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气候是个复杂系统,它在时空尺度上具有多尺度、非平稳、多周期等特征,研究复杂系统是当前一个难题。本文从中国大陆地区的191个站点的日平均相对湿度和气温资料出发研究了气候的标度行为,得到一些描述气候系统的不变量,分析了气候系统的某些现象,并尝试用物理规律来解释之。
首先我们利用了波动分析方法(Fluctuation Analysis)(FA)和去除趋势的波动分析方法(Detrended Fluctuation.Analysis)(DFA)分析了日平均相对湿度的长程相关性。通过比较FA和DFA的结果得到了相对湿度在这近五十年来的趋势。我们还发现日平均相对湿度确实存在幂律相关性,而且它们的平均标度指数要比气温的大。这就说明了相对湿度呈现了不同于其它气象要素的统计特性,具有更强的长期持续性。另外,我们发现各个站点相对湿度的幂律持续性各不一样,具有空间上和时间上的多样性。对于这种多样性,我们提出了可能的物理机制和原因。
接下来我们再利用去除趋势的多分形波动方法(Multifractal Detrended Fluc-tuation Analysis)(MF-DFA)研究了中国日平均气温的多分形特征。日平均气温的多分形特征得到了证实,再次说明了气候变化在时间上的多尺度行为。而这种多尺度行为能够很好地用只带有两个参数α和6(0<α,6<1,(α+b)≥1)的扩展二项式串级模式来描述。利用这种模式我们得到了各个站点日平均气温的奇异谱及其描述多分形强度的奇异谱宽度。再次我们发现各个站点曰平均气温的多分形强度差别很大:北方站点的奇异谱宽度普遍大于南方站点。