基于TFPW-MK-Pettitt和EEMD的非一致性水文频率计算方法

近年来,受气候变化及人类活动的影响,使水文情势发生变化,导致频率计算中水文资料不再满足一致性的前提假设。为进行非一致性条件下的水文频率计算,提出基于TFPW-MK-Pettitt和EEMD的非一致性水文频率计算方法,首先应用去趋势预置白Mann-Kendall-Pettitt方法对水文序列进行一致性检验;其次应用EEMD方法对非一致水文序列进行修正;最后对修正的序列进行水文频率计算。统计试验和实例证明,TFPW-MK-Pettitt方法适用于我国水文序列的一致性检验;该方法运用于1956～2012年宜昌站径流序列,检验出有下降趋势;运用EEMD方法对该序列进行修正后,频率计算得出各设计值较未修正的设计值小10%左右。

双曲函数法与组合KdV-mKdV方程的孤波解

提出一种统一的求解非线性演化方程孤波解的双曲函数法， 利用这用种方法求出了组合 Ｋｄ Ｖｍ Ｋｄ Ｖ 方程的两类孤波解． 作为特例， 可给出 ｍ Ｋｄ Ｖ 方程的两类孤波解， 而且还给出了 Ｋｄ Ｖ 方程的钟状孤波解．

基于MK-TESM法的输变电工程造价数据预测方法

针对当前输变电工程造价数据预测较为困难的问题,提出了一种基于MK-TESM法的输变电工程造价数据预测方法.以某地区2014~2018年110 kV输变电工程造价各项评价指标历史数据为基础,利用Mann-Kendall趋势检验法和三次指数平滑法建立输变电工程造价预测模型,对输变电工程造价各项评价指标走势及未来数据进行预测.结果表明,所提出的输变电工程造价数据预测方法在对输变电工程造价进行预测时,预测平均绝对误差率能够控制在约10%以内,预测准确率较高.

基于负序分量的含光伏电源配电网故障区段定位方法

针对光伏电源接入配电网导致故障电流无法正确反映故障区段的问题,分析含光伏电源配电网故障时三序分量,选择负序分量作为故障特征量;对于不对称故障场景提出负序重构方案;采用曼肯德尔(Mann-Kendall,MK)趋势检测寻求故障特征最明显的负序重构序列;利用负序重构电压幅值确定可疑故障区段,结合负序重构电流相位方向确定故障区段。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建含光伏电源的配电网模型。结果表明:提出的方法能够实现含光伏电源配电网在不同故障类型、故障位置下的故障区段准确定位,为含光伏电源配电网快速故障定位提供了理论依据。

海河流域气象和水文降水资料对比分析及时空变异

选用海河流域上国家气象局30个气象站1958-2007年共50年的日降水资料,以及水文部门248个雨量站1995-2004年共10年的资料,采用线性回归、5年滑动平均、Mann-Kendall趋势分析、Kolmogorov-Smirnov检验、Z检验和F检验等方法,在充分考虑两套降水资料优势的基础上,分析了海河流域降水的时空变化特征。发现:(1)海河流域气象站和雨量站的年降水量基本都符合正态分布,其均值和方差在统计意义上相等;两套资料的相关程度较高,气象站日降水资料可以用来延长水文站资料;(2)在1958-2007年,除春季降水量略有增加外,海河流域的降水整体上呈减少趋势,夏季和全年减少趋势非常明显,而且1980年后呈加速减少;(3)海河流域夏季和全年的降水分布形势相似,以太行山和燕山为界,分为山前多雨带、山前平原区少雨带以及山后少雨带,而且降水从南向北,从沿海到内陆逐渐减少;冬季水汽含量最少,基本上呈南多北少的分布;春秋季的分布特征相似,表现为冬夏季的过渡状态。近50年来,五台山地区和太行山前的部分地区降水减少趋势明显。

气候变化与人类活动对闽江流域径流变化的影响

定量分析气候变化和人类活动对径流的影响是探究径流演变机制及水土流失防控的关键之一。采用Trend free prewhitening MK检验法分析闽江干流及3大子流域1960—2010年径流和气象要素的变化特征,并将经验判别法和气候弹性系数法相结合,分析气候变化和人类活动对闽江流域径流变化的影响。结果表明:闽江流域的年径流、降雨量总体呈上升趋势,潜在蒸发量则为下降趋势,且在20世纪70年代初发生突变;闽江干流和3大子流域的气候变化导致径流增加,其中降雨量的增加和潜在蒸发量的减少是主要原因,而人类活动主要起减流的作用;干流和3大子流域气候变化对径流变化的贡献率高于人类活动,仅21世纪初建溪流域和沙溪流域除外。可见,气候变化是闽江流域径流增加的主要原因,但人类活动的影响不容忽视。

我国人均粮食占有量时空变化特征及驱动力研究

粮食安全问题一直被我国各界所关注,人均粮食占有量是粮食安全度的重要体现。为了明确我国粮食安全状况,根据1997—2010年我国人均粮食占有量及引起其变化的各类驱动力数据,利用TFPW-MK趋势检验法和基于PLS的STIRPAT模型,定量研究了近14年人均粮食占有量的时空变化特征以及各驱动力的影响。结果表明:从时间尺度看,1997—2003年人均粮食占有量波动减少,2003—2010年人均粮食占有量逐年增长,整体呈增加趋势;从空间尺度看,61%的地区近14年人均粮食占有量呈上升趋势,其中内蒙古趋势斜率最大,河北趋势斜率最小。39%的地区近14年人均粮食占有量呈下降趋势,其中上海趋势斜率绝对值最大,四川趋势斜率绝对值最小;人均粮食占有量变化的负驱动力中一产就业人员影响最大,正驱动力中粮食作物播种面积影响最大。我国粮食安全整体呈良性发展态势。

长江源区气温降水变化趋势及其对区域干旱的影响

长江源区是受全球气候变化影响的敏感地区。为研究气候变化对其区域干旱的影响,采用了TFPW-MK趋势检验法,对20世纪50年代以来长江源区气象站降水量、气温的变化趋势进行了显著性检验,识别了各季节和月份的变化特点,采用了标准化降水蒸散发指数(SPEI)作为反映区域干旱的指标,对年尺度、月尺度长序列变化趋势进行了分析,通过气温-潜在蒸发相关性分析,研究了降水、气温变化对区域干旱的影响。结果表明:①长江源区年降水量增加趋势显著,各站点年降水增加幅度平均为0.31%/a,增加的月份主要集中在4月和5月;②各站点年平均气温、最高气温和最低气温变化均存在显著增加趋势,平均每年增加1.55%、0.49%和0.59%;③月尺度气温与潜在蒸发序列间相关性较高(0.8以上),表明气温是SPEI干旱指标演变的重要驱动因素,长江源区上游(五道梁、沱沱河站)干旱呈现加剧趋势,而下游(曲麻莱站)干旱呈现减轻趋势。

基于滑动Kriging插值的EFG-SBM求解含侧边界的稳态热传导问题

采用基于滑动Kriging插值的无单元伽辽金比例边界法(EFG-SBM)求解侧边界有温度载荷的稳态热传导问题,该方法通过无单元伽辽金法(EFG)和滑动Kriging插值离散环向边界.由于滑动Kriging插值形函数具备Kronecker delta函数插值特性,克服了移动最小二乘逼近难以直接准确施加本质边界条件的不足.作为一种新型的边界型无网格法,EFG-SBM兼有EFG法和比例边界有限元法(SBFEM)的优点.该方法继承了SBFEM的半解析特性,通过引入比例边界坐标系,可将偏微分控制方程环向离散,径向上解析求解.与传统的SBFEM相比,环向边界通过节点进行离散,前处理和后处理简便.通过数值算例可以看出,相比基于拉格朗日多项式的SBFEM,基于滑动Kriging插值的EFG-SBM计算精度更高.相比有限元法(FEM),该方法能更好地反映尖角处热奇异性以及无限域温度分布状态.

修正的Kuramoto-Sivashinsky方程的显式精确解

目的构造修正的Kuramoto-Sivashinsky方程(简称mKS方程)的显式精确解。方法利用不变子空间方法。结果在mKS方程中的微分算子允许的四维不变子空间中构造显式精确解,并分析了这些解的性质。结论mKS方程有充分光滑的显式精确解。在某些情况下,在四维不变子空间中构造的精确解与二维不变子空间中构造的精确解的性质不同。

基于年径流序列的五种趋势检测方法性能对比

趋势变化是水循环过程的重要变化特性之一,准确识别水文要素变化趋势是认识变化环境下水循环演变规律的基本内容。由于当前趋势检测方法众多,且受多种因素影响,趋势检测结果存在较大的不确定性,很难判断结果的准确性。为提高对水文要素趋势分析方法的认识,研究基于3组变化特征不同且已知成分的人工生成序列,综合对比分析了5种常用趋势检测方法(累积距平法、线性回归法、MK法、EMD法和DWT法)的准确性和可靠性,并以3组不同实测年径流序列为例,进一步评价了不同方法在水文时间序列趋势检测中的性能差异。实例分析表明,累积距平法可用于水文时间序列趋势的初步分析,不宜作为判断依据。MK法与线性回归法所得结果差异不大,对趋势单调且无明显季节或周期变化的水文时间序列具有较高识别精度,适用于演变特征相对简单且趋势变化明显的年径流序列的趋势检测。EMD和DWT法可以准确地识别并分离出序列自身含有的不同尺度波动成分,从而避免序列周期、非线性变化等特征对趋势检测结果的影响,性能相对更优,对于演变机理及变化特征复杂的年径流序列的趋势分析,应优先考虑DWT法,其次为EMD法。研究成果可为水文要素的趋势分析及其方法选择提供参考。

降脂红曲产品中Monacolin K检测方法的比较

为准确测定降脂红曲类产品中Monacolin K(MK)的质量浓度。作者对中华人民共和国轻工行业标准(2007)、保健食品检验与评价技术规范(2003版)、台湾食品中MK检验方法(2012)以及其它方法进行比较。确定朱华等的检测方法较优,MK在质量浓度10~400μg/m L范围内线性良好,加标回收率为96.3%,方法精密度RSD=1.6%。该方法简单、快捷,能够比较准确地反映红曲类产品中不同构型MK质量浓度,具有很高的实用价值。

1960—2020年新疆主要作物需水量时空特征分析

作物需水量和作物灌溉需水量的时空分析对水资源优化配置和灌溉制度制定至关重要。为了解新疆主要作物棉花、春小麦、冬小麦和玉米生育期需水量和灌溉需水量的时空特征及影响因素,本文基于1960—2020年逐日气象观测数据,采用Penman-Monteith公式和单作物系数法,利用去趋势预置白(TFPW)的Mann-Kendall(TFPW-MK)研究4种作物需水量变化特征,并通过重标极差(R/S)分析法预测未来作物需水量和灌溉需水量的时空演变趋势;运用随机森林模型的重要协变量特征识别原理,分析气象因素与作物需水量的重要性排名,探究了作物需水量的变化成因。结果表明:1)61年来,新疆主要作物需水量总体呈现“先增后减又增”的变化趋势;作物需水量和灌溉需水量从大到小均依次为:棉花>玉米>冬小麦>春小麦;空间上呈现“南疆>北疆、东南>西北、东部>西部”的格局;主要作物需水量变化范围为:棉花为381.20~991.20 mm(均值为654.94 mm),玉米为350.26~924.48 mm(均值为607.98 mm),春小麦为361.96~709.69 mm(均值为464.89 mm),冬小麦为266.47~753.62 mm(均值为495.70 mm);灌溉需水量变化范围为:棉花为49.49~975.88 mm(均值为563.19 mm),玉米为52.47~910.85 mm(均值为530.18 mm),春小麦为42.58~701.29mm(均值为409.28 mm),冬小麦为21.94~741.77 mm(均值为418.26 mm),自80年代中后期开始,灌溉需水量下降幅度大于需水量。2)TFPW-MK分析中,近61年来,分布在塔里木盆地北部边缘的沙雅和阿克苏、东疆的巴里坤等12个站点需水量呈上升趋势;分布在塔里木盆地中部的塔中、北疆的克拉玛依和南疆的阿图什等区域的27个站点需水量逐步降低;其余站点呈上下波动。3)使用R/S方法对未来需水量的预测中,北疆的塔城、托里、富蕴和乌鲁木齐站,东疆的巴里坤,南疆的沙雅、乌恰、塔中、且末和柯坪等站点4种作物需水量和灌溉需水量在未来会减少,而东疆的红柳河、巴里坤与巴音布鲁克的春、冬小麦需水量在未来呈现上升趋势。4)在作物全育期中,风速和气温是新疆主要作物需水量的最重要影响因素,而降水对新疆主要作物需水量的重要性最小。该研究较为全面的为新疆农业高效用水和灌溉措施的制定提供决策和依据。

长江中下游地区耕地复种指数时空特征及驱动机制研究

长江中下游地区是重要的粮食主产区,其耕地复种指数变化对我国粮食生产具有重要的影响。利用HANTS算法构建2001—2018年研究区耕地复种指数数据库;通过MK检验方法、最小二乘法分析该区域复种指数的时空变化特征,并利用地理空间探测器对影响不同区域复种指数变化的驱动机制进行研究。结果表明:(1)从时间序列上分析,该区域以一年两熟复种模式为主;整体复种指数呈现下降趋势,一年两熟模式的耕地面积显著下降。(2)从空间格局上分析,安徽、江苏、江西、湖北的中部等地区以一年两熟模式为主;湖北、湖南等地区一年两熟模式下降显著。(3)从复种指数时空转移分析,2001—2015年安徽北部、江苏北部、湖南中部等地区种植模式主要从一年一熟转为一年两熟;2015—2018年安徽中部、上海北部、湖南中部等地区种植模式从一年两熟转为一年一熟。(4)粮食单产水平、地均化肥使用量是该区域复种指数变化的关键因子;人均耕地面积对江西省复种指数变化影响较大,而对其他地区复种影响较小。

梯级水电站对黑河出山口径流及洪水过程的影响

基于莺落峡水文站的月年径流量、年最大洪峰流量、洪水过程及黑河上游流域降水等资料,运用双累积曲线法、Mann-Kendall趋势检验法(简称MK检验法)、基尼系数法等方法,分析梯级水电站对黑河出山口莺落峡水文站径流及洪水过程的影响。结果表明:黑河上游梯级水电站的建设运行对年径流量变化影响不大,对径流年内分配及洪水过程有一定影响;电站联合调度运行后,坝前库区蓄放水改变了天然径流过程,对径流年内分配产生显著影响,年内分配均匀度在2001年发生转折,2017—2020年呈显著增加趋势;人为升降闸门高度,致使水位直上、直下,洪水过程拉长,峰值变大,呈陡涨直落形态,涨落率和变化频次增加。研究成果可为加强流域水电站科学调度、水生态文明建设及水能水资源可持续开发利用提供理论依据。

2001―2021年东亚地区CTP时空模态特征分析

基于2001年1月至2021年12月期间MODIS和AIRS遥感反演数据,利用经验正交函数(EOF)、MK趋势分析、最小二乘法等方法研究了东亚地区近21年的云顶气压(CTP)时空模态特征及变化趋势。结果表明:东亚地区CTP从东北到西南呈逐渐递减趋势;四季变化差异性较大,呈现“√”字型变化,表现为冬季气压值最高、夏季最低;受地理位置和纬度带影响,CTP的高值区在一年四季均分布在东北地区上空,低值区始终位于青藏高原地区。在中国的广西、广东和缅甸、印度等地属于热带季风区,在冬季受干冷气流的影响,容易形成CTP高值区。东亚地区主要以中云分布为主,低云区主要集中在中国东北、京津冀、朝鲜半岛和中纬度海洋地区,在中国中原地区、南方地区(广西、广东和长江中下游各省地区)以及新疆部分地区以中云为主,高云主要出现在中国青藏高原和塔克拉玛干沙漠。通过趋势分析发现,在2001年至2021年间,CTP在中国的新疆、印度半岛、缅甸、蒙古和贝加尔湖等区域呈现较高的增长趋势,而在中国的青藏高原、南部沿海等部分区域以及东部海域均呈较明显的下降趋势。东亚地区部分区域的CTP与地表温度、湿度、水汽和云量均呈现较为显著的相关性,因此CTP的变化可以在一定程度上反应区域性天气变化情况。

基于短历时降雨数据的降雨输沙经验模型研究

"水文法"是目前分析黄河水沙变化原因的常用方法,而黄河泥沙多产生于黄土高原的暴雨洪水期,雨量集中、历时短、强度大,以往建立的降雨输沙模型中采用的降雨因子多基于日尺度降雨数据计算,不足以反映短历时的暴雨集中程度。基于无定河降雨摘录资料,以5 min为统计时段,采用动态泰森多边形法计算了短历时降雨特征指标,并通过MK法分析了降雨指标的变化趋势。采用双累积曲线法及MWP法等识别了无定河流域天然下垫面代表时期,构建了无定河流域天然时期降雨输沙经验模型,并与基于日降雨数据的天然输沙量计算结果进行对比。结果表明:①无定河流域0.1、0.4、0.5 mm/5 min等3种雨强以上降雨总量的变化趋势不显著;②1970年以前可作为无定河流域天然下垫面代表时期;③基于降雨摘录数据的降雨输沙模型更能体现黄土高原暴雨洪水的产沙特性。

安徽省高校投入产出效率评价及趋势分析

基于安徽省高等学校1995~2020年样板数据,构建高校投入产出指标体系,运用DEA法和MK趋势检验法,研究安徽省高校投入产出的效率及变化趋势,结果表明:投入和产出的规模效率较高,总体效益较好;投入和产出均呈上升趋势,并且发展趋势较好。

青海省夏季降水变化特征

本文采用常规统计法分析青海省1960—2008年夏季6—8月降水量空间分布特征和时间变化规律,用Mann-Kendall突变检测法、经验正交函数分析(EOF)及小波分析等方法检验降水突变特征,结果表明:青海省降水总量年际变化波动明显,最高值最低值差值不大;降水在青海省呈斜板式从最高向西北部逐渐减少。

基于深度特征选取的旋转机械跨域故障诊断

在实际的工业场景中,对旋转机械进行故障诊断时,存在着标签故障样本不足和数据分布差异的问题,为此,基于深度特征选取和迁移学习方法,提出了一种新的跨域故障诊断方法。首先,利用深度自编码器进行了深度特征提取,利用不同激活函数下的深度自编码器提取出的深度特征,构建了深度特征池;然后,采用提出的面向跨域诊断的特征选取方法,选取了可迁移特征用于后续的特征迁移学习,利用所提出的改进联合分布适应方法,降低了源域和目标域特征数据间分布差异;最后,基于经迁移学习后的有标签源域样本和无标签目标域样本,对故障识别分类器进行了训练,并利用机械故障模拟实验台的轴承和电机故障数据,开展了旋转机械跨域故障诊断的实验。研究结果表明:与对比模型相比,所提出的方法能够取得更优秀的跨域故障诊断性能;在选取合适的特征数时,其最大故障诊断准确率明显高于其他对比模型(其中,轴承为95.42%,电机为88.67%)。