Polynomial chaos expansion and response surface method for nonlinear modelling of reference evapotranspiration

The feasibility of polynomial chaos expansion (PCE) and response surface method (RSM) models is investigated for modelling reference evapotranspiration (ET₀). The modelling results of the proposed models are validated against the M5 model tree and multi-layer perceptron neural network (MLPNN) methods. Two meteorological stations, Isparta and Antalya, in the Mediterranean region of Turkey, are inspected. Various input combinations of daily air temperature, solar radiation, wind speed and relative humidity are constructed as input attributes for the ET₀. Generally, the modelling accuracy is increased by increasing the number of inputs. Including wind speed in the model inputs considerably increases their accuracy in modelling ET₀. Mean absolute error (MAE), root mean square error (RMSE), agreement index (d) and Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) are used as comparison criteria. The PCE is the most accurate model in estimating daily ET₀, giving the lowest MAE (0.036 and 0.037 mm) and RMSE (0.047 and 0.050 mm) and the highest d (0.9998 and 0.9999) and NSE (0.9992 and 0.9996) with the four-input PCE models for Isparta and Antalya, respectively.     

基于三维Taylor模型的福建及邻近地区地磁模型研究

基于福建及邻近地区高密度的256个地磁场矢量(D、I、H分量)实测数据,结合全球陆地1km基准海拔高度工程的网格数据以及最新的第十二代国际地磁参考场模型(IGRF12),采用三维Taylor多项式模型构建了福建地区的地磁场模型.通过比较均方偏差(RMS)、磁场实际分布以及残差等,结果显示:(1)当三维Taylor模型的截断阶数(N)为2时,可基本反映N为6时的二维Taylor模型的拟合效果;(2)三维Taylor模型计算方便,精度较高,但较易出现龙格现象,因此在确定截断阶数时既要考虑模拟精度,还需要考虑边界效应问题.     

基于附有限制条件的多项式模型建立中国区域电离层模型

利用IGS站的实测数据,采用最小二乘多项式模型建立中国区域电离层延迟模型。由于该模型各时段间连续性不强,故对其附加时空域上的限制条件。结果表明,附有限制条件的多项式模型保证了模型的连续性,在一定程度上能更好地反映电离层随时间的变化特性。采用该模型,研究分析中国区域电离层的周日、季节变化特性。     

Time-domain identification of dynamic properties of layered soil by using extended Kalman filter and recorded seismic data

A novel time-domain identification technique is developed for the seismic response analysis of soil-structure interaction. A two-degree-of-freedom (2DOF) model with eight lumped parameters is adopted to model the frequency-dependent behavior of soils. For layered soil, the equivalent eight parameters of the 2DOF model arc identified by the extended Kalman filter (EKF) method using recorded seismic data. The polynomial approximations for derivation of state estimators are applied in the EKF procedure. A realistic identification example is given for the layered-soil of a building site in Anchorage, Alaska in the United States. Results of the example demonstrate the feasibility and practicality of the proposed identification technique. The 2DOF soil model and the identification technique can be used for nonlinear response analysis of soil-structure interaction in the time-domain for layered of complex soil conditions. The identified parameters can be stored in a database for use in other similar soil conditions. If a universal database that covers information related to most soil conditions is developed in the future, engineers could conveniently perform time history analyses of soil-structural interaction.     

边坡可靠度分析的非侵入式随机有限元法

提出基于非侵入式随机有限元法的边坡可靠度分析方法,并编写计算程序NISFEM。采用有限元滑面应力法计算边坡安全系数,将Hermite随机多项式展开与SIGMA/W和SLOPE/W模块有机结合实现边坡可靠度非侵入式随机分析。根据随机多项式展开系数,给出边坡安全系数前4阶统计矩（均值、标准差、偏度和峰度）和Sobol指标解析表达式,并采用Sobol指标进行边坡可靠度参数敏感性分析。最后,以均质土坡可靠度问题为例,证明该方法在边坡可靠度分析中的有效性。结果表明,边坡可靠度分析的非侵入式随机有限元法能够有效地考虑边坡变形对边坡可靠度的影响,计算效率远远高于蒙特卡罗模拟方法（MCS）,是解决复杂边坡可靠度问题一种有效地分析手段;黏聚力和内摩擦角变异性对边坡安全系数前四阶统计矩具有明显的影响,重度变异性对安全系数前4阶统计矩几乎没有影响;抗剪强度参数间负相关性对边坡安全系数均值几乎没有影响,但对安全系数标准差、偏度和峰度均有明显的影响。此外,随着抗剪强度参数间负相关性的增加,边坡安全系数由近似正态分布逐渐变为明显的非正态分布。     

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经验模态与小波分解在光学遥感内波参数提取中的应用

内波遥感参数提取是利用遥感影像研究海洋内波的重要手段,通过提取内波的基本参数可以对海洋内波的生成与传播机制进行进一步的研究。提出了利用经验模态分解、小波分解与高阶多项式拟合从光学影像中提取内波半波宽度的方法。经验模态分解与小波分解对内波剖面数据进行尺度分解,根据归一化方差最大来提取内波分量;多项式拟合基于内波剖面的亮暗条纹变化完全由内波调制的假设,对数据进行拟合,并根据一阶导数来提取半波宽度。用南海北部东沙岛附近2004年7月10日的中-巴资源卫星(China-Brazil Earth Resources Satellite,CBERS)影像对方法进行了验证。结果表明,3种方法能较好地提取所需参数,获取的内波半波宽度具有较好的一致性;上述方法在处理非平稳及非线性遥感数据上,具有非常明显的优势。基于一维非线性内波理论,通过提取的内波半波宽度,辅以水深和混合层深度数据,反演了内波的振幅。     

一种基于Partial EIV模型的多项式拟合解法

针对多项式拟合模型系数矩阵中部分元素是某一自变量的函数的特点,根据Partial EIV模型的解算思想,将系数矩阵中自变量的函数作为随机元素提取,顾及泰勒展开的二阶项,由协方差传播律计算自变量函数的协因数阵进行平差解算。实验结果表明,系数矩阵的元素不再是单独的自变量时,使用该算法可以得到与已有非线性总体最小二乘方法相近的参数结果,从构造随机向量权阵的角度提供了一种新的解算方法。     

北京地区暴雨气候特征及其变化分析

利用1961～2007年北京地区降水资料,采用气候倾向率、多项式曲线拟合和Morlet小波分析方法,对北京地区暴雨的气候特征及变化趋势进行了分析,结果表明:1）北京地区暴雨有明显的月变化特征,8月上旬(北京奥运会开幕式前后)是北京地区暴雨出现最为集中的时期。2）1961～2007年北京地区暴雨日数总体表现为波动式的缓慢下降,沙河暴雨日数的下降趋势最不明显,西郊居中,南苑暴雨日数的下降趋势最明显。3）暴雨日数的增减变化具有阶段性特征,1990年前南苑暴雨日数的变化与沙河、西郊有着完全相反的变化趋势。4）北京地区暴雨日数变化具有多重周期性,南苑、西郊和沙河暴雨周期日数不同。