基于小波变换的水文序列的近似周期检测法

将小波变换引入随机水文过程的研究领域,根据水文现象的物理成因,通过对水文旬进行小波变换,借以测定水文序列隐含的近似周期,并利用Ｆ检验最终确定水文序列隐含的近似周期,计算结果表明,用小波变换确定水文序列隐含的近似周期准确性较高,是一个较邹的确定水文序列近似周期的方法。     

水文时间序列复杂特性的研究与定量表征

应用小波分析方法及相关理论,以海河流域黑龙洞泉域47a(1956～2002年)年降雨序列和黄河利津站54a(1950～2003年)年径流序列为例.深入研究并定量描述随序列长度变化时水文时间序列主周期值和复杂特性的变化规律和特征.分析结果显示:不同方法(熵谱分析(MESA)、连续小波变换和小波方差分析)对相同长度序列的周期识别结果一致,不同长度序列的主周期值不同;此外,不同长度序列(包括原序列和消噪序列)的信息量系数(ICF)和分维数(D)也不等.研究结果表明:(1)水文序列特性复杂多变,存在整体变化特性和十分复杂的局部特性;(2)由局部特性发生变化造成序列的复杂程度随序列长度而变化,从而引起序列主周期值及复杂度(ICF和D)随序列长度变化而变化;(3)相比于序列的整体变化特性.局部特性更加复杂多变且更难以进行描述,因此也难以进行准确地模拟预测.对于引起水文序列局部特性变化的物理机制仍需进行深入探讨.     

非平稳地震信号匹配追踪时频分析

根据三步法匹配追踪原理实现了基于雷克子波的地震信号自适应分解,在此基础上,讨论了利用匹配子波进行地震信号时频表征的方法。由于常规匹配追踪时频是以Wigner-Ville分布为基础,得到的时频信息有限,因此给出了一种基于可调窗口的短时傅氏变换时频表示方法,进而又利用各匹配子波的复谱,引入一种新的时频表示方法,不仅与Wigner-Ville方法具有同等的分辨率和能量聚集特性,而且保留了原信号的最基本时频特征,不存在交叉项和窗口截断效应。通过与短时傅氏变换和S变换时频特征的对比发现,匹配追踪时频表征和瞬时谱参数具有更高的分辨率。实际数据的应用也表明,匹配追踪分解非常适用于非平稳特征的地震信号的时频分析。     

水文时间序列相似性查询的分析与研究——以漯河站、何口站汛期降雨量相似性查询为例

水文时间序列相似性查询可用于雨洪过程预测、环境演变分析、水文过程规律分析等方面.最为直接的应用是回答防汛指挥中经常问到的"当前水文过程相当于历史上哪一时期的同类过程"等问题.由于水文数据数量大、类型复杂,仅使用水文学的理论和传统统计方法加以分析,往往因为计算能力、存储能力以及算法的复杂而造成预测时间较长.在水文领域引入数据仓库和数据挖掘的理论与技术,为解决水文科学研究面临的问题提供了新的思路.     

1957—2019年昆仑山北麓车尔臣河流域水文情势及其对气候变化的响应

气候变暖背景下干旱区水文、水资源的变化仍是影响区域水资源利用和洪水灾害防治的关键科学问题。基于1957—2019年长序列的水文、气象资料,系统分析了昆仑山北麓车尔臣河流域的水文变化特征及其对气候变化的响应。总体上,车尔臣河流域的水文过程的显著变化发生在1990s末期,变化前后年径流量约增加了54.67%,所有季节径流的增加共同造成了年径流的增加,其中夏季径流的增加对年径流增加的贡献最大,其次依次为秋季、春季和冬季。降水增加（第一控制因素）和气温升高（第二控制因素）共同造成了车尔臣河流域水文过程的变化。具体到径流年内变化,降水是春夏季径流变化的主控因素,而秋冬季径流变化的主控因素是气温。径流增加为中下游提供更多水资源的同时,也导致年际间水文洪涝和干旱事件发生的频率增加、强度增强。冰冻圈在该地区水文循环中起着重要的作用,但其对水文过程的影响仍不明确,加强阿尔金高山区的冰川、多年冻土监测将为进一步预估水文对气候变化的响应提供基础数据支撑。     

水文模型系统在峨嵋河流域洪水模拟中的应用

研究目的是采用水文模型系统(HMS)模拟峨嵋河流域暴雨水文过程,并为长江上游地区气候和水文响应研究提供可靠的信息。HMS是一种分布式水文模型可用于研究各种气候因子和地表覆盖变化而引起的水文过程响应,该系统(HMS)利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程(DEM)和降雨径流等资料,研究气候、陆面、地表水和地下水的相互作用机理。在本次研究中,采用SCS Curve Number(CN)和Green-Ampt(GA)方法来计算径流过程,用GIS来数字化DEM、土壤、土地利用和陆地覆盖数据。通过用不同时间间隔的降雨和不同计算方法的水力参数模拟水文过程,来检验降雨的时间尺度效应和水力参数的空间变异性对水文过程的影响。结果表明,HMS对峨嵋河流域暴雨洪水的模拟及预测具有较好的适用性。     

水文计算基本知识讲座 第二讲 随机水文学基本知识

一、水文过程的随机模型水文计算的任务是“预估水利水电工程在其运用期间,当地可能会出现的水文情况”。而水文情况又是以一组水文特征值来描述的。人们根据客观的水文过程观测资料,通过主观的思维分析归纳概括成水文模型,用它来预估水文过程的变化。由于水利水电工程运用期比较长,一般都采用随机模型。随机模型能给出该流域在工程运用期间出现超过指定洪峰流量值的     

变化环境下渭河流域水文干旱演变特征剖析

环境变化影响区域水资源的可持续开发利用,导致水文过程出现非平稳特征,需发展非平稳水文干旱评估方法。选取渭河流域为研究区,依据流域内2个水文站、62个雨量站和24个气象站1961-2013年数据,基于可变下渗容量模型定量分离气候变化和人类活动对径流衰减的贡献;采用标准化径流指数（Standardized Runoff Index, SRI）剖析水文干旱时空演变特征;提出多种SRI参数化方案,对比评定各方案表征非平稳干旱的合理性以及环境变化对干旱演变的影响作用。结果表明:自1991年以来渭河流域年径流量呈显著衰减趋势,人类活动是径流演变的主要因素,对咸阳和华县站径流量变化的贡献率分别为-66.7%和-71.0%;时变参数方案计算的干旱指数能合理重建历史水文干旱序列;人类活动是渭河流域1991年以来短历时水文干旱发生的主导因素,气候变化主要影响长历时旱涝的演变趋势。     

基于分数阶傅里叶变换的探地雷达子波提取算法

针对探地雷达子波提取问题,提出了一种基于分数阶傅里叶变换的子波提取算法。假设探地雷达地下介质模型为线性系统并是时变的,并且子波在传播过程中不变,把子波和地层信息描述为一个时间的积分形式。分数阶傅里叶变换是酉变换,具有保范性,把子波的提取问题转化为在分数阶傅里叶变换域上的最优滤波问题。对分数阶傅里叶变换的阶数p在(－2,2]范围以1/300为步长进行了搜索,在分数阶傅里叶变换域上找到最优解,最后经过分数阶傅里叶变换反变换得到子波估计的时域信号。仿真实验首先验证了分数阶傅里叶变换最优滤波算法的正确性,然后利用探地雷达实验数据提取了子波,验证了该算法在提取子波中的有效性。     

土壤水文属性及其对水文过程影响研究的进展、挑战与机遇

土壤水文属性对水文过程、能量过程、碳氮循环过程及各过程间相互作用有重要影响.首先简要回顾近30年来土壤水文属性的研究进展,包括土壤水文属性的监测分析、土壤水文属性对水文过程的影响机理,以及不同尺度土壤水文属性对水文过程的影响差异及联系.其次,论述土壤水文属性研究的挑战与机遇.最后介绍祁连山区土壤水文属性对水文过程的影响及多尺度特征研究.力求加深对土壤水文属性变异规律及其对水文过程影响机理的认知,发展土壤水文学和山区水文学,支持水资源科学管理和区域可持续发展.     

小波分析在水文学中的应用研究及展望

扼要介绍了20世纪80年代初发展起来的,被誉为数学“显微镜”的信号分析新方法——小波分析。在此基础上,综述了小波分析在水文水资源系统中的应用研究现状。展望了小波分析在该领域的未来研究趋势和发展方向。将小波分析引入水科学,不但拓宽了应用范围,而且推动了小波理论本身的发展。     

变化环境下半干旱草原流域径流变化特征及其影响因子定量分析

地表水文过程在气候波动和人类活动的作用下发生了不可忽视的变化,这种变化对于内蒙古半干旱草原流域来说更为显著。采用改进的M-K趋势检验法、双累积曲线法、累积距平法和小波变换法对典型半干旱草原流域——锡林河流域1963～2015年径流序列的变化特征进行了剖析,并以社会经济指标量化流域内人类活动影响及细化降水特征因素,运用统计检验和主成分分析进行了变化环境下流域径流主要影响因素的定量分析。结果表明,锡林河流域径流量在水文年、季尺度呈现显著(p0.05)减少趋势;流域径流的突变年份为1998年,在其前后影响径流变化的主导因素发生变化,1998年以后径流受到人类活动和气候变化的双重影响;水文年和枯水季径流序列均存在6年、25年左右的周期,而丰水季径流不存在显著周期变化;尽管气候因素中的降水、蒸发、相对湿度及所有人类活动因素与径流显著相关而影响径流,但其中人类活动为径流变化的主导因素。     

Soil moisture retrieving using hyperspectral data with the application of wavelet analysis

As a powerful tool, the wavelet transform method has been widely used in feature extraction for hyperspectral data, while few studies are focused on soil moisture retrieving. The objective of this study was to evaluate the effectiveness of discrete wavelet transform (DWT) for soil moisture retrieving. In this study, a total of 78 measurements of soil moisture and hyperspectral data were collected through soil sampling as well as laboratory quantitative control. There were 13 different mother wavelets capable of decomposing hyperspectral data that were recommended, along with six decomposition levels from 5 to 10. The performances of two feature extraction methods namely band selection and DWT were compared, using three indexes, i.e., R ², R _adj and root mean square error (RMSE) introduced to validate soil moisture retrieving results. The experimental results indicated that the wavelet transform method could significantly reduce the dimensionality of hyperspectral data, resulting in a much more effective performance. Among the 78 estimation models using the wavelet transform, there were 42 models superior to band selection, with 24 models yielding good correlations between the predicted soil moisture and the measured ones (R ² ≥ 0.7, RMSE ≤ 0.050, p ≤ 0.05). Furthermore, when the wavelet decomposition level was 9 and the mother wavelets were Daubechies 2, Daubechies 4, Reserve Biorthogonal 3.3 and Biorthogonal 6.8, the retrieving results were optimum. Additionally, the experimental results proved that the wavelet analysis technique was capable of preserving high- and low-frequency spectral information at different decomposition scales, and could correctly reflect the variation of soil moisture. Thus, it would be helpful in further environmental monitoring.     

挟沙水流紊动特征的小波分析研究

采用三阶Db3小波函数对挟沙水流脉动流速进行消噪,小波分析较好的时频特性能有效地消除原始信号的高频噪声。将消噪后的脉动流速用不同尺度的小波进行分解,较大尺度下的小波分解刻划信号的总体趋势和形状,体现湍流的相干结构;而较小尺度下的分解则反映信号变化较快的高频部分,反映湍流的小尺度旋涡的各向同性的无序紊动特性。     

小波变换在位场资料去噪和位场分离中的应用

根据小波变换的原理,研究了小波阙值去噪方法和位场分离方法在某实测布格重力异常的应用及效果。多矩形棱柱体模型试验表明:选取合适的小波基和小波参数,可以更好地提取出重力异常中的有用信息,为下一步在实测重力数据中的应用提供理论基础。实测布格重力资料处理结果表明:基于小波变换的去噪方法和位场分离方法,能够较好地去除随机噪声,更好地区别出局部异常和区域异常,提高数据处理与解释中有用信号识别的精度。     

基于离散小波变换的油气检测技术

小波变换的时频双重局部化特性，是处理非平稳地震信号的有效方法。尝试利用离散小波变换提取地震道信号的特征参数。并根据提取的小波参数，寻求其变化规律，从而直接进行油气检测。首先，在选择不同的小波母函数的基础上，对给定的地震道数据进行小波特征参数提取；最后对小波参数值进行分析、比较以优选油气识别的小波特征参数；然后进行小波特征参数的综合；再根据已知井位的油气属性，确定归类门槛值。通过研究认为，该方法具有可行性。     

Fractal analysis revisited by the continuous wavelet transform of AVO seismic data

The main goal of this paper is to establish reservoirs media heterogeneities by the wavelet transform modulus maxima lines. First, we gathered amplitude versus offsets (AVO) amplitudes at the top of the reservoirs, then we calculated the 2D wavelet transform after we calculated its maxima, and we estimated the Hölder exponent at each maxima. Variation of the Hölder exponent can give more information about lithology and fluid nature at any point. We applied the proposed idea at a 2D synthetic AVO intercept model, obtained results showed that the wavelet transform modulus maxima lines can be used as a seismic image processing tool. We suggest application of the proposed idea on real AVO seismic data and its attributes. It can give more ideas about reservoirs model.     

结合小波包变换和随机森林的ASTER蚀变信息提取

为了更准确地提取蚀变信息,本文选择新疆、甘肃和内蒙古三省交界部位为研究区,结合小波包变换和随机森林提取ASTER蚀变信息。首先,选择主要蚀变类型的诊断性波段进行特征向量主成分分析,得到主分量影像;接着,对主分量影像进行小波包变换,使用代价函数选择最优小波包树,并提取高低频信息构造分类向量;然后,经过特征筛选构造随机森林分类模型,并提取矿化蚀变信息;最后,通过野外采样、薄片鉴定对提取结果进行精度评价。铁染、Al-OH及Mg-OH蚀变信息的主成分分析波段组合分别选择Band 1、2、3、4,Band 1、3、4、6及Band 1、5、8、9。结果表明,本文方法提取铁染、Al-OH基团及Mg-OH基团蚀变信息的总体精度可达到88.7443、85.5469及91.7594,Kappa分别为0.7767、0.6732及0.8362,与成矿区带及已有的该区域的成矿特征相关性较好。本研究采用的最优小波包树能充分利用矿物光谱的能量特征,随机森林可削弱矿物组分的噪声干扰,研究结果可为遥感蚀变信息提取提供技术参考。     

利用B样条小波变换提高地震信号的分辨率

介绍了小波变换的基本原理；利用二阶Ｂ样条函数为小波基，构造了尺度函数和小波函数。通过实际资料证明，小波变换综合考虑了地震信号的时域和频域特征，可获得不同频带的地震剖面，提高地震资料的分辨率。