基于中国砂土液化数据库的标准贯入试验液化判别方法研究

历史地震液化调查数据是液化判别方法构建、改进以及验证的重要基础,也是检验现有液化认识和理论的主要标准。通过吸收我国集集、巴楚和松原等地震液化数据,将基于标准贯入试验（standard penetration test,简称SPT）锤击数的液化数据量库从121个增至465个。采用该液化数据库,对比研究了我国建筑抗震设计规范液化判别方法（简称建规法）、2个双曲线模型以及循环剪应力比CSR简化方法等4种基于SPT液化判别方法的可靠性。结果显示：2个双曲线模型能够很好地判别液化和非液化数据,成功率超过85%,对液化数据和非液化数据的判别成功率保持均衡;建规法以及CSR简化方法判别结果存在不足;地震烈度为7度区液化数据和非液化数据混合情况较多,不同液化判别公式判别效果均不够理想,而对8度区和9度区液化数据,4种方法判别成功率较高;与以往液化概率判别公式对比,基于CSR计算方法,采用新液化数据给出的液化风险评估概率判别公式虽然采用数据量不同,但公式预测临界线匹配良好;建规法存在明显不足,对饱和砂层埋深大于10 m的深层土液化判别结果过于保守。研究成果可为改进我国规范中液化判别方法提供参考。     

全局与局部寻优相结合的道路网匹配方法

针对面向道路网匹配的概率松弛法约束性指标单一且无法识别M:N匹配模式的不足,从兼顾全局和局部匹配最优的角度出发,提出了从局部角度顾及几何约束和拓扑约束,从全局角度完善M:N匹配模式的改进算法,设计并实现了不同匹配模式下的匹配策略。测试结果表明,该方法的整体匹配精度和召回率提高了7%~14%,均达到90%以上;空间与属性匹配度评价指标提高了3%~7%;可将待匹配路网中最邻近结点平均距离的两倍值作为缓冲区阈值设定的参考依据,从而验证了该方法的可行性与可靠性。     

三维空间下的证据权建模方法与资源预测应用

为了探索证据权法在三维空间下成矿预测的实际应用,在传统证据权的基础上,探讨了适用于三维空间下成矿预测的证据权建模思路和方法。并以Visual Studio 2010为开发平台,在Access 2003中建立多元地学空间数据库,开发可进行证据因子选择、因子权重计算及后验概率计算的证据权软件WofE3DSys,其输出结果可在Voxler中进行三维可视化呈现。经分析,WofE3DSys计算结果与Arc WofE输出结果在异常圈定方面基本一致,验证了WofE3DSys的准确性。最后,以招平断裂带大尹格庄金矿为实例,选取成矿信息作为证据图层,进行成矿预测。该研究是对三维空间下证据权法的一次探索,为将来该证据权法在其他矿区的成矿预测提供了现实依据     

基于概率矩阵的干旱等级变化评估及应用

干旱等级具有多级和跃迁性质,有必要提出一种既能反映不同干旱等级变化特征,又能体现干旱总体变化特征的定量评估方法。通过构建干旱等级变化的概率矩阵,引入变化率乘子和变化程度乘子,推导干旱等级变化率和变化程度计算公式,提出干旱等级变化的综合定量评估方法;借助标准化降水蒸散指数和标准化径流指数,应用于东江流域评估月、季和年尺度的气象干旱向水文干旱传递过程中干旱等级变化及水库影响下水文干旱等级变化。结果表明:①气象干旱向水文干旱传递过程中干旱总体变化程度较小,但干旱等级变化明显,月、季和年尺度的总体变化率分别达到了45.9%、46.8%和34.9%;②干旱在10月下降了约1.4个等级,在春季上升了约1.3个等级;③水库径流调节对于缓解月、季尺度水文干旱作用显著,干旱等级总体变化率均约为33%,其中春季干旱程度下降了约1个等级。该方法不仅适用于评估干旱变化,也可应用于评估具有分级特征的其他灾害变化。     

基于Copula函数的甘肃河东短时强降水特征分析

利用1960—2014年兰州、临夏、合作、定西、武都、天水、平凉和西峰逐分钟降水资料,分析甘肃河东强降水频次的时空分布特征,建立基于Copula函数的持续时间和过程雨量的联合分布,基于该函数开展强降水发生概率分析研究。结果表明:(1)甘肃河东近55年来平均强降水频次为1. 64次/(a·站),主要特征为持续时间短、过程雨量小,平均持续时间为2. 88 h,过程雨量为23. 4 mm,持续时间小于1 h的概率高达13. 4%;(2)强降水主要发生在汛期(4—9月),月变化服从正态分布,墨西哥帽小波分析表明频次存在着显著的22～23 a和13～15 a的年代际和3～7 a的年际变化;(3)强降水发生概率从大到小依次为平凉、西峰、天水、定西、武都、临夏、兰州和合作,相应的陇东最大,陇南次之,中部地区最小。     

延安地区雷电流幅值累积概率分布特征及计算公式

利用陕西省雷电定位系统资料分析了延安地区2009—2012年的雷电流数据,并对多种雷电流幅值累积概率公式进行了比较分析,同时引入雷电流概率密度公式,列举实例,分析了各累积概率公式所拟合的曲线与实测值所绘制曲线的误差,并根据分析结果给出了该地区带有未知系数α、β的雷电流幅值累积概率计算公式,利用Matlab的Cftool工具中的最小二乘曲线拟合方法对地闪进行拟合,求出拟合误差最小和拟合效果最好时的α、β值,得出了该地区更为精确的雷电流幅值累积概率计算公式,并利用该地区2013年的雷电流数据对推导出的公式进行了准确性验证.结果表明：正闪的平均雷电流幅值明显大于负闪,而负闪的雷电流幅值分布比正闪的分布相对更集中;正闪的雷电流幅值累积概率的分布曲线比较平缓,而负闪的相对比较陡峭;利用规程公式拟合的曲线与实测值对应的曲线差异较大,而利用IEEE Std和CIGRE推荐公式分别拟合的曲线与实测值对应曲线的变化趋势一致,相比规程公式IEEE Std的误差明显减小;当α=36.04,β=4.349时,拟合误差最小,拟合效果最好,并且发现雷电流I_c在0~150 kA时,拟合误差在-0.025~0.018,当I_c=35 kA时,拟合误差最大,为0.025,当I_c大于150 kA时,拟合误差趋于0.     

基于动力相似方法的台风极端降水概率预报研究

采用动力与统计相结合的方法,对台风引起的极端降水事件进行概率预报方法的研究,回算并评估了25个在2012—2015年间登陆中国的台风。此外,还对该预报方法的相似成员数和有效概率阈值进行了敏感性试验。试验结果显示,该台风极端降水概率预报方法具有一定的预报技巧,能准确预报多数产生极端降水的站点,但预报范围略偏大,空报率较高。相似成员数的敏感性试验表明,100%的相似成员数比率具有更优的预报效果;在相似成员数比率为100%的基础上,24 h预报的有效概率阈值在0%~2%之间的预报效果最好,48 h的有效概率阈值在0%~1.5%之间的预报效果最好。最后对“苏迪罗”和“海鸥”两个台风进行个例预报试验,结果表明对不同个例,预报效果存在较大差异。      

高斯过程回归方法在浙江沿海海岛冬春季阵风预报中的应用试验

利用2006—2016年冬春季浙江四个海岛气象站10 m大风观测资料和ERA-interim资料,首先分析了阵风因子和阵风风速的概率分布特征;然后统计阵风与10 m至500 hPa层的气温、风速、散度、涡度、比湿、垂直速度、浮力能等要素的关系,选取高相关的预报因子;最后采用高斯过程回归方法建立阵风概率预报模型,并进行试报。(1)平均风速相同时对应的阵风因子变化较大,导致阵风也出现大的差异,说明阵风数据分布具有混沌性;阵风风速具有正态或准正态分布特点,在自然对数处理后完全符合正态分布,表明采用高斯过程回归方法建立阵风概率预报模型合理可行。(2)阵风与大气低层的动力因子相关较好,而在近中层则与热力因子相关较好。(3)阵风大值样本在大气低层具有更强的下沉速度,有利于上层动量向下输送,且大值样本对应的中层气温和比湿相对大些,说明中层暖湿气流有利于湍流的发展和不稳定能量的交换。(4)试报模型的因子权重尺度分析表明,最佳预报因子绝大多数集中在875 hPa层以下,说明大气低层因子对近地面阵风起主导作用。(5)高斯过程回归模型试报表明,大部分站点阵风预报的50%概率区间上下界跨度约为2.5 m/s,75%概率区间跨度约为4.5 m/s,样本的50%和75%概率区间击中率均符合预期。      

一种基于数值模式诊断自适应的北京地区对流性降水临近集合预报新方法

局地触发及组织化发展中尺度系统的生消演变是影响对流性降水临近预报的核心和关键。本文结合雷达外推预报、专家系统以及快速循环更新的高分辨数值模式系统,发展和构造了一种适合北京地区的基于数值模式预报诊断自适应的对流性降水临近集合预报新方法（APEN）。APEN基于降水外推预报结果,采用模糊逻辑算法,利用北京市气象局快速循环更新同化系统（RMAPS-IN）提供的对流诊断因子,计算对流系统发展演变（新生、增加和减弱）概率;在此基础上,扰动诊断因子阈值和权重,形成对流发展的集合概率预报;最后综合专家经验,根据对流集合概率,在降水外推预报基础上进行对流性降水调整。应用APEN,针对北京两次强弱降水过程,进行了降水的临近预报试验,结果表明:基于RMAPS-IN多种诊断因子的对流发展集合概率在强弱两种天气背景下,都能较好的反映对流系统在临近时段的发展趋势;基于专家经验模型的三种对流发展状态（对流新生、增加和减弱）下的降水调整,能合理的表征对流系统发展演变对降水的影响。APEN降水预报和RMAPS-IN的业务预报的对比显示:无论是系统性对流过程还是局地激发对流过程,APEN预报的降水落区和强度都更接近于实况,尤其是考虑对流发展演变影响的降水强度预报明显优于RMAPS-IN,APEN在北京地区对流性降水的临近预报中有明显的优势和应用潜力。     

基于转移概率地质统计的淮南顾桥矿区松散层含水介质刻画

含水介质的空间分布及其非均质性对地下水流和溶质运移有着重要的影响。以淮南顾桥矿区作为研究对象,为了刻画矿区松散层含水介质的空间分布,使用转移概率地质统计方法建立含水介质的随机模型,对矿区水文地质结构的空间连续性和空间变异性进行表征;并将随机模拟得到的顾桥矿区含水介质剖面图与矿区原始水文地质剖面进行对比。结果表明,基于转移概率地质统计模拟方法可以比较准确地刻画矿区的水文地质结构;模拟剖面与原始水文地质剖面的比较显示模拟结果与实际含水介质空间分布情况有较好的一致性,转移概率地质统计方法在对含水介质非均质性刻画中具有较好的适用性。