环境科学中风矢量的统计分析与模拟研究

在环境科学许多问题的研究中，风是最重要的影响因素之一，本文全面系统地分析了风向数据的统计方法和风要素模拟模式，并指出各种处理方法（模式）合理的一面和存在的问题，提出了改进的风向矢量统计方法（包括风平均值、标准差、偏态系数、自相关系数及与风速互相关系数的计算方法）。在此基础上，对修正的四阶自回归风场模拟模型加以完善。算例分析表明，本文给出的风向统计方法合理，符合统计参数的物理含义，经过完善地修正四阶自回归风场模拟模型生成的风场与实际风场资料的统计特性和相依性吻合良好。为提高环境科学研究精度及模型化创造了条件。     

波浪计算中风要素的合理确定

在土石坝和重力坝设计中，为确定坝顶高程及风浪压力等设计参数要进行波浪计算，波浪计算在很大程度上依赖于风各项基本要素的合理确定。利用气象站提供的风速资料分析修正，合理确定工程应用中的风速、风向、风区长度等要素，使之即符合规范要求又符合具体工程的实际情况，其中合理确定风要素则是波浪计算中的关键环节。     

海面溢油预报中风过程的模拟

风是影响海面溢油后油膜运功的重要因素。过去对溢油预报的许多研究中,把风当作不变的常风场来处理,与实际偏离甚远。笔者通过对实测海岸风场的分析,进行两次标准化处理,对风速、风向建立了阿个四阶自回归模型(平稳马尔科夫模型)。模型生成资料与实测资料的统计参数吻合较好,为提高海面溢油预报精度及模型化创造了条件。本模拟方法亦可供为其他目的之海洋动力学计算参考。     

基于WEP模型和TRMM_PR的唐家山堰塞湖入湖径流预报

为解决缺资料地区的堰塞湖入湖径流模拟预报问题,本文以2008年5月12汶川大地震形成的唐家山堰塞湖为研究对象;采用分布式水文模型与热带降雨测量卫星的降雨数据（TRMM_PR）相结合的方法,设置了3种降水输入模式,对堰塞湖形成期内（5月12日—6月9日）的日均入湖流量进行了模拟预报,并利用监测期内（5月29日—6月9日）入湖径流实测资料与模拟结果进行了对比。结果表明：根据气象站实测降水数据对TRMM_PR数据进行修正后输入模型（模式3）,比将气象站实测数据直接输入模型（模式1）和将TRMM_PR观测数据直接输入模型（模式2）的模拟结果要好。本文的模拟结果表明,分布式水文模型可以和星载雷达测雨数据相结合可有效弥补因气象站点过于稀疏、单站控制面积过大造成的资料缺乏问题,而利用气象站点观测数据对TRMM_PR数据进行修正可以有效改善模型的降水输入,从而可以提高入湖径流预报精度。     

江河风浪计算中的一些问题

讨论了江河堤防设计中波浪要素计算的一些问题，如计算风速选取，风区长度确定，波高统计分布等。基于实测风浪资料验证分析后认为：目前常用的计算方法，用于计算风向大致垂直于水流方向时是可行的；但当计算风向与水流方向大致平行时，计算结果误差甚大。     

变量幂函数化的统计参数

本文从数学的基本原理出发，探讨了幂函数关系的两变量的三个统计参数（均值，均方差，偏差系数）之间的关系，并以各阶标准的阶矩表示。文中列出一些特款以资分析应用。对变量幂化函数化统计参数的应用，列举了水位流量之间的统计参数关系，及其在土木，水利设计最高水位和最大流量的应用，以及建筑上应用的风压，风速关系等。     

日月尺度耦合解集方法在降水模拟中的应用

应用一阶马尔可夫链描述干湿变化,以伽玛分布表征降水量分布,采用修正方法调整小尺度序列值,消除小尺度合成值与大尺度对应值之间的误差,进行日、月降水序列模拟。耦合模型模拟序列能够保持各尺度的统计特性和合计值与实测序列严格相等。渭河流域长武、武功、天水和渭源四站降水模拟实例表明,建立的耦合模型在降水模拟中取得了较为满意的效果。通过选择合适的基本模型,耦合模型也可以应用于其他水文随机模拟。     

日月尺度耦合解集方法在降水模拟中的应用

应用一阶马尔可夫链描述干湿变化,以伽玛分布表征降水量分布,采用修正方法调整小尺度序列值,消除小尺度合成值与大尺度对应值之间的误差,进行日、月降水序列模拟.耦合模型模拟序列能够保持各尺度的统计特性和合计值与实测序列严格相等.渭河流域长武、武功、天水和渭源四站降水模拟实例表明,建立的耦合模型在降水模拟中取得了较为满意的效果.通过选择合适的基本模型,耦合模型也可以应用于其他水文随机模拟.     

玄武湖混合流数值模拟研究

本文从二维浅水非恒定流的控制方程组出发，建立了玄武湖混合流水动力数值模式，应用伽辽金（Galerkin）有限元法对数学模型求解。对玄武湖出入流2m^3／s流量及5．7m／s均匀定常东北风进行数值模拟验证基础上，研究了出入流2m^3／s流量及6m／s均匀定常东风、西风、南风、北风、东南风、西北风六种风情组合作用下的玄武湖混合流特性。结果表明：玄武湖混合流流场受到吞吐流作用影响较弱，受到风作用影响较强，混合流流态表现为湖区若干环流和沿岸流的有机结合；沿岸流流向与风向一致，湖中较深的地方形成逆风流动的补偿流，流向与风向相反；玄武湖混合流场的形态由风向决定，不同方位风场作用形成的稳定混合流流态不同；对峙方向风场形成的混合流流型相似，流向相反。     

基于Markov状态切换理论的水环境系统随机模拟与风险评估

水质时序随机模拟是水环境系统风险分析与评价的有效途径，针对水质时间序列一般具有结构复杂性和演变过程非平稳性的特征，提出将马尔可夫状态切换-自回归模型（Markov Switching-Auto Regressive Model）用于水质时序的随机模拟和水环境系统的风险分析，并探讨了运用MS-AR模型进行水质时序随机模拟与分析的关键步骤。最后运用该模型和蒙特卡罗（Monte Carlo）方法，对天津果河桥断面的总磷浓度时序（1999年11月～2007年12月）进行了随机模拟和污染风险评价。结果表明，MS-AR模型有效识别出了该水质时序在演变过程中的不同结构模式，模拟出的总磷浓度序列能从总体上反映实测总磷时序的演变特征和动态变化趋势，克服了利用单纯统计理论进行水环境风险分析无外延性的不足。