2005年7月系统工程理论与实践第7期文章编号：1000—6788(2005)07—0125—06强沙尘暴时序的标度不变性分析何越磊，姚令侃，苏凤环(1．西南交通大学土木3-程学院，四川成都610031；2．兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州730070)摘要：强沙尘暴规模的时间序列具有复杂的波动性．运用多重分形消除趋势波动分析法分析我国北方近49年来的强沙尘暴序列．发现序列具有长程相关性；并确认强沙尘暴是多重分形过程，进而得出序列的多重分形谱．在此基础上，探讨了序列长程相关性和多重分形特征与强风、沙源和热力不稳定等我国北方强沙尘暴形成的主要因素之间的联系．关键词：强沙尘暴；多重分形消除趋势波动分析；长程相关；多重分形中图分类号：x43；023l文献标识码：AScaleInvarianceAnalysisoftheTimeSeriesofSevereSandandDustStormHEYue—lei。一，YAOLing—kan。，SUFeng—huan。(1．SchoolofCivilEng，SouthwestJiaotongUniversity，ChengduSichuan610031，China；2．ScholofCivilEng，I．~．zhouJiaotongUniversity，LanzhouGansu730070，China)Abstract：Thetimeseriesofseveresandandduststorm·hascomplicatedundulatoryproperty．WeanalyzethetimeseriesofseveresandandduststormoccurredinthenorthofChinain49yearsbythemeansofmuhifractaldetrendedfluctuationanalysis(MF—DFA)．ItiSfoundthatthetimeseriesislongrangecorrelation．WeaffiriBtheseveresandandduststormismultifracta1．Thestrangemultifractalspectrumiseduced．Thestrongbreeze．sandoriginandthermodynamicinstabilityaretheprincipalfactorsformingseveresandandduststormofChina．Baseonaboveofall，wediscusstherelationshipofthelongrangecorelationandmultifractalwiththeprincipalfactors．Keywords：severesandandduststorm；MF—DFA；longrangecorelation；multifractal沙尘暴是在天气系统的影响下，地面大风在富含沙粒的地区卷起大量沙尘，使能见度小于lkm的灾害性天气现象．作为一种突发性高强度的自然灾害，沙尘暴是干旱和半干旱地区的一种风蚀现象，是沙漠化的主要过程之一，是重要的环境问题，其频频发生是生态恶化的标志之一．按强度和危害程度，沙尘暴天气可分为一般沙尘暴、强沙尘暴和特强沙尘暴．强沙尘暴是指风速大于20m／s的强大风力将地表大面积裸露的沙尘吹向高空的天气过程，一般水平能见度小于200m．特强沙尘暴是指风速大于25m／s的特强风力将地表大面积地区的沙尘吹向高空的天气过程，空气水平能见度小于20m．沙尘暴致使农田、渠道、村舍、公路铁路、草场被流沙大量掩埋，对交通运输造成严重威胁．直接危及了农作物、人民生活，污染了大气环境、影响了交通运输．与一般的沙尘天气相比，强沙尘暴由于风力大、能见度低和含尘量高，更具有危害性，能在很短时间内给生态环境和人类社会造成严重损失．例如，1996年4月5日，兰州、敦煌民航机场受沙尘暴影响，分别关闭2天和7天，兰新铁路线的部分路段沙埋深度达2m[．有关研究表明，强风、沙源和热力不稳定是形成强沙尘暴的三大因子．因而它的形成与地球温室效应、厄尔尼诺现象、森林锐减、植被破坏、物种灭绝、气候异常等因素有着不可分割的关系．其中，人口膨胀导致的过度开发自然资源、过量砍伐森林、过度开垦土地是沙尘暴频发的主要原因．可见，强沙尘暴是受自然和收稿日期：2004．06．21资助项目：国家自然科学基金(50478085)；国家自然科学基金西部重大研究计划(90202007)作者简介：何越磊(1972一)，男，满族，辽宁锦州人，讲师，工学博士．主要从事道路与铁路防灾减灾理论技术研究维普资讯http://www.cqvip.com126系统工程理论与实践2005年7月人类社会因素共同影响的复杂系统，其发生在时间序列分布上呈现出很大的随机性和不确定性．近50年来，沙尘暴暴发年13数的总体趋势是下降的，但是强和特强沙尘暴的发生频数呈上升趋势．基于上述原因，我们主要探讨强沙尘暴的非线性变化规律．为此本文介绍非平稳序列分析的一种方法．1多重分形消除趋势波动分析法消除趋势波动分析法(Det~ndedFluctuationAnalysis，简称DFA)是PengCK等物理学家...
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