基于奇异谱分析的DGPS浮标海面高测量误差研究

在高度计绝对定标实验中,利用差分GPS(Differential GPS,DGPS)浮标进行现场海面高测量得到的海面高(Sea Surface Height,SSH)序列之中,除了包含有由风浪引起的高频噪声外,还包括了仪器误差造成的影响。前者可通过低通滤波方式消除,而后者由于是全频段的白噪声,不能通过低通滤波的方式消除。通过研究奇异谱分析(Singular Spectrum Analysis,SSA)的方法,确定了嵌入维数和截断长度的选取准则,并对其进行仿真,验证了该方法在消除海面高序列的仪器误差噪声中的有效性,同时也验证了嵌入维数和截断长度选取准则的有效性。最后,利用该方法处理了某次DGPS浮标实验获得的海面高序列,处理结果与原始序列相比较为平滑,且在精度上有一定的改善,验证了奇异谱分析方法的有效性。     

NASA系列雪参数反演算法在单像元内的时间序列验证与分析

NASA系列算法(Chang,NASA96和Foster算法)是被动微波遥感反演雪深、雪水当量的简单、实用的经验算法,并经过了很多学者大范围的算法验证和改进。为了进一步评价NASA系列算法在东北地区的时空适用性,于长春净月潭区域选定了一个以农田和森林为主的10km×10km被动微波遥感混合像元,在时间上连续观测整个干雪期(2014年12月至次年2月)的积雪参数和气象数据,结合FY3B卫星搭载的微波成像仪(MWRI)亮温数据,对NASA系列算法精度进行了评价分析。结果表明:对于雪深的反演,Chang算法和NASA 96算法前期反演效果较好,后期随着时间的推进高估雪深的趋势愈加明显。由于考虑了森林覆盖率的影响,NASA 96算法的反演精度更高。两种算法最大高估值分别是24.46和14.62cm,这是因为期间雪性质不断变化,尤其是雪粒径不断增大的缘故。Foster算法也严重高估了雪水当量,可能是由于积雪类型的分类系统未必适合于东北地区的积雪特征。本文的积雪连续观测数据为认识东北地区的积雪特性奠定了基础,对算法的时间序列验证与分析为雪参数反演算法的进一步改进提供了可靠依据。     

基于河道径流可变区间的河流水资源可开发利用率分析

为了确定水电开发活动对河流水资源的可开发利用率,建立分期展布的河道径流可变区间核算方法,其中河道径流包括河道最小生态需水和河道最大洪流,并以西藏拉萨河为例进行核算。结果表明:拉萨河河道最小生态需水和最大洪流年内动态变化分别为29.5~328.3 m3/s和95.1~1 673.4 m3/s。与河道最小生态需水约束相比,河道径流可变区间约束使得拉萨河年调节型水电开发的水资源可开发利用率从60.2%下降到18.7%。指出对于径流丰枯特征十分明显的季节性河流,大型水利工程在平衡径流季节分布的过程中,应该受河道径流可变区间约束,尤其是枯水期最大洪流约束下河道径流量的可增加空间。     

Optimization of neural network model using modified bat-inspired algorithm

The success of an artificial neural network (ANN) strongly depends on the variety of the connection weights and the network structure. Among many methods used in the literature to accurately select the network weights or structure in isolate; a few researchers have attempted to select both the weights and structure of ANN automatically by using metaheuristic algorithms. This paper proposes modified bat algorithm with a new solution representation for both optimizing the weights and structure of ANNs. The algorithm, which is based on the echolocation behaviour of bats, combines the advantages of population-based and local search algorithms. In this work, ability of the basic bat algorithm and some modified versions which are based on the consideration of the personal best solution in the velocity adjustment, the mean of personal best and global best solutions through velocity adjustment and the employment of three chaotic maps are investigated. These modifications are aimed to improve the exploration and exploitation capability of bat algorithm. Different versions of the proposed bat algorithm are incorporated to handle the selection of the structure as well as weights and biases of the ANN during the training process. We then use the Taguchi method to tune the parameters of the algorithm that demonstrates the best ability compared to the other versions. Six classifications and two time series benchmark datasets are used to test the performance of the proposed approach in terms of classification and prediction accuracy. Statistical tests demonstrate that the proposed method generates some of the best results in comparison with the latest methods in the literature. Finally, our best method is applied to a real-world problem, namely to predict the future values of rainfall data and the results show satisfactory of the method.     

基于改进型MF-DFA的月径流序列多重分形分析

应用改进的多重分形消除趋势波动分析法对长江流域某水文站多年月径流资料进行分析计算,结果显示,月径流序列具有长程相关性和多重分形特征,并采用二项倍增串级模型,对其多重分形谱拟合,表明月径流序列具有较强的多重分形性。通过对其初始序列、重排序列和替代序列进行对比分析,揭示出月径流序列多重分形特征是序列本身的长程相关性和胖尾概率分布共同作用的结果,且胖尾概率分布起主要作用。     

淮河流域水质污染时空变异特征分析

选取淮河流域的82个水质监测站,对各站点的1986—2005年水质监测数据进行统计分析,探讨了全流域内水体污染物浓度变化的时空变异特征,为淮河流域水污染治理、水环境保护以及生态修复提供依据。采用时间序列法分析水体污染物浓度的时间变化规律,应用Mann-Kendall检验法对流域范围内水体污染物浓度变化趋势进行了分析。研究结果表明,淮河流域水质变化主要受到入河排污量、上游来水量、闸坝调控方式以及气候条件等方面因素的影响。蚌埠站的水体污染物浓度多年变化规律表明,1995年是水体污染物浓度变化的转折点,1995年前水体污染物浓度不断恶化,1995年后水体污染物浓度逐渐好转。DO浓度的年内变化主要受到水温的影响,表现为冬季浓度高于夏季浓度;CODMn浓度同时受到闸坝调控方式以及区域来水量的影响,汛期浓度低于非汛期。从全流域的水体污染物浓度变化规律看,有机污染物浓度呈显著上升趋势的河段主要分布在淮北支流上,说明在20世纪90年代后期,虽然流域进入相对丰水期以及进行了大规模的水污染联防工作,淮河流域水质污染得到了一定程度的改善。但在2000年后,随着流域内入河污水量和污染物排放量的增加,淮河流域的水质污染依然严重。     

近60年来我国主要江河枯季径流变化及趋势分析

以我国主要江河的枯季径流系列为研究对象,分析了我国主要江河1950～2008年枯季径流系列变化过程,对比分析了1980年前后两段时期枯季径流的变化,揭示我国主要江河近60年来水文情势变化及趋势,反映枯季径流对全球气候变化的响应.     

降水及人类活动对阜平流域径流的影响

为了研究近年来气候变化和人类活动影响条件下的阜平流域径流的演变规律,采用5 a滑动平均法和线性回归法,对阜平流域径流量、变化趋势及影响因素进行了分析,并利用降水径流经验统计模型估算了降水变化和人类活动对流域年径流量的影响程度。结果表明:降水量与径流量有一致性的变化趋势,降水量下降的趋势不明显,而径流量呈显著减少的趋势;1969—1979年、1980—1989年、1990—1999年、2000—2005年,受人类活动影响所减少的年均径流量分别占径流总减少量的21.04%、46.05%、58.30%、54.93%,受降水变化影响所减少的年均径流量分别占径流总减少量的78.96%、53.95%、41.70%、45.07%;随着年代的推移,人类活动对径流的影响逐渐增大,而降水变化的影响逐渐减小,20世纪80年代以后,人类活动导致径流量减少的贡献率要大于降水因素。