灰色理论在新乡百泉泉水流量动态分析中的应用

新乡百泉具有供水、农灌、人文、旅游及生态等多种功能,研究其泉水流量动态,建立泉水流量动态预测模型,对泉域水资源评价和泉水资源保护具有重要意义。为了进一步研究新乡百泉天然状态下泉水流量动态特征、评价泉域岩溶水资源,基于1964—1978年泉水年均实测流量和泉域年均降水量资料,通过逐步回归分析,确定泉水流量的主要影响因素为前1年降水量,并建立了逐步回归模型,其回归效果显著;在逐步回归分析的基础上建立了泉水流量动态预测的GM(1,2)模型、NSGM(1, 2)模型和GM(0, 2)模型。结果表明：1964—1978年百泉泉水流量动态主要受泉域降水控制,且泉水流量滞后降水1年,反映了天然状态下泉水动态特征。3种灰色模型的精度等级均为最高级（优）。1964—1978年百泉泉水实测流量为2.347～6.448 m3/s,平均为3.904 m3/s;逐步回归模型预测值为1.882～6.383 m3/s,平均为3.904 m3/s;GM(1,2)模型预测值为2.327～6.448 m3/s,平均为3.939 m3/s;NSGM(1,2)模型预测值为2.133～6.448 m3/s,平均为3.927 m...     

混沌序列WA-VOLTERRA耦合模型在月降水量预测中的应用

由于月降水量时间序列含有大量噪声, 并表现出明显的混沌特性, 现有预测模型均存在一定程度的不足.基于混沌理论的小波分析-VOLTERRA级数自适应(WA-VOLTERRA)耦合预测模型, 在对月降水量时间序列进行混沌特性识别的基础上, 先用小波分析对月降水序列进行时频分解, 再分别对各频率分量进行相空间重构并用3阶VOLTERRA级数自适应模型建模预测, 最后综合得到原始序列的预测值.以相近区域杭州市和南通市的月降水序列为例, 并通过与小波分析-支持向量机(WA-SVM)模型进行比较, 发现该模型具有较强的适用性和更高的预测精度.      

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。     

长白山自然保护区历史森林景观的初步重建

本文在对环境因子(包括年均温、年降水量、海拔高度、坡度和坡向)进行空间表达的基础上,建立了长白山自然保护区当前森林景观垂直带(包括阔叶红松林、云冷杉林、岳桦林和苔原)与这些环境因子间的逻辑斯蒂回归模型,然后利用1997年各环境因子的空间数字面来反推1975年森林景观带的空间分布,并根据1975年MSS遥感影像计算机监督分类的结果,用Kappa指数对模型预测结果进行验证。结果表明,苔原、岳桦林、云冷杉林和阔叶红松林1975年的预测分布面积分别为7243.83hm2、6517.08hm2、125570.16hm2和34264.80hm2,与遥感分类结果相比,苔原和云冷杉林的面积分别减少了29.04%和3.05%;岳桦林和阔叶红松林的面积分别增加了246.45%和8.6%。用逻辑斯蒂回归模型可以较好地预测苔原在保护区内的分布范围,同时在一定程度上也能预测阔叶红松林的分布范围,但是对岳桦林和云冷杉林分布范围的预测结果较差。尽管如此,作为一种方法性的探讨,本文可以为森林景观空间分布和环境因子变化的关系以及森林景观对气候变化的反应研究提供一种新思路。     

模糊均生函数残差模型在地下水数值模拟降水量预报中的应用

地下水主要补给来源为大气降水的入渗和地表水体的渗漏.在地下水模拟预报模型中需要预先知道降水量.迄今为止,年降水量的预测仍然是一个不易解决的难题.在模糊均生函数模型(FAFM)基础上,利用其残差数据序列对FAFM进行校正,提出了模糊均生函数残差模型(REMFAF),给出了模型预报精度的检验方法.实例研究表明,REMFAF模型应用于吉林省西部地区地下水数值模拟中的降水量预报,比FAFM的预报精度更高,取得了较为理想的结果.     

基于LSSVM-ARMA模型的基坑变形时间序列预测

如何准确预测和控制基坑变形是基坑工程的一个难点,提出了一种基于小波变换、粒子群优化的最小二乘支持向量机（PSO-LSSVM）和自回归移动平均模型（ARMA）的基坑变形时间序列预测方法。首先,利用小波变换将基坑变形时间序列分解和重构为2个子序列--趋势时间序列和随机时间序列,在该基础上,采用PSO-LSSVM模型与ARMA模型分别预测趋势时间序列与随机时间序列未来值,将2个子序列的预测值求和作为最终预测结果。最后,将该方法应用于昆明某基坑工程的深层水平位移预测,不断地利用前期工况的最新实测数据建模,对后期工况未来变形量进行滚动预测,获得了令人满意的结果。     

人工神经网络在天津市区地面沉降预测中的应用

在分析天津市区地面沉降特点的基础上，结合人工神经网络原理，选择1961-1980年的天津市区降水量、地下水开采量、前年沉降量、固结度作为训练样本的输入量，以这20年的地面沉降量作为输出量，用贝叶斯正则化算法训练BP网络，得到沉降的仿真模型。并把1981-1993年的资料用来进行预测检验，结果表明这是一种比较理想的地面沉降预测方法。最后在不同的降水量保证率下，预测了到2010年天津市区地面沉降的情况。     

软土路基沉降实时建模动态预测

在路基填筑施工过程中,用多项式与时间序列AR组合模型预测其沉降变形发展。根据沉降观测值,采用统计分析方法识别和建立多项式预测模型,预测在某时期沉降趋势值;用平稳时间序列分析方法建立随机部分模型,并预测沉降随机部分值,二者之和即为某时期沉降预测值。随着新观测数据的不断加入,及时修改预测模型参数值,达到实时预测之目的。工程实例研究表明：组合模型预测值明显优于单一趋势模型预测值。组合模型一步预测误差绝对值大多数情况下小于5 mm。预测步数越多,预测误差则越大。     

考虑路基侧向变形的沉降双线性预测模型

考虑路基侧向变形的影响,提出采用双线性模型预测沉降。预测模型包含时序自回归项、线性回归项和双线性项三部分。为了研究模型参数的时变特性,将沉降预测分为模型参数的预测和在此基础上的沉降预测。采用多层递阶方法计算模型的时变参数,进一步分析参数序列的变化趋势,计算后续时段的参数预测值,并以此进行沉降预测。实例分析表明,双线性动态预测模型能很好地反映路基的沉降特性,具有较高的预测精度和实用价值。     

基于指标距离与不确定度量的岩爆云模型预测研究

岩爆灾害预测是一个需要迫切解决的世界性难题。针对其烈度等级预测过程中评价指标实测值的确定与不确定性、烈度分级的模糊性和随机性等特点,提出了一种基于指标距离与不确定度量的有限区间云模型岩爆烈度分级预测方法。在对岩爆发生机制进行系统性分析的基础上,建立了岩爆烈度分级预测的评价指标体系,并对各指标实测值赋予其相应的Mass函数,依据指标间距离与不确定性度量获取指标权值,对传统云模型加以修正,并计算出各判别因子隶属于各等级的云特征参数,生成相应的云滴图,实现了语意变量与指标值之间的不确定性和随机性映射。通过对各指标的确定度进行加权实现岩爆烈度的分级。与其他理论相对比分析结果表明,该模型一定程度上应用于岩爆烈度分级预测是行之有效的,具有较高的实用性和指导性,并为其他同类型问题提供了新思路。     

雷州半岛年降水量序列分析及预测模型

采用了雷州半岛徐闻气象站年降水量(1957～2002年)的时间序列资料,运用时间序列分析建模方法,对序列提取趋势项和周期项,并用自回归-滑动平均混合模型拟合剩余序列,然后再对年降水量序列进行预测。分析结果证明,建立的时间序列预测模型,具有较高的预报精度,其预测的结果可以用作雷州半岛旱情预报和防治的参考依据。     

Research Status and Progress of Balloon-borne Cloud and Precipitation Particles Probe

The accurate observation of the microphysical structure of cloud and precipitation plays an important role in understanding the formation of clouds and precipitation. In-situ measurement using measuring instruments carried by meteorological balloons is an effective way to obtain the microphysical properties of cloud and precipitation particles, which is a supplementary means for aircraft to observe cloud and precipitation particles. This observation method plays a more and more important role in in-situ measurement. According to the difference of the working principle of the existing balloon-borne cloud and precipitation particles probes, the detectors can be divided into particle impact-sampling sensors, particle imaging sensors, light-scattering sensors, light intensity attenuation sensors and charge measurement sensors. The working principles, key technologies and main advantages and disadvantages of typical instruments were summarized, and their applications to detailed cloud structure acquisition, cloud remote sensing method establishment, cloud and precipitation physical process research and parameterization, and scientific observation of thunderstorm clouds were briefly introduced. Finally, the development trend of balloon-borne cloud precipitation particle detectors was prospected, which will provide reference for related technical research and equipment development.     

气象干旱对青海牧草产量的影响及其在产量预报中的应用

研究了降水偏少造成的气象干旱对青海省牧草产量的影响,得出牧草生长季降水与产量的关系模式,计算出气象干旱造成的牧草产量损失量。但该方法模拟误差较大,且不能满足牧草产量预报、草场载畜量确定和牲畜出栏率确定等牧业生产服务需求。因此,根据拉格朗日插值方法给出了青海省无干旱时“未受旱产量”的确定方法,并据此求算出历年干旱对青海省牧草产量的损失量值,然后依据天然牧草不同生育期发生干旱的强度、范围以及牧草对干旱的敏感度等关系,建立了干旱损失量的统计和评估模式。在2013-2015年青海省曲麻莱县牧草产量评估中进行了应用,3年的误差在3.59%～6.02％之间,证明了该方法可以评估出研究区干旱对牧草产量的损失量,从而评估出实际牧草产量。拉格朗日插值方法效果较好,可以在青海省今后的牧草产量预报、草场载畜量预报、牲畜出栏率确定等畜牧业生产评估中推广应用。     

淮河流域旱涝灾害致灾气候阈值

采用淮河流域内1959—2008年110个气象站的逐日降水资料,结合流域1978—2008年农作物旱涝灾害受灾面积数据,基于降水致灾因子与农作物承灾体受损程度等研究,提出旱、涝致灾气候阈值概念,在此基础上分析旱涝灾害发生的时空特征,确定淮河流域合理的旱涝致灾气候阈值区间并建立致灾气候阈值与农作物受灾面积之间的定量关系。结果表明:① 致灾气候阈值可通过计算发生旱涝事件时间段累积降水量除以1959—2008年相应时段累积降水量的平均值来定义,得到的旱、涝致灾气候阈值在不同尺度下对旱、涝灾害事件均有较好地稳定反映,可满足研究区旱、涝事件分析需求;② 洪涝致灾气候阈值与农作物受灾面积存在一致的变化趋势,而干旱致灾气候阈值与农作物受灾面积相关系数高达0.96,构建了基于干旱致灾气候阈值的农作物受灾面积预测模型。     

冰核对云物理属性和降水影响的研究

系统回顾了冰核对云和降水影响的研究进展,详细分析了冰核对云的宏微观特征、对流系统结构和强度、辐射、雷电、降水量和降水强度的影响途径,并从云微物理过程的角度解释了其影响机制。得到如下结论:1通常情况下,冰核浓度增加,冰晶浓度增大,云滴浓度减小,云的生命史延长;2对于发展阶段的对流云,冰核在温度较高的过冷区活化使潜热在中低层提早释放,增加了对流系统中层不稳定能量,促进了对流系统的发展;3卷云中冰核浓度的增加,改变了冰相水物质与液相水物质的比例;削弱或抑制了卷云中同质核化,增大了卷云中冰晶粒子的平均半径;4冰核浓度的增加,能够使到达地气系统的净辐射增加;5冰核浓度的变化能够引起雷电活动发生频次和强度的变化;6冰核浓度增加,引起降水量的变化不确定,即降水量增加、减少或者变化不显著的情况都可能存在。这些结果为改进数值模式中冰核活化参数化方法提供指导,从而提高数值模式对云和降水的预报能力;同时为人工影响天气选择合适的人工催化剂和撒播时机提供参考。     

基于条件分布模型的气象水文干旱传递分析

气象干旱发展到一定程度可以传递为水文干旱。以潘家口水库流域1961—2010年逐月平均降水数据和潘家口水库的入库径流序列为基础数据,分别计算了1、3、6、12个月时间尺度的标准化降水指数（SPI）和标准化径流指数（SRI）,以表征研究区域的气象干旱和水文干旱。基于条件分布模型,分析了不同时间尺度的气象干旱传递到未来的不同等级和不同的预测期（或滞后期）的水文干旱的概率。结果表明,当SPI时间尺度较短或预测期（滞后期）较短时,其对应的SRI水文干旱等级越倾向于维持与SPI相同的干旱等级;随着SPI时间尺度的增长或预测期（滞后期）延长,其对应的SRI水文干旱等级略低于气象干旱或恢复到正常状态。     

过去千年中国东部持续性严重干旱事件的模拟研究

文章利用CESM1.1(公共地球系统模式)模式过去千年集合试验结果,对模拟的过去千年中国东部持续性严重干旱事件的时空特征及发生机制进行了初步分析。模式模拟出过去千年中国东部发生了7次持续性严重干旱事件,分别为883~910年、951~977年、1253~1305年、1327~1346年、1471~1488年、1587~1610年和1688~1699年干旱事件,其中仅1471~1488年干旱事件与中国东部旱涝指数对应较好,表明模式对中国东部干旱事件的模拟能力较低。这7次干旱事件均与模拟的ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)负位相状态相对应,揭示ENSO可能对中国东部干旱事件的发生起了非常重要的作用。模拟分析结果显示,1253~1305年干旱事件前期可能主要受火山活动驱动,后期则可能受到太阳活动和自然内部变率的影响。另外,1587~1610年干旱事件后期可能也受到火山活动的影响;883~910年和951~977年干旱事件则完全受自然内部变率的影响。对1327~1346年、1471~1488年和1688~1699年这3次干旱事件,无法分辨外强迫和内部变率ENSO的各自贡献。     

基于指标信度测度赋权的岩溶隧道水害危险性集对云评价研究

隧道水害危险性评价是一个非线性复杂的不确定系统问题。首先,针对其评价指标参数具有不确定性、模糊性和随机性等特点,在充分考虑岩溶隧道水害危险性评价指标关联性的基础上,提出了基于Jousselme距离的指标信度测度动态赋权理论,实现不同的实例、不同的指标实测值对整个系统的动态赋权,降低实际工作中由于指标实测值误差或错误导致评价结果偏差的风险;其次,运用云理论优化集对联系度,与所得权重加权得出系统综合云联系度,并与等级评价区间期望加权平均得到危险值,同时生成对应的等级云图判定隧道水害危险性等级,进而判定岩溶隧道水害危险状态,实现水害危险等级判定的可视化;再次,基于大气降水为岩溶隧道水害主要来源的视角,选取年均降水量、入渗系数、汇水面积、渗透系数和单位涌水量5项指标作为集对云评价指标,并以6条典型岩溶隧道为样本数据进行模型检验,发现评价结果与其他方法的评价结果相吻合,证明了该模型的可靠性和有效性。最后,将模型应用于京珠高速公路媲双坳岩溶隧道水害事故中,评价结果与实际情况相符,采取与评价等级相对应的处治措施,取得了良好的水害治理效果,表明该模型具有工程实用价值,评价流程可操作性强,为岩溶隧道水害的预测和防治提供参考。      

Risk early warning of maize drought disaster in Northwestern Liaoning Province,China

This study presents a methodology of risk early warning of maize drought disaster in Northwestern Liaoning Province from the viewpoints of climatology, geography, disaster science, environmental science, and so on. The study area was disaggregated into small grid cells, which has higher resolution than counties. Based on the daily meteorological data and maize yield data from 1997 to 2005, the risk early warning model was built up for drought disaster. The early warning crisis signs were considered from exogenous warning signs and endogenous warning signs. The probability of drought was taken as endogenous warnings sign, which was calculated by logistic regression model. Beside precipitation, wind speed and temperature were taken into consideration when assessing the drought. The optimal partition method was used to define the threshold of each warning grade. Take the year of 2009 as an example, this risk early warning model performed well in warning drought disasters of each maize-growing stage. Results obtained from the early warning model can guide the government to take emergency action to reduce the losses.     

Assessment of precipitation and drought variability in the Weihe River Basin,China

The amount and distribution of precipitation play crucial roles in the occurrence of drought in the Weihe River Basin (WRB), China. Using the precipitation data (1960–2010) of 21 meteorological stations, the spatial and temporal characteristics of short-, medium-, and long-term droughts on 3-, 6-, and 12-month time scales, respectively, were examined using the theory of runs and the Standardized Precipitation Index (SPI). The trends of the drought characteristics were analyzed by a modified Mann-Kendall (MMK) test method. Furthermore, comparative analysis of the SPI at different time scales was conducted. The results showed that (1) the main drought type was moderate drought, which occurred frequently in July and October; (2) the drought intensity and frequency were highest in the 1990s, and the drought severity and drought duration in the northwest was more serious than that in the east; (3) an increasing trend of short droughts appeared mainly in the spring and fall; an increasing trend of medium droughts mainly occurred in the 1990s and that of long-term droughts were mainly presented in the northwest region of the WRB; (4) SPI-3 can better reflect precipitation in the current month, SPI-6 has an advantage in characterizing drought persistence, and SPI-12 performs well in capturing extraordinary droughts; and (5) it was also observed that there is a strong relation between the precipitation distribution and drought zones in the basin, and the drought conditions changed continuously with the seasons depending upon the amount and spatial distribution of precipitation .