基于极值理论的大坝变形监控指标拟定

为研究极值理论在大坝变形监控指标拟定上的计算方法,先阐述了极值理论中BMM模型和POT模型的计算原理,并利用对数似然函数实现参数估计;然后采用超均值函数图法选取POT模型的阈值,结合大坝失事概率拟定监控指标。工程实例分析表明,极值理论在大坝变形监控指标拟定中有效可行,精度较高。     

基于极值理论的岩质边坡变形预警指标估计

边坡变形预警指标估计对实现边坡安全监控具有重要意义。基于极值理论,建立区间极值(BMM)模型和超阈值(POT)模型,分别利用广义极值分布(GEV)和广义帕累托分布(GPD)对边坡变形监测数据尾部进行拟合分析,结合边坡失事概率,完成对其预警指标的估计。结果表明,两种模型均满足K-S检验,但POT模型可更好地刻画变形监测数据分布的尾部特征,对预警指标的估计偏于安全。研究结果可供类似工程参考。     

黑龙江流域气温突变诊断及极值重现期分析

以黑龙江流域44个站点1954~2012年共59年的日气温资料为基础,应用Mann-Kendall法和启发式分割算法,分别对44个站点的年平均气温做气温突变诊断。根据气温突变诊断结果对比分析,选取启发式分割算法结果对年极值序列进行分割,并检验前、后子序列是否服从同一分布。由此应用GEV函数拟合黑龙江流域6个子区域年极值序列,研究其年极值的变化特征。结果表明,随着气温突变,黑龙江流域中部及西北部年最高气温产生明显增长;黑龙江流域中部年最低气温产生明显增长;黑龙江东部年极端气温受气候变化影响较小,无明显变化。     

基于POT极值理论的风力发电机组载荷测试分析与应用

针对传统风力发电机组叶片的载荷测试以及寿命预测分析的效率问题,设计了一种新型风力发电机组叶片载荷测试系统,利用POT极值理论结合GPD分布和威布尔分布对载荷谱进行外推,为疲劳检测提供可靠的极值载荷信息,并选用Miner线性累积损伤理论对构件进行寿命预测。最后利用FAMOS软件与传统测试方法进行对比,不但保证了测试的准确性,更使载荷分析与寿命预测的效率得到了提高。     

未来气候情景下淮河中上游降水极值及其联合概率行为变化特征

极端气候变化导致水旱灾害频率和强度的改变,为探究未来气候情景下淮河中上游降水极值及其联合概率行为变化规律,以淮河干流小柳巷以上32个雨量站1961～1990年实测日降水数据为基准,集合RCP4.5情景下5种全球海气耦合模式(GCM)在2021～2050、2051～2080年的日降水预测,应用6种极端降水指数量化极端降水变化规律,基于Copula函数构造3组极端降水指数组合的联合分布,并利用Kendall重现期探讨双变量降水事件发生概率的空间变化规律。结果表明,无论在哪个未来时段,6种极端降水指数较基准期均有不同程度的增大;双变量降水事件的发生概率的空间异质性随着重现期水平的增高而增大;未来60年北部山区和研究区下游极端降水事件发生更加频繁,对淮河流域防洪排涝具有指示作用。     

地磁场极值预测及磁暴感应地电场有限元计算

基于兰州地磁台的地磁观测数据,利用基于广义帕累托分布(GPD)的超阈值模型对磁暴期间地磁场的水平分量值和分钟变化率进行拟合,并利用轮廓似然函数对地磁场重现水平进行了预测.通过对中纬度地区的5个地磁台重现值结果的综合分析,给出100年一遇和200年一遇的磁暴期间地磁场分钟变化率.利用大地电磁测深数据构建了华北地区三维电导...     

基于TFPW-MK法的太湖流域湖西区降水时空变化分析

基于太湖流域湖西区13个雨量站近50年(1964~2013年)逐日降水量资料,采用TFPW-MK法分析该地区降水时空变化规律。结果表明,湖西山丘区年平均降水量为1 469mm,平原区为1 397mm;湖西山丘区汛期(5~9月)平均降水量高于平原区,分别为975、732mm;湖西区近50年各序列存在不同程度的自相关性,降水呈显著上升趋势(Z=1.36),其中湖西平原区降水呈极显著上升趋势(Z=1.66);湖西区汛期平均降水量占全年平均降水量的66%,汛期降水空间分布与全年降水空间分布基本吻合,均呈自西南向东北递减趋势;但湖西区近50年来全年与汛期平均降水量变化趋势并不完全一致,如东部小河新闸、宜兴、大浦口全年降水趋势为不显著减少,汛期降水趋势则为不显著增加;西南部茅东闸、平桥全年降水趋势为不显著增加,汛期降水趋势则为不显著减少。     

基于地区线性矩法的江西省极值降水频率分析

基于1960~2008年江西省77个站点的逐日降水数据,采用地区线性矩法研究了该省极值降水频率及时空特征,包括数据的统计检验、水文气象一致区划分、最优分布线型确定、频率估计值计算、单站分析和地区分析法比较、设计值空间分布特征分析等。结果表明,皮尔逊Ⅲ型分布(PE3)和广义正态分布(GNO)是大多数一致区的最优分布;地区分析法获得的频率估计值相较于单站分析法具有很好的稳健性;不同时间段极值降水的空间分布,东北部大于西南部,大值区多位于丘陵山地,小值区多位于平原地区。     

区域极端降水事件的空间极值建模分析

空间不确定性事件的建模问题在自然环境和区域空间结构方面具有重要意义,若按地域特点将数据聚合分组的传统方法无法分析极端事件的区域性结构,而基于极值稳定性过程的空间极值模型对区域共性和相依结构可提供可靠的理论依据。在总结4种空间结构模型的基础上,借助Spatial Extremes中的数据集,针对瑞士47年的极端降水事件,运用4种结构模型结构特征,对广义极值模型进行统计分析,采用似然方法估计不同模型中的参数,在考虑空间相依关系和边际结构的基础上,设计模型的边际结构形式,比较了不同相依结构,在TIC指标下进行模型选择,对优化后的模型进行统计推断,为自然事件的发生及其演变规律提供参考。     

基于Copula函数的区域降水联合分布与特征分析

为深入研究降水时空分布特性,以便为流域水资源合理配置提供科学依据,以广东省东江流域内32个代表雨量站1956~2009年月降雨量资料为例,根据泰森多边形法计算四个子区间的面雨量,采用边际插值函数法（IFM）估计Copula函数参数,通过AIC信息准则确定研究时段内任意两相邻区间面雨量指标的联合分布。结合历史雨量极值组合所对应的重现期计算结果表明,东江流域降水时空分布不均匀,前汛期时段流域水资源状况较为安全,流域上游水资源状况也较为安全,后汛期与枯季时段流域下游水资源状况最为严峻。基于Copula函数方法与传统面雨量频率分析方法相比,能更全面地反映降水的分布特征。     

近30年太湖流域极端降水特征分析

基于太湖流域98个代表雨量站1981~2010年逐日降水资料,利用百分位阈值法定义各测站极端降水阈值,分析了不同极端降水事件的频次及其平均强度的空间分布特征,并对极端降水进行趋势分析。结果表明,浙西区极端降水事件频次出现较高,湖西区的中部和东南部降水强度较大;从季节分布来看,汛期5~10月出现极端雨日频次高,且强度相对较大;全太湖流域各区年平均极端雨日普遍呈微弱下降趋势,武澄锡虞区、阳澄淀泖区、浦东浦西区极端降水平均强度呈上升趋势,其他区变化趋势不显著。     

澄碧河流域极端降水变化分析

根据广西岩溶区澄碧河流域1963～2014年逐日降水资料,结合百分位计算法定义极端降水阈值,在此基础上,采用线性趋势、Mann-Kendall、Morlet小波分析及Pearson相关系数等方法分析了极端降水指数演变规律及其与年径流的关系。结果表明,极端降水量、极端降水日数和极端降水比率呈上升趋势,10年上升率分别为2.3mm、0.034d、0.7%,极端降水强度呈下降趋势,下降率为-0.02mm/(d·10a),经Mann-Kendall趋势检验,上升和下降趋势均不显著;经过多种突变检验法综合诊断,极端降水量和极端降水强度的突变年份为2009年,极端降水日数和极端降水比率的突变年份为1976年;各极端降水指数周期演变特征基本一致,第一、二主周期分别为28、15年,且丰枯交替明显;极端降水量与年径流的相关性最强,极端降水强度与年径流的相关性最弱。     

太湖流域降水量年内分配不均匀性分析

利用太湖流域106个代表雨量站的1951~2010年的逐日降水资料,通过计算降水集中度和集中期,讨论了流域降水量的年内分配不均匀分布特征。结果表明,太湖流域的降水集中度和集中期变化过程相似,均具有自北向南递减的变化特点,从长期趋势看,各分区降水集中度均呈减小趋势,集中期的变化趋势有增有减,但这两种变化趋势均不显著。年降水量与降水集中度和集中期的相关系数表明,太湖流域年降水量与降水集中度呈中度正相关,即年降水量越多(少),年内降水越集中(均匀);年降水量与降水集中期相关系数在空间上也呈正相关,但相关程度整体上不如年降水量与降水集中度的相关程度,典型时段降水量与降水集中度关系密切。     

洞庭湖流域极端降水指数变化特征分析

基于洞庭湖流域17个气象站1961～2009年逐日降水资料,采用Mann-Kendall检验法和滑动t检验法对洞庭湖流域四种极端降水指数进行趋势分析和突变检验。结果表明,四种极端降水指数在洞庭湖流域不同测站表现出不同的变化趋势,但变化均不显著,基本上未通过置信水平检验,非常湿天、极端湿天在西北和东南方向的各测站均表现为上升趋势,雨日数在位于北部的部分测站表现为上升趋势,日最大降水量在大部分测站均表现为上升趋势;各指数突变年主要集中于20世纪后期,2001年后明显减少,表现突变减少年的测站数量明显多于表现突变增加年的测站数量。     

基于卫星降水数据的金沙江流域可能最大降水量计算方法

为探索缺资料地区可能最大降水计算方法,以金沙江巴塘水文站以上流域为研究区,依据该流域测站降水资料,对MSWEP卫星降水数据进行精度评定。选取MSWEP自1979年以来的数据,采用统计估算法计算得到该流域1、3、7、15d可能最大降水量分别为25.2、49.1、86.1、150.9mm;同时,基于该流域及邻近地区的测站资料,采用水文气象法计算得到对应历时的可能最大降水量。对比两套结果发现,相同历时下前者计算结果与后者的相对偏差均在16%以内,表明在该流域基于MSWEP数据,采用统计估算法计算可能最大降水是有效可行的。研究结果不仅为该流域的可能最大洪水计算奠定了基础,更为缺资料地区的可能最大降水计算提供了新途径。     

海河流域极端降水事件时空变化特征分析

为研究气候变化背景下海河流域的极端降水事件变化规律,基于流域内30个气象台站1960~2008年的逐日降水资料,选取不同的降水指标,应用M-K趋势检验和滑动t检验方法分析了海河流域极端降水的时空变化特征。结果表明,海河流域的极端降水事件的发生频率和强度在年际变化中均呈减小趋势;在空间大部分范围内,降水频率和强度指标也均呈负趋势,仅滦河上游山区、子牙河山区和胶东沿海部分地区呈微弱上升趋势,但趋势并不显著。总体而言,海河流域趋向于干旱化,流域内洪涝灾害发生的概率有所减小。     

白龙江流域极端降水年际变化及对气候变化的响应

受极端降水的影响,白龙江流域极易发生地质灾害,严重威胁当地的经济发展与生命安全。为此,根据白龙江流域1965~2011年5个气象站点的逐日降水资料,计算极端降水指数,采用Mann-Kendall检验法分析白龙江流域极端降水的年际变化特征及对气候变化的响应。结果表明,1970年代初期到1980年代中期白龙江流域极端降水指数均显著增加,1990年代中期之后显著减少,其中大雨日数发生了减少突变;各站点强降水次数变化特征差异显著,强降水次数的线性拟合减少率为0.002~0.280次/10a,迭部和武都长期减少趋势最明显,文县和武都发生了减少突变;极端降水指数与年平均气温呈显著负相关,相关系数为-0.46~-0.36(P0.05),与年平均降水量呈显著正相关,相关系数为0.77~0.82(P0.01)。     

基于协整理论的极限学习机模型在降水预测中的应用

针对传统降水预测方式存在的不足,提出一种基于协整理论的极限学习机模型,该模型主要利用协整理论将相关序列信息引入,运用极限学习机(ELM)刻画非线性映射关系,并将该模型应用于皖南地区季度平均降水预测中。结果表明,该模型预测结果合理,且具有更佳的表现。