基于长短时记忆（LSTM）神经网络的黄河中游洪水过程模拟及预报

洪水预报是防洪减灾的重要非工程措施,黄河中游地区水文情势近50 a发生显著变化,为提高变化环境下黄河中游半干旱半湿润地区洪水预报精度,本文以对时间序列数据具有良好模拟效果的深度学习神经网络（长短时记忆神经网络）为基础,建立不同预见期下的流域暴雨洪水模型,以探讨长短时记忆神经网络在黄河中游水文预报中的应用. 模型建立采用汾河上游静乐控制站1956—2014年98场暴雨洪水数据,其中以14个站点降雨及静乐站水文数据作为输入,不同预见期下的洪水过程作为输出,率定期为78场次,验证期为20场次. 结果显示:在预见期为0～6 h时预报精度较高,预见期为6 h以上时预报效果相对较差;预报精度随神经元数量和训练次数的增加而呈上升趋势,预见期为0～6 h时预报精度上升较为明显,而预见期6 h以上时预报精度上升较为均匀.      

ECMWF集合预报在淮河蒋家集流域的应用

基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)集合降水预报产品(预见期为10 d),提取淮河蒋家集以上流域的预报数据并进行降尺度处理,驱动洪水预报模型,对2008年8月的一次洪水过程进行模拟预报。为探讨ECMWF集合降水预报驱动洪水预报模型的应用效果,将模拟预报的结果与仅采用地面降水观测数据驱动模型的模拟结果进行对比分析。结果表明:采用ECMWF集合降水预报后,洪水模拟预报精度有明显改进,可使洪水预见期提前48 h;洪水模拟预报流量过程线能刻画洪水预报的不确定性范围,可为防洪减灾提供科学决策依据。     

新安江模型和支持向量机模型实时洪水预报应用比较

选择新安江模型和支持向量机模型分别在浙江省、陕西省的4个流域进行实时洪水预报,并使用K-最近邻实时校正法对新安江模型预报结果实时校正,比较2种模型在不同流域的应用效果,其中选择确定性系数、峰现时间误差、洪峰相对误差和均方误差作为模型预报评价指标。进一步改变预报预见期并分析2种模型在不同预见期内的预报精度。研究结果表明,新安江模型和支持向量机模型在不同流域洪水预报中各有优势,支持向量机模型预报精度受降雨精度影响较大。当预报预见期较长时,新安江模型预报结果更好;随着预见期缩短,支持向量机模型预报精度显著提高,在短预见期实时预报中支持向量机模型优势更明显。在预报难度较大的半湿润半干旱流域,新安江模型和支持向量机模型在率定期和实时预报过程中均具有较高精度。     

基于多因子最近邻抽样回归模型的径流相似性预报

针对传统径流预报精度不高、预见期不足的问题,提出基于降雨、径流相似性的径流预报方法,采用大数据挖掘在历史降雨产流过程中搜索相似过程,预测后期径流最可能的过程线。为了延长径流预报预见期,实时接入降雨预报信息,提出3种径流滚动预报方式,实现了7 d预见期的径流逐日滚动预报;针对流域在涨退水等不同阶段的产汇流特性,建立可根据实时水雨情自适应切换的降雨、径流输入模式,进一步提高径流预报精度。该研究成果在大渡河的应用表明预报效果达到预期:3 d预见期的纳什系数大于0.9,平均相对误差小于10%;7 d预见期的纳什系数大于0.8,平均相对误差小于15%。     

基于深度置信网络模型框架的长期径流预报

长期径流预报是保障水利水电工程科学运行管理的重要支撑.随着社会经济的发展，生产实践对长期径流预报精度和预见期长度的更高要求与当前预报的表现出现了矛盾.该研究提出了一种基于深度置信网络(DBN)模型的考虑气候系统指数的长期径流预报框架，并探索了其在预见期1～12个月时的预报表现.结果表明：(1)基于该框架进行预见期为1～12个月的径流预报时，在测试期的纳什效率系数(NSE)值均高于0.50,平均相对误差(MRE)值均低于35%,预报精度较高，且随着预见期的延长，径流预报能力并未呈现下降趋势；(2)在各预见期下，训练期和测试期的预报效果评估指标相差不大，说明采用的基于DBN模型的径流预报框架不存在过拟合的问题，具有优秀的泛化能力；(3)在各预见期下，汛期的径流预报效果在NSE和决定系数R²指标上优于非汛期，在MRE指标上劣于非汛期.     

多模式集成的RBF神经网络天气预报

针对复杂庞大的多模式数值预报数据,提出一种径向基函数(RBF)神经网络集成天气预报模型.根据天津市预报站点采用的WRF模式、RUC模式等数值预报数据的特点,将多种单模式数据作为RBF神经网络输入,网络输出为集成预报结果.实验表明:RBF神经网络集成预报模型降低了单模式预报误差,更加贴近了真实数据,并且在稳定性和实效性方面均有良好表现.     

基于阴阳历叠加的中长期天气预报方法

采用在阴阳历叠加的基础上进行修正的方法,利用环渤海地区和青藏高原东北部地区1960-2010年地面测站降水、风速资料,探讨了阴阳历叠加法进行中长期天气预报的可行性.结果表明:对于不同地区,不同要素阴阳历叠加预报时最佳样本长度略有差异,降水预报时环渤海地区最佳样本长度为37 a,青藏高原东部地区最佳样本长度为20 a;对大风天气过程而言,环渤海地区最佳样本长度为34 a,青藏高原东北部地区为31 a.降水日预报检验表明,环渤海地区和青藏高原东北部地区降水日预报威胁评分(TS)呈单峰型变化,峰值均集中在夏季,6-8月降水日预报TS评分均高于0.4,两地各月降水日预报TS评分均高于气候概率.利用站点相关订正后,准确率最高可提高14.2%,最低提升了4.1%,平均提高9.8%,站点相关订正是有效的.两地大风预报准确率呈现单峰型分布特征,并在3-5月间为明显的波峰,且两地的预报TS评分均高于气候概率TS评分,预报是有效的.     

TIGGE模式在淮河水系史河流域的应用

为了提高淮河水系史河流域降水预报的精度,对TIGGE模式降水预报校正方法进行了研究。基于TIGGE的ECMWF、KMA、JMA、UKMO、CMA等 5个模式2015—2017年汛期在史河流域的降水预报数据和雨量站实测降水资料,采用降水预报的均方根误差指标和在确报率、空报率和漏报率评价指标基础上提出的降水预报三率综合评价指标,对各模式在1~7 d预见期内的预报精度进行综合评价,采用2种非线性方法RBF及ν-SVR对TIGGE的5个降水预报模式进行非线性集合预报校正,并与线性方法BREM法进行了比较。结果表明:TIGGE的5个模式中,JMA模式的降水预报精度最高,其次是ECMWF和UKMO,实时降水预报校正ν-SVR法明显优于BREM法和RBF法;实时降水预报校正ν-SVR法提高了TIGGE模式降水预报的精度。     

考虑预见期加权的GFS降雨预报可利用性分析研究

在统计美国全球预报系统(GFS)桓仁流域的数值降雨预报与实际降雨结果的基础上,考虑不同预见期加权,分析了预见期为1~3d的降雨预报的可利用性.分析结果表明,考虑预见期加权的GFS降雨预报较不考虑预见期加权的预报可利用性明显提高.该方法对水库调度运行有重要的实际指导意义.     

LASSO回归和支持向量回归耦合的中长期径流预报

同样预报精度情况下,中长期径流预报提前期越长,对水库调度方案与发电计划的制定辅助决策作用效果更强.中长期径流预报的难点在于径流序列的随机性以及相应预见期的气象难以可靠预报.当前的预报模型大都是基于数据分析的数据驱动模型,其输入因子多为前期径流和大尺度气候因子.而预报因子的选择对于数据驱动模型的精度非常关键.因此,需要有效的因子筛选方法以辅助建模.本文引入lasso回归方法以筛选径流预报因子,其选择结果作为支持向量回归(SVR)模型中的预报因子,形成LASSO回归和支持向量回归耦合(LSVR)模型,并将LSVR模型应用到龙羊峡水库进行预见期为一个月的入库径流预报,并与传统SVR模型预报结果进行对比.结果表明,径流因子的选择对两种模型的预报效果都有较大的影响,过多引入前期径流因子时预报效果较差.两种模型的预报结果对比表明,LSVR模型能够增强有益预报因子的作用,减弱干扰因子的影响,在验证期和测试期的预报结果都好于SVR模型的.在2010年1月到2016年10月的82个月的测试期中,LSVR模型的4项评价指标相比SVR模型都有所提升,其中均方误差(MSE)比SVR模型减小了13.09%.     

完全图Kn的{P5,C5}分解

图分解问题已在很多邻域中得到了广泛的应用。用P₅表示5个顶点的路，C₅表示5个顶点的圈，本研究讨论了完全图K_n分解成5个顶点的路P₅和圈C₅的存在性，给出完全图K_n存在{P₅,C₅}-强制分解的充分必要条件是n≥7(n≠8)，以及完全图K_n存在{P₅,C₅}-分解的充分必要条件是n≥5(n≠6)。     

小球藻(Chlorella vulgaris)抗铵品系的紫外诱变选育

【目的】获得耐受高铵浓度的优良养殖小球藻(Chlorella vulgaris)品系,可以有效防止其在养殖过程中被轮虫,纤毛虫等污染生物吞食。【方法】首先对小球藻进行紫外线诱变,然后用高浓度NH_4HCO_3作为筛选压力对其进行筛选。【结果】筛选到具有生长优势的小球藻突变株B4和C6,培养12d,在NH_4HCO_3浓度为800mg/L、1 000mg/L、1 200mg/L条件下,B4和C6的生物量比出发藻株分别提高41.18%和9.54%,32.64%和29.41%,37.74%和22.85%;对比出发藻株,B4和C6的最大光能转化效率有显著提高。【结论】突变株B4和C6在高铵培养条件下更能显示生长优势,且它们的生长优势可能来自光合效率的提高。     

壁面绿化及热效应对浅型街谷内污染物扩散与转化的影响研究

采用经风洞实验验证的CFD数值模型,就壁面绿化和热效应对浅型街谷内污染物扩散和NO_x-O₃光化学转化的影响开展研究。考虑了4种壁面受热模式以及4种叶面积密度的壁面绿化模式,并采用臭氧消耗率衡量光化学反应的剧烈程度。结果表明,壁面受热会改变街道峡谷内的流动结构,背风面受热和地面受热能够增加峡谷内顺时针旋涡的尺度,迎风面受热会削弱该旋涡的尺度,全壁面受热则会破坏旋涡结构。壁面绿化的设置能够有效降低峡谷内平均温度,促进峡谷内旋涡结构的重构,并且不同程度降低平均臭氧消耗率。因此,壁面绿化对缓解城市热岛效应和光化学污染具有积极的意义。     

基于谣言攻击的产品需求波动CISRaRd模型研究

与产品相关的谣言影响个体对于产品的判断及购买欲望,进而波及整个供应链中产品的市场需求.考虑个体的情绪和个体对谣言的判断,将经典谣言传播模型中的免疫者R细分成为蒙蔽者R_a和清醒者R_d,两种状态的个体都知道但不传播谣言,不同的是R_a受谣言蒙蔽相信谣言不购买产品,R_d作为清醒者不相信谣言,且继续购买产品.基于系统动力学构建CISR_aR_d谣言传播模型,对模型进行稳定性证明,探讨谣言攻击对产品需求的遏制情况,并在此基础上进行了数值模拟.研究表明,与产品相关的谣言严重制约产品的市场需求,商家在应对谣言攻击时所作出的正面宣传对于产品需求的恢复有其积极意义.     

关于星匹配数的图能量下界

对图G的能量ε(G)与K_(1,s)-匹配数μ_s(G)之间的关系进行了研究。证明了对于一般图G有■成立,进一步地,若其子图满足一定的条件,则有■,其中c_1(G)表示G中的奇圈数。还证明了若n阶树T的最大度小于等于3,有ε(T)≥(s+1)μ_s(T)-1成立。     

模板法制备CexZr1-xO2及催化餐饮废油合成生物柴油

以松木为模板,使用模板法制备了不同铈锆含量的Ce_xZr_1-xO₂复合氧化物的催化剂,用于餐饮废油与甲醇进行酯交换反应合成生物柴油.采用BET、SEM对Ce_xZr_1-xO₂进行表征分析.研究不同制备方法、CeO₂的负载量和煅烧温度对催化剂活性的影响,以及不同的酯交换反应条件对生物柴油产率的影响.制备的Ce_xZr_1-xO₂具有松木的生物形态,并有助于催化剂形成多孔道结构.以Ce_xZr_1-xO₂为催化剂,考察甲醇和餐饮废油的酯交换反应.结果表明：当x=0.5,煅烧温度为600℃时,甲醇与餐饮废油物质的量比为60：1,催化剂用量（基于餐饮废油的质量）的质量分数为5%,反应温度为190℃,反应时间为6 h的反应条件下,酯交换反应的甲酯收率达到91.1%.     

An in-situ DRIFTS study in the reaction between NO x and soot on BaAl2O4

The interactions between NO, O2 and their mixture on BaAl2O4, as well as the reaction of NOx with soot in the presence of O2, have been investigated using Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy （DRIFTS）. NO adsorption produces only nitrites species in the absence of O2. NO2 adsorption produces nitrates species besides nitrites species. The produced nitrites will further react with O2, Osurf^-. and Olattice^2- to form nitrates. The reaction of NOx with soot begins with the reaction of nitrates with soot oxygenated complex （C（O））, which is regarded as the key and rate determining step. A reaction pathway is proposed for the catalyzed reaction of NOx with soot in the presence of O2.     

块结构r-循环矩阵的性质及其算法研究

提出了一种新的块循环矩阵,称之为块首尾差r-循环矩阵(简记为bFLDCM_r)。首先,验证了其线性运算结果和矩阵乘积仍是bFLDCM_r;其次,给出了bFLDCM_r的判别法和非奇异性判定的充要条件,并讨论了bFLDCM_r的对角化;最后,利用Sherman-Morrison-Woodbury公式,给出了三对角块r-循环线性系统求解的直接算法。     

Chemical states of the atoms in magnetic multilayers Ta/NiO x /Ni81Fe19/Ta and Co/AlO x /Co

Ta/NiO _x /Ni₈₁Fe₁₉/Ta and Co/AlO _x /Co multilayers were prepared by rf reactive and dc magnetron sputtering. The exchange coupling field (H _ex) and the coercivity (H _c) of NiO _x /Ni₈₁Fe₁₉ as a function of the ratio of Ar to O₂ during the deposition process were studied. The composition and chemical states at the interface region of NiO _x /NiFe were also investigated using the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and peak decomposition technique. The results show that when the ratio of Ar to O₂ is equal to 7 and the argon sputtering pressure is 0.57 Pa, the x value is approximately 1 and the valence of nickel is +2. At this point, NiO _x is antiferromagnetic NiO and the corresponding H_ex is the largest. As the ratio of Ar/O₂ deviates from 7, the H _ex will decrease due to the presence of magnetic impurities such as Ni⁺³ or metallic Ni at the interface region of NiO _x /NiFe, while the H _c will increase due to the metallic Ni. Al layers in Co/AlO _x /Co multilayers were also studied by angle-resolved XPS. Our finding is that the bottom Co could be completely covered by depositing an Al layer about 1.8 nm. The thickness of AlO _x was 1.2 nm.     

Secular variations in geomagnetic Field caused by the fluctuations in the fluid flow in the outer-core

The theoretical spatial power spectrum of a dipole located at ( r0, θ60, φ0) can be fitted by a straight line in logarithmic scale when n is larger than 2. Based on the spherical harmonic coefficients of geomagnetic field during 1900-1995, the depth( r0) of source-layer of every 5a is calculated. The results show that r0 decreased from 1900 to 1960; abruptly changed from 1945 to 1950 related to some kind of disturbance; decreased again from 1960 to 1975; increased from 1975 to 1985; and kept stable after 1985. Then the mean energy density (MED) of each year is induced to its corresponding r0. We find that MED of dipole field kept nearly unchanged from 1900 to 1960. While, MED of non-dipole field increased. The change of r0 coinciding with the geomagnetic secular variation, impulse and length-of-day happened around 1970, suggesting that the change of r0 may be related to the impulse. The variation in the fluid flow in the outer-core caused by the core-mantle coupling is a plausible candidate in explaining the changes in geomagnetic Jerk, length-of-day, and r0.