降雨三步抗差修正效果的研究

在分析流域降雨分布规律的基础上,利用三步抗差方法修正遥测降雨观测资料中的异常误差.采用陆水流域的11场洪水降雨资料,加上人工生成的不同量级的误差系列,计算比较各步抗差修正的有效性.计算结果表明:在不同量级的异常误差下抗差修正方法是有效的,第一、二、三步相结合的效果最好,一二步结合的效果次之,且随着误差量级的增大抗差有效性增强.     

基于抗差EKF的机载单站无源定位算法

机载单站无源测向定位中,若观测值中存在异常误差,采用EKF算法会导致定位结果有偏。为增强算法抗差性,将抗差EKF算法引入到机载单站无源测向定位中。首先,建立了机载单站无源测向定位模型,依据标准化观测残差构建了抗差等价权矩阵,对异常观测进行降权处理。其次,针对抗差EKF算法效率低的特点,构建了卡方统计量,提出了基于卡方检验的抗差EKF定位算法,即先利用卡方检验判别出含异常误差的观测值,再调用抗差EKF算法进行定位解算。最后,通过在观测值中加入单个异常误差和连续异常误差,测试了算法对不同异常误差的抵抗能力。仿真表明,抗差EKF算法能较好地削弱异常误差对位置估值的影响,并且基于卡方检验的抗差EKF定位算法能提高定位的效率。     

考虑降雨中心的遥测降雨三步修正

分析流域降雨的分布规律,在遥测三步降雨误差抗差修正的基础上,进一步改进降雨中心的权函数,提出考虑降雨中心的抗差修正方法.运用闽江七里街流域1988~1998年45场洪水的暴雨资料,比较考虑降雨中心和不考虑降雨中心2种方法的修正结果和探测效率,结果表明,考虑降雨中心的方法增强了修正结果的稳定性,提高了实时洪水预报的精度.     

水文系统抗差权函数分析与检验

抗差权函数的结构设计,是提高抗差估计应用效果的关键。该文的目的是要分析水文模型参数估计问题有效的抗差权函数。论文采用和改进了两种权函数与4种权函数变量,采用了系统参数、输入和输出都是已知真值的理想系统,用两种水文上常见的、具有不同误差统计特点的随机生成模式,每种进行了10万次参数抗差估计试验,通过反复分析与检验,确定了适合于水文问题特点的抗差权函数。     

独立同分布心极限定理雨量站网规划中的应用

将独立同分布中心极限定理引入雨量站网的规划中,得出面雨量测量精度(测量相对误差或允许误差)与雨量站网密度(平均站间距)呈线性关系,误差增长的斜率与该区域雨量站观测的随机误差均方差呈正比,与区域面雨量和区域面积的平方根呈反比.利用模拟降水场以及安徽省梅雨期间高密度的雨量站点资料,以抽站法为基础进行统计计算,验证上述结论,并对这一线性关系的斜率进行讨论,以期为雨量站网的规划和优化提供一定依据.应用导出的关系式对安徽省2005-2008年梅雨季节降水统计得出,面雨量测量精度与雨量站密度的相关系数在淮北平原为0.49～0.80,在皖南山区为0.70～1.41,如果假定20％的允许误差,安徽淮北平原和皖南山区的最小平均站间距(最高布站精度)分别为25和14 km.     

新型抗差Kalman滤波及其在GPS动态导航中的应用

目前,抗差Kalman滤波一般采用独立等价权形式,观测值相关时等价权的确定是一个难题.从抗差估计的原始定义出发,首先直接对观测残差进行限制,然后利用观测残差与状态预报值残差的关系对状态预报值残差进行限制,这样可同时消除观测模型误差和状态模型误差的影响.此外,本方法无需考虑观测值是独立的还是相关的.最后给出了算例,结果表明,该方法是切实可行的.     

独立同分布中心极限定理在雨量站网规划中的应用

将独立同分布中心极限定理引入雨量站网的规划中, 得出面雨量测量精度(测量相对误差或允许误差)与雨量站网密度(平均站间距)呈线性关系, 误差增长的斜率与该区域雨量站观测的随机误差均方差呈正比, 与区域面雨量和区域面积的平方根呈反比。利用模拟降水场以及安徽省梅雨期间高密度的雨量站点资料, 以抽站法为基础进行统计计算, 验证上述结论, 并对这一线性关系的斜率进行讨论, 以期为雨量站网的规划和优化提供一定依据。应用导出的关系式对安徽省2005-2008年梅雨季节降水统计得出, 面雨量测量精度与雨量站密度的相关系数在淮北平原为0.49~0.80, 在皖南山区为0.70~1.41, 如果假定20%的允许误差, 安徽淮北平原和皖南山区的最小平均站间距(最高布站精度)分别为25和14 km。     

平差因子在抗差估计中的应用

在经典的抗差估计中,一般都是给定不同的权函数从而产生了不同的估计方法,这些权函数基本上都是残差的函数,当遇到多于观测分量接近于0的时候,粗差就不能很好的在残差中反映,致使我们的抗差效果不是很好.本文在结合残差理论和这些经典方法上给出了两步法进而具有很好的抗差效果.     

雷达估测降水模拟史灌河流域径流

运用雷达联合少量雨量计方法估测流域面雨量,结合GAME/HUBEX国际合作项目1998年加强观测期在史灌河流域获取的水文观测资料和TOPMODEL进行降水径流模拟,并与稠密雨量计站网测量的面雨量进行流域出口流量模拟的对比试验.在1500小时时间序列的比较试验表明,雷达估测面雨量和雨量计测量的面雨量都能较好地模拟每小时流域出口蒋集的出流量,数值试验还表明,雷达估测面雨量在某一时段上的均值误差作为一个指标可以较好地反映其应用于降水径流模拟时的精度;总雨量和强降水的估测精度是雷达估测面雨量能否用于径流模拟的关键.     

基于多传感器抗差融合的UKF弹道跟踪算法

弹道跟踪测量过程中,由于环境的复杂性和测量机制自身的问题,测量数据不可避免存在异常值等.传统的加权观测融合估计算法往往直接对来自各个传感器的测量数据进行处理,忽略了数据质量问题对滤波精度的影响.为解决此问题,在加权观测融合算法的基础上引入抗差估计理论,根据观测融合值与融合预测值,计算测量融合残差向量、抗差权重因子和融合观测向量等价协方差阵,实现了异常值的实时分离与修正,解决了融合过程中由于测量数据存在污染导致弹道数据处理精度下降的问题.同时引入平方根滤波思想,避免了常规UKF中误差协方差矩阵非正值引起的滤波散度问题.仿真结果表明该算法估计精度高,计算负担小,能有效地减小测量误差对弹道定轨精度的影响.     

STMAS中雷达反射率数据三维变分同化方案

介绍了在时空多尺度分析系统(STMAS)中以雨水含量作为控制变量,利用Z-qr关系,实现对区域中多部雷达回波强度资料三维变分同化方案,和水汽惩罚项模块方案。方案避免了利用Z-qr关系直接以回波强度或雨水混合比为控制变量会造成一阶导数不连续的问题。实例分析同化后初始场表明,从同化后的雨水混合比反算出来的回波强度与观测结果保持了较好的一致性。以2009年8月的MORAKOT台风个例为例,设计实验来分析本文提出的雷达回波强度资料同化和水汽惩罚项方案效果。结果表明:雷达回波强度资料的同化方案(STMAS方案),提高了降水位置和强度预报的准确性; 加入惩罚项和对雷达回波强度资料的同化模块后(HYDRO方案),削弱了水汽影响并加强了其他物理量的变化,相对STMAS方案,台风总降水增强了,但在强降水区域的降水强度减弱; 相对控制试验,2种方案均改善了降水位置和强度的预报。     

孟加拉湾风暴过程TRMM日降水数据变分订正及精度检验

 利用逐日TRMM(3B42)和地面降水观测资料,对1998—2010年25个孟加拉湾风暴降水过程共184个降水日进行变分订正试验及精度检验分析,结果表明：① 通过变分订正方法迭代建立的TRMM广义的误差场具有一致收敛性,收敛时无论逼近值大小如何,当取精度≤0.001mm时,迭代次数均不超过800次;② 订正后的TRMM场能较好地反映了地面观测网天气尺度信息,对降水量的离散特征有较好的描述,在无观测的区域,TRMM信息得到了充分体现;③ TRMM值和TRMM订正值经过与未参与订正的100站观测值的平均均方根误差比较可知,所有订正后的样本的误差均小于订正前的误差,184个样本的平均误差由 3.73mm降低到了1.51mm,订正效果对减小TRMM场的误差是显著的

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雷达估测降雨与水文模型的耦合在洪水预报中的应用

尝试将雷达降雨数据作为水文模型的输入用于洪水预报中．流域面上的降雨分布是不均匀的．比较雨量计和雷达两种方式估测的降雨场分布,后者更接近于实际情况．从流域地形分布来看也证实了这一点．从实时洪水预报的角度出发,选择进行校准雷达降雨的雨量站个数与水情部门采用的报汛站的个数接近．由于雷达估测的降雨数据为分布式的降雨数据,需要采用分布式的水文模型．结合淮河史灌河流域蒋家集站进行洪水预报,预报结果表明,雷达测雨在洪水预报中具有广泛的应用前景.     

苏南丘陵区麻栎林冠层水文效应及其影响因素

为探讨苏南丘陵区麻栎林生态水文过程及其影响因素,采用定位观测的方法,于2012年4月至9月对麻栎林的降雨分配过程进行了监测研究。结果表明:研究期内,累计降雨量470.7 mm,平均场降雨量10.0 mm,小雨占据降雨事件的绝大部分,频率达到70.21%。穿透雨量、树干径流量、林冠截留量与降雨量呈极显著正相关关系。根据回归模型确定了林冠部分的持水能力和树干持水能力分别为0.87 mm和0.11 mm,形成树干径流的最小雨量为3.42 mm。林冠截留率与降雨量、降雨强度以及空气湿度有显著的负相关关系。小雨量级下,随月平均叶面积指数的增加各月林冠截留率增大。月平均林冠截留率与叶面积指数有极显著的线性关系。林冠平均截留率为20.48%。     

洪水预报误差分布的极大熵法

首先根据实际洪水预报误差出现在有限区域的特点,应用极大熵原理,建立了洪水总量预报误差分布的极大熵模型;通过几个不同流域的计算,得出随着降雨量的增大,产流预报误差趋于一个稳定值的结论. 同时将该模型计算的分布与正态分布进行了比较,结果表明用极大熵法求得的误差概率分布能更好地描述洪水总量预报误差的分布特性,可以根据实际降雨量的大小确定不同的最大不确定性的误差分布,为分析不同量级洪水预报的风险提供依据.     

基于LMBP算法的崇阳溪流域降雨径流预报模型研究

采用泰森多边形法对流域进行划分,分别确定崇阳溪上游流域6个雨量站控制子流域的面积权重.选择1997至2014年的14场流域降雨径流过程为训练样本,以上游6个雨量站的时段雨量和武夷山水文站前期流量为输入,武夷山水文站相应流量为输出,采用3层网络,其中隐含层节点数采用试算法确定,建立崇阳溪上游流域LMBP神经网络降雨径流预报模型.利用余下的7场降雨径流过程对模型进行检验,结果表明,模型运算速度快、时效性好,预报精度符合要求,可以用于流域的降雨径流预报.     

青岛自动土壤水分对比观测分析评估

根据《自动土壤水分观测准确性研究》理论,对青岛六个区市2011年度土壤水分对比观测实验数据进行分析评估,发现在土壤质地、结构比较均匀地段,自动土壤水分观测经订正可以替代人工观测土壤水分。土壤容重综合修正法比简化直线回归法适宜性和效果均好,方法简便,物理意义清晰。简化直线回归法体积含水率平均绝对误差小于5%,不能保证重量含水率平均绝对误差也小于5%,不能仅以体积含水率平均绝对误差小于5%作为判断标准。     

南京大学65 cm天文望远镜指向精度的修正研究

天望远镜的准确指向是正常观测的重要保障，也是望远镜系统本身的一项重要测试指标，南京大学天系65cm望远镜的成像OCD的视场较小，实际观测时，指向精度不高，待测天体的像往往不在视场内，为了修正南京大学天系65cm望远镜的指向精度，2004年7月-8月，对该望远镜的指向精度进行了测量并通过指向误差函数进行了指向精度的修正，首先建立指向误差修正模型，通过对不同天区恒星的观测可得到该望远镜在相应方位的观测指向误差值，将观测值和理论模型拟合，从而得到指向误差修正函数．建立南京大学65cm望远镜的指向误差修正模型，然后对其观测的指向误差值进行拟合，最后用拟合函数对观测进行指向修正，结果表明，通过指向误差函数对指向误差进行修正，提高了该望远镜系统的指向精度，目前，不仅可以使观测的星象能在CCD视场内，而且改正后的指向精度略优于1′，在修正前望远镜系统的指向精度RMS(均方差值)是117″，修正后望远镜系统的指向精度RMS(均方差值)提高到38″。