基于联合分布的珠江口设计潮位过程线方法研究

针对同倍比方法与同频率方法推求设计潮位过程线中的局限性,采用4种边际分布函数对珠江口年最高潮位与年最大潮差序列进行拟合的基础上,选取4种不同的二维Archimedean Copula函数建立珠江口年最高潮位与年最大潮差的联合分布,并分析了高潮位重现期与潮位过程同现重现期的线性关系。结果表明:高潮位与潮差的同现重现期总是大于相应边际分布的重现期,并且随着边际分布重现期的增大,同现重现期增幅也越大,说明较高重现期的高潮位与潮差同时发生的可能性很小;基于高潮位重现期与潮位过程同现重现期的线性关系,采用基于联合分布的方法推求珠江口潮位过程线,推求结果较同频率法更为合理。     

基于Copula函数的中国东部季风区干旱风险研究

利用1961~2016年的中国地面降水月值0.5°×0.5°格网数据集计算了中国东部季风区不同时间尺度的标准化降水指数,并结合游程理论识别气象干旱事件。常规的单变量和基于Copula函数的双变量频率分析分别用来描述干旱事件的干旱历时和干旱烈度。结果表明：① 3个月时间尺度和6个月时间尺度的干旱特征空间格局非常相似,但与12个月时间尺度的干旱特征空间格局差异较大;② 各时间尺度的干旱历时和干旱烈度均呈正相关,即具有较长干旱历时的地区往往也是干旱烈度较大的区域;③ 西南区、长江下游地区、黄淮海区北部和南部、内蒙古东部和黑龙江省东部干旱风险较高,而长白山地区、松嫩平原和珠江流域干旱风险较低。研究结果可为中国东部季风区的干旱区划及旱灾风险评估提供科学依据。     

Copula函数在广西洪涝灾害的降水概率预测中的应用

为了研究洪涝的重要致灾源因子降水的概率,利用广西从1970年-2012年的降水数据,以年降水均值（X）和年降水极值均值（Y）为研究变量,通过Copula函数构建其联合分布.经过OLS,AIC拟合优度评价,采用Copula函数中拟合效果较好的Gumbel-Hougaard Copula函数建立边缘分布为Pearson-Ⅲ型的两变量的联合分布.随后,进行相应的重现期计算,计算结果表明,在联合重现期下的两变量降水设计值比单变量设计值和同现重现期下的设计值都要高,故采用联合重现期下的联合设计值作为防洪标准会更加安全.最后,对比降水数据与灾情数据,研究降水重现期与洪涝灾情的关系.结果表明,降水的重现期越长,洪涝灾害也越严重.     

中国沿海地区雨潮复合灾害联合分布及危险性研究

沿海地区极易受到极端降雨和高潮位引发的复合洪涝灾害影响。研究风暴增水和累积降雨同时发生的概率,设计雨潮联合分布函数,对提升沿海城市防洪除涝应对措施的有效性、减少城市复合洪涝灾害造成的损失具有重要意义。论文以1979—2014年中国沿海逐日最大风暴增水和邻近雨量站日累积降雨数据作为统计样本,采用Copula函数构建雨潮联合概率模型,并利用Kolmogorov-Smirnov检验、赤池信息准则、贝叶斯信息准则评价雨潮联合分布拟合优度,优选中国沿海雨潮联合概率分布函数模型。基于此模型,定量化设计中国沿海雨潮复合灾害情景。结果表明：在空间分布上,中国沿海雨潮复合灾害频次呈现明显的“两头多中间少”格局,其中,广东西部沿海、福建北部、浙江南部、山东及辽宁沿海频次相对较高;在50年一遇联合重现期下,北部湾、海南岛北部、浙江沿海、渤海湾部分沿海表现为极端降雨和较高的风暴增水,雨潮遭遇的复合灾害事件十分值得关注。研究结果在一定程度上揭示了中国沿海地区雨潮复合灾害的时空变化规律,并为复合灾害情景预测提供了定量化评估方案。     

长江上游多站日流量随机模拟方法

随着梯级水库和水库群的建设,不仅需要单站的信息,而且需要流域内各站的综合信息,迫切需要发展多站的随机模拟模型。基于多变量分析理论提出了一种新的多站随机模拟方法。采用季节性自回归模型模拟主站的日流量序列,建立多维Copula函数描述主站和从站之间的时空相关性特征,依据Copula函数,生成从站的日流量序列。以长江上游为研究对象,建立了长江宜昌站、金沙江屏山站、岷江高场站、沱江李家湾站、嘉陵江北碚站和乌江武隆站的多站随机模拟模型,并与现有的主站法进行比较分析。结果表明,模拟与实测序列的统计特征值差别不大,模拟效果优于现有的主站法。     

基于Copula函数的感潮河段洪潮遭遇组合风险分析研究

感潮河段的水位受上游河道洪水与下游河口潮位共同影响,故其河段整治规划中洪潮遭遇分析尤为重要。以瓯江感潮河段为研究区,提出从实测洪潮遭遇数据的频率结构特性出发,选取对上尾部更敏感的Gumbel Copula函数建立洪水和潮位的联合分布,推求各种洪潮组合的重现期,进而建立风险模型。从治涝风险、同现风险和组合风险多角度评估设计组合值的合理性。结果表明:基于Gumbel Copula函数构建的联合分布能够较好的反映瓯江感潮河段的洪潮组合特性。瓯江感潮河段部分现役工程所采用的20a一遇的设计洪水与较不利潮位(5.8m)这一设计组合型的同现重现期为29a,同现风险率为3.46%、组合风险率为11.52%、治涝风险率为15.94%,其防洪涝能力稍显不足。同时基于Copula函数所建立的风险模型集能够较好地对感潮河段防洪设计标准进行风险评估,为感潮河段整治规划提供决策支持。     

珠江磨刀门河口水位与海平面、上游流量的联合分布关系异变研究

河口的水位变化是径潮动力相互作用的结果,但近30年来,强人类活动对河口环境的影响已远超环境自我修复能力,导致水位发生异变。为研究这种变化,本文选取人类活动影响剧烈的珠江磨刀门河口作为研究区域,采用Copula方法定量分析在同一上下边界(上游流量和口外海平面)下由强人类活动引起的水位异变。结果表明:1)强人类活动后,河道地形下切显著,外海海平面对沿程各站水位的线性影响增强,上游马口流量对水位的线性影响减弱。2)强人类活动后甘竹至灯笼山站同概率水位事件明显降低;三灶海平面呈上升趋势;马口流量分布特性变化不明显。3)水位与海平面、流量的联合依赖关系发生明显改变,低水位与海平面关系的敏感度增加,而高水位与海平面关系的敏感度下降。低水位与流量关系的敏感度基本不变,而高水位与珠江流量关系的敏感度明显下降。4)强人类活动后各站水位变化幅度变窄,在相同概率海平面及流量驱动下,强人类活动后各站水位均有明显下降,水位与海平面、流量遭遇概率为0.1—0.9时,其月均水位下降幅度达0.01—1.24m。低海平面和低流量联合驱动下各站水位的下降幅度明显小于高海平面和高流量联合驱动下月均水位的变幅,而且上游站位的...     

椭圆型Copulas函数在西安站干旱特征分析中的应用

本文研究了干旱发生的联合概率、条件概率和重现期等干旱特征.以陕西省西安站月降水为例,应用Meta-Gaussian Copula和Student t Copula构造了干旱历时、干旱烈度和烈度峰值的联合概率分布,并进行了多变量分布拟合优质评价及拟合检验,在此基础上计算了联合分布的重现期以及2变量和3变量情形下的条件概率与条件重现期.研究表明,Meta-Gaussian Copula可以描述干旱历时、干旱烈度和烈度峰值三者的联合分布.由于多元联合分布可以考虑到多个变量之间的不同组合,能够求得不同干旱历时、干旱烈度或烈度峰值下的条件概率和条件重现期,因而能够更加全面客观地反映干旱的特征.     

基于Clayton Copula函数的二维Gumbel模型及其在海洋平台设计中的应用

根据Gumbel分布和Clayton Copula函数构造出二维Gumbel Clayton Copula分布,根据渤海海域某观测站测得的1970—1993年年最大波高及风速,具体介绍该二维Gumbel模型在海洋工程设计中的使用方法。通过导管架平台基底剪力计算表明,使用该二维Gumbel模型所得的50a一遇剪力值降低了37%,对于边际油田,可以降低荷载设计标准,从而减少海洋工程的投资费用。     

气候变化背景下蚌埠市暴雨与淮河上游洪水遭遇概率分析

利用6个全球/区域气候模式和VIC模型,预估了IPCC RCPs情景下2021—2050年淮河干流蚌埠水文站(吴家渡断面)的日流量过程。在此基础上,运用Copula函数构建了蚌埠市暴雨与淮河上游洪水遭遇概率模型,分析了RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下不同重现期暴雨和洪水组合遭遇概率的变化趋势。结果表明,2021—2050年多模式预估上游洪水与城市暴雨遭遇的概率较基准期(1971—2000年)有所增大,具有较高的一致性,平均增幅46%~79%。暴雨与洪水遭遇概率的增大,将会增加未来蚌埠市防洪工作的难度。