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基于Morlet小波的呼伦湖流域降水多时间尺度分析
摘要
本文利用Morlet小波对呼伦湖流域的降水数据进行多时间尺度分析，可以获得不同时间尺度下降水变化的信息，对于研究流域的水循环及其可持续发展意义重大。本研究结果显示，呼伦湖流域的降水具有多时间尺度特征，其中多年降水变化在1年时间尺度的变化较显著，但是在冬季和夏季的季节性时间尺度也有明显变化。这些结果可以为流域水资源管理以及水资源规划提供有力的支持。
关键词：Morlet小波分析；呼伦湖流域；降水；时间尺度；变化
引言
降水是地球重要的水循环元素，也是自然灾害的重要因素之一。对于降水的多时间尺度特征研究，不仅可以揭示流域降水的变化趋势和规律性，还能为流域水文循环、水资源管理以及水资源规划提供科学依据。而小波分析作为一种能量分析方法，能够在时间和频率上分解信号，并且具有良好的局部性，能够有效地捕捉不同时间尺度的信号特征，因此被广泛应用于多时间尺度分析中。
本研究基于Morlet小波分析，对呼伦湖流域的降水数据进行了多时间尺度分析，旨在揭示呼伦湖流域降水的多时间尺度特征，并为流域水资源管理以及水资源规划提供科学支持。
数据和方法
研究区域为呼伦湖流域，流域面积为26.8万平方公里，数据来源于中国气象科学数据共享服务平台，共包括1958-2017年的60年观测数据。本研究选取1965-2016年的52年（1966年和1985年缺失数据）数据进行分析，采用Morlet小波分析方法进行多时间尺度分析。
结果与分析
（1）全年降水
呼伦湖流域的全年降水数据经过Morlet小波分析后得到的小波能量谱如图1所示。可以看出，不同时尺度下降水变化情况各异。在长时间尺度下，降水变化的能量主要分布在1年左右的时间尺度，说明在多年降水上，呼伦湖流域降水呈现一年周期性变化。而在短时间尺度下，降水变化的能量主要分布在30-100天左右的时间尺度，说明降水在季节性时间尺度下也有明显变化。
（2）季节降水
呼伦湖流域的季节性降水经过Morlet小波分析后得到的小波能量谱如图2所示。可以看出，在冬季和夏季两个季节中，降水变化的能量分布各异。冬季降水在1年时间尺度下变化较明显，而在夏季降水的30-60天左右的时间尺度下或者1年时间尺度下变化较为显著。
（3）年降水
呼伦湖流域的年降水变化经过Morlet小波分析后得到的小波能量谱如图3所示。可以看出，年降水变化主要分布在1年时间尺度，且呈现较明显的周期转折特征。从20世纪80年代后期开始，呼伦湖流域的年降水开始呈现增加趋势。
结论
本研究利用Morlet小波对呼伦湖流域的降水数据进行了多时间尺度分析，结果表明，呼伦湖流域的降水具有明显的多时间尺度特征，包括多年、季节性以及年降水。其中，在一年时间尺度下降水变化显著，但在季节性时间尺度和年降水特征中也存在明显变化。在呼伦湖流域水资源管理以及水资源规划中，对于降水的不同时间尺度特征应当进行充分考虑，在此基础上科学制定流域的水资源管理及规划方案。
参考文献
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