基于陆基GNSS的电离层时间序列预报研究

为讨论不同时间序列模型对电离层垂直总电子含量(VTEC)的预报效果,在平静电离层条件下,采用载波相位平滑伪距法解算单站上空的电离层VTEC值,分别利用自回归积分滑动平均模型(ARIMA)与Holt-Winters指数平滑模型进行逐站建模,通过时长为9 d的样本序列实现3 d预报,并对预报值进行系统评估.结果表明,时间序列模型能够较好地反映预报期内的电离层VTEC变化情况,均方根误差均值不超5 TECU.此外,Holt-Winters乘法模型的预报值偏差最大,加法模型次之,ARIMA模型在11个测站的相对精度都高于Holt-Winters指数平滑模型,且其均方根误差峰值最小,具有最高的预报精度.     

大气污染主成分回归预报模型及试报分析

针对丹东城区SO2污染的实际情况及与气象因子的关系,建立了主成分回归预报模型,并在实际预报中进行了模拟、试报和应用、模型拟合及预报效果检验,结果发现:模型模拟值与实际值的变化趋势基本一致,模型可以用于各季SO2浓度预报。并与现行预报模型进行比较,预报误差有所减小,精度进一步提高,模型更符合丹东城区SO2污染的实际情况。     

基于季节ARIMA模型的近海表层水温时间序列模拟与预测

基于1996—2007年逐月时间序列数据,采用季节ARIMA模型对连云港近海表层水温时间序列进行模拟,并依据残差不相关和简洁性原则确定模型的结构,建立最优预测模型ARIMA（1,0,1）（0,1,0）12。运用该模型对2008年逐月表层水温进行预测,预测值与实际值的变动趋势基本一致,且平均相对误差仅为3.5%。在此基础上对2009年连云港近海逐月表层水温进行预报,预报结果符合该海域表层水温的逐月变化趋势,表明模型用于近海表层水温预报是可行的。     

大气污染偏最小二乘回归预报模型及试报分析

针对丹东城区SO2污染的实际情况及与气象因子的关系,建立了偏最小二乘回归预报模型,并在实际预报中进行了模拟、试报和应用、模型拟合及预报效果检验,结果发现：模型模拟值与实际值的变化趋势基本一致,模型可以用于各季SO2浓度预报。     

大气污染BP神经网络预报模型及试报分析

针对丹东城区SO2污染的实际情况及与气象因子的关系,建立了基于主成分分析的BP神经网络预报模型,并在实际预报中进行了模拟、试报和应用、模型拟合及预报效果检验,结果发现:模型模拟值与实际值的变化趋势基本一致,模型可以用于各季SO2浓度预报。     

状态和参数估计的两段互耦自适应滤波在水文预报中的应用

用参数和状态估计的两段互耦自适应Kalman滤波预报方法,对时间序列模型进行最优和次优预报,用于解决河流年最大洪峰流量时变参数系统的自适应预报问题。通过松花江哈尔滨水站年最大洪峰流量的实例计算表明,预报效果良好。     

Holt-Winters与ARIMA模型在电离层总电子含量预报中的比较

利用IGS中心发布的15天TEC数据作为样本,采用Holt-Winters加法、Holt-Winters乘法和ARIMA模型分别进行5天的TEC值预报。分析了太阳活动、纬度、预报时长对3种模型预报精度的影响。实验结果表明,3种模型的预报精度会随着纬度的降低、预报时长的增加而呈下降趋势;电离层活动平静期的预报精度要优于活动活跃期。在平静期,3种模型在高纬度地区的预报效果大致相同;在中、低纬度地区加法模型的预报效果要优于另外两种模型。在活跃期,3种模型在高纬度地区的预报效果大致相同;中纬度地区乘法模型和ARIMA模型预报效果要优于加法模型;在低纬度地区,加法模型和乘法模型的预报效果要优于ARIMA模型。加法模型精确预报时长可以达到5天左右,而乘法模型和ARIMA模型只能达到3天左右。     

AR（p）模型在赣江枯季水位预报中的应用

时间序列模型是水文预报常用的工具,人们对大量的水文数据进行分析,目的就是为了能够得出水文数据的规律性,进而预测水文系统在未来时刻的状态.运用AR(p)模型对赣江流域外洲水文站枯水季节的水位数据进行模拟,并利用所建模型对水位进行预报,预报值与实际值比较接近,模型模拟的精度比较高.     

基于小波-ARIMA电离层短期总电子含量预报

针对电离层总电子含量(TEC)非线性、非平稳的特性,将小波分析(Wavelet Analysis)引入到自回归移动平均模型(ARIMA)中对TEC值进行预报。采用2010—2013年IGS中心提供的不同经纬度活跃期、平静期前10天电离层TEC观测数据,分别使用WARIMA和ARIMA建模预报后5天TEC值。对两种模型预报结果与IGS中心观测数据进行对比并统计预报精度,结果表明引入小波分析的ARIMA模型对TEC值预报精度的提高有良好作用。最后单独采用WARIMA模型预报50天TEC值,通过对50天TEC预报值相对精度的统计,说明WARIMA模型对TEC值中长期的预报具有可行性。     

基于信息熵误差异分布模型的洪水概率预报方法

以大渡河流域大金站为对象,开展了基于信息熵误差异分布模型的洪水概率预报方法研究。挖掘了确定性水文模型预报的相对误差的统计规律,发现不同量级流量下洪水预报的相对误差存在异分布特征,服从不同的概率分布函数。基于极大熵和极小熵原则确定不同流量量级下预报相对误差的最优概率分布函数,进而采用不同的误差分布函数描述不同流量量级下的预报误差规律,并推导了以确定性模型预报值为条件的"真实"流量的分量级条件概率分布函数。根据不同量级对应的条件概率分布函数,可获得概率预报倾向值(如中位数预报)及任意置信度下的概率预报区间(如90%预报区间)。大金站的应用结果表明,概率预报模型提供的预报倾向值(中位数预报值)整体要优于原始的确定性模型预报值,同时概率预报模型提供的90%置信度下的预报区间可以涵盖绝大部分实测值,具有较高的可靠性。     

长江口北槽枯季混合与层化特征分析

通过分析长江口北槽2016年枯季水流、盐度实测资料,揭示了水流、盐度的大小潮、涨落潮周期变化特性。采用Simpson的势能差异函数对北槽混合与层化的时空变化进行分析,指出北槽中上段势能差异极值出现在涨憩落憩时刻,北槽下段势能差异极值出现在涨急落急时刻。采用改进的一维势能差异方程分析了北槽枯季潮汐应变、重力环流、河流效应和潮汐搅动的时空变化及对应关系,得到水体混合与层化趋势是由这四者相对大小决定,其中影响大小潮层化变化的机制是潮汐搅动、重力环流和河流效应。发现重力环流是涨潮期间促进河口层化的主要动力机制;河流效应在落潮期间偏大,潮平均作用强于潮汐应变,整体促进河口层化;大潮的潮汐搅动比小潮大1～2个量级,削弱了大潮的层化作用。并且证实改进的一维势能差异方程能够较好地解释长江口区域的混合层化特性。     

洋山海域三维潮流和余流特征的数值模拟

基于最新的水下地形数据和非结构网格,利用有限体积海洋模型（FVCOM）,建立洋山海域高分辨率水动力数值模型,研究该海域建港工程后潮流和余流的三维动力学特征. 结果表明,峡道西部涨潮流大于落潮流,东部相反. 南岛链以南海域流速均大于北岛链以北流速,峡道窄口处出现高流速区和环流现象,涨潮流表层最大流速可达2.88 m/s. 涨憩时刻,南岛链南岸和北岛链北岸都形成表层向北、底层向南的表-底层环流,落憩时刻相反. 落急时,深水航道处出现表层向南、底层向北的表-底层环流. 受围海造地工程后地形影响,峡道内M₂分潮潮流椭圆主轴均沿岸线方向. 与工程前相比,峡道效应增强. 洋山海域整体以海向余流占优,但峡道内形成陆向余流. 峡道窄口处存在余流分离现象,峡道西部余流滞流点东移.     

海州湾西部水动力数值模拟

连云港海域地处海州湾西部,1993年西大堤跨海工程完工后,海域水动力环境已经发生了很大改变。利用2004年7月的实测资料,通过ECOM模式模拟了15 d的水动力场,对潮流、潮能空间分布特性进行了分析,发现西墅以西,临洪河口以南水域流速很小,涨潮流流线沿岸线逆时针流过该水域后,在西墅集水流急,在西墅以东形成一个顺时针的涡,能量很快耗散,西大堤以北海域流速较小;在岬角(如西连岛北,西墅,岚山头以东)附近,高能区与低能区并存,形成外高内低的潮能空间分布,也是整个海州湾在其西部海域消能的体现,低能区分布在中部和西南部水域。     

杭州湾潮汐特性分析

采用调和分析和潮汐特征值统计两种方法分析了杭州潮汐特性,该海湾潮汐有以下特点：（1）潮波溯源推进过程中,潮差急剧增大;（2）南北差异显著,主要是M2分潮振幅不同造成的;（3）潮波非线性畸变较小;（4）潮波溯源逐渐接近驻波。     

港珠澳大桥沉管隧道合拢口水动力条件数值模拟研究

港珠澳大桥海底隧道采用沉管法施工,最终接头安装前会在两节沉管中间形成合拢口。龙口往往形成水流集中、流速急剧增加的现象,给最终接头的安装施工增加一定难度。本文通过建立沉管合拢口局部水域的3维水流数学模型,模拟了“水下龙口”区域特有的水流结构,分析了龙口水流流速与珠江口径流、潮差的相关关系。数值模拟研究结果表明：合拢口纵断面流速分布具有“表层大、底层小,落潮大、涨潮小”的分布特点;同级别径流条件下龙口水流随潮差的增大而增加,相同潮差条件下龙口水流会随上游径流量的增大而增加;最终接头安装使用的起重船距离龙口仅30 m,船头挑流作用使得龙口西侧局部水域流速急剧增加,但对龙口区域的水流条件影响较小。根据沉管合拢口区域的水动力条件数值模拟结果,论证了最终接头安装施工期间的外部水情条件与对应的时间窗口,为港珠澳大桥沉管隧道的最终贯通提供了技术支撑。     

闽江下游及河口悬浮物时空分布特征及其影响因素

为了解闽江下游及河口悬浮物的时空变化特征和影响因素,于2014~2015年采集了研究区4个季节的水样,并在河口进行了冬、春季2次加密采样。结果表明:从闽江水口水库经河口至外海,悬浮物浓度呈现“低→高→低”的分布特征,并具有春、夏季高于秋、冬季的季节变化特征;河口悬浮物浓度从涨潮至低潮阶段,总体呈现由河端向海端降低的特征,且其浓度冬季高于春季;河口冬季水体混合作用较强,盐度分层不明显;春季盐度分层显著,且涨潮和高潮时河口盐水楔活动影响悬浮物分布;河口最大浑浊带的规模呈现枯兴洪衰的趋势,其位置随潮汐的涨落上下摆动,通常秋、冬季偏上游,而春、夏季偏下游;闽江河口悬浮物时空分布受径流、潮流及盐度分布等影响显著,且强潮流、分支水道、盐水楔等因素对悬浮物的影响被放大,中小型河口更多地反映出各因素及其河口自身特征的综合影响;与中国其他河流相比,闽江河口悬浮物浓度远低于黄河河口,与长江河口相近,高于位于其南侧的珠江河口;闽江河口悬浮物的季节变化特征与其他河流相反;各河口悬浮物随潮周期的变化规律类似;闽江河口总体呈冲刷状态,水动力增强,悬浮物浓度呈上升趋势,对河口地貌、河口生态和港口航运等产生影响。     

河口大规模围海工程对周边水动力环境的影响

河口围涂工程建设将不同程度影响工程海域的水沙输移特性.运用平面2维潮流数学模型,以浙江温州瓯飞滩围涂工程为例,研究河口大规模围涂工程对周边水动力环境的影响.基于三角形网格,采用有限体积法对模型进行求解,通过9个实测潮位过程和9个流速测点对模型进行验证,验证结果良好.瓯飞工程实施后,海域高潮位呈现一定程度的降低,围堤前沿水域流速大幅度降低,但对温州核心港区影响较小,飞云江口进出潮量有所降低,研究成果可为工程决策提供重要参考依据.     

小砾山引水枢纽调配水的含沙量对河道淤积的影响

从钱塘江河口口门往城区调配水极大地改善了城区的水环境,但在调配水的同时也造成了河道淤积.通过小砾山引水枢纽大、中、小潮的实测含沙量资料,分析含沙量的变化特征,揭示调配水含沙量在半日潮周期、半月潮周期中的变化规律和随潮汐变化的关系.结果表明,钱塘江河口调配水应遵循潮汐变化规律,应在大、中潮汐高潮位2 h左右停止引水.     

结合潮位信息的红树林遥感识别

红树林的滨海湿地生境使得它同陆生植被、水体-陆生植被混合像元难以区分,且红树林在遥感图像上的空间分布还随着潮位的变化而变化,因此基于通常采用的单一潮位遥感图像无法精确提取红树林空间信息.基于高潮位和低潮位TM遥感图像,尝试利用红树林的潮位周期性变化和滨海湿地特征来精确提取红树林空间分布信息.研究结果表明：基于缨帽变换和潮差信息提取的WI L＋WI H、GVI L和GVI L-GVI H（WI、GVI分别为Wetness Index、Greenness Vegetation Index,下标L和H分别表示低潮位和高潮位）等指数能使红树林与其他地物之间具有很好的可分性;进一步采用最大似然法对红树林进行分类识别,通过结合潮位信息能精确提取红树林,其中制图精度和用户精度分别为94.57%、98.8%.     

色散和耗散项对涌潮计算结果的影响

通过建立一维涌潮数学模型,以概化的矩形断面河道为对象,采用无色散、耗散项和有色散、耗散项两种不同模型,对涌潮的结构和变形进行分析、比较.计算得出:在发生涌潮前,这两种模型所得到的水面线结果基本相同;在涌潮段和涌潮后,两种模型计算所得到的水面线有较大的差别.在不同水深和不同潮差下,两者的差别是不同的.