近300 a来天山中西部降水与太阳活动的小波分析

基于小波变换方法,分析1700年以来重建的天山中西部降水(干湿)和太阳黑子相对数变化序列.结果显示:降水(干湿)变化存在80 ～100 a、50～ 60 a、准30 a、准10 a及低于10 a的周期变化,前3个主周期为准50 a、30 a和10 a;太阳黑子存在90 ～ 100 a、准50 a和准10 a的周期变化,前3个主周期为准10a、100 a和50 a;这些周期的强度随着时间变化而不同.交叉小波显示,两者在准10 a尺度上关联性显著;小波相干谱显示,两者在2～10a尺度上联系密切,但时段分散;全部时段的准10a、50 a主周期上,两者呈显著正相关,但期间存在负相关阶段,说明太阳活动对天山中西部降水(干湿)变化影响复杂.     

中亚哈萨克斯坦西部过去～30000年以来有机碳同位素变化及其意义

选取位于中亚干旱区哈萨克斯坦中西部的VA剖面作为研究对象,在AMS14C测年基础上,分析了该剖面记录的过去～30000年以来的有机碳同位素组成变化。结果表明:该剖面记录的过去～30000年以来有机质碳同位素值(δ13Corg)变化于-26.19‰--22.12‰之间,均值为-23.77‰,植被主要为C3植物,C4植物仅仅在末次冰盛期出现且其相对丰度极低。因此VA剖面土壤有机碳同位素组成变化主要反映的是C3植物对气候环境因子的响应,进一步对影响该地区植物碳同位素因素的分析发现,降水是控制该地区C3植物碳同位素变化的主要因素,即:降水增多导致C3植物碳同位素值偏负,可以用来指示研究区古降水变化趋势,CO2浓度以及温度仅仅在末次冰盛期对C3和C4植物相对丰度有一定的影响。     

1960-2009年毛乌素沙地腹地气候变化的多重时间尺度分析——以乌审旗为例

采用一维Morlet复值小波变换对毛乌素沙地腹地1960-2009年气候变化的时间尺度特征进行了分析,结果表明:50年来,毛乌素沙地腹地年平均气温上升的气候变化倾向率为0.25℃/10a,年降水量下降的倾向率大小为11.383mm/10a;年平均气温存在着28a、13a和6a,年降水存在9a、28a、7a、5a和14a的多重时间尺度上的复杂嵌套结构,气温变化以28a尺度的周期振荡最强,降水变化以9a尺度的周期振荡最强。     

近60a毛乌素沙地东缘主要气候要素的多时间尺度变化特征

基于中国气象科学数据共享服务网提供的1954-2013年的气候资料,采用线性倾向分析、累积距平法、Morlet连续复小波变换等方法,探讨了毛乌素沙地东缘年均气温、年降水量和年均相对湿度的年代际变化、周期性及突变特征.结果表明:1)毛乌素沙地东缘的年均气温和年均相对湿度变化趋势较显著,气候倾向率分别是0.25℃/10a和-0.78％/10a,降水量变化呈微弱下降趋势(-7.74mm/10a),但趋势性变化并不显著.2)年均气温、年降水量和年均相对湿度在研究时域上均表现出多时间尺度变化特征,时间序列变化的主周期分别为16a、13a和18a.3)年均气温、年降水量与年均相对湿度相比,突变时间存在2a左右的滞后期;年均气温、年降水量与年均相对湿度在主周期时间尺度下,分别经历了5次、7次和4次正负位相循环,且在2013年以后的短时间尺度上分别处于偏低期、偏少期、偏干期.4)年均气温、年降水量和年均相对湿度在16a、13a和18a时间尺度上的位相结构变化既有相似性,又有差异性,具体表现为气温偏高(低)年(代)对应着降水量和相对湿度的偏少/小(多/大)年(代)的变化规律.     

过去3000年季风降水变化与突变事件的洞穴石笋记录对比

基于辽宁省暖和洞2支石笋6个230Th年龄与190个δ18O数据,建立了晚全新世3500～200a B.P.东亚季风降水序列。3个百年尺度的弱季风事件已被证实:2800-2600、1500-1200和400-200a B.P.,其与北大西洋冰漂碎屑事件在发生时间上具有较好的一致性。与内陆高精度、高分辨率石笋δ18O记录对比结果显示:1)轨道-千年尺度季风降水长期趋势变化相一致;2)百年-数十年尺度上季风降水具有明显的区域性,如距今1200-500 a B.P.,东北地区降水逐渐增加,西部干旱-半干旱地区降水逐渐减少,长江中下游以及南方地区降水变化趋势不明显。太阳活动与北大西洋气候波动可能对百年尺度东亚夏季风的强弱变化施加了重要影响。     

1965-2012年新疆北部地区气候变化及其对北极涛动的响应

近年来,增温增湿趋势影响着新疆北部(以下称北疆)的生态系统与农牧业发展,有必要对北疆气候变化及其归因进行深入剖析.根据北疆地区23个台站月平均气温、降水资料和北极涛动指数(AOI)标准化序列资料,采用线性倾向估计、累积距平、滑动t检验、相关分析、小波变换等统计方法,分析了1965-2012年北疆地区气温与降水的变化特征及其对北极涛动(AO)的响应.结果表明:①北疆年平均气温与年降水量变化呈上升趋势,线性倾向率分别为0.41 ℃·(10a)-1及11.26 mm·(10a)-1;二者发生突变时间分别在1988年和1986年前后;突变后,北疆春、秋、冬季增温显著,夏季气温增幅不明显;北疆降水量各季都有所增加,且以冬季增幅最大.②北疆气温、降水与AOI的变化周期具有一定程度的相似性:冬、夏季气温及降水与AOI在准3 a尺度周期上有很好的频域对应关系.③北疆冬季气温序列与AOI相关性较高;北疆冬季气温、降水与AO变化在多个周期尺度上呈显著相关且滞后0.5 ～1 a,说明AO变化对北疆气温和降水具有实际预报价值.     

新疆呼图壁河径流时间序列分析

基于呼图壁河石门水文站1956—2011年的年径流数据,采用Morlet小波分析和R/S分析方法,对新疆呼图壁河流域径流周期、变化特征和未来趋势进行分析和预测。研究结果表明:(1)通过对呼图壁河1956—2011年径流量的分析发现,径流时间序列存在5 a、10 a、18 a和28 a左右的震荡周期,18 a尺度震荡周期最强,其次是28a尺度。18 a时间尺度上的震荡在56 a研究时段内均较强,且存在4个丰水期和5个枯水期;28 a震荡周期在56 a尺度时段内相对较强,存在3个丰水期和3个枯水期,目前处于偏丰期;(2)利用R/S分析呼图壁河径流量序列,Hurst指数为0.6442,存在明显的赫斯特现象,这就意味着未来一段时间的径流量与过去具有同样的增加趋势。     

塔里木河流域沙尘暴变化的多尺度特征研究

采用1961-2007年塔里木河流域37个气象站点的沙尘暴日数资料,在分析其空间变化格局的基础上,采用Morlet小波函数,分析了流域近47a来年、春和夏季沙尘暴变化的多时间尺度的复杂结构,确定了其年、春和夏季变化的周期和突变点。结果表明:流域沙尘暴的空间分布既受天气系统的制约,又受地形等环境因素的影响,有明显的地区性差异;47a塔里木河流域年沙尘暴在约2-6a、6-16和16a以上周期尺度上变化类型为多-少、多-少-多和多-少;春季沙尘暴在约2-8a、约8-15a和15a以上周期尺度上表现为多-少-多-少、多-少-多变化和多或少的变化。夏季沙尘暴在约2-6a、6-15a和15a以上周期尺度上表现为少-多-少、多-少-多和多-少的变化,各周期尺度上沙尘暴多在1980和1990年代较少;塔里木河流域年、春和夏季沙尘暴的年际周期变化明显,均存在约2-3 a左右的显著周期,春夏季沙尘暴与年沙尘暴变化小波方差较大且相近,说明春夏季沙尘暴较大程度地影响着年沙尘暴。     

夏季北极涛动与亚洲中部干湿状况关系研究

利用NCEP/NCAR全球再分析资料和NOAA北极涛动指数资料,采用相关分析、谱分析、小波分析等,对北极涛动(AO)与亚洲中部干旱区(ACA)的干湿变化关系进行分析.研究认为:夏季北极涛动指数和ACA相对湿度场存在显著反相关,尤其表现在年代际尺度上;两者都于20世纪70年代初发生显著突变,2年准周期贯穿过去50年,但5年左右的周期在70年代中期以后表现显著.结果表明:AO突变前后,ACA海平面高度场、对流低层风场都具有显著变化,但ACA东半部和西半部受作用的亚系统并不一致,认为夏季ACA干湿状况突变及其周期特点转变的主要原因之一是AO突变引起环流场变化所致.     

阿尔泰山泥炭α-纤维素碳和氧同位素的古环境意义——以黑阳坡泥炭为例

常年受西风影响的阿尔泰山是古气候研究的重点区域之一.为探究将阿尔泰山泥炭植物碳和氧同位素(δ13Ccell和δ18Ocell)的现代过程研究直接运用到百年或千年尺度古气候重建中的合理性,在可靠的210Pb、137Cs测年基础上,分析了1962-2017年哈巴河气象站冷季(10月—次年4月)、暖季(5-9月)以及年尺度上...     

西伯利亚落叶松树轮稳定碳同位素对气候的响应

利用采自阿尔泰山南坡东段正格采点的西伯利亚落叶松树轮样本,建立树轮宽度年表,对比宽度年表,按照树轮稳定碳同位素研究步骤,提取树轮稳定碳同位素序列（δ¹³C）和去趋势序列（DS）。分析表明：阿尔泰山南坡东部近160 a西伯利亚落叶松树轮δ¹³C变化于-22.8‰～-25.4‰,平均值为-24.0‰,变差系数-0.017。相关分析表明：正格采点树轮宽度序列对各气候要素相关不显著;树轮去趋势序列（DS）对前期气候因子的响应也不敏感;在生长季内（5~9月）,树轮去趋势序列（DS）与富蕴气象站平均气温、平均最高气温和平均相对湿度有较好的相关性,树木生长季内的平均气温、平均最高气温与树轮去趋势序列（DS）显著正相关,6~7月平均最高气温与去趋势序列（DS）相关达到0.611（P<0.000 001);与生长季内平均相对湿度呈负相关关系,其中6~7月相对湿度与去趋势序列（DS）相关最高(r=-0.493, P<0.001),与7月降水量呈负相关关系(r=-0.459, P<0.01)。生长季内的平均最高气温和相对湿度对阿尔泰山西伯利亚落叶松树轮δ¹³C的响应最为敏感,阿尔泰山西伯利亚落叶松树木碳同位素分馏的主要控制因子为6~7月的平均最高气温,降水对树轮稳定碳同位素影响不大,相对湿度对树轮稳定碳同位素没有直接影响。     

稳定碳同位素技术在土壤有机碳研究中的应用进展

土壤碳周转是大气圈、生物圈与岩石圈之间碳迁移转化的重要过程,其微小变化将影响大气CO2浓度,改变植物地上与地下部分碳的动态与分配.目前稳定碳同位素技术广泛应用于不同时间尺度与空间尺度碳素生物地球化学循环研究,但缺乏针对稳定碳同位素技术应用于土壤有机碳研究的概述.本文在对当前利用稳定碳同位素技术研究土壤碳起源、动态变化以...     

黄河上游玛曲地区近40a蒸发量变化特征分析

利用黄河上游玛曲气象站1969-2008年的蒸发量观测资料,用线性趋势分析、小波分析及突变分析等方法,分析了玛曲近40a蒸发量的变化特征。结果表明:近40a来玛曲年蒸发量呈较为明显的减小趋势,倾向率为-44.3mm/10a,其中90年代这种减小的特征更为突出。玛曲年蒸发量存在较为明显的准10a周期变化和25a较长周期变化特征。年蒸发量在1974年发生了由高向低的突变。40a中玛曲各季节蒸发量普遍呈减小的趋势,其中尤以夏季蒸发量减小的趋势最为明显,春季蒸发量变化较平缓,减少的趋势在各季节中表现最微弱。通过对蒸发量与环境因子之间的相关关系分析表明,气温日较差和风速是影响蒸发量的最重要的因子,气温日较差和风速的明显减小,可能是引起蒸发量下降的主要原因。     

包头地区大气降水δD和δ~(18)O变化特征浅析

大气降水中氢氧稳定同位素包含着水循环演化过程中的历史信息,对揭示水资源的形成及演化机制具有重要的意义。文中根据包头站大气降水中稳定同位素和气象资料,分析了包头地区(1986-1992年)大气降水的氢氧稳定同位素的变化特征及其与气温和降水之间的关系,发现该区氘盈余值(d)具有冬季高夏季低的特点,且d值接近全球大部分地区降水的d值(10‰)。该区大气降水中δ18O值具有夏季高冬季低,δ18O的温度效应显著,而降水量效应只在夏半年(4-9月)间显著。同时提出了包头地区当地大气降水线方程为δD=6.4δ18O-4.07,与全国及全球降水线方程相比,反映出干旱的气候特征。     

棉花抗旱品种筛选鉴定及抗旱性综合评价方法

从甘肃敦煌、新疆的棉花栽培品种和国内外引进材料中选出76个遗传来源不同的棉花品种(系)作为参试材料,在年降雨量不足40 mm的甘肃省敦煌市设置了干旱胁迫和正常灌水两个处理,筛选出与棉花抗旱性密切相关的10个农艺性状和产量指标,采用综合抗旱系数(CDC)、综合抗旱指数(CDI)、综合隶属函数值(CDM)、抗旱性综合评价值(D)等四种综合评价方法对76份种质材料进行抗旱性评价。结果显示,四种综合评价方法两两之间的Pearson相关系数都在0.88以上,相关性均达到了极显著水平;再利用四种抗旱评价体系得分值对76个受试棉花品种(系)进行K-means划分聚类,最终将76个品种分为高抗(Ⅰ类,5个品种)、抗(Ⅱ类,9个品种)、中等(Ⅲ类,17个品种)、敏感(Ⅳ类,31个品种)、高敏(Ⅴ类,14个品种)5个抗旱等级。为进一步方便育种家简单准确地评价选育材料的抗旱性,利用筛选出的10个农艺性状指标的抗旱系数作为自变量,四种抗旱性综合评价体系得分值为因变量,采用逐步回归的方式建立了棉花抗旱性预测模型回归方程。     

北疆地区近41年来积温变化趋势特征研究

本文选取新疆北疆地区19个气象站台的1961-2001年的气象资料,经过处理分析了北疆地区积温的变化趋势。本文选取了≥10oC活动积温∑T10及≥10oC持续日数D10来表示新疆北疆地区积温变化,并进行了分析。结果表明:近41年北疆的积温变化是明显的,日平均气温≥10℃界限温度初日普遍提前,积温显著增多,生长季明显延长。通过小波分析得出积温的变化周期为8年。还得出了积温与持续期的一元线性回归方程。通过研究,分析出积温变化对北疆地区的农业生态环境的利弊关系。     

渭河流域基流及降雨的多尺度特征和突变分析

基于渭河干流上林家村、魏家堡、咸阳、华县4个站点的1955年-2005年的基流资料及关中地区的降雨资料,采用Morlet函数作为小波函数,对序列结构进行详细剖析,探讨了基流序列的多时间尺度变化及突变特征。结果表明:渭河流域基流的演变过程存在明显的多时间尺度特征,具有19-21a的近似主周期,7a的次周期,周期变化复杂,大时间尺度包含着小时间尺度。且在主周期上基流比降水的周期滞后约2a;从不同时间尺度的小波变换过程推测,渭河流域在未来几年基流量和降雨量都将处于丰的趋势;小波分析的时频局部化特性可展现基流、降水时间序列的精细结构,不仅将随着时间序列变化的周期震荡显现出来,还可以确定其突变点的位置,为短期水文预报提供参考。     

塔里木盆地南缘近54年沙尘天气的变化特征及其未来趋势预测

利用塔里木盆地南缘六个代表站近54年的沙尘天气的气象资料,使用小波变换等方法,分析了近54年沙尘天气的变化特征并预测了未来的变化趋势。结果表明:近54年的沙尘天气变率较大,线性下降趋势显著;通过小波分析得出年沙尘日数的变化存在大约40年、19年、8~10年以及4年等周期,而年沙尘暴日数的变化存在大约32年、15~18年、6~8年等周期;年沙尘日数的突变大体发生在20世纪60年代后期的由少到多的变化以及80年代后期的由多到少的突变;年沙尘暴日数的突变在1961年、1979年与1988年前后。最后根据小波变换得出的主周期变化规律,预测在未来二三十年沙尘天气有波动增多的趋势。     

R/S分析在兰州古气候演化中的应用——以红咀寺剖面为例

R/S分析方法是现代非线性理论的重要组成部分 ,它适合于时间序列的自相似性研究。本文中 ,作者以兰州红咀寺剖面为例 ,根据有机碳同位素和碳酸钙含量资料 ,应用 R/S分析方法 ,探讨了兰州地区古气候变迁的周期规律特征。研究结果表明 ,R/S分析方法对于气候等分数布郎噪声序列具有独特的作用。应用该方法可以判断气候演变过程的持续性或周期性存在与否 ,进而可以为古气候重建和环境预测提供必要的科学依据。     

干旱区绿洲土壤有机碳高光谱估测及其影响因子分析

为了揭示干旱区绿洲土壤有机碳的分布格局及环境因子的影响,以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,通过实测土壤高光谱数据以及化学分析获取的剖面土壤有机碳数据,提出了一种土壤光谱和偏最小二乘回归预测模型相结合的土壤有机碳估算方法,并分析了表层土壤有机碳含量与环境因子之间的相关性。结果表明:土壤反射率二阶微分变换优于一阶微分,经二阶微分变换后的光谱可以较好地预测土壤有机碳含量,预测模型的决定系数R~2均大于0.8,RPD均大于1.5,模型具有较高的精度和较好的稳定性。绿洲剖面土壤有机碳含量介于0.172～17.376 g·kg~(-1)之间,且主要集中在0～60 cm;土壤有机碳的变异系数在35%～53%;各层土壤有机碳分布格局相似,绿洲内部明显高于绿洲外围,并均有向表层聚集的趋势。相关分析表明土壤含盐量是影响土壤有机碳含量最重要的环境因子。