基于权马尔可夫链模型的庐江县降水量预测

由于降水过程的随机性与不确定性,使得降水量预测存在一定的难度。对安徽省庐江县1952~2009年逐年降水资料进行了分析,采用样本-标准差分级法将这58年的逐年降水量序列分为枯水年,偏枯水年,平水年,偏丰水年,丰水年5个状态,采用权马尔可夫链模型预测了2010年的降水量,预测结果与实测结果相吻合。     

1961-2004年新疆气候突变分析

利用1961-2004年新疆53个气象台站逐日平均最高气温、平均最低气温和降水数据,采用Mann-Kendall法分别对北疆、天山山区和南疆气温、日较差和降水年序列进行了突变分析,同时利用滑动t检验和Yamamoto法对突变点的真伪做了验证.结果表明:1961-2004年北疆、天山山区和南疆年平均最低气温上升速率均明显高于年平均最高气温,年平均日较差均呈显著下降趋势,年降水量均有增加趋势.北疆年均最低气温、年平均日较差及年降水量分别在1988年、1979年和1984年发生了突变;天山山区年均最低气温、年平均日较差及年降水量分别在1985年、1983年和1992年发生了突变;南疆年平均最高气温、年均最低气温及年平均日较差分别在1993年、1991年和1981年发生了突变.20世纪80年代中期以来北疆、天山山区、南疆均进入增温多雨时期.这些结果对进一步研究和预测新疆气候有着重要意义,为研究全国甚至全球气候变化提供重要依据,同时也为决策者提供决策依据.     

ARIMA模型在新疆喀什地区中长期降水量预测中的应用研究

为研究新疆喀什地区降水量中长期预测问题,结合ARIMA模型对新疆喀什地区的降水量进行预测,利用喀什地区两个子流域1950-2015年实测年降水数据分析其模型的适用性和预测精度。结果表明:ARIMA模型可较好的模拟喀什地区的年降水量,具有较好的预测精度,模拟降水量和实测降水量之间的误差相对值低于20%,绝对误差也可控制在15 mm以内;从空间角度分析,降水总体分布从东向西逐步递减,预测结果和实际降水空间分布状况较为吻合,可达到乙级精度标准。研究成果对于喀什地区中降水量长期预测具有较好的参考价值。     

基于加权马尔可夫模型的济南市降水丰枯状况预测研究

降水量是随机变量,降水过程存在着很大的不确定性和随机性。利用加权马尔可夫模型对济南市2006与2007年的降水进行预测,2006年预测状态为3,属于平水年,2007年预测状态为4,属于偏丰年份,均与实际值相符。该方法的预测结果由点值扩大到区间,提高了预测的可靠性,可结合定量预测方法进一步研究。     

大凌河流域朝阳地区1955～2014年降水趋势变化及突变分析

为了掌握辽西大凌河流域的降水变化规律,更加科学地利用和管理水资源,以大凌河流域朝阳地区为研究典型区域,根据研究区域内19552014年的降水实测资料,采用Mann-Kendall非参数检验法、滑动平均法和线性回归法从年降水量和季降水量两个角度分析了大凌河流域朝阳地区降水量的变化。结果表明,朝阳地区近60年年降水量呈下降趋势,夏季、秋季、冬季三个季节的降水量均呈下降趋势,其中降水量夏季的减少最多,而春季降水量呈显著的增多趋势;年降水量分别在1982年和2007年发生了两次突变,四季降水量的突变发生年份各不相同。     

基于M-K检验方法的1980～2016年衡水市降水时间变化规律研究

以气象资料为基础,运用趋势分析、Maan-Kendall检验和小波分析等方法,探究衡水市1980-2016年降水量时间变化规律。结果表明,研究时域内衡水市年降水量介于年430～714 mm,平均降水量为524.8 mm;其年降水气候倾向斜率为-11.863 mm/10,各季节降水也呈现减少变化,但趋势并不显著;除了夏季、冬季降水量分别在1987、1992年存在突变,其他年季降水量不存在显著突变;近37年来衡水市年降水存在4 a、8 a和16 a的循环周期。     

近54年定西市降水趋势及突变分析

以定西市1956～2009年降水资料为基础,采用线性趋势、Mann-kendall、滑动t检验等方法,分析了定西市近54年降水的变化特征。结果表明:定西市年降水量存在减少趋势,平均递减率为11.7mm/10a;西部地区递减率最大,而北部地区的减少趋势最为明显;定西市年降水量系列1986年发生了显著突变,突变后均值相对减少了47.7mm;除中部地区外,其他各地区也发生了显著性突变,突变减少量在71.1～81.4mm之间,其中西部地区突变量最大;各地区的突变年份不相一致,东部和北部地区发生在1968年,南部地区发生在1993年,西部地区发生在1980年。     

近60年淮河流域夏季降水的变化特征

利用淮河流域1961～2017年夏季降水量资料,运用线性回归、滑动平均、Morlet小波、滑动T检验和Lepage检验方法分析了流域夏季降水的周期性特征和年代际变化特征。结果表明:流域夏季降水在大部分时段都具有明显的年际振荡特征,从20世纪90年代开始年代际振荡特征非常突出;流域夏季降水具有2～3a的年际变化周期和18～24a的年代际变化周期,1961～1967年、1997～2006年期间2～3a的短周期振荡非常显著,1990年以后18～24a的周期变得非常明显;在2000年前后,流域33～35°N纬向带状区域发生了显著的年代际突变现象,突变后与之前相比夏季降水增多了40%～60%;在2009年,流域沿淮河一线以北至35°N范围内再次发生显著的年代际突变现象,突变后降水减少了20%以上,此次年代际突变范围更广也更加显著,其物理成因值得进一步研究。     

基于无偏灰色马尔可夫链的吉林省降水量预测

为了更准确地对吉林省降水量进行预测,分析其时空变化特征,应用无偏灰色马尔可夫链模型对8个具有代表性的雨量站进行降水量预测,并根据预报结果讨论历史数据波动性与预报精度的关系。其中：83%以上预测结果合格,白城、乾安、长春、蛟河、四平、通化6个地区降水量多年呈递减趋势,减幅分别为0.23%、0.09%、0.24%、1.01%、0.51%、0.54%;延吉、靖宇2个地区降水量多年呈递增趋势,增幅分别为2.60%、0.54%。结果表明：无偏灰色马尔可夫链模型预测精度较高,说明该方法适用于吉林省的降水量预测;吉林省中西部地区降水量呈递减趋势,东部地区呈递增趋势,但变幅不大;在波动性与预报精度的关系方面,时间序列的波动性越大预测所产生的误差越大。     

无定河湿地保护区气候变化特征研究

为揭示近40 a来无定河湿地保护区气候变化规律,本文采用气候倾向率、Mann-Kendall检验和滑动t检验法,研究了1981-2019年无定河湿地保护区气温、降水量、相对湿度和风速的变化趋势。结果表明:近40 a无定河湿地保护区气候呈现“暖湿化”趋势,总体呈现气温上升、降水增加和湿度增大的趋势。气温发生突变上升于1996和2012年,年际变化较大,容易出现温度异常;降水量发生突变于2010年;相对湿度发生突变减小于1994年,突变增大的年份较多。气温、降水量与风速在年内呈单峰型分布;雨热同期现象明显,夏季7、8月降水多以暴雨的形式出现;日照时数与相对湿度的年内变化趋势相反。该研究成果为无定河湿地保护区水资源管理和生态环境治理提供科学依据。     

黑河流域气候平均降水的精细化分布及总量计算

利用黑河流域气象观测站降水资料和DEM资料,分析了气候平均年和月降水量与地理地形参数的关系.结果显示,黑河流域气候平均降水量与测站的海拔、纬度、坡度显著相关,据此建立了降水量与地理地形参数的关系模型;拟合分析表明,年降水量拟合值与实测值的相关系数达0.94,二者在大部分地区分布特征基本一致,拟合值稍大;逐月降水量拟合相对误差在上游和中游都很小.基于降水量与地理地形参数的关系模型,利用高分辨率DEM资料,扩展得到了黑河流域上中游100m×100m精细化分布的气候平均年降水量和各月降水量.结果表明,精细化分布的降水量场能够表现出更多与地形和地势有关的细节,这是只利用气象测站资料的分析结果所不能反映的.在黑河流域气候平均降水量空间精细化分布基础上,按照黑河流域上中游面积5.08×104 km2计算,其气候平均年降水总量约为150.6×108 m3,降水主要集中在5-9月.     

柘溪水库流域降水特征及旱涝成因分析

利用CIMISS平台提供的降水资料以及ERA-Interim再分析资料,通过趋势分析、滑动t检验、小波分析、EOF分解等方法,对1971—2016年柘溪流域降水时空变化特征以及旱涝年降水差异的成因进行了分析。结果表明：柘溪水库流域月平均降水量以4、5、6月为最多;年平均降水量呈现逐渐增加的趋势,其中夏季降水增加较快,而春季降水则呈现出下降的趋势;20世纪90年代初有一个降水增多的突变;柘溪水库流域降水空间分布不均,西北多、东南少,年平均大雨日数也呈现出同样的分布形态。在涝年,西太平洋副高偏西、偏北,东亚大槽偏强,我国南方地区存在异常的西南气流,低纬地区东风系统异常活跃,水汽输送较强。在旱年,情况与之相反。     

长江上游流域降水结构时空演变特性

为研究气候变化和人类活动背景下的长江上游流域降水结构时空分布特性,利用长江上游流域67个气象站点1961—2005年45年的日降水资料,分析了各种不同历时连续降水的时空演变特征。通过Trend Free Pre-Whitening方法消除降水时间序列中的自相关成分,利用非参数的Mann-Kendall法检验了降水结构的变化趋势。结果表明:① 长江上游流域及各分区各历时降水发生率随降水历时增加呈指数递减趋势,贡献率先增加后降低,以短历时降水为主;② 长江上游短历时（1 d和2 d）降水贡献率发生突变的时间在1976年,长历时（6 d和10 d）降水发生率发生突变的时间为1984年,贡献率发生突变的时间为1999年;③ 长江上游短历时降水集中出现的次数增加,降水强度增大,降水量占总降水量的比例较大,而长历时降水出现频次降低,降水量占总降水量比例下降,其中岷沱江流域、大渡河流域、长江干流区间通过了显著性检验。     

长江上游流域降水结构时空演变特性

为研究气候变化和人类活动背景下的长江上游流域降水结构时空分布特性,利用长江上游流域67个气象站点1961—2005年45年的日降水资料,分析了各种不同历时连续降水的时空演变特征。通过Trend Free Pre-Whitening方法消除降水时间序列中的自相关成分,利用非参数的Mann-Kendall法检验了降水结构的变化趋势。结果表明:①长江上游流域及各分区各历时降水发生率随降水历时增加呈指数递减趋势,贡献率先增加后降低,以短历时降水为主;②长江上游短历时(1 d和2 d)降水贡献率发生突变的时间在1976年,长历时(6 d和10 d)降水发生率发生突变的时间为1984年,贡献率发生突变的时间为1999年;③长江上游短历时降水集中出现的次数增加,降水强度增大,降水量占总降水量的比例较大,而长历时降水出现频次降低,降水量占总降水量比例下降,其中岷沱江流域、大渡河流域、长江干流区间通过了显著性检验。     

1971-2012年珠穆朗玛峰地区极端降水事件变化研究

利用西藏珠穆朗玛峰地区5个气象站点1971-2012年逐日降水量资料,采用滑动平均、线性回归、Mann-Kendall非参数检验和Morlet小波分析等方法,分析了珠穆朗玛峰地区极端降水事件的时空变化特征. 结果表明：1971-2012年42 a来,珠穆朗玛峰地区大部分极端降水指数呈现出自东向西逐渐增大的空间分布格局, 连续干旱日数、连续湿日和降水强度表现为增加趋势,其他极端降水指数趋于减少. 其中,强降水量、极强降水量和年降水总量减幅较大,分别为-5.74 mm·（10a）^-1、-1.20 mm·（10a）^-1和-5.32 mm·（10a）^-1,在喜马拉雅山南坡的聂拉木站表现的最为明显. 大部分极端降水指数在21世纪最初的10 a减幅最大,在30 a际尺度上也表现为减少趋势. 除连续干旱日数外,极端降水与年降水总量关系密切. 各项极端降水指数都存在3～4 a显著周期,也存在10 a、12 a和15 a的周期. 在时间转折上,各项极端降水指数均未发生气候突变.     

1960—2017年河西地区降水时空变化特征

利用1960—2017年日降水量资料,采用线性倾向趋势分析、滑动分析和泰森多边形法等,对河西地区多年降水时空变化特征及不同量级降水日数及降水强度的变化趋势进行了研究。结果表明：河西地区年均降水量为99.0 mm,呈现明显的逐年上升趋势,平均倾向率为8.72 mm?（10a）^-1,月降水量为单峰分布,5—10月夏秋汛期降水量占年降水量的89.2%,各季节降水量均呈现显著上升趋势;年均降水日数为36.7天,呈现明显的上升趋势,增幅为3.18 d?（10a）^-1,降水日数主要分布在夏季,约占总降水日数的54.6%;平均降水强度为2.70 mm?d^-1,呈现减弱趋势,变化速率为-0.04 mm?d^-1?（10a）^-1;零星小雨和小雨降水日数均呈现增加趋势,而二者平均降水强度均为下降趋势,小到中雨降水日数和降水强度呈现增加趋势,中雨及以上的降水变化趋势不明显。     

黄河源区气候变化的季节特征与区域差异研究

基于黄河源区有关气象台站的观测数据,对该区黄河沿水文站以上、黄河沿水文站-吉迈水文站区间、吉迈水文站-玛曲水文站区间、玛曲水文站-唐乃亥水文站区间各区域及整个黄河源区1960-2014年期间气温、降水的季节变化特征及其区域差异进行了分析。结果表明：黄河源区气温变化与全球气温变化有着较好的一致性,各区年平均气温与各季气温的年际变化均呈波动状上升态势并明显高于过去50a全球与我国气温的升幅,且各气温系列升幅差异不大;而各区年平均气温与各季气温的年代际变化的上升态势较年际变化的更为显著,但不同区域各季气温升幅差异较大。各区气温均在1996年后出现一个跃动,跃动后各气温系列均值较跃动前有较大幅度的上升。由于区域地理环境的影响,黄河源区降水量的变化比较复杂,各区各季降水量的变化具有较大的差异。近50余年来,总体上整个河源区平均降水量的年际变化呈不明显的增长态势。其中河源区的上半部分,即黄河沿以上、黄河沿-吉迈之间等海拔较高的区域年降水量增长比较显著,而源区的下半部分,即吉迈-玛曲、玛曲-唐乃亥之间的区域,年降水呈减少态势,并且对全区平均降水量与产流量贡献最大的吉迈-玛曲之间的区域,年降水量的减少非常显著。各区冬春季和夏季降水量普遍呈增长态势,秋季是河源区各季节中降水唯一减少的季节,其中吉迈-玛曲之间的区间秋季降水量的减少最为显著。各区域各季降水量的年代际变化较其年际变化差异更大,但近十余年来大部分区域各季降水普遍偏多。各区域降水系列亦有突变发生,但突变时间并不像气温系列那样一致;年降水量与夏季降水量的突变大都发生在2005年,秋季降水量突变大都发生在1986年,春季和冬季降水量突变的时间杂乱无序;突变前后系列均值有增有减,且幅度大小不等。     

改进Grey-Markov模型在油气管道腐蚀深度预测中的应用

为解决在役油气管道因腐蚀导致的穿孔泄露等问题,基于GM(1,1)模型及Markov理论,建立了一种管道腐蚀深度预测新方法。首先,利用检测数据建立灰色方程,对油气管道腐蚀深度进行趋势预测;然后,根据趋势预测值进行状态划分,利用马尔可夫理论建立滑动转移概率矩阵,通过管道状态变化对管道腐蚀深度进行预测;最后,以胜利海洋石油开发公司孤六联阀组-孤岛首站集输管线试验段为例,对管道腐蚀深度进行了预测,研究结果表明:改进的灰色-马尔可夫模型预测精度较高,预测结果有更高的可信度,能够更好地指导管道的检查维修。     

灰色马尔可夫链在深基坑沉降预测中的应用

针对深基坑在开挖后的施工过程中,由于多种因素引起的沉降变形具有随机性的特点,采用灰色马尔可夫链模型对上海市某深基坑的沉降进行了成功预测。结果表明,利用灰色马尔可夫链对深基坑的沉降变形进行预测是可行的。      

基于支持向量机-马尔可夫链的位移时序预测

结合支持向量机和马尔可夫链,提出了一种新的位移时序预测模型--支持向量机－马尔可夫链预测模型（SVM-MC）。通过对实测位移值的学习,利用经粒子群算法优化的支持向量机对位移时间序列的宏观发展趋势进行滚动预测;在此基础上应用马尔可夫链确定位移时序的状态转移概率矩阵,通过对状态的划分、实测值与支持向量机拟合值的绝对误差及相对误差等指标的分析,实现了对预测结果的改进。将该模型应用到某工程永久船闸高边坡的位移时序预测中,结果表明,该模型具有科学可靠、预测精度高的优点,在岩土体位移时序预测中具有有一定工程应用价值。