搜索

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

中国不同区域气候突变的前兆信号

吴浩 封国林 侯威 颜鹏程

中国不同区域气候突变的前兆信号

吴浩, 封国林, 侯威, 颜鹏程
PDF
导出引用
导出核心图
  • 近年来, 临界慢化现象在揭示复杂动力系统是否趋向于临界性突变方面展示了重要潜力. 在此基于临界慢化的理念, 对含有不同噪声的中国一级气象地理区划的11大区域的气温观测资料进行处理, 研究气候突变的前兆信号. 首先利用Mann-Kendall (M-K)方法准确的找出各个区域的突变位置, 然后计算了表征临界慢化现象的自相关系数以此寻找气候突变前兆信号, 并研究了不同噪声对气候突变前兆信号的影响. 结果表明, 针对不同的信噪比、不同区域的气温资料在气候突变发生前5–10年均出现了自 相关系数增大的临界慢化现象, 临界慢化现象可能是气候突变发生前的一个前兆信号; 噪声对气候突变前兆信号的检测结果影响较小, 论证了临界慢化现象检测突变前兆信号的可靠性, 为该方法在实际观测资料中的应用提供了实验基础.
    • 基金项目: 全球变化研究国家重大科学研究计划 (批准号: 2012CB955902)和国家自然科学基金(批准号: 41175067, 41105033, 41275074) 资助的课题.
    [1]

    Fu C B, Wang Q 1992 Chin. J. Atmos. Sci. 16 482 (in Chinese) [符淙斌, 王强 1992 大气科学 16 482]

    [2]

    Alley R B, Marotzke J, Nordhaus W D, Overpeck J T, Peteet D M, Pielke R A, Pierrehumbert R T, Rhines P B, Stocker T F, Talley L D, Wallace J M 2005 Science 299 5615

    [3]

    Fu C B 1994 Chin. J. Atmos. Sci. 18 373 (in Chinese) [符淙斌 1994 大气科学 18 373]

    [4]

    Wang S W, Ye J L 1995 Chin. J. Atmos. Sci. 19 545 (in Chinese) [王邵武, 叶瑾琳 1995 大气科学 19 545]

    [5]

    Feng G L, Gong Z Q, Zhi R 2008 Acta Meteorol. Sin. 66 892 (in Chinese) [封国林, 龚志强, 支蓉 2008 气象学报 66 892]

    [6]

    Feng G L, Dong W J, Gong Z Q, Hou W, Wan S Q, Zhi R 2006 Nonlinear Theories and Methods on Spatial-Temporal Distribution of the Obserbational data (Beijing: the weather publishing company) p5-8 (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) 第5–8页]

    [7]

    Chou J F 1997 Bulletin of Chinese Academy of Sciences 5 325 (in Chinese) [丑纪范 1997 中国科学院院刊 5 325]

    [8]

    Yang P C, Bian J C, Wang G L, Zhou X J 2003 Chinese Science Bulletin 48 1470 (in Chinese) [杨培才, 卞建春, 王革丽, 周秀骥 2003 科学通报 48 1470]

    [9]

    Mu M, Duan W S 2005 Chinese Science Bulletin 24 2695 (in Chinese) [穆穆, 段晚锁 2005 科学通报 24 2695]

    [10]

    Wu H, Hou W, Qian Z H, Hu J G 2012Acta Phys. Sin. 61 149205 (in Chinese) [吴浩, 侯威, 钱忠华, 胡经国 2012 物理学报 61 149205]

    [11]

    Thompson R 1992 Structural stability and Morphogenesis (Sichuan: Sichuan Education Press) p54-59 (in Chinese) [雷内·托姆 1992 结构稳定性与形态发生学 (四川: 四川教育出版社) 第54–59页]

    [12]

    Jin H M, He W P, Hou W, Zhang D Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 069201 (in Chinese) [金红梅, 何文平, 侯威, 章大全 2012 物理学报 61 069201]

    [13]

    Jin H M, He W P, Zhang W, Feng A X, Hou W 2012 Acta Phys. Sin. 61 129202 (in Chinese) [金红梅, 何文平, 张文, 冯爱霞, 侯威 2012 物理学报 61 129202]

    [14]

    Feng G L, Gong Z Q, Dong W J 2005 Acta Phys. Sin. 54 5494 (in Chinese) [封国林, 龚志强, 董文杰 2005 物理学报 54 5494]

    [15]

    Wan S Q, Feng G L, Dong W J 2005 Acta Phys. Sin. 54 5487 (in Chinese) [万仕全, 封国林, 董文杰 2005 物理学报 54 5487]

    [16]

    Gong Z Q, Feng G L, Dong W J, Li J P 2006 Acta Phys. Sin. 55 3180 (in Chinese) [龚志强, 封国林, 董文杰, 李建平 2006 物理学报 55 3180]

    [17]

    Gong Z Q, Feng G L 2007 Acta Phys. Sin. 56 3619 (in Chinese) [龚志强, 封国林 2007 物理学报 56 3619]

    [18]

    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]

    [19]

    Dong W J, Feng G L, Gong Z Q, Li J P 2005 Acta Phys. Sin. 54 5494 (in Chinese) [董文杰, 封国林, 龚志强, 李建平 2005 物理学报 54 5494]

    [20]

    Wang Q G, Zhang Z P 2008 Acta Phys. Sin. 57 1976 (in Chinese) [王启光, 张增平 2008 物理学报 57 1976]

    [21]

    Hou W, Zhi R, Yang P 2009 Acta Phys. Sin. 58 2097 (in Chinese) [侯威, 支蓉, 杨萍 2009 物理学报 58 2097]

    [22]

    He W P, Wu Q, Zhang W, Wang Q G, Zhang Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 2862 (in Chinese) [何文平, 吴琼, 张文, 王启光, 张勇 2009 物理学报 58 2862]

    [23]

    He W P, Deng B S, Wu Q, Zhang W, Cheng H Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 8264 (in Chinese) [何文平, 邓北胜, 吴琼, 张文, 成海英 2010 物理学报 59 8264]

    [24]

    He W P, Wu Q, Cheng H Y, Zhang W 2011 Acta Phys. Sin. 60 029203 (in Chinese) [何文平, 吴琼, 成海英, 张文 2011 物理学报 60 029203]

    [25]

    He W P, Feng G L, Wu Q, He T, Wan S Q, Chou J F 2012 Int. J. Climatol. 32 1604

    [26]

    He W P, Feng G L, Wu Q, Wan S Q, Chou J F 2008 Nonlinear Proc. Geoph. 15 601

    [27]

    Scheffer M, Bascompte J, William A 2009 Nature 461 53

    [28]

    Carpenter S R, Brook W A 2006 Ecology Letters 9 311

    [29]

    Guttal V, Jayaprakash C 2008 Ecology Letters 11 450

    [30]

    Yu L, Hao B L 1984 Phase Transitions and Critical Phenomena (Beijing: Science press) (in Chinese) [于渌, 郝柏林 1984 相变和临界现象 北京: 科学出版社]

    [31]

    Yan R, Jiang C S, Zhang L P 2011 Chinese J. Geophys. 54 1817 (in Chinese) [晏锐, 蒋长胜, 张浪平 2011 地球物理学报 54 1817]

    [32]

    Wu H, Hou W, Yan P C, Feng G L 2012 Acta Phys. Sin. 612 09202 (in Chinese) [吴浩, 侯威, 颜鹏程, 封国林 2012 物理学报 612 209202]

    [33]

    Wu H, Hou W, Yan P C Acta Phys. Sin. (in Chinese) [吴浩, 侯威, 颜鹏程 2013 物理学报] (已接收)

    [34]

    Yan P C, Hou W, Hu J G 2012 Acta Phys. Sin. 61 189202 (in Chinese) [颜鹏程, 侯威, 胡经国 2012 物理学报 61 189202]

    [35]

    China Meteorological Administration forecast Disaster Reduction Division, National Meteorological Center 2006 China Meteorological geographical divisions Manual (Beijing: China Meteorological Press) 12-16 (in Chinese) [中国气象局预测减灾司, 中国气象局国家气象中心 2006 中国气象地理区划手册 (北京: 气象出版社) 第12–16页]

    [36]

    Jones P D, Groisman P Y, Coughlan M, Plummer N, Wang W C, Karl T R 1990 Nature 347 169

    [37]

    Lenton T M 2011 Nature climate change 2 201

    [38]

    Bence J R 1995 Ecology 76 628

    [39]

    Dakos V, Scheffer M, Van Nes E H, Brovkin V, Petoukhov V, Held H 2008 P. Natl. Acad. Sci. USA 105 14308

    [40]

    Lenton T M, Livina V N,Dakos V, Van Nes E H, Scheffer M 2012 Phil. Trans. R. Soc. A 370 1185

    [41]

    Zhao X C, Wu H B, He L 2008 J. Nanjing Inst. Meteor. 31 819 (in Chinese) [赵晓川, 吴洪宝, 何浪 2008 南京气象学院学报 31 819]

    [42]

    Mann H B 1945 Econometrika 13 245

    [43]

    Wei F Y 1999 Modern Climatic Statistical Diagnosis and Forecasting Technology (Beijing: China Meteorological Press) 62 76 (in Chinese) [魏凤英 1999 现代气候统计诊断与预测技术 (北京: 气象出版社) 62 76]

  • [1]

    Fu C B, Wang Q 1992 Chin. J. Atmos. Sci. 16 482 (in Chinese) [符淙斌, 王强 1992 大气科学 16 482]

    [2]

    Alley R B, Marotzke J, Nordhaus W D, Overpeck J T, Peteet D M, Pielke R A, Pierrehumbert R T, Rhines P B, Stocker T F, Talley L D, Wallace J M 2005 Science 299 5615

    [3]

    Fu C B 1994 Chin. J. Atmos. Sci. 18 373 (in Chinese) [符淙斌 1994 大气科学 18 373]

    [4]

    Wang S W, Ye J L 1995 Chin. J. Atmos. Sci. 19 545 (in Chinese) [王邵武, 叶瑾琳 1995 大气科学 19 545]

    [5]

    Feng G L, Gong Z Q, Zhi R 2008 Acta Meteorol. Sin. 66 892 (in Chinese) [封国林, 龚志强, 支蓉 2008 气象学报 66 892]

    [6]

    Feng G L, Dong W J, Gong Z Q, Hou W, Wan S Q, Zhi R 2006 Nonlinear Theories and Methods on Spatial-Temporal Distribution of the Obserbational data (Beijing: the weather publishing company) p5-8 (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) 第5–8页]

    [7]

    Chou J F 1997 Bulletin of Chinese Academy of Sciences 5 325 (in Chinese) [丑纪范 1997 中国科学院院刊 5 325]

    [8]

    Yang P C, Bian J C, Wang G L, Zhou X J 2003 Chinese Science Bulletin 48 1470 (in Chinese) [杨培才, 卞建春, 王革丽, 周秀骥 2003 科学通报 48 1470]

    [9]

    Mu M, Duan W S 2005 Chinese Science Bulletin 24 2695 (in Chinese) [穆穆, 段晚锁 2005 科学通报 24 2695]

    [10]

    Wu H, Hou W, Qian Z H, Hu J G 2012Acta Phys. Sin. 61 149205 (in Chinese) [吴浩, 侯威, 钱忠华, 胡经国 2012 物理学报 61 149205]

    [11]

    Thompson R 1992 Structural stability and Morphogenesis (Sichuan: Sichuan Education Press) p54-59 (in Chinese) [雷内·托姆 1992 结构稳定性与形态发生学 (四川: 四川教育出版社) 第54–59页]

    [12]

    Jin H M, He W P, Hou W, Zhang D Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 069201 (in Chinese) [金红梅, 何文平, 侯威, 章大全 2012 物理学报 61 069201]

    [13]

    Jin H M, He W P, Zhang W, Feng A X, Hou W 2012 Acta Phys. Sin. 61 129202 (in Chinese) [金红梅, 何文平, 张文, 冯爱霞, 侯威 2012 物理学报 61 129202]

    [14]

    Feng G L, Gong Z Q, Dong W J 2005 Acta Phys. Sin. 54 5494 (in Chinese) [封国林, 龚志强, 董文杰 2005 物理学报 54 5494]

    [15]

    Wan S Q, Feng G L, Dong W J 2005 Acta Phys. Sin. 54 5487 (in Chinese) [万仕全, 封国林, 董文杰 2005 物理学报 54 5487]

    [16]

    Gong Z Q, Feng G L, Dong W J, Li J P 2006 Acta Phys. Sin. 55 3180 (in Chinese) [龚志强, 封国林, 董文杰, 李建平 2006 物理学报 55 3180]

    [17]

    Gong Z Q, Feng G L 2007 Acta Phys. Sin. 56 3619 (in Chinese) [龚志强, 封国林 2007 物理学报 56 3619]

    [18]

    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]

    [19]

    Dong W J, Feng G L, Gong Z Q, Li J P 2005 Acta Phys. Sin. 54 5494 (in Chinese) [董文杰, 封国林, 龚志强, 李建平 2005 物理学报 54 5494]

    [20]

    Wang Q G, Zhang Z P 2008 Acta Phys. Sin. 57 1976 (in Chinese) [王启光, 张增平 2008 物理学报 57 1976]

    [21]

    Hou W, Zhi R, Yang P 2009 Acta Phys. Sin. 58 2097 (in Chinese) [侯威, 支蓉, 杨萍 2009 物理学报 58 2097]

    [22]

    He W P, Wu Q, Zhang W, Wang Q G, Zhang Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 2862 (in Chinese) [何文平, 吴琼, 张文, 王启光, 张勇 2009 物理学报 58 2862]

    [23]

    He W P, Deng B S, Wu Q, Zhang W, Cheng H Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 8264 (in Chinese) [何文平, 邓北胜, 吴琼, 张文, 成海英 2010 物理学报 59 8264]

    [24]

    He W P, Wu Q, Cheng H Y, Zhang W 2011 Acta Phys. Sin. 60 029203 (in Chinese) [何文平, 吴琼, 成海英, 张文 2011 物理学报 60 029203]

    [25]

    He W P, Feng G L, Wu Q, He T, Wan S Q, Chou J F 2012 Int. J. Climatol. 32 1604

    [26]

    He W P, Feng G L, Wu Q, Wan S Q, Chou J F 2008 Nonlinear Proc. Geoph. 15 601

    [27]

    Scheffer M, Bascompte J, William A 2009 Nature 461 53

    [28]

    Carpenter S R, Brook W A 2006 Ecology Letters 9 311

    [29]

    Guttal V, Jayaprakash C 2008 Ecology Letters 11 450

    [30]

    Yu L, Hao B L 1984 Phase Transitions and Critical Phenomena (Beijing: Science press) (in Chinese) [于渌, 郝柏林 1984 相变和临界现象 北京: 科学出版社]

    [31]

    Yan R, Jiang C S, Zhang L P 2011 Chinese J. Geophys. 54 1817 (in Chinese) [晏锐, 蒋长胜, 张浪平 2011 地球物理学报 54 1817]

    [32]

    Wu H, Hou W, Yan P C, Feng G L 2012 Acta Phys. Sin. 612 09202 (in Chinese) [吴浩, 侯威, 颜鹏程, 封国林 2012 物理学报 612 209202]

    [33]

    Wu H, Hou W, Yan P C Acta Phys. Sin. (in Chinese) [吴浩, 侯威, 颜鹏程 2013 物理学报] (已接收)

    [34]

    Yan P C, Hou W, Hu J G 2012 Acta Phys. Sin. 61 189202 (in Chinese) [颜鹏程, 侯威, 胡经国 2012 物理学报 61 189202]

    [35]

    China Meteorological Administration forecast Disaster Reduction Division, National Meteorological Center 2006 China Meteorological geographical divisions Manual (Beijing: China Meteorological Press) 12-16 (in Chinese) [中国气象局预测减灾司, 中国气象局国家气象中心 2006 中国气象地理区划手册 (北京: 气象出版社) 第12–16页]

    [36]

    Jones P D, Groisman P Y, Coughlan M, Plummer N, Wang W C, Karl T R 1990 Nature 347 169

    [37]

    Lenton T M 2011 Nature climate change 2 201

    [38]

    Bence J R 1995 Ecology 76 628

    [39]

    Dakos V, Scheffer M, Van Nes E H, Brovkin V, Petoukhov V, Held H 2008 P. Natl. Acad. Sci. USA 105 14308

    [40]

    Lenton T M, Livina V N,Dakos V, Van Nes E H, Scheffer M 2012 Phil. Trans. R. Soc. A 370 1185

    [41]

    Zhao X C, Wu H B, He L 2008 J. Nanjing Inst. Meteor. 31 819 (in Chinese) [赵晓川, 吴洪宝, 何浪 2008 南京气象学院学报 31 819]

    [42]

    Mann H B 1945 Econometrika 13 245

    [43]

    Wei F Y 1999 Modern Climatic Statistical Diagnosis and Forecasting Technology (Beijing: China Meteorological Press) 62 76 (in Chinese) [魏凤英 1999 现代气候统计诊断与预测技术 (北京: 气象出版社) 62 76]

  • [1] 吴浩, 侯威, 颜鹏程, 封国林. 基于临界慢化现象的气候突变前兆信号的初步研究. 物理学报, 2012, 61(20): 209202. doi: 10.7498/aps.61.209202
    [2] 吴浩, 侯威, 颜鹏程. 试用临界慢化原理探讨气候突变. 物理学报, 2013, 62(3): 039206. doi: 10.7498/aps.62.039206
    [3] 吴浩, 侯威, 王文祥, 颜鹏程. 试用Lyapunov指数探讨气候突变及其前兆信号. 物理学报, 2013, 62(12): 129204. doi: 10.7498/aps.62.129204
    [4] 刘群群, 何文平, 顾斌. 非线性动力学方法在气候突变检测中的应用. 物理学报, 2015, 64(17): 179201. doi: 10.7498/aps.64.179201
    [5] 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
    [6] 张增平, 王启光. 近似熵检测气候突变的研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1976-1983. doi: 10.7498/aps.57.1976
    [7] 董文杰, 封国林, 龚志强, 李建平. 基于启发式分割算法的气候突变检测研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5494-5499. doi: 10.7498/aps.54.5494
    [8] 龚志强, 支蓉, 侯威, 王晓娟, 封国林. 基于复杂网络的北半球遥相关年代际变化特征研究. 物理学报, 2012, 61(2): 029202. doi: 10.7498/aps.61.029202
    [9] 达朝究, 穆帅, 马德山, 于海鹏, 侯威, 龚志强. 基于Lorenz系统的数值天气转折期预报理论探索. 物理学报, 2014, 63(2): 029201. doi: 10.7498/aps.63.029201
    [10] 陆坤权, 厚美瑛, 王强, 姜泽辉, 刘寄星. 震前兆信息传播、分布及其探测原理. 物理学报, 2011, 60(11): 119101. doi: 10.7498/aps.60.119101
    [11] 王晓娟, 封国林, 龚志强, 支蓉. 中国近58年温度极端事件的区域特征及其与气候突变的联系. 物理学报, 2009, 58(6): 4342-4353. doi: 10.7498/aps.58.4342
    [12] 颜鹏程, 侯威, 胡经国. 基于Logistic模型的均值突变时间序列临界预警研究. 物理学报, 2012, 61(18): 189202. doi: 10.7498/aps.61.189202
    [13] 陆坤权, 厚美瑛, 姜泽辉, 王强, 孙刚, 刘寄星. 以颗粒物理原理认识地震地震成因、地震前兆和地震预测. 物理学报, 2012, 61(11): 119103. doi: 10.7498/aps.61.119103
    [14] 何文平, 吴琼, 何涛, 张文, 成海英. 基于近似熵的突变检测新方法. 物理学报, 2011, 60(4): 049202. doi: 10.7498/aps.60.049202
    [15] 蔡舒平, 戴理, 倪淏. 基于Fisher信息理论的突变检测新方法. 物理学报, 2013, 62(18): 189204. doi: 10.7498/aps.62.189204
    [16] 郑志海, 黄建平, 任宏利. 基于季节气候可预报分量的相似误差订正方法和数值实验. 物理学报, 2009, 58(10): 7359-7367. doi: 10.7498/aps.58.7359
    [17] 闫冠华, 颜鹏程, 侯威, 吴浩. 一种基于Logistic模型的突变过程性分析方法及其应用. 物理学报, 2013, 62(7): 079202. doi: 10.7498/aps.62.079202
    [18] 何文平, 吴琼, 邓北胜, 张文, 成海英. 一种基于重标极差方法的动力学结构突变检测新方法. 物理学报, 2010, 59(11): 8264-8271. doi: 10.7498/aps.59.8264
    [19] 陈普芬, 郑国光, 管惟炎. 测定超导体临界特性曲线的新方法. 物理学报, 1965, 21(5): 889-896. doi: 10.7498/aps.21.889
    [20] 朱留华, 孔令江, 刘慕仁, 陈时东. 优先随机慢化及预测间距对交通流的影响. 物理学报, 2007, 56(5): 2517-2522. doi: 10.7498/aps.56.2517
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  1310
  • PDF下载量:  801
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-09-25
  • 修回日期:  2012-10-11
  • 刊出日期:  2013-03-05

中国不同区域气候突变的前兆信号

  • 1. 扬州大学物理科学与技术学院, 扬州 225002;
  • 2. 国家气候中心, 北京 100081;
  • 3. 西北师范大学物理与电子工程学院, 兰州 730070
    基金项目: 

    全球变化研究国家重大科学研究计划 (批准号: 2012CB955902)和国家自然科学基金(批准号: 41175067, 41105033, 41275074) 资助的课题.

摘要: 近年来, 临界慢化现象在揭示复杂动力系统是否趋向于临界性突变方面展示了重要潜力. 在此基于临界慢化的理念, 对含有不同噪声的中国一级气象地理区划的11大区域的气温观测资料进行处理, 研究气候突变的前兆信号. 首先利用Mann-Kendall (M-K)方法准确的找出各个区域的突变位置, 然后计算了表征临界慢化现象的自相关系数以此寻找气候突变前兆信号, 并研究了不同噪声对气候突变前兆信号的影响. 结果表明, 针对不同的信噪比、不同区域的气温资料在气候突变发生前5–10年均出现了自 相关系数增大的临界慢化现象, 临界慢化现象可能是气候突变发生前的一个前兆信号; 噪声对气候突变前兆信号的检测结果影响较小, 论证了临界慢化现象检测突变前兆信号的可靠性, 为该方法在实际观测资料中的应用提供了实验基础.

English Abstract

参考文献 (43)

目录

    /

    返回文章
    返回