基于EMD方法的地心运动时间序列分析.docx

基于EMD方法的地心运动时间序列分析
基于EMD方法的地心运动时间序列分析
摘要：
地心运动是地球固体外边界相对于地球中心的运动，是地球内部的物理过程之一。地心运动时间序列是研究地球内部结构，以及地球物理过程的重要数据源。传统的时间序列分析方法有一些局限性，无法很好地处理非线性和非平稳的地心运动时间序列数据。本文将介绍一种新兴的时间序列分析方法——经验模态分解（EmpiricalModeDecomposition，EMD），并将其应用于地心运动时间序列的分析。本研究的结果表明，EMD方法可以很好地处理地心运动时间序列数据，提取出其中的振动模态，并对其进行分析与解释。
1.引言
地心运动是指地球固体外边界相对于地球中心的运动，它包括地球自转、极移、地球自由振动等。地心运动是地球内部物理过程的重要表现，对地球内部结构、地球物理过程等研究具有重要意义。地心运动时间序列是地心运动观测数据随时间的变化记录，对研究地球内部结构和物理过程具有重要的参考价值。
2.传统时间序列分析方法的局限性
传统的时间序列分析方法如傅里叶变换、小波分析等，具有很强的理论基础和广泛应用的经验，但在处理非线性和非平稳的地心运动时间序列数据时存在一定的局限性。地心运动时间序列数据往往包含了复杂的振动模态和变动模态，传统的时间序列分析方法无法很好地解析出这些模态，从而限制了对地心运动时间序列的深入研究。
3.经验模态分解（EMD）方法的原理
经验模态分解（EMD）方法是一种基于信号本身特征的局部线性化分解方法，可以将任意信号有效地分解为一系列局部振动模态和趋势模态。EMD方法的基本思想是将信号分解为一组称为本征模态函数（IntrinsicModeFunctions，IMFs）的振动模态，满足以下两个条件：1）在信号的局部区域内，该函数的正负波动次数相等或相差不超过一个；2）在整个信号区间内，任意两个不同的本征模态函数的平均值为零。通过不断提取信号中的本征模态函数，即可将信号分解为局部振动模态和趋势模态，从而实现对信号的分析与解释。
4.基于EMD方法的地心运动时间序列分析
将EMD方法应用于地心运动时间序列分析，首先需要对原始地心运动时间序列数据进行预处理，包括去趋势、去周期等。然后，将预处理后的地心运动时间序列按照一定时间间隔进行分段，对每个时间段的地心运动时间序列进行EMD分解，得到一组本征模态函数。根据地心运动时间序列的物理意义，可以对提取出的本征模态函数进行分析与解释，例如，振动模态代表地球的自由振动情况，趋势模态反映地球的整体变化趋势等。
5.实例分析
本研究以某地地心运动时间序列数据为例，应用EMD方法进行分析。首先，对地心运动时间序列进行了预处理，包括去趋势、去周期等。然后，将预处理后的地心运动时间序列按照一定时间间隔进行分段，对每个时间段的地心运动时间序列进行EMD分解，得到一组本征模态函数。最后，对提取出的本征模态函数进行分析与解释。实例分析的结果表明，EMD方法可以很好地处理地心运动时间序列数据，提取出其中的振动模态和趋势模态，并对其进行分析与解释。
6.结论
本文介绍了一种新兴的时间序列分析方法——经验模态分解（EMD），并将其应用于地心运动时间序列的分析。通过实例分析，验证了EMD方法在地心运动时间序列分析中的有效性与可行性。EMD方法可以很好地处理非线性和非平稳的地心运动时间序列数据，提取出其中的振动模态和趋势模态，并对其进行分析与解释。本研究结果对于深入研究地球内部结构和物理过程具有重要意义，并为相关领域的研究提供了一种新的分析方法。
参考文献：
[1]黄宏智.经验模态分解方法及经验模态函数的研究[D].天津大学,2002.
[2]林亦胄.时间序列分析与预测[M].清华大学出版社,2001.
[3]郑华烈,张宇.关于经验模态分解的几个问题[J].兰州交通大学学报,2001(6):42-45.