利用慢特征分析法提取二维非平稳系统中的外强迫特征   总被引：1，自引：1，他引：0  

范开宇  王革丽  李超  潘昕浓 《气候与环境研究》2018,23(3):287-298

慢特征分析法（Slow Feature Analysis,SFA）是一个从快变的信号中提取慢变特征的有效方法,它的提出丰富了人们对非平稳系统外强迫特征的重建手段。本文以Henon映射为基础,构造二维非平稳系统模型,尝试SFA方法在二维复杂非平稳系统中重建外强迫特征的能力。试验表明,SFA方法能够较好地从单时变参数Henon映射中提取出外强迫信号;通过结合小波变换技术,可以还原双时变参数Henon映射中的外强迫信号。另外,本文利用SFA方法重建了北京市气温的外强迫信号,分析其外强迫信号的尺度特征及其可能的物理机制。这些工作将为气候系统驱动力的研究提供新的思路。  相似文献   

慢特征分析法在气象上的应用进展     

潘昕浓  王革丽  王鹏飞 《气象与环境科学》2016,39(1):96-101

气候系统具有非平稳特征,根本原因在于其外强迫随时间发生改变,因此外部驱动力的分析对于理解气候系统的动力学特征至关重要,而如何有效提取系统外部驱动信息是一个亟待解决的前沿科学问题。最近几年,在生物神经学领域中应用的一种提取非平稳信号中外强迫信息的方法——慢特征分析法(Slow Feature Analysis,SFA),在气象领域中也得到了初步成功的尝试,结果显示出此方法对气候系统的外强迫信息分析及有关动力学机制的探究有较好的应用前景。本文主要介绍SFA方法的理论思想及实施步骤,并通过一个理想的非平稳时间序列检验其提取外强迫信息的能力,结果证明在衰减的Logistic模型中,可利用SFA算法提取出模型中的外强迫,且与真实外强迫的相关系数可达0.99;此外,还介绍将该方法应用于Arosa臭氧时间序列,分析其提取的外强迫信息的动力学特征;并介绍了在气候时间序列建模中引入外强迫因子的预测效果。  相似文献   

基于慢特征分析的哈尔滨市气温预测研究     

娄德君  潘昕浓  王冀  张雪梅  高振铎 《气象与环境学报》2022,38(3):150-155

慢特征分析方法(Slow Feature Analysis,SFA)是从已知的非平稳时间序列中提取缓变信息的有效方法。本文首先通过Logistic非平稳时间序列模型对SFA方法提取慢特征信息的能力进行了检验,然后以哈尔滨市为黑龙江省代表站,对月气温距平序列进行慢特征信号提取及预测研究。结果表明:慢特征分析方法可以有效地提取哈尔滨市气温距平序列中的慢特征信号。提取的慢特征信号能够反映原序列的变化趋势、极值等信息。拟合和预测试验表明,与平稳性模型相比,引入SFA信号后的气温预测模型可以在一定程度上提高预测能力,改善预测效果。对近48个月独立样本预测也得到相同结论。  相似文献   

基于慢特征分析方法研究陆地表面气温变率的驱动力          下载免费PDF全文

朱丽飞  孙诚  李建平  张静  刘雨森  宫湛秋 《大气科学》2022,46(3):520-540

慢特征分析（SFA）方法可以从非平稳时间序列中提取出慢变的外强迫信息。近年来,SFA方法被应用于气候变化研究领域,用于探究气候变化的潜在驱动力及相关的动力学机制。本文基于SFA方法,提取全球陆地表面气温（LSAT）的慢变外强迫信息,研究全球LSAT慢变驱动力的空间结构特征及低频变率的主要驱动因子。SFA方法提取的LSAT慢变驱动力与历史时期全球辐射强迫（GRF）和全球海表温度（SST）的主模态（大西洋多年代际振荡AMO、热带太平洋ENSO变率和太平洋年代际振荡PDO）有显著的相关关系,表明全球大部分地区LSAT的变率受到GRF和三个SST模态的显著影响。GRF对LSAT变率的影响有全球一致性的特征,而三个SST模态对LSAT变率的影响则呈现出明显的区域特点。此外,由于SFA方法可以有效降低原始LSAT序列中随机噪声的干扰,GRF和SST模态对LSAT变率的解释方差显著提高,进一步表明GRF和SST模态是全球LSAT低频变率主要的驱动因子。最后,利用历史海温驱动AGCM试验（即AMIP试验）的结果,验证了三个SST模态对区域LSAT变率的显著影响。  相似文献   

气候噪声和气候系统的分维   总被引：8，自引：0，他引：8       下载免费PDF全文

辛国君 《应用气象学报》1997,8(1):85-91

根据相空间嵌入定理，按照Grassberger和Procaccia提出的计算分数维的方法，利用近百年来南、北半球地面气温资料，估算了气候吸引子的分数维，计算结果表明:气候吸引子的分数维南半球为3.3～3.7，北半球为3.2～3.7。它提供了气候吸引子的自相似结构的基本信息，表明模似气候系统最少需要4个独立变量。另外，还讨论了气候噪声对估算维数的影响。  相似文献   

热力驱动的热带环流和系统     

王志明  柯史钊 《热带气象学报》1985,(4):297-322

本文用包含热力作用和雷利摩擦的赤道β平面上线性化的浅水波方程模式,探讨热带地区热力强迫运动的一般规律及由它所驱动的热带环流和系统。通过浅水波方程的求解,我们得到了一个解析形式的热力影响函数。热力影响函数是一个指数衰减型的函数,但衰减率在东西方向是不对称的,源以东的衰减速度比源以西的衰减速度快得多。另外,热力强迫运动还与热源所处的纬度有关,热源所处的纬度越低,热力强迫运动的振幅和范围越小。最后,利用本文模式模拟和解释了热带大气中最基本的环流现象。   相似文献   

非平稳时间序列的区域预测研究   总被引：1，自引：0，他引：1  

张彬  金莲姬  王革丽 《气候与环境研究》2014,19(1):89-96

基于重构状态空间理论和嵌入定理,给出一个新的非平稳场时间序列的区域预测方法。该方法将外强迫因子引入到预测模型中,并且将区域内预测相点的周围相点所对应的空间信息也引入到预测模型中。然后利用该方法对33模Lorenz系统得到的"理想"的非平稳场时间序列进行预测实验分析。结果表明,嵌入外强迫因子可以更好地重构出原来的动力系统,有效地提高非平稳时间序列的预测精度;同时引入空间和外强迫信息可以利用空间数据弥补时间序列长度的不足,从而进一步提高预测精度。  相似文献   

含噪语音的基音周期提取算法     

俞翠华  行鸿彦  李鹏 《南京气象学院学报》2012,4(1):70-74

背景噪声对语音信号的基音周期提取有很大的影响.结合能够对背景噪声进行有效降噪的EMD(Empirical Mode Decomposition)软阈值法,提出了一种噪声背景下语音基音周期提取的方法.首先将EMD软阈值降噪法和中心削波法相结合,对信号进行预处理,然后利用语音信号波形本身的信息,进行波形之间的匹配估计,从而获得准确的语音信号基音周期.仿真实验表明:与传统的基音周期提取方法相比较,所提方法在基音周期提取的准确度方面有很大的提高.  相似文献   

混沌、奇异吸引子和天气(二)     

A.A Tsonis  J.B Elsner  王景刚 《沙漠与绿洲气象(新疆气象)》1991,(12)

四、在天气和气候中吸引子的研究确定吸引子的Hausdorff-Besicovit-ch维数具有极其重要的意义。因为一个吸引子无论是否为分形,其维数表示在相应的动力学系统演变过程中出现的最少变量个数(亦即吸引子必须嵌入一个至少等于其自身维数的状态空间)。所以,吸引子的Haus-dotff-Besicovitch维数(亦或任何其它广义维数的问题)的测定,也就给出了预测系统演变的模式所必须满足的一些约束条件。如果给出动力学系统的数学表达式,那  相似文献   

混沌系统单变量可预报性研究   总被引：5，自引：4，他引：1  

李建平  丁瑞强 《大气科学》2009,33(3):551-556

对于n维的混沌系统, 不同变量的可预报性是不同的。为了研究混沌系统中单个变量的可预报性, 本文在以前提出的混沌系统整体的非线性局部Lyapunov指数基础上(李建平等, 2006), 引入了单变量的非线性局部Lyapunov指数及其相关统计量, 进一步完善了非线性误差增长理论。通过应用到几个混沌个例, 结果表明单变量的非线性局部Lyapunov指数及其相关统计量可以用来定量地研究多维混沌系统中不同变量的可预报性, 系统不同变量的可预报性之间不是相互独立的, 而是单个变量的可预报期限与系统整体的可预报期限之比都近似保持一个常数, 但各个变量的常数值有所不同。  相似文献   

随机强迫对集合预报效果的影响研究   总被引：2，自引：0，他引：2  

陈超辉  李崇银  谭言科  曾新民  周祖刚 《气象学报》2013,71(3):505-516

以Lorenz96模式为动力框架,建立了考虑模式随机强迫不确定性的集合预报系统,并选择模式气候态和集合平均预报效果为研究对象,研究随机强迫对集合预报效果的影响.结果表明,在数值模式积分过程中引入恰当的随机强迫构成的新计算范式,较非随机强迫更接近真值的气候平均与气候标准差,对刻画数值模式的气候态也有正效果;且随机强迫的正效果主要体现在长时效阶段.集合平均预报方面,绝大部分白噪声随机强迫对应的集合预报效果优于非随机强迫集合预报,集合预报效果也随白噪声强迫增大非单调变化,并且非线性系统不同,相同比率的白噪声随机强迫产生的效果也不同.同时,绝大部分红噪声随机强迫对应的集合预报效果也优于非随机强迫集合预报,但仅部分φ(表示所引入外强迫的随机性部分和确定性部分相互耦合的一个度量)值对应的红噪声强迫集合预报优于白噪声随机强迫集合预报;而且红噪声随机强迫集合预报改善效果随系数的正负分布非对称且非单调变化.此外,相关系数φ的选择也依赖于模型.  相似文献   

FURTHER STUDY ON THE PROPERTIES OF OPERATORS OF ATMOSPHERIC EQUATIONS AND THE EXISTENCE OF ATTRACTOR_*     

Li Jianping  Chou Jifan 《Acta Meteorologica Sinica》1997,11(2):216-223

The equivalent operator equation is derived from the full primitive nonlinear equations of the atmospheric motion and the properties and physical senses of the operators are studied.In the infinite dimensional Hilbert space,the global asymptotic behavior of the atmosphere system with the non-stationary external forcing is studied under the assumption of the bounded external forcing.The existence theorems of the global absorbing set and the global attractor are obtained.Thus,the conclusions deduced from the large-scale atmosphere(Li and Chou 1996a;1996b) are extended to the general atmosphere.  相似文献   

FURTHER STUDY ON THE PROPERTIES OF OPERATORS OF ATMOSPHERIC EQUATIONS AND THE EXISTENCE OF ATTRACTOR   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

李建平  丑纪范 《Acta Meteorologica Sinica》1997,(2)

The equivalent operator equation is derived from the full primitive nonlinear equations of theatmospheric motion and the properties and physical senses of the operators are studied.In theinfinite dimensional Hilbert space,the global asymptotic behavior of the atmosphere system withthe non-stationary external forcing is studied under the assumption of the bounded externalforcing.The existence theorems of the global absorbing set and the global attractor are obtained.Thus,the conclusions deduced from the large-scale atmosphere(Li and Chou 1996 a;1996 b)areextended to the general atmosphere.  相似文献   

THE EFFECTS OF EXTERNAL FORCING,DISSIPATION AND NONLINEARITY ON THE SOLUTIONS OF ATMOSPHERIC EQUATIONS   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

李建平  丑纪范 《Acta Meteorologica Sinica》1997,(1)

Based on the primitive equations of the atmosphere,we study the effects of external forcing.dissipation and nonlinearity on the solutions of stationary motion and non-stationary motion.Theresults show that the asymptotic behavior of solutions of the forced dissipative nonlinear system isessentially different from that of the adiabatic non-dissipative system,the adiabatic dissipativesystem,the diabatic non-dissipative system and the diabatic dissipative linear system,and that thejoint action of external forcing,dissipation and nonlinearity is the source of multiple equilibria.From this we can conclude that the important actions of diabatic heating and dissipation must beconsidered in the models of the long-term weather and the climate.  相似文献   

THE EFFECTS OF EXTERNAL FORCING,DISSIPATION AND NONLINEARITY ON THE SOLUTIONS OF ATMOSPHERIC EQUATIONS^*     

Li Jianping  Chou Jifan 《Acta Meteorologica Sinica》1997,11(1):57-65

Based on the primitive equations of the atmosphere,we study the effects of external forcing.dissipation and nonlinearity on the solutions of stationary motion and non-stationary motion.The results show that the asymptotic behavior of solutions of the forced dissipative nonlinear system is essentially different from that of the adiabatic non-dissipative system,the adiabatic dissipative system,the diabatic non-dissipative system and the diabatic dissipative linear system,and that the joint action of external forcing,dissipation and nonlinearity is the source of multiple equilibria.From this we can conclude that the important actions of diabatic heating and dissipation must be considered in the models of the long-term weather and the climate.  相似文献