基于机器学习的海表温度对中国降水的预测研究

利用K-means聚类算法将36a的中国周降水数据聚类为7个区域,其中非季风区的中国西北和青藏高原的大部分地区聚类为两个区域,其余区域聚类为5个区域.将各区域的降水量数据经过指数平滑之后,输入聚焦时延神经网络(FTDNN),求解其与经过主成分分析降维处理的SST之间的关系.结果表明:季风区的降水量最佳延迟时间比远离海洋...     

Application of saddlepoint approximation in reliability analysis of dynamic systems

The application of the saddlepoint approximation to reliability analysis of dynamic systems is investigated. The failure event in reliability problems is formulated as the exceedance of a single performance variable over a prescribed threshold level. The saddlepoint approximation technique provides a choice to estimate the cumulative distribution function (CDF) of the performance variable. The failure probability is obtained as the value of the complement CDF at a specif ied threshold. The method requires computing the saddlepoint from a simple algebraic equation that depends on the cumulant generating function (CGF) of the performance variable. A method for calculating the saddlepoint using random samples of the performance variable is presented. The applicable region of the saddlepoint approximation is discussed in detail. A 10-story shear building model with white noise excitation illustrates the accuracy and effi ciency of the proposed methodology.     

华北平原东北部小冰期干湿变化特征及其驱动机制

小冰期作为距今最近的一次冷期,是研究寒冷事件对人类社会和自然环境影响的重要参照期,其气候总体偏冷已达成共识,但干湿变化存在明显的时间和区域差异。华北平原作为东亚季风系统控制的核心区,对气候变化响应十分敏感,由于受到研究材料、技术方法等因素限制,致使华北平原小冰期次一级干湿变化过程研究较少,且缺乏高分辨率的定量研究。本研究在6个AMS¹⁴C定年的基础上,通过对秦皇岛七里海湖泊深度为245～62 cm的钻孔沉积物92个样品的孢粉分析,利用加权平均偏最小二乘回归法(WA-PLS),高分辨率地定量重建了华北平原东北部1250～1610 A.D.的降水变化过程。结果显示：小冰期早期(1310～1450 A.D.)年降水量平均为565 mm,较中世纪温暖期降水减少约25 mm,气候变干,但程度较轻;小冰期中期(1450～1610 A.D.)降水量进一步降低,降至525 mm左右,最低可达410 mm,气候达到研究段最为干旱时期。分析认为,华北平原东北部地区小冰期冷干变化过程可能受太阳辐射量、火山活动和太平洋年代际振荡(PDO)的共同驱动。     

考虑有雨无雨辨识的多源降水融合方法

多源降水融合是精准估计降水时空分布的重要途径,多聚焦降水量或降水强度的误差订正,对短历时降水雨区辨识的重视不足。提出考虑有雨无雨辨识的多源降水融合框架,耦合地理加权逻辑回归与地理加权回归模型,构建兼顾雨区辨识及雨量估计的降水融合方法,并应用于汉江流域MSWEP V2.1与地面站网观测日降水融合。结果表明：所提方法成功再现有雨无雨空间格局并刻画了降水中心,整体强化了MSWEP V2.1对地面降水的表征能力,降低误报率和误报降水量的幅度超过了60%,提高临界成功指数和Kling-Gupta效率系数达40%以上;较降水空间插值数据,削减误报降水量并提升Kling-Gupta效率系数高于10%;另外,较参考数据,降水融合改善强降水事件(雨强≥50 mm/d)分辨精度的增益不低于60%。所提方法有效改善了降水估计效果,为多源降水融合提供了新思路。     

台风“利奇马”对钻孔体应变的扰动分析——以浙江地区为例

利用台风“利奇马”过境浙江期间,岱山地震台、东阳地震台钻孔体应变数据,采用数据滤波和线性回归等方法,分析了这2个台站钻孔体应变对台风的响应特征。结果表明,东阳地震台受台风引起的低气压的影响,钻孔体应变与气压同步变化;而岱山地震台受低气压和降水的共同影响,钻孔体应变与气压在变化的相关性和同步性上均有差异。气压和降水导致钻孔体应变的变化量可以通过负载力学模型进行估算求解。     

用树木年轮重建伊犁南天山北坡西部的降水量序列

根据采自伊犁地区南天山北坡11个采点的树木年轮样本,建立了每个采点的3种年表。通过单相关普查发现,标准化树轮年表序列与当年1~5月的降水显著相关。分析表明该时段降水与树木年轮生长呈正相关具有明确的树木生理学意义。利用新源上限(XNAUt)、昭苏上限(ZUt、ZUt 2)和特克斯下限(TLt)4个标准化树轮年表序列可较好地重建该区域在该时段的降水量。经交叉检验,所得重建方程是稳定可靠的,重建的降水序列是可信的。通过分析发现:伊犁地区南天山北坡300年以来1~5月的降水大致经历了6个偏湿阶段和6个偏干阶段;有2.0~2.8年、24.8年、28.3年、33年、99年的变化准周期;在1909年发生由多向少的突变;1740年、1870年发生由少向多的突变,其中又以1870年前后的突变最为明显。     

气候影响下的荒漠下的荒漠化监测

根据揭示沙漠化扩张内在规律的相关气候驱动因子的假说,气候作用影响之下的沙漠化是在具反射率-降水正、负反馈特点的气候系统之中的区域干旱化过程与干旱土壤退化过程相互作用的结果。在辐射调节下的地表下垫面温度占主导的条件下,气候成因的沙漠化是由区域气候系统反馈所形成。正反馈的外部调节因子是降水量的变化和极端降水事件(特别是旱灾)的出现频率,降水量减少以及降水频率的降低直接影响沙漠化的程度。20世纪下半叶,人类因素导致的干旱土地退化作为另外的正反馈调节因子,其重要性正在增加。通常正反馈的扩大趋势会被通过蒸腾而进行的地表温度调节的负反馈所抑制。由正反馈到负反馈的转换是通过地球表面与大气层之间的热量交换的调节所确定的,其中非潜热因子处于增加状态。上述情况在反射率和地表温度同时增加的条件下发生。在超出绿色植物生物量及其NDVI指数阈值的条件下,负反馈向正反馈的转换就会发生。人为作用导致的植被退化加快了向绿色植物生物量阈值逼近的进程,从而引起气候因素驱动的沙漠化扩大。一个主要由气候因素影响的荒漠化区域,在大多数情况下,其绿色生物量均在季节变化和年际变化中达到了阈值。在中度的人为影响的植被退化条件下,这些地域一般都包括部分干旱与半干旱土地。然而有时,人类活动也会导致干旱的半湿润土地退化。本文运用Turan和Sahel地区1982-2001年NDVI指数的监测结果,分析了全球变暖和人为作用导致的土地退化。     

浅谈台风雨性质的辨别

利用地面观测资料,以及观测经验,对台风产生的降水过程进行分析,从中鉴别出该降水是阵性还是非阵性。     

基于降尺度降雨的洪水预报预警体系的创建

为了减少洪水对生命和财产造成的危害,构建合适的洪水预报预警体系具有重要的现实意义。本文结合NWP输出的降尺度降雨构建了短期洪水预报体系。所提出的降尺度方法对NWP输出值进行了校正,以便在人工神经网络的校准阶段使用,然后,将降尺度降雨参数作为径流预报的超级水箱模型的输入值。根据预测提前期对模型不确定性进行量化,最终将预测结果整合到现有的洪水预警警报级别中。结果表明,基于神经网络降尺度降雨的洪水预报优于多元线性回归方法。尽管随着预测提前期的增加,模型不确定性呈增加趋势,但仍可以对长达18小时的提前期做出可靠预测。     

干湿循环作用下边坡动力稳定性的试验研究和数值模拟

利用试验和数值模拟工具,对干湿循环和地震荷载作用下的边坡力学特性和动力响应规律进行研究,建立有限元边坡模型并进行稳定性分析。结果表明：随着干湿循环次数的增加,土体有效粘聚力逐渐降低趋势,干湿循环过程使得土颗粒的胶结作用被降低。干湿循环作用下,会改变土体的动力特性参数,如最终动剪切应变、初始动剪切模量和阻尼比。在动荷载作用下,使得边坡地下水位线升高,导致孔隙水压力重分布,水压力增高。在干湿循环和动力荷载共同作用下,边坡稳定性系数发生改变。边坡稳定性系数与干湿循环次数呈负相关,最大安全系数降低20%左右。