水文序列小波周期分析中存在的问题及改进方式

应用小波理论与方法对降水、径流等水文过程进行分析和研究是一值得关注的热点领域，但是在这些周期分析的研究中常常忽略了如下几个方面，如有关小波函数容许性条件和随机因素（噪声）对周期检测的干扰作用、水文过程时间序列长度对最终结果的影响范围、是否基于距平值进行小波分析等. 文中对如上几个问题进行了深入的分析和讨论，并以兰州降水站为例作了实例验证. 结果表明：在水文过程时间序列的小波分析中，应采取消噪等措施来避免噪声的影响，使用Morlet小波分析周期会受到噪声的较大影响, 而MexHat小波满足容许性条件，能够较准确的表达水文过程的周期性质，文中给出了水文过程时序的舍取区域，并建议采用距平值分析尽量凸显水文过程序列的实际波动等.     

黑河中游景观格局变化特征及其与水文过程相互关系分析 ——以张掖地区为例

本研究以黑河中游的张掖地区为对象,基于1986、2000、2005、2007、2011年5期张掖地区土地利用数据进行了景观格局分析.采用莺落峡、正义峡水文站1957—2011年径流量数据以及张掖气象站1986—2011年降水数据对水文过程变化进行分析.在此基础上对水文过程与景观格局相关性进行分析,从而得出张掖地区景观格局对水文过程变化的响应特征.研究结果表明:张掖地区人工景观的破碎度减小,聚合度提高,林地占地面积大幅度下降;上游莺落峡来水量呈增大趋势,下游正义峡出水量呈减小趋势,表明张掖地区用水量呈增大趋势;通过对水文要素与景观格局指数的相关分析,发现降水量对自然景观影响较大,而研究区取用水量对自然景观格局的影响较小.     

上海气温变化过程遍历特征分析

利用有限长度的气温序列变化资料估计其无限长时序的气温过程的统计特征,对于中长期气象预报以及全球的气候变化都是十分有意义的基础工作,所以对气温过程开展遍历性(各态历经性)分析是一个值得探索的课题.为此,基于模糊粗糙聚类(fuzzy-rough C-means clustering method,FRCM)、自相关趋势图、ADF(advanced Dickey and Fuller)检验以及模糊最小二乘回归提出一种具有普适性特点的遍历性分析方法,并以上海1873—1997年的气温序列为例,进行了具体的计算和分析.结果表明:上海7月份、8月份的最高气温和最低气温变化是均值遍历和协方差遍历的,因此其气温变化过程具有遍历特征.从长时间尺度来看,上海7月份、8月份最高气温和最低气温总体上不会长期呈上升趋势,它们的变化会围绕其均值波动.最后,对上述结论做了印证性分析,对上海气温变化过程进行了挖掘性分析,从遍历性的角度佐证了前人的一些研究成果.     

降水极值的非平稳性特征及其重现期研究--以福建省为例?

变化环境下降水序列具有普遍的非平稳性.为深入探究降水极值的非平稳特征及其对极端降水重现期的影响,本文以福建省22个站点为例,针对表征降水序列非平稳特征的2个重要变量均值和方差,利用经验模态分解法(EMD)、Mann-Kendall趋势检验法分析了1960—2012年前汛期、后汛期降水极值序列非平稳特征;运用贡献分析法分析降水极值序列均值和方差变化对非平稳的降水极值确定性趋势的增量贡献;构建非平稳模型,基于均值、方差趋势探讨极端降水的重现期变化特征.结果表明:1)福建省前、后汛期降水极值序列非平稳性较强,前汛期闽西、闽北、闽中方差增加显著,部分站点方差变化对降水极值确定性趋势的增量贡献较大;后汛期全省降水极值均值普遍呈现增加趋势,对降水极值的确定性趋势起主导作用.2)福建省前汛期极端降水趋势增大的站点位于闽北地区,因为降水序列方差的线性增加趋势导致极端降水量显著增加;后汛期极端降水趋势增大的站点位于闽西和闽南2个区域,其中多数站点因为均值的增加趋势导致极端降水量增加,但是增加幅度平缓.3)降水序列方差的改变更加显著地影响了极端降水重现风险,变化环境下极端降水趋势和风险研究需充分考虑降水序列的非平稳性.     

基于时间序列的京津冀地区城市与西北地区兰州市空气污染特征比较

利用SPSS 19.0计算京津冀地区城市北京、天津、石家庄、保定和唐山城市间API日均值(2011年2月11日-2012年12月30日)的Pearson相关系数,据各城市间的Pearson相关系数与各城市间的直线距离,对城市间API值与城市间距离的相关性进行了研究;此外,对2003-2012年间京津冀地区城市北京、天津、石家庄和西北地区兰州的空气质量级别和首要污染物的出现频率进行了统计分析,利用该频率比较研究了京津冀城市北京、天津、石家庄和西北兰州的空气质量状况;最后对北京、天津、石家庄和兰州市2003-2012年间的API月均值建立适合的SARIMA模型,利用模型预测4个城市2013-2014年的API月均值,并对比2013-2014年京津冀地区的北京、天津、石家庄与西北地区兰州空气质量的特点.结果表明:城市间API的相关系数与城市间距离呈正相关,京津冀区域内城市间的空气质量的治理应当采取城市间的联合防控进行治理;此外,兰州的空气质量在2003-2012年间的优良天数要低于北京、天津和石家庄,并且在该时段内4个城市的空气质量均趋于好转.SARIMA模型对北京、天津、石家庄和兰州2013-2014年间的API月均值的预测表明在此时间内兰州夏秋季节的空气质量好于北京、天津和石家庄,但在冬春季节差于这3个城市;此外北京、兰州的空气质量在继续改善,而天津和石家庄有空气质量恶化的趋势.     

银川地区降水氢氧同位素变化规律分析

大气降水是区域水循环中重要环节,对于研究区域内水分循环、水分来源、水分转换等水文过程有重要意义.通过对银川地区降水中氢氧同位素特征随月降水量变化趋势进行分析,得出不同季节的降水水汽来源是影响银川地区降水同位素变化的主要因素,秋冬季节降水水汽主要来自于北冰洋地区,春夏季节降水水汽主要来源于印度洋、孟加拉湾及太平洋地区.区域内蒸发的水汽对降水的贡献及降水过程中的二次蒸发作用都使降水中重同位素富集.全年来看,银川地区降雨量效应不明显,但是夏季降雨量对降水中氢氧稳定同位素变化影响不容忽视.通过分析氘过量参数d随月平均降水量的变化趋势,辅助论证了不同季节不同水汽来源的降水是影响氢氧同位素变化的主要因素.     

兰州温度、降雨量与蒸发量变化趋势的分析

采用Morlet和dbN小波对兰州站1933-2002年的年平均温度,年降水量序列,以及1953-2001年兰州站的年蒸发量序列进行了小波分析。结果表明:兰州1970年左右以前温度趋势为缓慢下降,以后增温趋势明显。兰州降雨量的总体趋势是减少,上世纪80年代降水发生变化。兰州的蒸发量在1970年前逐渐减少,以后蒸发量逐渐增加,1990年以后处于快速增加阶段。     

一种基于“莱因达”准则的区域自动站实时资料应用方法

针对区域自动站降水实时资料应用中出现的问题,提出一种利用改进的"莱因达"准则处理区域自动站实时降水数据的方法。首先由欧式距离聚类得到样本空间,再计算样本的均值和残差,然后给出了可疑度的定义,从而计算出各个站点的可疑度。最后通过实际数据进行参数分析,证明了算法的有效性、实用性。     

岩石薄片三维重建训练图像分析

基于二维图像的砂岩三维重建中,二维图像的空间结构分析是一个至关重要的环节.要成为三维随机模拟的训练图像,二维图像的空间结构统计特征必须满足平稳性和遍历性要求.本文通过多尺度纹理特征分析方法进行训练图像的平稳性分析,利用表征区域分析训练图像的遍历性.实验结果证明,满足平稳性和遍历性的训练图像能得到较好的三维重建结果,并提高了三维重建的效率.     

乌江中下游流域极端降水频数和强度浅析

利用1987—2017年乌江中下游流域思南、德江、沿河三站国家站逐日降水数据,采用95位百分位法定义极端降水事件发生阈值,运用统计学方法分析乌江中下游流域极端降水事件频数和强度的特征,基于MK非参数检验方法对极端降水事件频数和强度长期变化趋势进行检验。研究近31年乌江中下游流域三站极端降水频数和强度的特征与关系,结果表明,乌江中下游流域思南、德江、沿河近31年来发生极端降水事件阈值分别为31.5 mm、31.2 mm、33.5 mm,平均极端降水频数分别为7.6 d、8.1 d、7.5 d,平均极端降水强度分别为52.3 mm/d、53.4 mm/d、55.3 mm/d,近31年来三站发生极端降水事件的频数和强度总体有上升的趋势,日降水量大于100 mm的极端降水事件主要集中出现在6月和7月,典型极端降水事件年发生概率为45%。     

华北夏季降水80年振荡及其与东亚夏季风的关系

根据1470～1999年共530 a中国东部25个站旱涝等级资料和1951～1999年共49 a中国160个站降水的观测资料,利用相关分析、功率谱分析和小波分析对中国华北地区降水的年代际振荡及其与东亚夏季风的关系进行了研究,结果表明华北降水的80 a振荡与东亚夏季风强度的长期变化有很好的对应关系.CCM2.0 30 a模拟研究进一步证明了中国东部降水与东亚夏季风之间的密切关系.     

利用云图作兰州地区降水预报初探

由于青藏高原气象观测站较少,利用天气图作兰州地区降水预报有困难。本文利用卫星云图统计资料,通过对云图中水汽输送路径及其与兰州地区降水出现概率之间关系的分析,做出兰州地区降水预报。     

朔州市50年气候变化特征及趋势分析

利用山西省朔州市气象局观测站1956-2005年50年的气温和降水资料,分析了朔州市50年的气温、降水的变化特征及变化趋势,     

北疆大气降水水汽源识别及其对地下水补给的指示意义

 大气降水是水循环的输入项,其同位素特征是示踪水汽来源及运动路径的有效工具。利用北疆4个大气降水观测站的同位素数据,结合HYSPLIT模式,重点分析了北疆大气降水同位素特征。区域大气降水线方程δD=7.3δ¹⁸O+3.5,反映了新疆独特的干旱气候环境。受不同降水水汽来源影响,天山及阿勒泰2个地区降水同位素特征表现不同。天山地区受西风带水汽季节性漂移的影响,氘盈余夏季低冬季高,成“V”型;阿勒泰地区常年受北冰洋水汽影响,氘盈余年内变幅不明显。尽管δ¹⁸O均表现为夏季富集、冬季贫化,但多年均值差异明显,该差异也使得利用同位素确定地下水补给来源成为可能。准东盆地东天山附近地下水主要受到来自东天山的大气降水补给,而北侧自流区地下水同位素相对贫化,与阿勒泰站大气降水同位素及氘盈余特征相似,结合地形、水文地质条件等特征,认为该区主要受克拉美丽山大气降水补给。     

多指标弱平稳过程的均方遍历性

给出多指标弱平稳过程(或齐次随机场)具有均值和相关函数的均方遍历性的几个充要条件。其中包括:当过程均方连续时,它具有均值的均方遍历性的一个充要条件是它的谱函数在坐标原点处的跳跃值F((?))—F((?)-)等于|m|~2,这里m是过程的均值;对均方连续的、零均值的、实正态过程,它具有相关函数的均方遍历性的充要条件是它的谱函数为连续的。     

自相似过程的遍历性及相关函数的性质

设{X(t),t≥0}是指数H(>0)型的自相似过程,给出了其相关函数的一些性质.并且当{X(t),t≥0}为均方连续的自相似过程时,给出了其均值和相关函数遍历性的定义,然后获得了它们的遍历性定理.     

河西走廊内陆河流域极端降水特征分析

水资源是维持内陆河流域复合生态系统的重要纽带.大气降水作为流域水资源的重要来源,其时空分布及强度变化会对流域生态水文过程有着重要影响.本文以河西走廊内陆河流域19个气象站1960—2012年逐日降水资料为基础,构建了最大1d降水量、最大连续5d降水量和非常湿天降水总量等极端降水指标,通过采用多种极值概率分布模型探讨研究区极端降水指标在频次、强度和贡献率方面的变化,从而为分析极端降水对流域生态水文过程的影响提供科学依据.结果表明,基于GEV最优概率分布模型,得出研究区超过5年一遇的最大1d降水量、最大连续5d降水量、非常湿天降水总量近年来发生次数有所增加,尤其是2000年以后增加更为明显;研究区极端降水强度在2000年以后也明显增强;在极端降水量对年降水总量的贡献率方面,近年来石羊河流域总体呈现增加趋势,黑河流域上游呈现增加趋势、中游和下游以下降趋势为主,疏勒河流域上游和下游呈现增加趋势,中游则以下降趋势为主.     

快速城市化对上海代表站降水的影响

通过比较上海城区代表站洋泾和乡村代表站夏字圩1979—2014年日降水记录,对各降水要素进行对比分析,辨识2000年前后2个站降水阶段性变化规律及其差异,揭示城市化对局地降水的影响特征。结果发现:2000年之后上海城市化进程明显加速,且2000年前后洋泾和夏字圩2个站的降水关系发生了系统变异,降水差异明显扩大。由于洋泾和夏字圩均位于太湖东部平原地区,且台风性降水的阶段变化特征基本一致,因此剥离区域降水变异的影响后,将1979—2014年洋泾站降水表现出异于夏字圩站的阶段性特征主要归因于城市化局地增雨效应,且2000年以来上海快速城市化总体上对城区代表站的降水产生了显著的强化作用,增加了强降水事件发生的概率。     

基于EOF和HHT的多站点降雨场随机模拟方法研究

提出一种新的基于希尔伯特谱分析的降水发生器EHS.该模型首先对原始降雨场进行高斯隐变量转换,转换后的标准化降雨场随后进行经验正交函数分析(EOFA),提取出主要空间模态和对应的主成分时间序列.对主成分序列进行经验模态分解(EMD)和希尔伯特谱分析(HAS)可以得到不同特征周期的本征模态函数(IMF)及其对应的瞬时振幅和瞬时频率,利用随机相位法仿真各项IMF分量,对模拟得到的IMF分量进行EMD重构、EOF重构和高斯隐变量反操作,即可得到多站点降雨模拟场.本文以月降雨量均值、月降雨量标准差,空间相关系数、空间连接度、自相关系数为指标,利用湘江流域实测的降水数据,通过与现有多站点降水发生器MulGETS的比较,评估多站点降水发生器EHS的性能和优缺点.研究结果表明,多站点降雨发生器EHS能很好地模拟湘江流域的降雨,重现历史降雨场的统计特征.该工具可为水文水环境模型、生态模型等提供数据支撑.     

正则预解算子族的遍历性定理

研究了正则预解算子族的平均遍历性,Abel遍历性和Cesáro遍历性.并给出了后两种遍历性的相互关系和它们的基本性质.