搜索

文章查询

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于随机重排去趋势波动分析的极端低温事件研究及其综合指标的建立

侯威 章大全 钱忠华 封国林

基于随机重排去趋势波动分析的极端低温事件研究及其综合指标的建立

侯威, 章大全, 钱忠华, 封国林
PDF
导出引用
导出核心图
  • 将去趋势波动分析法(detrended fluctuation analysis,DFA)和替代数据法相结合,同时引入启发式分割算法和卡方检验,提出了一种确定极端气候事件阈值的新方法,称为随机重排去趋势波动分析(stochastic re-sort detrended fluctuation analysis, S-DFA)方法. 同百分位阈值方法相比,S-DFA方法明确指出了极端事件和非极端事件之间的临界值. 基于中国气象局公布的中国165个国际交换站19612006年无缺测的逐日日平均气温资料,利用随机重排去趋势波动分析(S-DFA)方法计算并分析了中国极端低温事件阈值的空间分布特征,并对S-DFA方法在实际资料中的应用进行了检验. 从可预报性的角度给出了极端低温事件综合指标的定义. 这一综合指标将极端低温事件的发生频次和强度综合起来,且兼顾了不同地区各自特有的区域气候背景,进一步说明了综合指标定义的合理性. 基于极端低温事件综合指标的空间分布规律,将中国19612006年间极端低温事件分为四个不同等级的地区. 极端低温综合指标整体表现出下降趋势,在20世纪80年代初期之前综合指标的变化具有两个明显的准10年周期,而在这之后则一直处于下降趋势且大大低于平均值,直到90年代中期以后才再次上升至平均值附近.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:41005043,40905034)、国家科技支撑计划(批准号:2007BAC29B01,2009BAC51B04)和全球变化研究国家重大科学研究计划(批准号: 2010CB950504)资助的课题.
    [1]

    Xiong K G, Yang J, Wang S Q, Feng G L, Hu J G 2009 Acta Phys.Sin. 58 2843 (in Chinese) [熊开国、 杨 杰、 万仕全、 封国林、 胡经国 2009 物理学报 58 2843 ]

    [2]
    [3]

    Feng G L, Dong WJ, Gong Z Q, Hou W, Wan S Q, Zhi R 2006 Nonlinear Theories and Metho-ds on Spatial-Temporal Distribution of the Observational Data (Beijing: MetrologicalPress) p84 (in Chinese) [封国林、 董文杰、 龚志强、 侯 威、 万仕全、 支 蓉 2006 观测数据非线性时空分布理论和方法 (北京: 气象出版社)]

    [4]
    [5]

    Zhang D Q, Yang J, Wang Q G, Feng G L 2009 Acta Phys. Sin. 58 4354 (in Chinese) [章大全、 杨 杰、 王启光、 封国林 2009 物理学报 58 4354]

    [6]

    Easterling D R, Evans J L, Groisman P Y 2006 Bulletin of the American Meteorological Society 81 417

    [7]
    [8]
    [9]

    Render S, Petersen M R 2006 Phys. Rev. E 74 061114

    [10]

    Zhai P M,Pan X H 2003 Acta Geographica Sinica 58(supplement) 1(in Chinese) [翟盘茂、 潘晓华 2003 地理学报 58(增刊) 1]

    [11]
    [12]
    [13]

    Zhang D Q, Zhang L, Yang J, Feng G L 2010 Acta Phys. Sin. 59 655 (in Chinese) [章大全、 张 璐、 杨 杰、 封国林 2010 物理学报 59 655]

    [14]

    Yang J, Hou W, Feng G L 2010 Acta Phys. Sin. 59 664 (in Chinese) [杨 杰、 侯 威、 封国林 2010 物理学报 59 664]

    [15]
    [16]

    Wan S Q, Gu C H, Kang J P 2010 Acta Phys. Sin. 59 676 (in Chinese) [万仕全、 顾承华、 康建鹏 2010 物理学报 59 676]

    [17]
    [18]
    [19]

    Zhang L, Zhang D Q, Feng G L 2010 Acta Phys. Sin. 59 5896 (in Chinese)[张 璐、 章大全、 封国林 2010 物理学报 59 5896]

    [20]
    [21]

    Cai M, Ding Y G, Jiang Z H 2007 Plateau Meteorology 26 309 (in Chinese) [蔡 敏、 丁裕国、 江志红 2007 高原气象 26 309]

    [22]

    Wang Z F, Qian Y F, Lin H J 2008 Plateau Meteorology 27 113 (in Chinese) [王志福、 钱永甫、 林惠娟 2008 高原气象 27 113]

    [23]
    [24]

    Yang J H, Jiang Z H 2008 Plateau Meteorology 27 331 (in Chinese) [杨金虎、 江志红 2008 高原气象 27 331]

    [25]
    [26]
    [27]

    Liu L H, Zhai P M, Zheng Z G 2010 Plateau Meteorology 29 403 (in Chinese) [刘莉红、翟 盘茂、 郑祖光 2010 高原气象 29 403]

    [28]
    [29]

    Cheng B Y, Ding Y G, Wang F 2003 Chinese Journal of Atmospheric Sciences 27 920 (in Chinese) [程炳岩、 丁裕国、 汪 方 2003大气科学 27 920]

    [30]
    [31]

    Zhang S Y, Song Y L 2004 Plateau Meteorology 59 83 (in Chinese)[张尚印、 宋艳玲 2004地理学报 59 83]

    [32]
    [33]

    Peng C K, Buldyrev S V, Havlin S 1994 Phys. Rev. E 49 1685

    [34]
    [35]

    He W P, Feng GL, Wu Q, Wan S Q, Chou J F 2009 Non. Proc. Geophys. 15 601

    [36]

    Janosi I M,Janecsko B,Kondor I 1999 Physica A 269 111

    [37]
    [38]
    [39]

    Ausloos M 2006 Physica A 285 48

    [40]
    [41]

    Fraedrich K 2002 Stoch. Dynam. 2 403

    [42]
    [43]

    Lux T, Marehesi M 1999 Nature 397 498

    [44]
    [45]

    Yang P, Hou W, Feng G L 2008 Acta Phys. Sin. 57 5333(in Chinese)[杨 萍、 侯 威、 封国林 2008 物理学报 57 5333]

    [46]

    Theiler J, Linsay P S 1993 M Rubin Time Series Prediction: Forecasting the Future and Understanding the Past (Addison-Wesley, Reading Mass. Press) p429

    [47]
    [48]

    Timmer J 1998 Phys. Rev. E 58 5153

    [49]
    [50]
    [51]

    Theiler J, Eubank S, Longtin A 1992 Physica D 58 77

    [52]
    [53]

    Kugiumtzis D 2006 Phys. Rev. E 62 25

    [54]

    Timmer J 2006 Phys. Rev. Lett. 85 2647

    [55]
    [56]

    Stam C J, Mpijn J P, Pritchard W S 1998 Physica D 112 361

    [57]
    [58]
    [59]

    Bernaola G P 2001 Phys. Rev. Lett. 87 168

    [60]
    [61]

    Oliver J L, Bernaola G P, Carpena P, Romn R R 2001 Gene 276 47

    [62]

    Chernoff H, Lehmann E L 1954 The Annals of Mathematical Statistics 25 579

    [63]
    [64]

    Plackett R L 1993 International Statistical Review 51 59

    [65]
    [66]

    Greenwood P E, Nikulin M S 1996 Wiley, New York. ISBN 047155779X

    [67]
    [68]
    [69]

    Wallace J M,Gutzler D S 1981 Mon. Wea. Rev. 109 784

    [70]
    [71]

    Gong D Y, Wang S W 1999 Acta Geographica Sinica 54 125 (in Chinese)[龚道溢、 王绍武 1999 地理学报 54 125]

    [72]

    Ju J H, Ren J Z, Lv J M 2004 Plateau Meteorology 23 429 (in Chinese)[琚建华、 任菊章、 吕俊梅 2004 高原气象 23 429]

    [73]
    [74]
    [75]

    Gong D Y, Zhu J H, Wang S W 2002 Plateau Meteorology 21 8 (in Chinese)[龚道溢、 朱锦红、 王绍武 2002 高原气象 21 8]

    [76]
    [77]

    Gong D Y, Wang S W 2003 Act. Geo. Sin. 58 559(in Chinese)[龚道溢、 王绍武 2003 地理学报 58 559]

    [78]

    Kapur J N, Sahoo P K, Wong A K. 1985 CVGIP 29 273

    [79]
    [80]

    Wong A K C, Sahoo P K. 1989 IEEE Trans. SMC 19 866

    [81]
    [82]
    [83]

    Pal N R, Pal S K 1991 IEEE Trans. SMC 21 1260

  • [1]

    Xiong K G, Yang J, Wang S Q, Feng G L, Hu J G 2009 Acta Phys.Sin. 58 2843 (in Chinese) [熊开国、 杨 杰、 万仕全、 封国林、 胡经国 2009 物理学报 58 2843 ]

    [2]
    [3]

    Feng G L, Dong WJ, Gong Z Q, Hou W, Wan S Q, Zhi R 2006 Nonlinear Theories and Metho-ds on Spatial-Temporal Distribution of the Observational Data (Beijing: MetrologicalPress) p84 (in Chinese) [封国林、 董文杰、 龚志强、 侯 威、 万仕全、 支 蓉 2006 观测数据非线性时空分布理论和方法 (北京: 气象出版社)]

    [4]
    [5]

    Zhang D Q, Yang J, Wang Q G, Feng G L 2009 Acta Phys. Sin. 58 4354 (in Chinese) [章大全、 杨 杰、 王启光、 封国林 2009 物理学报 58 4354]

    [6]

    Easterling D R, Evans J L, Groisman P Y 2006 Bulletin of the American Meteorological Society 81 417

    [7]
    [8]
    [9]

    Render S, Petersen M R 2006 Phys. Rev. E 74 061114

    [10]

    Zhai P M,Pan X H 2003 Acta Geographica Sinica 58(supplement) 1(in Chinese) [翟盘茂、 潘晓华 2003 地理学报 58(增刊) 1]

    [11]
    [12]
    [13]

    Zhang D Q, Zhang L, Yang J, Feng G L 2010 Acta Phys. Sin. 59 655 (in Chinese) [章大全、 张 璐、 杨 杰、 封国林 2010 物理学报 59 655]

    [14]

    Yang J, Hou W, Feng G L 2010 Acta Phys. Sin. 59 664 (in Chinese) [杨 杰、 侯 威、 封国林 2010 物理学报 59 664]

    [15]
    [16]

    Wan S Q, Gu C H, Kang J P 2010 Acta Phys. Sin. 59 676 (in Chinese) [万仕全、 顾承华、 康建鹏 2010 物理学报 59 676]

    [17]
    [18]
    [19]

    Zhang L, Zhang D Q, Feng G L 2010 Acta Phys. Sin. 59 5896 (in Chinese)[张 璐、 章大全、 封国林 2010 物理学报 59 5896]

    [20]
    [21]

    Cai M, Ding Y G, Jiang Z H 2007 Plateau Meteorology 26 309 (in Chinese) [蔡 敏、 丁裕国、 江志红 2007 高原气象 26 309]

    [22]

    Wang Z F, Qian Y F, Lin H J 2008 Plateau Meteorology 27 113 (in Chinese) [王志福、 钱永甫、 林惠娟 2008 高原气象 27 113]

    [23]
    [24]

    Yang J H, Jiang Z H 2008 Plateau Meteorology 27 331 (in Chinese) [杨金虎、 江志红 2008 高原气象 27 331]

    [25]
    [26]
    [27]

    Liu L H, Zhai P M, Zheng Z G 2010 Plateau Meteorology 29 403 (in Chinese) [刘莉红、翟 盘茂、 郑祖光 2010 高原气象 29 403]

    [28]
    [29]

    Cheng B Y, Ding Y G, Wang F 2003 Chinese Journal of Atmospheric Sciences 27 920 (in Chinese) [程炳岩、 丁裕国、 汪 方 2003大气科学 27 920]

    [30]
    [31]

    Zhang S Y, Song Y L 2004 Plateau Meteorology 59 83 (in Chinese)[张尚印、 宋艳玲 2004地理学报 59 83]

    [32]
    [33]

    Peng C K, Buldyrev S V, Havlin S 1994 Phys. Rev. E 49 1685

    [34]
    [35]

    He W P, Feng GL, Wu Q, Wan S Q, Chou J F 2009 Non. Proc. Geophys. 15 601

    [36]

    Janosi I M,Janecsko B,Kondor I 1999 Physica A 269 111

    [37]
    [38]
    [39]

    Ausloos M 2006 Physica A 285 48

    [40]
    [41]

    Fraedrich K 2002 Stoch. Dynam. 2 403

    [42]
    [43]

    Lux T, Marehesi M 1999 Nature 397 498

    [44]
    [45]

    Yang P, Hou W, Feng G L 2008 Acta Phys. Sin. 57 5333(in Chinese)[杨 萍、 侯 威、 封国林 2008 物理学报 57 5333]

    [46]

    Theiler J, Linsay P S 1993 M Rubin Time Series Prediction: Forecasting the Future and Understanding the Past (Addison-Wesley, Reading Mass. Press) p429

    [47]
    [48]

    Timmer J 1998 Phys. Rev. E 58 5153

    [49]
    [50]
    [51]

    Theiler J, Eubank S, Longtin A 1992 Physica D 58 77

    [52]
    [53]

    Kugiumtzis D 2006 Phys. Rev. E 62 25

    [54]

    Timmer J 2006 Phys. Rev. Lett. 85 2647

    [55]
    [56]

    Stam C J, Mpijn J P, Pritchard W S 1998 Physica D 112 361

    [57]
    [58]
    [59]

    Bernaola G P 2001 Phys. Rev. Lett. 87 168

    [60]
    [61]

    Oliver J L, Bernaola G P, Carpena P, Romn R R 2001 Gene 276 47

    [62]

    Chernoff H, Lehmann E L 1954 The Annals of Mathematical Statistics 25 579

    [63]
    [64]

    Plackett R L 1993 International Statistical Review 51 59

    [65]
    [66]

    Greenwood P E, Nikulin M S 1996 Wiley, New York. ISBN 047155779X

    [67]
    [68]
    [69]

    Wallace J M,Gutzler D S 1981 Mon. Wea. Rev. 109 784

    [70]
    [71]

    Gong D Y, Wang S W 1999 Acta Geographica Sinica 54 125 (in Chinese)[龚道溢、 王绍武 1999 地理学报 54 125]

    [72]

    Ju J H, Ren J Z, Lv J M 2004 Plateau Meteorology 23 429 (in Chinese)[琚建华、 任菊章、 吕俊梅 2004 高原气象 23 429]

    [73]
    [74]
    [75]

    Gong D Y, Zhu J H, Wang S W 2002 Plateau Meteorology 21 8 (in Chinese)[龚道溢、 朱锦红、 王绍武 2002 高原气象 21 8]

    [76]
    [77]

    Gong D Y, Wang S W 2003 Act. Geo. Sin. 58 559(in Chinese)[龚道溢、 王绍武 2003 地理学报 58 559]

    [78]

    Kapur J N, Sahoo P K, Wong A K. 1985 CVGIP 29 273

    [79]
    [80]

    Wong A K C, Sahoo P K. 1989 IEEE Trans. SMC 19 866

    [81]
    [82]
    [83]

    Pal N R, Pal S K 1991 IEEE Trans. SMC 21 1260

  • [1] 杨 萍, 侯 威, 封国林. 基于去趋势波动分析方法确定极端事件阈值. 物理学报, 2008, 57(8): 5333-5342. doi: 10.7498/aps.57.5333
    [2] 侯威, 章大全, 周云, 杨萍. 一种确定极端事件阈值的新方法:随机重排去趋势波动分析方法. 物理学报, 2011, 60(10): 109202. doi: 10.7498/aps.60.109202
    [3] 周磊, 王晓娟, 支蓉, 龚志强. 温度关联网络稳定性分析Ⅰ——极端事件的影响. 物理学报, 2009, 58(9): 6651-6658. doi: 10.7498/aps.58.6651
    [4] 钱忠华, 章大全. 利用中值检测方法研究近50年中国极端气温变化趋势. 物理学报, 2008, 57(7): 4634-4640. doi: 10.7498/aps.57.4634
    [5] 胡经国, 熊开国, 王启光, 封国林. 近46年来中国温度破纪录事件的时空分布特征分析. 物理学报, 2009, 58(11): 8107-8115. doi: 10.7498/aps.58.8107
    [6] 刘劲松, 欧阳征标, 孟庆生, 罗贤达, 王 宏, 韩艳玲. 随机性对部分随机介质激光器阈值的影响. 物理学报, 2007, 56(5): 2616-2622. doi: 10.7498/aps.56.2616
    [7] 徐艳, 陈飞, 谢冀江, 李殿军, 杨贵龙, 高飞, 郭劲. 半导体抽运铯蒸气激光器阈值特性分析. 物理学报, 2014, 63(17): 174201. doi: 10.7498/aps.63.174201
    [8] 丁 武, 张治畴, 郝建红. 行波管放大器中场极限环和混沌行为的阈值分析. 物理学报, 2003, 52(8): 1979-1983. doi: 10.7498/aps.52.1979
    [9] 杨杰, 王启光, 章大全, 封国林. 中国近50年气候破纪录温度事件发生概率分析. 物理学报, 2009, 58(6): 4354-4361. doi: 10.7498/aps.58.4354
    [10] 王启光, 侯威, 支蓉, 封国林, 龚志强. 气象领域极端事件的长程相关性. 物理学报, 2009, 58(4): 2853-2861. doi: 10.7498/aps.58.2853
    [11] 郑志海, 冯爱霞, 邓北胜, 王启光, 侯威. 极端事件再现时间长程相关性与群发性研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7491-7497. doi: 10.7498/aps.59.7491
    [12] 封国林, 章大全, 张璐. 中国旱涝极端事件前兆信号及可预测性研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5896-5903. doi: 10.7498/aps.59.5896
    [13] 王慧琴, 龚旗煌. 随机光纤激光器中光纤与随机介质匹配问题的研究. 物理学报, 2013, 62(21): 214202. doi: 10.7498/aps.62.214202
    [14] 张菊平, 郭昊明, 荆文君, 靳祯. 基于真实信息传播者的谣言传播模型的动力学分析. 物理学报, 2019, 68(15): 150501. doi: 10.7498/aps.68.20190191
    [15] 张 文, 李建平, 高新全, 董文杰. 利用高阶矩检测近2000年来气候极端异常的研究. 物理学报, 2006, 55(5): 2657-2662. doi: 10.7498/aps.55.2657
    [16] 付方正, 李明. 蒙特卡罗法计算无序激光器的阈值. 物理学报, 2009, 58(9): 6258-6263. doi: 10.7498/aps.58.6258
    [17] 王月珠, 鞠有伦, 张新陆. 能量传递上转换对Tm,Ho:YLF激光器阈值的影响. 物理学报, 2005, 54(1): 117-122. doi: 10.7498/aps.54.117
    [18] 毛明明, 徐晨, 魏思民, 解意洋, 刘久澄, 许坤. 质子注入能量对垂直腔面发射激光器的阈值和功率的影响. 物理学报, 2012, 61(21): 214207. doi: 10.7498/aps.61.214207
    [19] 苏兆锋, 杨海亮, 张鹏飞, 来定国, 郭建明, 任书庆, 王强. 脉冲电场下两种电极材料表面电子发射阈值特性的实验研究. 物理学报, 2014, 63(10): 106801. doi: 10.7498/aps.63.106801
    [20] 林殿阳, 高洪岩, 王双义, 蒋萧村, 吕志伟. 多纵模受激布里渊散射阈值. 物理学报, 2005, 54(9): 4151-4156. doi: 10.7498/aps.54.4151
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  3855
  • PDF下载量:  698
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-11-24
  • 修回日期:  2011-01-07
  • 刊出日期:  2011-10-15

基于随机重排去趋势波动分析的极端低温事件研究及其综合指标的建立

  • 1. 国家气候中心,北京 100081;
  • 2. 中国科学院大气物理研究所,东亚区域气候环境重点实验室,北京 100029;
  • 3. 兰州大学大气科学学院,兰州 730000;
  • 4. 扬州大学物理科学与技术学院,扬州 225002
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:41005043,40905034)、国家科技支撑计划(批准号:2007BAC29B01,2009BAC51B04)和全球变化研究国家重大科学研究计划(批准号: 2010CB950504)资助的课题.

摘要: 将去趋势波动分析法(detrended fluctuation analysis,DFA)和替代数据法相结合,同时引入启发式分割算法和卡方检验,提出了一种确定极端气候事件阈值的新方法,称为随机重排去趋势波动分析(stochastic re-sort detrended fluctuation analysis, S-DFA)方法. 同百分位阈值方法相比,S-DFA方法明确指出了极端事件和非极端事件之间的临界值. 基于中国气象局公布的中国165个国际交换站19612006年无缺测的逐日日平均气温资料,利用随机重排去趋势波动分析(S-DFA)方法计算并分析了中国极端低温事件阈值的空间分布特征,并对S-DFA方法在实际资料中的应用进行了检验. 从可预报性的角度给出了极端低温事件综合指标的定义. 这一综合指标将极端低温事件的发生频次和强度综合起来,且兼顾了不同地区各自特有的区域气候背景,进一步说明了综合指标定义的合理性. 基于极端低温事件综合指标的空间分布规律,将中国19612006年间极端低温事件分为四个不同等级的地区. 极端低温综合指标整体表现出下降趋势,在20世纪80年代初期之前综合指标的变化具有两个明显的准10年周期,而在这之后则一直处于下降趋势且大大低于平均值,直到90年代中期以后才再次上升至平均值附近.

English Abstract

参考文献 (83)

目录

    /

    返回文章
    返回