祁连山及周边降水分布聚类检验和典型流域增雨效果评价

祁连山及周边区域地形复杂,降水分布极不均匀,如何科学地分区分型,对把握研究区域降水分布特征具有极为重要的意义。利用该区域31个国家基本站1961—2020年5—9月降水量资料,采用主成分分析方法(PCA)对该区域降水量进行分析,再通过聚类分析(CAST)对该结果进行显著性检验,最后将分区分型结果应用于人工增雨作业效果评估。结果表明:(1)祁连山及周边可分成7个区域(Z1~Z7),累积方差贡献率超过78%。(2)这7个区域分别以乐都、海晏、野牛沟、武威、高台、临泽、刚察为中心点,划分结果与降水量、地理地形、海拔高度显著关联。(3)依托区域历史回归统计方法对人工增雨作业效果进行评价,发现1992—2020年石羊河流域5—9月绝对增雨量、相对增雨率分别为8.91 mm、6.51%,其中7月最高(6.30 mm、21.86%),8月次之(5.44 mm、16.11%)。基于地面降水量的作业效果评价往往受对比区选择的影响,聚类检验方法不仅有助于复杂地形下降水量的分区研究,还为科学选择对比区提供了客观依据。

聚类统计检验在人工增雨效果检验中的应用

将聚类统计检验分析引入原有的基于聚类的浮动区对比历史回归人工增雨效果检验方法中,减小站点分区的盲目性,聚为同一类的站点相似度更大,使聚类分析具有统计学意义。并把这种方法和未引入聚类检验的方法进行比较,通过对河南4月10次作业的效果评估表明,引入聚类检验提高了效果评估的功效。

基于峰值聚类趋势检验的含噪声图像快速阈值分割方法

为了改善含噪声图像的分割效果并提高分割速度,本文提出了一种基于峰值聚类趋势检验的快速阈值分割方法。首先,根据本文提出的平行线投影分割算法,将二维直方图投影为一维直方图;然后利用基于直方图的加权模糊c均值聚类算法对图像中的像素点进行聚类,并对聚类结果作峰值聚类趋势检验,根据检验结果调整平行线平移量参数,直到找到符合双峰分布特性的直方图;最后根据聚类算法得到的阈值实现图像的分割。理论分析和实验仿真结果表明,该方法能够达到实时性和精确性的要求。

基于K-means聚类方法和Ⅰ Index聚类有效性检验指标的岩体结构面自动分组及应用

岩体结构面产状数据的统计分组是工程地质、水文地质工作中基础但十分重要的环节。常用的倾向、走向玫瑰花图和极点等密度图人为主观因素大,需借助合适的数学手段对结构面产状数据进行客观划分。基于Kmeans聚类方法和Ⅰ Index聚类有效性检验指标,提出了一种岩体结构面自动分组方法,并开发了岩体结构面自动分组程序RDAP。通过与经典文献进行对比,验证了所提分组方法的可靠性。最后,以某工程为例,使用RDAP对实测涌水裂隙资料进行了预处理,初步计算了灌浆钻孔的最佳方位,为工程涌水的防治提供了依据。

一种用于中国年最高(低)气温区划的新的聚类方法

采用聚类分析和旋转主分量分析相结合的方案,对我国年最高(低)气温的年际变化型态进行地理区划。这种两者相结合的分区方案可以互相补充,使区划更具客观性。结果表明,中国年最高气温和最低气温年际变化分别可划为12和11个不同类型的区域。对前者(高温)来说,各区域的年际差异比较大,气温变化的阶段性特征有所不同;对后者(低温)来说,各区域具有较强的增温一致性,但增温的特点和幅度存在明显区域差异。最高(低)气温和平均温度的关系在各区域是不同的。总体来说,年代际变化的一致性要好于年际变化的一致性。

基于GIS的长三角城市群经济空间集聚特征研究

本文在界定长三角城市群空间范围的基础上,利用长三角城市群各城市2013年相关数据,应用GIS的空间聚类分析功能分别从全局聚类检验和局部聚类检验两个方面分析了长三角城市群的经济空间集聚特征。研究结果表明长三角城市群的经济产出和经济生产要素在全局上存在空间集聚现象,在局部上,GDP、人均GDP等经济产出在向上海市、苏州市等个别城市高-高集聚,而劳动、资本、技术、能源等经济生产要素也在向上海市、苏州市等个别城市高-高集聚。

一种新的气候分型区划方法

从理论上证明统计聚类检验(CAST)与旋转经验正交函数或旋转主分量分析(REOF/RPCA)用于气候聚类分型区划的关联性。研究表明,CAST在一定的意义上可认为是REOF/RPCA用于气象要素场(气候)分型区划的理论基础。由此,作者提出CAST与REOF/RPCA相结合的一种新的分型区划方法,并用仿真随机模拟资料和实例计算验证了理论与实际结果的一致性,从而证实了这种分型区划方法的有效性及其优点。

东北地区夏季旬土壤水分推算模型的初步探讨

利用东北地区1993—2009年6—8月旬土壤湿度资料,首先采用CAST聚类法对该区域土壤湿度进行气候分区,再以土壤水量平衡原理为依据,在考虑有物理意义的影响因子基础上,分别对每个分区建立统计回归模型,并验证模型的适用性。结果表明:模拟精度在78.8%～88.2%之间,该模型对于东北地区夏季的旬土壤湿度具有一定的推算能力,可以作为一种可应用的模拟方法。

基于GIS的区域水环境压力分区研究

在参阅大量文献的基础上,界定了水环境压力分区的内涵,并从人口压力、社会经济压力、水资源压力、水环境污染压力和生态环境压力方面初步建立了水环境压力分区的指标体系;以漯河和平顶山为研究对象,运用GIS技术在提取研究区域子流域单元的基础上建立了子流域单元表征指标数据库,并通过相关分析方法选择出人口密度、单位面积水资源量和产业结构作为研究区域的分区指标;结合GIS技术,建立了研究区域9种聚类方案,并运用PFS方法选择出了最优聚类个数;在保证湖库节点完整性的基础上对最优聚类结果进行调整,最终将研究区域分为6类11个区,并分析了各分区的特点,为区域水环境管理目标与措施制定提供了科学依据和决策支持。

江苏省极端最高气温的时空变化与分区研究

利用经验正交函数分解法(EOF)研究了江苏省60个气象站1961~2012年历年极端最高气温时空变化特征,选用旋转主分量分析(REOF)和聚类检验分析(CAST)相结合的气候区划方法对江苏省极端最高气温进行客观分区,并分析了各分区极端最高气温的气候变化趋势和突变差异。结果表明,EOF分解的前3个模态基本代表了江苏省极端最高气温的主要空间结构,全省一致性异常分布是江苏省极端最高气温的最主要空间模态;江苏省极端最高气温可划分为沿江苏南地区、淮北地区和江淮地区三个区;近52年江苏省沿江苏南地区和江淮地区极端最高气温呈显著上升趋势,于1998年前后发生突变,极端最高气温转为显著升高;淮北地区极端最高气温自1967年发生突变后一直呈不显著下降趋势,近年开始呈微弱上升趋势。

江苏省2013—2016年臭氧时空分布特征

利用2013—2016年江苏省国控空气自动站获得的臭氧(O_3)观测数据,探讨江苏省O_3时空变化特征。结果表明,自2013年以来江苏省大气氧化剂OX(O_3和NO2)和O_3浓度呈逐年升高趋势,升高速率分别为0.98×10-9a-1和3.70μg/(m3·a),O_3增幅在我国处于较高水平。在O_3空间分布上,东部沿海O_3浓度相对高于西部内陆,O_3浓度高值由沿海地区逐渐向内陆辐散,呈现出区域性O_3污染。结合经验正交分解进行聚类统计检验,结果显示江苏省O_3分区主要分为苏南、苏中和苏北3类,与江苏省经济发展水平表现出一定的同步性。

近几十年我国极端气温变化特征分区方法探讨

采用聚类统计检验分析和旋转主分量分析相结合确定中心站的方法,利用我国多年极端气温资料,对我国最高和最低气温年际变化型态进行区划。结果表明,这两种方法结合可以互相补充,使分区结果更具客观性。中国极端高温和极端低温年际变化分别可划为12和11个不同类型的区域,分别计算了各区域第一主成分的方差贡献率以及各区域之间的两两相关系数,检验证明分区是合理的。

我国极端气温指数的时空变化与分区研究

利用1961—2000年全国550个台站的逐日最高气温、最低气温资料计算出热浪指数和暖夜指数并对两个指数分别进行时空变化分析,结果表明极端气温指数的前2种模态基本代表了该指数的空间分布特征。热浪指数和暖夜指数的第一特征向量的荷载场空间分布基本一致,全区为一致的增加和减少趋势,并且在时间变化上存在着明显年际和年代际变化特征。利用REOF和CAST聚类分析相结合的方法对热浪指数和暖夜指数进行分区,将全国热浪指数和暖夜指数分别分成11个和10个变化区。经过验证发现该方法既克服了前者确定荷载值界限的主观性,又避免了后者选择气候中心的不确定性,使区划结果更具有客观性。

京津冀地区冬小麦气候生产潜力的一种动态区划

以京津冀地区的冬小麦农业气候生产潜力为研究对象,根据统计检验聚类方法(CAST)与旋转主分量分析(RP-CA)相结合的气候分类区划新方法,对该区冬小麦气候生产潜力进行了区划试验,计算验证了理论与实际结果的一致性,从而进一步证明该方法的合理性及可靠性。同时也印证了CAST和RPCA用于气象场分类区划具有等价性和互补性的事实;此外,各分区具有不同的年际变化特征,也表明区划结果是合理的,从而较好地佐证了这一新的分区方法。

长江口及济州岛附近海域变性水团的初步分析

所谓水团分析，主要是指划分水团的边界，确定水团的基本特征以及分析研究水团的消长变化规律。本文研究的海区大多属于浅海区域。浅海水团易受海洋外部因素的影响，变性显著，因此，浅海水团的分析实际就是水团的变性分析。所谓水团的变性，主要是指水团特征的示性水平从高向低的过渡，并逐渐丧失其示性特征的这一过程。

变性水团分析

所谓水团分析，主要是指划分水团的边界，确定水团的基本特征以及分析研究水团的消长变化规律。本海区大多属于浅海区域。浅海水团易受海洋外部因素的影响，变性显著，因此，浅海水团的分析实际就是水团的变性分析。所谓水团的变性，主要是指水团特征的示性水平从高向低的过渡，并逐渐丧失其示性特征的这一过程。

基于CAST客观分类的华北平原干热风区划研究

干热风是影响华北平原冬小麦生长发育及产量形成的重大农业气象灾害之一,本文利用华北平原48个站点1961—2008年逐日气象资料,分析了近50年来各站点的干热风(高温低湿型/雨后青枯型)日数。在此基础上,运用近年来提出的一种新型分区区划方法,即统计检验聚类方法(CAST),对高温低湿型和雨后青枯型2种类型的干热风日数构成的要素场分别进行了分区。结果表明:从地理空间而言,高温低湿型和雨后青枯型干热风日数总体上都呈现中部高南北低的趋势;从时间发生特征而言,除南部个别区域有增加趋势外,高温低湿型干热风日数呈明显的递减趋势,雨后青枯型干热风日数虽然总体也呈下降趋势,但局部呈上升趋势的站点数量多于高温低湿型。CAST分区结果表明,高温低湿型干热风可分为5个区,雨后青枯型干热风可分为4个区。这些分区均合理地反映了以荷载中心为代表的干热风日数随时间和空间的变化,比传统按等值线分区的方法更具优势。干热风的时空分布特征和利用CAST进行的分区为进一步建立干热风监测预警模式奠定了一定的理论和应用基础,并可为当地农业生产决策提供一定的实际指导。