围岩稳定性评价的投影寻踪权重-属性区间识别模型

围岩的稳定性评价是一个复杂的不确定系统问题。采用粒子群算法优化投影寻踪方法,并结合属性区间识别理论,建立了围岩稳定性评价的投影寻踪权重-属性区间识别模型。选取5个围岩稳定性影响因子作为评价指标,通过构造属性测度区间函数计算单指标属性测度区间,利用基于粒子群优化的投影寻踪确定各评价指标的权重以计算综合属性测度区间,应用置信度准则和评分准则对围岩的稳定性进行属性识别。实例研究表明,该模型能有效的解决围岩稳定性评价问题,且评价结果科学可靠;评价模型采用投影寻踪确定权重,避免了权重确定中的主观性和随意性,保证了评价工作的客观性和准确性。     

新疆季节性积雪对地表温度的影响

在气候变暖背景下,土壤热状态的变化正对土壤中发生的物理、化学以及微生物过程起着至关重要的作用。土壤热状态通常由气温主导,并受到植被、积雪、土壤性质等局部因素控制。积雪改变了大气与土壤之间的能量交换,对冷季土壤热状态起到了决定性作用。本文基于新疆地区中国气象局77个观测站点逐日的积雪深度、气温、地表温度(土壤0 cm处)数据,利用统计分析与数值模拟方法,综合探究了新疆地区季节性积雪对土壤温度的影响,同时揭示了新疆地区积雪对土壤热状态影响的原理机制。结果表明,2005—2020年新疆地区77个气象站点冷季地表温度、气温、积雪深度、地气温差在空间上的分布具有一致性。2005—2020年稳定积雪站的冷季(10月—次年3月)平均雪深为5.9 cm,平均气温为-4.6℃,平均地表温度为-1.3℃。而非稳定积雪站平均气温为1.4℃,平均地表温度为2.4℃。地气温差受积雪深度的控制,积雪每增加1 cm,地气温差增加0.26℃。拟合结果显示,气温每增加1℃,当积雪深度为5 cm时,地表温度增加0.57℃;当积雪深度为30 cm时,地表温度增加0.20℃。进一步选取典型稳定积雪站阿勒泰站开展了2008年积...     

基于足球联赛竞争算法-投影寻踪-云模型的水资源短缺风险评价

为客观衡量水资源短缺风险评价过程中的随机性与模糊性,将正态云模型引入水资源短缺风险评价,建立足球联赛竞争算法-投影寻踪-正态云评价模型,以云南省各州市水资源短缺风险评价为例进行实例研究。从水资源等系统遴选20个指标构建水资源短缺风险评价指标体系和分级标准,采用云模型正向发生器计算水资源短缺风险分级评价指标的隶属度;在分级标准阈值间随机内插样本构造投影寻踪优化目标函数,利用足球联赛竞争算法、粒子群算法、布谷鸟搜索算法和差分进化算法优化投影寻踪目标函数并进行比较,并通过足球联赛竞争算法-投影寻踪法给出各指标权重;根据隶属度矩阵和权重矩阵计算水资源短缺风险评价的分级确定度并进行评价,评价结果与投影寻踪法、模糊综合评价法比较。结果表明:足球联赛竞争算法寻优精度高于粒子群算法等3种算法。昆明市、怒江州和迪庆州水资源风险评价为低风险;玉溪市、保山市、文山州和德宏州评价为较低风险;曲靖市、昭通市、普洱市、临沧市和红河州评价为中等风险;其余州市评价为较高风险,评价结果与投影寻踪法、模糊评价法基本一致。足球联赛竞争算法-投影寻踪-正态云评价模型兼具模糊性和随机性,既能反映水资源短缺风险评价分级的定性概念,又可反映隶属程度的不确定性,具有较好的应用价值。     

积雪和有机质土对青藏高原冻土活动层的影响

随着全球气候变暖,青藏高原冻土活动层正在逐渐加深,为了理解积雪和表层有机质土壤对冻土活动层的影响机理,一维水热耦合模型CoupModel被用于模拟气象驱动下土壤冻融的动态过程.基于祁连山冰沟和青藏高原唐古拉站长期监测数据,CoupModel模型被成功的率定和验证.在冰沟站验证的模型被用于研究积雪对冻土活动层的影响,结果显示:目前较浅积雪情景(雪深＜20 cm)比完全忽略积雪的情景模拟的冬季土壤冻结深度深,说明青藏高原现状下较浅的积雪有利于冻土发育.原因是雪面较高的反照率造成地表吸收的太阳辐射减少,导致雪面温度较低,加之浅雪的阻热性能又较小,综合导致浅雪覆盖时表层土壤向大气释放的能量增加.但随着积雪深度逐渐增加,模拟的冬季土壤冻结深度反而越来越浅,说明较厚的积雪(＞20 cm的雪深)并不利于冻土的发育,主要是雪相对于空气低的热传导隔绝了表层土壤向大气的热损失.在唐古拉站验证的模型被用于研究有机质土对冻土活动层的影响,结果显示:随着有机质土壤深度增加,模拟的活动层夏季融化深度逐渐较小.有机质土壤较矿物质土壤低的热传导和高的热容性质减少了下伏土壤热状况对太阳辐射和气温波动的响应,说明有机质土有利于冻土的保护.     

额尔齐斯河源区森林对春季融雪过程的影响评估

春季积雪融水是额尔齐斯河河源区最重要的水资源. 为探索森林对春季融雪过程的影响, 于2014年融雪期在额尔齐斯河河源区的卡依尔特斯河流域, 选择草地、林中空地和林下三种不同地貌条件, 分别观测积雪消融过程. 结果显示: 积雪消融过程中, 积雪深度和雪水当量的变化并不是同步的; 积雪深度的减小是持续发生的, 是新雪密实化作用的结果; 而雪水当量仅在日均空气温度高于 0 ℃ 时才出现快速的下降. 森林具有显著调节空气温度的功能, 三种类型观测点1.5 m处的日平均空气温度表现为草地>林下>林中空地, 其中, 消融期内草地的平均空气温度(-2.5 ℃)远高于林下(-5.4 ℃)和林中空地(-6.1 ℃); 森林的存在显著减小了空气温度的日较差. 草地、林中空地和林下积雪消融持续期分别为20 d、43 d和35 d, 消融期平均积雪消融速率分别为2.1 mm·d^-1、1.5 mm·d^-1和 1.2 mm·d^-1, 即: 草地>林中空地>林下. 另外, 单棵树对积雪的消融速率有极其重要的影响: 树冠外一定距离内积雪的消融速率约为树冠下积雪消融速率的2倍以上; 但由于树冠超过70%的降雪截留效应, 树冠正下方的积雪消融结束时间仍提前树冠外侧约10 d. 积雪的消融由空气温度和辐射强度共同决定: 当日平均空气温度<0 ℃时, 辐射强度对积雪消融影响较大, 消融过程可由空气温度和辐射强度共同描述; 当温度>0 ℃时, 单独的空气温度可直接反映消融速率的变化. 研究还发现, 该流域内积雪的消融主要发生在每天的14:00-19:00, 该时段内积雪消融量约占全天消融总量的50%以上, 这对流域内积雪洪水预报和水资源利用及管理具有重要的指导意义.     

投影寻踪评价模型在隧道围岩稳定性分级中的应用

隧道围岩稳定性分级对隧道工程设计和施工具有重要的意义。利用影响隧道围岩稳定性的多种因素,应用投影寻踪评价模型建立隧道围岩稳定性分级方法,探讨了利用不便于量化为投影指标的影响因素对投影分级结果进行修正的方法。应用实例表明,投影寻踪分级结果与其它分级方法的结果相符,证实了方法的正确性。     

融雪入渗条件下边坡渗流计算及稳定性分析

本文利用饱和非饱和渗流有限元方法,参考积雪厚度、温度变化与融雪入渗关系统计资料,对积雪深度、气温变化以及坡度等不同条件进行了边坡融雪入渗渗流计算及稳定性分析。本文条件下计算结果表明:同一坡度下融雪入渗系数和坡面一定范围内的含水量及压力水头随积雪深度增加而增加,积雪深度达1.0m时,融雪入渗垂直影响范围为30.0m,边坡暂态饱和水位升高13m;相同积雪深度条件下,坡度越大,融雪入渗系数越小,坡内压力水头及含水量变化越小,30°边坡融雪入渗垂直影响范围最大为30.0m;同一积雪深度和坡度下,融雪入渗系数及坡面附近压力水头均与气温变化幅度呈正相关关系。根据极限平衡计算,边坡的稳定系数随着融雪过程的持续而降低,积雪深度、边坡坡度或温度变化越大,安全系数降低幅度越大;其中,坡度因子对边坡安全系数的影响最为显著,60°边坡受融雪影响安全系数降幅达9.7%。     

基于投影寻踪模型的水质综合评价

针对投影寻踪模型中投影指标函数的最优化计算复杂问题,采用加速遗传算法加快寻优速度,解决了投影寻踪过程中最优化问题。实例计算表明,该模型可处理复杂多指标优化问题,是解决复杂水质综合评价的有效途径。     

基于投影寻踪技术的矿井突水水源判别模型——以新庄孜煤矿为例

投影寻踪是一种降维处理技术,它可以将高维分析问题通过投影方向转化为低维问题分析.应用该法的关键在于寻求最佳投影方向,这可以转化为一个复杂的非线性优化问题,结合Matlab的遗传算法工具箱进行优化求解.本文以淮南新庄孜煤矿为例,建立突水水源判别投影寻踪模型,并与模糊综合评判模型、神经网络模型、灰色聚类模型进行分析比较.结果表明:投影寻踪判别模型能够有效地判别突水水源,比模糊综合评判、神经网络模型、灰色聚类模型具有更高的准确性,为矿井突水水源判别提供了一个新途径.     

祁连山不同植被类型对积雪消融的影响

为研究祁连山植被对积雪消融的影响, 利用人工调查积雪深度逐日变化量和积雪盖度变化, 并结合空气雪面感热通量(SH)观测, 对祁连山水源林生态站排露沟流域海拔2 600～2 700 m青海云杉林、灌丛林、林缘、阳坡草地在2003-2007年的积雪消融进行了研究, 每年的观测从10月降雪开始到翌年5月积雪消融完结束, 共获取数据134 400个. 结果表明: 当SH<0时, 积雪消融停止;当SH>0时, 积雪消融开始;植被可以减缓积雪消融速率, 有植被的地方消融速率减慢, 反之则加快;不同植被消融速率大小顺序为草地>林缘>灌木林>乔木林;同一植被、不同坡向消融速率不同, 半阳坡云杉林＞半阴坡云杉林＞阴坡云杉林. 积雪含水率随气温升高而增大, 1月融化积雪占整个积雪的5%, 2月增大到28%, 大量积雪在3月消融, 占55%. 从坡位看, 下坡消融速率最大;在一个垂直带上, 低海拔消融速率大于高海拔. 温度是影响积雪消融的主要因子, 积雪消融速率随温度升高而增大, 反之则减小.     

基于PSO-PP的围岩稳定性评价

围岩的稳定性评价是一个复杂的不确定系统问题。结合投影寻踪方法、粒子群算法和逻辑斯谛曲线函数,建立了围岩稳定性评价的粒子群优化投影寻踪(projection pursuit based on particle swarm optimization,PSO-PP)模型。该模型一方面采用粒子群算法优化投影指标函数及逻辑斯谛曲线函数参数,确保了模型的准确性;另一方面利用逻辑斯谛曲线函数建立投影值与经验等级之间的非线性关系。模型的测试结果显示了良好的精度,实例分析结果与实际状态完全一致,表明该模型在围岩稳定性评价中的可行性和有效性。     

基于投影寻踪的水质评价模型

基于投影寻踪技术的基本原理和求解过程，建立了水质评价模型。大样本数据应用到模型中，使模型的精度大大提高。该模型既能根据样本本身寻求出各因子的重要程度，即客观权重．又能根据决策者对某个（些）影响因子的偏好，对样本进行分类。将遗传算法和传统优化方法相结合，以解决遗传算法求解带约束问题能力差的问题，并将其用于本文建立的模型的目标函数优化中．解决了高维数据全局寻优的难题。实例分析表明，该模型能够很好地对水质进行评价。能有效地解决多因素带来的高维复杂性，是一种处理多因素复杂评价问题的有效途径。     

青藏高原积雪、冻土对中国夏季降水影响研究

利用RegCM3模式,通过计算青藏高原不同积雪、冻土年的气候状况,分析了高原地区不同积雪状况下土壤冻结差异对中国夏季降水的影响及其机理.结果表明:RegCM3模式能够较好的模拟不同积雪状态下高原土壤冻结差异对中国夏季降水的影响.多雪年当高原土壤冻结较厚时,在长江流域和西北地区中部降水偏多,东北地区、华北地区、华南地区、...     

基于SSM/I和MODIS数据的天山山区积雪深度时空特征分析

以天山山区为研究区,利用MODIS 8d最大积雪合成数据MOD10A2,分析天山山区积雪的时间变化和空间变化情况以及不同高程带的积雪覆盖率的变化情况;结合SSM/I亮温数据和站点观测数据建立的雪深反演模型并反演研究区的雪深,根据研究区的地势起伏情况,提取特殊地形进行分析其雪深变化情况,进一步分析整个天山山区的积雪深度的时空特征,并对结果进行验证,并且对不同高程带的积雪深度进行分析.研究结果表明:1)天山山区积雪面积分布的趋势表现为自西向东、自北向南减少,总体是呈波动中减少的趋势,到了2012年天山山区年最大积雪面积为37.69×10⁴ km².2)积雪覆盖率与高程呈正比,在高山区可达70%以上.积雪深度分布呈自西向东、由北向南减少,深度最大的是在天山北部的博格达峰、河源峰附近,可以达到80 cm以上,最小在哈密地区的托木尔提峰附近积雪深度仅在10 cm左右.积雪深度与海拔呈正相关,最大雪深出现在4500 m以上的高山区.3)对雪深反演结果的精度评价表明,模型在10~30 cm雪深范围内,反演平均误差为-2.47 cm;在雪深<10 cm或>30 cm的局部地区存在较大偏差.     

基于AMSR-E的北疆地区积雪深度反演

利用北疆地区2007/2008-2009/2010年度积雪季(12月至次年2月)的AMSR-E降轨19 GHz与37 GHz波段的水平极化亮温数据, 结合北疆地区45个气象台站的实测雪深数据, 建立了北疆地区基于AMSR-E亮度温度数据的雪深反演模型, 并对模型的精度进行评价. 结果显示: 雪深在3~10 cm时, 模型反演的雪深值负向平均误差为-5.1 cm, RMSE值为6.1 cm; 雪深在11~30 cm时, 模型反演雪深值的平均误差仅为2.6 cm, RMSE、 正向平均误差、 绝对平均误差均较小; 雪深大于30 cm时, 模型反演的各项误差较大. 用合成方法反演北疆地区2006/2007-2010/2011年度5个积雪季的平均雪深分布和最大雪深分布, 结果显示北疆地区积雪主要分布于北部阿尔泰山和南部天山一带, 其中阿勒泰地区所占比重最大, 中部的准噶尔盆地腹地、 克拉玛依地区雪层较浅.     

基于AMSR2被动微波积雪参量高精度反演方法研究

以新疆为研究区域建立了被动微波遥感积雪深度高精度反演模型,采用高空间和时间分辨率AM SR2被动微波遥感数据(2012年11月-2015年3月逐日数据),结合研究区域海拔高度、坡度、坡向、沙漠,荒漠和地表粗糙度等地形、地貌特征,考虑冰川、水体、林地等地表覆盖类型和不同季节的新雪、干雪和湿雪等积雪属性的微波辐射特征,以决策树阈值法为基础,通过采集样本分类建立起多种雪深判识阈值,在此基础上建立AMSR2高精度积雪深度反演综合模型,分类分析不稳定积雪和冰川信息,从而实现雪深在60 cm以内的积雪深度AMSR2反演的主要原理、思路及方法,并对模型的反演结果跟台站实测或者野外观测积雪值以时间和空间角度进行检验.结果表明:该综合模型能够定量判识研究区域复杂地形地貌条件下的1~60 cm积雪厚度,检验的复相关系数为0.74~0.88,均方根误差为2.92~6.14 cm,平均绝对偏差指数为3~4 cm,雪深误差5 cm的精度为91%~94%,雪深误差2.5cm的精度为81%~87%.     

Complexity measurement of regional groundwater resources system using improved Lempel-Ziv complexity algorithm

In this paper, the self-adaptive artificial fish swarm algorithm (SAAFSA) is used to optimize the coarse graining of segment numbers, which are used in the Lempel-Ziv complexity algorithm. This approach improves the Lempel-Ziv complexity (LZC) algorithm of equal probability coarse graining. As a case study, the complexities of monthly series of groundwater depth were analyzed at seven farms in the Hongxinglong Administration. GIS technology was used to create spatial distributions of monthly groundwater depths. A projection pursuit model based on the SAAFSA was established and used for complexity attribution analysis at selected farms with different degrees of complexity. The three selected farms, Hongqiling, 852, and Youyi, each represent a certain degree of complexity. Further analysis shows that precipitation, evaporation, temperature, and human activities are the primary factors that cause complexity variations in local groundwater depth. The results reveal the evolution of the complexity characteristics of local groundwater depth and provide scientific evidence for the need to effectively allocate regional water resources. Additionally, the proposed method can be applied in complexity analyses of other hydrologic features, as well as in research regarding nonlinear time series in economic, engineering, medical, and signal analyses.     

典型草原区芨芨草灌丛积雪形态与滞雪阻雪能力

通过对典型草原区芨芨草（Achnatherum splendens）灌丛积雪体的调查,研究了灌丛特征（灌丛高度、灌丛迎风侧宽度、灌丛顺风侧长度）对于积雪形态（积雪高度、积雪宽度、雪辫长度）的影响。结果表明：芨芨草积雪形态参数与灌丛特征单一因子间呈显著的幂函数关系（指数<1）,灌丛积雪发育过程及其形态特征是灌丛特征参数共同影响和作用的结果,灌丛高度对积雪高度与雪辫长度影响最大,灌丛迎风侧宽度对积雪宽度影响最大;在灌丛积雪的形成发育过程中,较小灌丛积雪形态发育较快,大灌丛积雪形态发育相对缓慢,不论灌丛特征如何变化,所有灌丛积雪体前期发育迅速,后期发育缓慢;灌丛二维空间滞雪范围模型直接反映灌丛对风力的干扰范围和积雪的潜在范围,间接反映灌丛的滞雪能力;灌丛三维空间阻雪量模型直接反映一定雪源、风况条件下灌丛的阻雪能力。建立的灌丛滞雪范围与灌丛阻雪体积模型,可为典型草原风吹雪区积雪资源估算和雪害植物防治技术提供理论依据。