

日长变化、大气角动量和ENSO:1997～1998厄尔尼诺和1998～1999拉尼娜信号

采用 1 970年 1月～ 1 999年 6月期间日长变化序列 ( ΔL OD)、大气角动量 ( AAM)和南方涛动指数 ( SOI) ,通过小波变换等方法研究ΔLOD,AAM与 ENSO间的关系。结果表明 ,ΔL OD和 AAM的年际变化与 ENSO具有相似的时变谱结构 ,从日长和 AAM资料中可以检测到 1 997～ 1 998年厄尔尼诺 ( El Nino)和 1 998～ 1 999年拉尼娜 ( La Nina)

河南省气温变化及其与ENSO的相关

利用Marr小波变换和交叉小波变换 ,对河南省近 5 0年气温、Nino海区SSTA、南方涛动指数SOI月平均距平序列进行了时频特征分析。结果表明 :河南气温距平 (ΔT)、海面温度距平 (ΔTss)以及南方涛动指数距平 (ΔIso)序列中都存在着不同时间尺度的周期分量 ,并且各周期分量具有不同的强度 ;

同ENSO现象相关联的日长亚季节变化

本文利用小波分析方法研究了地球自转日长亚季节近50天和近120天周期变化的时频特征．结果表明，日长近120天周期变化及近50天周期变化的振幅具有明显的年际变化．ENSO事件发生之前，日长近50天周期变化加强，进入ENSO时期，逐渐减弱，成为ENSO产生的先兆之一，同时，日长近120天周期变化显著增强80年代，日长近50天周期变化明显发生了两次周期分岔分岔的一种趋势经历了一个周期延长的过程，收敛于ENSO时期增强的近120天周期变化，该过程不仅与ENSO现象相关联而且可能受到近10年波动的调制作用.同时证实了日长近120天周期变化及近50天周期变化的激发机制主要是同频段的大气环流变化所导致。

东江流域降水时空变化及其与ENSO事件的响应关系

为了解东江流域降水的时空变化特征,揭示气候变化对流域降水变化的驱动关系,采用去趋势预置白Mann-Kendall检验、直线回归滑动平均、交叉小波等方法分析了东江流域1959~2018年降水时空特征,并揭示其与ENSO事件的响应关系。结果表明,东江流域近60年来降水以-4.29mm/10a的幅度缓慢减少,年内分布不均,属夏季降水最多,占年降水总量44%;各季节降水变化不一,春、秋两季在缓慢减少,夏、冬两季则在缓慢增加。汛期降水占年总量79%,以-10.6mm/10a的幅度减少;非汛期降水以6.1mm/10a幅度增加。空间上降水地域差异性明显,汛期降水与年际降水呈现由中游向上游、下游逐渐递减的分布;非汛期降水则呈现由上游向下游递减的带状分布;降水与ENSO事件响应关系显著,主要表现在1970年代2~4年周期与1990年代后期3~6年周期尺度上,表明气候变化是目前降水变化的主要驱动因子。

基于DTCWT-VAE的弹道中段目标RCS识别

针对弹道目标雷达信号易受环境影响、目标识别准确率低的问题,提出了一种基于双树复小波变换(dual-tree complex wavelet transform,DTCWT)和变分自编码器(variational autoencoder,VAE)的弹道目标雷达散射截面(radar cross section,RCS)识别法。首先,采用DTCWT对弹道目标RCS动态数据进行预处理,再利用VAE提取目标的隐变量特征,最后用支持向量机(support vector machine,SVM)分类器进行识别。实验结果表明,与已有方法相比,该方法具有更高的识别概率,且鲁棒性较好。

基于交叉小波变换与改进变分模态分解的联合去噪方法

轴承早期的故障信号容易被噪声所淹没,导致其故障特征难以被提取,为此,提出了一种基于交叉小波变换(XWT)与改进变分模态分解(IVMD)联合去噪的信号处理方法。首先,对双通道的原始信号进行了XWT处理,得到了小波相干谱,通过包络谱曲线确定了最佳模态数K;将传统VMD优化为IVMD,利用IVMD将两个通道中峭度值较大的信号分解成为多个固有模态分量(IMFs),再对每个IMF与峭度值较大的信号进行XWT处理;然后,将得到的小波相干谱图与双通道原始信号的小波相干谱图进行了比较,从原始信号中去除了识别出的噪声分量,实现了降噪和故障特征增强的目的;最后,利用K邻近(KNN)算法进行了滚动轴承故障分类,其故障识别率达到了97.51%,与IVMD、VMD-XWT方法相比,该方法故障识别率分别提高了10.83%、4.62%。研究结果表明:该方法可以明显降低噪声干扰,能更好地提取轴承早期的故障信息。

基于双变量同化和交叉小波变换的冬小麦单产估测

为进一步提高陕西省关中平原冬小麦产量估测的精度,利用集合卡尔曼滤波算法(EnKF)将CERES Wheat模型模拟的0~20 cm土壤含水率和叶面积指数(LAI)与遥感观测的条件植被温度指数(VTCI)和LAI进行同化,同时利用交叉小波变换分析冬小麦各生育时期同化VTCI和LAI与产量之间的共振周期,通过计算小波互相关度获得各生育时期同化VTCI和LAI的权重,进而构建基于加权VTCI和LAI的冬小麦单产估测模型。结果表明,在样点尺度,经过EnKF同化的VTCI和LAI能够综合表达模型模拟值和遥感观测值的变化趋势;在区域尺度,无论是否同化,经过交叉小波变换的各生育时期VTCI和LAI分别与产量之间存在特定的共振周期,同时发现,同化有助于对关键生育时期的特征提取;相较于未同化构建的估产模型,经过同化构建的估产模型的归一化均方根误差为13.23%,决定系数为0.50,平均相对误差为10.58%,精度略有提升,且估测产量的分布与统计产量的分布更为一致,因此认为将同化与交叉小波相结合构建的双变量单产估测模型精度更高,可为进一步实现高精度的区域产量估测提供研究基础。

长江源区径流季节性变化及其与影响因素的多尺度相关分析

受气候变化影响,近20 a来长江源区径流条件发生了较大变化。以沱沱河为研究区域,采用沱沱河1960—2019年实测水文气象资料,分析了长江源区沱沱河季节性径流变化规律,以及季节性降水、气温的变化规律,采用交叉小波变换分析季节性径流与降水、气温之间的时频变化规律及其相关关系。研究结果表明:沱沱河春、夏、秋季径流均呈现出显著增加的趋势,其中春、夏、秋季径流突变点均集中在2006—2008年附近;各季节性降水增加的趋势并不显著,但季节性气温显著上升并延续至今;夏季径流与夏季降水之间的相关程度最为明显,其次为秋季和春季;气温对径流的影响是正相关的,但在不同时间尺度上存在不同的表征,其中以夏季气温和秋季气温对径流的影响最为显著。研究结果对揭示气候变化条件下长江源区季节性径流演变规律及其水文响应提供了参考。

基于交叉小波的天山乌鲁木齐河出山径流多尺度特征研究

运用连续小波对新疆天山北坡的乌鲁木齐河上游1958-2006年的月均气温(MMT)、月降水量(MP)和月均径流量(MMR)变化进行了多时间尺度特征分析.结果表明:1960—2005年月均气温、月降水量和月均径流量三者始终存在着12个月左右尺度的主周期,并呈现出全局性特征,信号的强弱依次为MMT、MP和MMR;同时,MMT存在66个月和96个月的次周期,MP存在6个月、30个月和72个月的次周期,MMR亦存在6个月、24个月、36个月和72个月的次周期.在此基础上,对其进行交叉小波分析后发现,MMR与MMT、MP的相关程度除了表现为12个月的主周期和6个月的次周期外,MMT对MMR的影响还表现在34个月和72个月的次周期上,而MP对MMR的影响也表现在24个月、36个月和72个月的次周期上.MMT对MMR的影响除了12个月的主周期表现为正相关外,6个月的周期相位亦存在正负交错的现象,说明在该尺度上MMT对MMR的影响既有正面的也有负面的;MMT对MMR的影响在其他次周期上均表现为负相关或近似负相关;而MP对MMR的影响在主次周期上均表现为显著的正相关.

河南省气候变化与北极涛动的时频相关

利用交叉谱与小波变换分析方法,分析了北极涛动指数(AOI)距平和河南省月平均降水距平、月平均气温距平序列的时频变化特征及河南省气候变化与北极涛动之间的多时间尺度相关,结果表明,河南省降水和气温变化与AOI之间存在着多时间尺度的显著相关振荡,年代际尺度周期的互相关系数明显大于年际尺度周期的互相关系数,相关程度随耦合振荡频率的增大而减小,相关显著性取决于两者的时频域联合统计特征,时域中小波互相关系数、小波凝聚谱的分布具有明显的阶段性特征,说明北极涛动的年际和年代际异常对河南省气候变化具有显著影响。

河南省气温变化与北极涛动指数的关系研究

利用连续小波变换和交叉小波变换方法,分析了北极涛动指数和河南省近50多年来月平均气温距平序列的时频变化特征以及两者之间的关系。结果表明:河南省气温和北极涛动都存在着不同时间尺度的周期性变化,且各周期分量的强度不同。北极涛动指数具有2-4 a、8 a左右年际尺度和12-25 a、35 a以上年代际尺度的周期振荡;河南气温存在准2 a、4 a、6-8 a、10-20 a、28 a和35 a以上时间尺度的周期性变化。AO振荡过程影响河南省气温变化的时频结构,且主要表现在年代际时间尺度上。

三峡库区气温变化与西太平洋副高的相关研究

根据1961-2009年三峡库区32个气象站的逐日气温资料以及同期西太平洋副副热高压脊线指数资料,采用功率谱等常规统计方法和小波变换方法,分析了近49年来三峡库区的气温变化及其与西太平洋副高脊线指数之间的相关关系.结果表明,三峡库区气温变化具有不同时间尺度的多层次演变特征,存在2～4,8和16a左右的周期振荡.三峡库区气温变化与西太平洋副高脊线指数存在着不同尺度的共振周期,两者在6～7和16～26a尺度周期上表现为负相关;8～15和27a以上尺度周期上表现为正相关关系.

河南省月平均气温变化的时频分析

根据河南省 5 0个站 195 1～ 2 0 0 0年的月平均气温资料 ,采用小波变换等方法分析了近 5 0年来河南省气温变化的时频特征。结果表明 ,河南省气温变化包含不同时间尺度的多层次演变特征 ,具有准 2年、4年、6～ 8年、16年和 2 8年左右的周期振荡 ,其中尤以 16年和 8年左右的周期最为显著 ;长期变化规律为 5 0、6 0年代气温较低 ,70、80年代变化平缓 ,90年代以来气温明显升高且强度较大。

天津地区降水和气温的变化趋势及多尺度交叉小波分析

由于降水量和气温的变化对水循环研究与水资源规划和利用具有重要意义，运用线性倾向估计、Mann-Kendall检验和交叉小波的方法分析了1954年—2013年天津地区主要气象站点的年降水量和年均气温．结果表明：天津站点的降水倾向率为-16．92～14．11mm／（10a），年平均气温的线性倾向率为0．181--0．309℃／（10a）；天津地区气温在1954年-1982年波动变化，1982年发生突变呈上升趋势，且在1991年后上升显著；天津地区降水量和气温的周期性具有相似性，降水量和气温在1960年-1970年呈负相关关系，其共振周期高能量区主要分布在1965年前后的2a；天津地区的降水量和气温在多时间尺度上主要呈非线性关系，降水量减少而气温升高，总体呈现干旱化趋势．

近50年川渝地区的气温变化及其原因分析

根据1957～2006年四川省47个站和重庆市34个站的逐日平均气温资料及对应时间内Nino3区的月平均海表温度（SST）资料，在采用线性倾向估计以及连续小波变换等方法分析近50年来四川省和重庆市气温变化时频特征的基础上，采用交叉小波变换方法分析了该地区近50年气温变化与Nino3区海表温度之间的关系。结果表明，川渝地区气温变化具有不同时间尺度的多层次演变特征，存在2～4年、8年、12～16年和28年左右的周期振荡，其中尤以4年左右的周期最为显著。两地年代际变化规律也大致相同，四川50年代末～60年代初较暖，60年代初～90年代末偏冷，90年代末以来气温明显升高且强度较大；重庆50年代末～60年代末较暖，70年代之后气温变化与四川省基本相同。川渝地区气温变化与Nino3区SST变化密切相关，两者在4年尺度周期上表现为正相关，在13年尺度周期上表现为负相关。导致川渝地区气温异常变化的原因很多，赤道中东太平洋海表温度异常偏高（低）会引起该地区气温的偏高（低）；南亚高压北进（南退）以及热带西太平洋海温的升高（降低），通过影响副热带环流系统均会造成川渝地区气温偏高（低）。

哈尔滨等几个城市气候变化的对比分析

应用距平分析和Morlet小波变换方法对哈尔滨、石家庄、武汉、广州等4个城市1951—2004年的年均气温和夏季降水进行了对比分析，结果发现，这4个城市：（1）近50多a来气温基本上都是呈逐渐升温趋势，升温幅度都在1℃以上，其中哈尔滨的气温年变化比其他3个城市剧烈；（2）气温年代际演变特征非常明显，存在10～25a尺度的变化，在20世纪80年代前期发生气候突变；（3）近50多a夏季降水变化趋势不太一致，在空间分布上表现为波列特征；（4）夏季降水年代际变化特征非常明显，都存在10a左右尺度变化；（5）降水变化趋势与气温变化趋势不一致。

中国冬季气温的年际变化

利用中国160站1951—2000年的冬季月平均气温资料,用EOF分析、小波分析和合成分析等方法对中国近50年来的冬季气温的年际变化和时空分布特征进行研究。结果表明:中国冬季气温50年来有显著的增暖趋势,在70年代后期增暖幅度开始加大,年际变化以6～9年周期为主。中国冬季气温的空间变化有很好的一致性,全国绝大部分区域呈整体变暖或变冷的趋势,并且气温变化南北有别,从南向北幅度逐渐变大。另一种模态是当东北、华北和西北地区冬季气温较高时,其它地区则偏冷;反之亦然。