基于时变矩模型的湄公河上游非一致性洪水频率分析

以湄公河上游为研究案例,基于清盛水文站1960-2019年逐日流量观测数据,采用时变矩模型进行非一致性洪水频率分析,探讨梯级水库建设对洪水频率的影响。结果表明:清盛水文站年最大日流量序列呈显著减小的非一致性特征;清盛水文站广义逻辑斯谛分布搭配均值具有线性趋势的模型拟合最优;与传统频率分析方法相比,时变矩方法计算得到的100年一遇设计流量随时间呈减小趋势,重现期随时间呈上升趋势。湄公河上游梯级水库尤其是糯扎渡水库运行后明显减小了清盛水文站100年一遇的洪峰流量,对下游防洪具有积极作用。

基于时变矩GEV频率分布模型的设计暴雨推求

受频繁人类活动和气候变化的影响,暴雨序列呈现出不同程度的非一致性,常规频率分布模型在设计暴雨、设计洪水分析计算中不再适用。本研究以最大三日暴雨为例,采用时变矩的GEV频率分布模型,与基于一致性假设的常规模型所得设计暴雨成果进行对比,结果表明:当暴雨资料不满足一致性假设时,时变矩模型相比常规频率模型具有更好的适用性与复杂性;并且时变矩模型求解得到的设计值及其超越概率明显不同于常规频率分布模型;面对不满足一致性假设的暴雨资料推求设计洪水时,应当对非一致性做处理,避免产生较大偏差,影响防洪安全和造成工程投资的浪费。

高维时变协高阶矩建模及其投资组合应用——基于半参数分布因子模型

本研究提出了一种基于半参数分布时变因子模型的动态协高阶矩建模方法,给出了模型设定、模型估计和时变高阶矩的检验.通过因子模型有效缓解了动态协高阶矩估计存在的“维数灾难”问题,同时通过引入半参数分布增加了模型的稳健性.实证研究表明:相比于现有协高阶矩估计方法,基于因子模型的动态建模能够有效捕捉资产收益率协高阶矩的时变结构,同时更加契合金融资产收益率的潜在特征;动态投资组合能够应用于高维场景,并产生更高且更稳定的经济价值,稳健性分析进一步证实了这一点.

股市涨跌预测与量化投资策略:基于时变矩成分分析

利用时变矩成分分析提取高阶矩吸收率,改进基于阈值的高阶矩因子个数选择方法,提出基于元素值的联合矩成分分析权重设定,构造了一种基于股票市场高阶矩相关结构的量化投资策略。研究表明,基于矩成分吸收率的投资策略能够对股市涨跌做出有效预测,对于股市的重大系统风险尤为敏感,在熊市中也有良好表现;基于单因子吸收率、累积三因子吸收率和赫芬达尔吸收率的高阶矩投资策略优于二阶矩吸收率投资策略,而三阶矩单因子吸收率投资策略最优,基于元素值权重的投资策略优于基于元素个数权重的投资策略;量化投资策略具有参数稳健性,且可通过优化高阶矩的时变结构对投资效果进行优化。

基于时变高阶矩波动模型的VaR与ES度量

金融波动性建模经历了从常数高阶矩到时变高阶矩的发展历程.文章扩展了现有的针对时变高阶矩波动模型风险测度效果的研究:首先,以沪深300指数和其它世界股市若干重要指数为例,通过采用"从简单模型到复杂模型"的估计步骤,实现对时变高阶矩波动模型的估计,进而运用Gram-Charlier扩展分布获得对VaR(value-at-risk)和ES(excepted shortfall)两种不同风险测度的计算值;然后,分别利用非条件覆盖检验(unconditional coverage test)和基于自举法(Bootstrap)的后验分析方法,实证对比了时变高阶矩和常数高阶矩两类模型的适用范围和精确程度.研究结果表明:就所考察的若干指数样本而言,时变高阶矩模型不仅能够较好地刻画金融价格波动的整体动力学特征,并且总体来讲,在市场风险测度准确性方面也要优于常数高阶矩波动模型.

带时变高阶矩的已实现GAS模型及其实证研究

基于广义自回归得分模型框架,对资产收益率和已实现测度联合建模,假设资产收益率服从时变学生t分布,构建了带时变高阶矩的已实现GAS(TVP-RGAS)波动率模型.TVP-RGAS波动率模型将学生t分布中的自由度参数时变化,可以捕获金融资产收益率序列中的时变高阶矩特征.引入已实现测度,有助于利用日内价格变动信息从而更好地捕获市场波动的急剧变化.TVP-RGAS波动率模型属于观测驱动模型,可以使用极大似然方法估计,具有易于实现的优点.采用上证综合指数进行实证分析,结果表明,上证综合指数的收益率分布存在明显的时变高阶矩特征;TVP-RGAS波动率模型相比已实现GAS(RGAS)波动率模型和已实现GARCH(RGARCH)模型拥有更好的条件方差预测能力以及VaR预测效果.

基于时变高阶矩NAGARCHSK-LSTM模型的中国碳排放权价格预测

有效的碳价预测有助于碳市场以较低成本解决环境问题,实现碳排放减少的目标。现有研究忽略市场不对称和极端因素对碳价的时变高阶矩冲击关系,预测准确性存在质疑。基于碳价非对称性、极端冲击敏感性强以及时变波动等专属特征,构建新的机器学习碳价预测模型NAGARCHSK-LSTM。研究显示,NAGARCHSK-LSTM模型能有效捕捉碳价时变高阶矩特征,碳价预测精度和鲁棒性均优于其他基准模型,特别是模型长期预测优势得到验证。研究为投资者研判市场行情、开展价格分析提供技术手段。

基于时变高阶矩的碳市场风险预测研究

对碳市场实际波动特征及风险状况作出尽可能准确的描述,是碳市场发展过程中一个关键性的课题。本文以欧盟碳市场和北京碳市场为例,首先运用GJRSK模型全面考察了碳市场方差、偏度和峰度的时变性,然后基于严谨的后验分析探讨了考虑时变高阶矩信息的模型在碳市场VaR和ES预测中的适用范围和精确程度,并与GJR模型的相应结果作对比研究。研究发现,与条件方差一样,碳收益的条件偏度和条件峰度也具有十分显著的时变性,并且三者的变化具有同步性;相比GJR模型,能够刻画碳收益时变高阶矩特征的GJRSK模型取得了明显更高的VaR和ES预测精度。最后,本文为全国碳市场建设发展提出有效建议,为我国顺利完成3060双碳目标提供重要经验借鉴。

白鹤滩水库运行期非一致性设计洪水估算

水库建设运行改变了下游河流的水文情势,导致水文资料系列无法满足洪水频率分析的一致性假定要求。本文基于GAMLSS模型构,建以水库系数作为协变量的时变P-III型分布模型,分别采用极大似然法和Q-Q图适线法,估计时变P-III型分布模型参数,推求白鹤滩水库运行期设计洪水。结果表明:Q-Q图适线法的拟合效果要优于极大似然法,与原设计值相比白鹤滩水库运行期1000年一遇设计洪峰,3 d、7 d、15 d和30 d洪量,分别削减了26.2%、25.1%、23.8%、22.7%和24.4%。

金融时变高阶矩建模及其风险测度研究:基于收益率分解的方法

本文基于收益率分解方法,将收益率表示成符号部分和绝对值部分的乘积形式,通过对符号部分、绝对值部分以及这两部分间的相关性分别进行时变性设定,构建了动态收益率分解(DRD)模型来刻画收益率的高阶矩动态特征。该模型能灵活地设置条件偏度和条件峰度的时变演化方式,还能通过对符号部分和绝对值部分间相关性的时变Copula设定来刻画收益率变动的非线性特征,因而使得该模型对收益率的预测具有优势。本文还利用上证综合指数和深证成份指数的收益率数据对DRD模型进行了实证研究,结果表明:两种股指收益率序列均表现出了显著的高阶矩动态特征,条件偏度和条件峰度存在一定程度的波动聚集特征。相较于其他时变高阶矩模型,DRD模型不仅具有更好的样本内模型拟合效果,而且在样本外的风险价值预测和经济价值评价等方面均表现出一定的优越性。

基于回归的时变偏度和时变峰度识别检验

资产收益率时变高阶矩建模的首要前提是资产收益率的偏度和峰度具有时变性,即资产收益率存在类似于异方差性的异偏度和异峰度特征。针对目前文献中的时变偏度和时变峰度识别检验存在适用性较差且检验功效较低等问题,本文提出基于回归的检验方法识别资产收益率偏度和峰度的时变性。该检验一方面利用概率积分变换缓解了拉格朗日乘数检验对资产收益率序列的高阶矩存在性的限制,另一方面考虑了检验统计量中参数估计的不确定性对其统计性质的影响,具有良好的渐近统计性质且适用性更广。蒙特卡洛模拟表明该检验具有良好的有限样本性质,具有合适的检验水平和较高的检验功效。

非一致性水文频率分析的研究进展

水文频率分析计算需满足独立随机同分布假设,其中同分布是指水文样本在过去、现在和未来均服从同一总体分布,即样本应具有一致性。然而,由于气候变化及人类活动的影响,使得一致性的假设受到挑战,因此变化环境下传统频率计算方法获得的设计结果,其可靠性受到质疑。为此,探索适应非一致性极值系列的频率分析方法已显得非常重要。总结介绍国内外关于非一致性水文频率分析的一些代表性研究成果,主要集中在以下两方面:一是基于还原/还现途径;二是基于非一致性极值系列直接进行水文频率分析途径。最后对进一步值得研究的问题进行了展望。

变化环境下非一致性水文频率分析研究综述

水文频率分析计算是水利工程规划设计、施工以及运行管理的基础工作,传统的水文频率分析计算的一个基本前提是水文序列满足一致性假设。近几十年来,受气候变化和人类活动影响,许多河流的径流序列存在非一致性,导致传统基于一致性假设的水文频率计算方法的适用性受到严峻挑战,因此研究非一致性条件下水文频率分析方法具有重要的意义。本文在总结了国内外最新的非一致水文序列频率分析研究成果的基础上,将该研究方向的研究重点、难点和热点归纳为如下四方面：1）单变量水文序列的非一致性诊断;2）单变量水文序列非一致性的数学描述与归因分析;3）非一致性条件下的单变量随机事件重现期定义和估计;4）多变量非一致水文序列的频率分析。最后,针对这些问题,对今后的研究进行了展望。

渭河流域降雨时间序列非一致性频率分析

全球气候变化加剧及大规模人类活动影响,水文时间序列一致性假设不再成立,导致基于一致性假设的传统水文频率分析方法得到的设计结果可信度受到质疑。为了研究渭河流域降雨时间序列的非一致性对未来年份内某一重现期设计暴雨的影响,采用时变矩法及时间序列分解合成法对修正后的GCM降雨时间序列进行非一致性频率分析,并预测2050年、2075年、2100年相应的100 a?500 a重现期的年最大24 h设计暴雨。研究发现:(1)修正后的年最大24 h降雨时间序列均值及方差都存在显著的非一致性;(2)时变矩法设计结果较传统频率分析方法有较大差异,比如2100年100 a?500 a重现期的设计暴雨相比于传统方法分别增加29.09%、39.99%; (3)同时考虑均值及方差变异的时间序列分解合成法设计结果与时变矩法相当,但500 a重现期设计暴雨值相比于传统方法增加的程度稍小于时变矩法,其21Q0年100 a?500 a重现期的设计暴雨值较传统方法分别增加26.91 %、19.69%。

基于正弦波抽取的信号脉内调制识别算法

针对常用雷达脉内信号调制方式的时变矩在不同延时及共轭阶数下所呈现的正弦波抽取特性,将对脉内调制方式的识别问题转化为对正弦波检测的识别问题。计算机仿真结果表明,该算法无需接收信号的任何先验知识,在较低信噪比条件下可实现对常用雷达脉内调制方式的有效识别。

考虑非一致性的渭河流域设计洪水过程线研究

本文选取渭河华县站1951~2011年间年最大日流量以及年最大3日、5日和7日洪量资料作为研究对象,首先引入基于皮尔逊III型分布的时变矩模型分析了洪水序列的趋势性,然后以前期影响雨量和水土保持面积作为解释变量,建立洪水序列分布参数与解释变量的函数关系,结果发现洪水序列都存在明显下降的趋势并且与这两个解释变量是显著相关的。在Pettitt变点检验的基础上,以基于皮尔逊III型分布的时变矩模型推求四组洪水序列时变的概率分布,通过同频率放大得出变点前后两个时期10,50,100,500和1000年一遇的典型洪水过程线。结果发现,四组洪水序列均在1985年发生明显的突变,序列的均值在变点之后有显著的下降,由此造成相同重现期对应设计洪水的量级在变点之后大大减小,设计洪水过程线也明显坦化。

基于TVM的西北江三角洲地区非一致性洪水频率分析

为探讨非一致性洪水频率分析方法,选取1960-2009年西北江三角洲主要控制水文站马口站和三水站逐年最大日流量序列,运用基于时变矩(TVM)的方法,研究了西北江三角洲地区非一致性洪水频率分析问题,就指定设计流量下重现期变化和指定重现期下设计流量变化进行分析,揭示了变化环境背景下设计洪水的响应规律,并与传统水文频率分析方法结果进行对比,结果表明:1 TVM方法考虑到水文序列特征参数随时间发生变化,能较好反映变化环境下水文要素特征值的非一致性特征;2西北江三角洲马口站和三水站指定流量标准下重现期越来越短,而指定重现期标准下设计流量值越来越大,这一现象与近年来该地区极端水文事件频发的事实相符。

不同条件下水文要素重现期的计算方法

重现期在工程规划、设计、运行和管理中已经得到了广泛应用,然而,由于气候变化和人类活动破坏了水文频率分析中的一致性基础,致使基于一致性的重现期计算方法面临挑战,迫切需要研究新的重现期计算方法.以重现期两种不同的定义入手,给出了在水文系列满足独立性假定后重现期在一致性与非一致性条件下各自计算公式,并以广东省东江流域龙川站1956～2009年的年最大洪峰资料系列为例,分析了不同条件下重现期及其变化的特点与原因.

基于风险的非一致性设计洪水及其不确定性研究

研究非一致性条件下的设计洪水对水利工程规划设计、防洪决策等具有重要意义,当今国内外研究方法主要集中于时变矩法,然而,该方法对于某一设计频率推求出的每年一个设计值很难用于实际。水利工程设计需要量化两方面的基础信息,工程设计使用年限及设计使用年限内水文风险。本文尝试将水文风险的概念引入到非一致性条件下设计洪水研究当中,其中选取更具物理意义的气象因子作为洪水频率分析的协变量,进一步结合大气环流模型(General Circulation Model,GCM)输出数据的统计降尺度结果推求特定设计使用年限内某一水文风险下的设计洪水,并与传统以时间为协变量的情况进行比较。选取渭河流域洪水序列作为实例研究。结果表明:两种协变量情况下非一致性设计洪水及其95%置信区间相比于一致性假设情况存在明显差别,并且以气象因子为协变量的非一致性设计结果相比于时间为协变量更为合理。本文方法所得设计结果可为水利工程规划设计及防洪决策提供一定参考依据。

黄浦江下游吴淞口站低潮位重现期研究

黄浦江为感潮河流,低潮位重现期的确定对黄浦江航道的设计具有重要意义.为了准确估计黄浦江低潮位的重现期,以黄浦江下游吴淞口站年最低潮位序列为例,在对样本进行三性审查的基础上,分别采用传统的数理统计方法和时变矩方法进行水文频率分析.结果表明:吴淞口站年最低潮位序列在1996年发生了变异;还现修正后的序列服从位置参数线性时变的GEV模型,低潮位存在缓慢的上升趋势;一致性条件下百年一遇低潮位约为0.261 m,在非一致性条件下其重现期增大为150 a.非一致性条件下的重现期增大说明黄浦江现有的航道设计标准偏安全,航道通航保证率提高.