基于Kriging方法和Pettitt检验的数据冲突判别

针对单个属性值与时空数据规律性之间的冲突问题,构建与判别点位密切相关的紧致周边点集,采用Krig-ing方法实现时空数据属性值汇集,将时间维度和空间维度信息推演到判别点位,以转化值与属性值间的差异来衡量时空数据是否违背实体对象的规律性,并通过构造秩序列的Pettitt检验给出时空数据冲突的判别方法,避免了传统依靠向量空间分析的片面性,为一定时间窗口下时空数据冲突判别提供了一个解决方案。实验表明:该方法能够有效刻画判别点位属性值与周边位置、前后时刻估计值之间差异程度,平均判别正确率可达80%,进一步提高了此类时空数据冲突判别算法的适用性。

基于时序聚类及改进Pettitt的系统谐波阻抗估计

针对谐波电压与电流数据出现严重无序性,导致常规非干预式方法难以对系统谐波阻抗进行准确的实时估计,提出一种基于时序聚类及改进Pettitt的系统谐波阻抗估计方法。首先,运用时序聚类中互相关系数原理使谐波电压和电流序列平移对齐并筛选出强相关性的数据。然后,为了规避阻抗突变的影响,提出基于二元分割的Pettitt方法对阻抗突变点进行检验。最后,使用再生权最小二乘法,通过赋权重系数进一步减小异常值对结果的影响。仿真与实例结果表明,本文方法可以有效降低背景谐波波动和阻抗突变对系统谐波阻抗估计带来的误差。

金沟河流域径流极值时间序列平稳性检验

为探究金沟河流域径流极值时间序列的平稳性,采用Pettitt突变检验结合M-K趋势检验法、轮次检验法、逆序数检验法和单位根检验法分析了八家户水文站1957~2016年径流极值序列。结果表明,金沟河流域的径流极大值序列为平稳序列,而极小值序列为非平稳序列;轮次检验法和逆序数检验法在合理分段数情况下能得到精确的检验结果,对于径流极值序列的平稳性检验具有适用性;单位根检验法在检验径流极值序列平稳性时出现误判。

基于SPEI指数分析1980-2019年漓江流域干旱特征

分析漓江流域1980-2019年的多时空尺度干旱特征变化,为漓江流域气象预警以及科学减灾等提供理论依据。基于漓江流域6个气象站点1980-2019年逐月降水与气温资料,计算不同时间尺度下的标准化降水蒸散指数,并结合Mann-Kendall检验法、Pettitt突变检验进一步研究干旱突变、干旱频率以及干旱的持续时间。结果表明:漓江流域干旱事件以轻旱和中旱为主,空间上灵川的干旱频率较高,时间上2015年是漓江流域干旱情况的一个突变点。不同时间尺度上,春秋两季逐渐干旱化,而夏季则相对湿润,冬季无明显变化趋势;月与年尺度的SPEI值变化较为平稳。剖析成因,春秋两季的降雨量逐年减少而均温逐年提升造成流域内趋于干旱化,但结合夏季气象资料,年尺度上的降雨与均温均是增长趋势,导致流域内总体上并无干旱趋势且以微弱的速率湿润化。

1981-2020年安顺市大雾天气的气候特征分析

利用1981—2020年安顺市6个国家气象站的逐日能见度资料和同期地面逐小时降水资料,运用统计分析、Morlet小波分析、Mann-Kendall统计检验以及Pettitt突变检验等方法,对安顺市大雾天气的气候特征进行分析。结果表明:1981—2020年安顺市共出现大雾1111 d,年平均大雾日数为27.8 d;大雾日数的季节变化呈冬季>春季=秋季>夏季,其中冬季大雾出现的频率占全年的44%;大雾主要出现在1月,其出现的频率占全年的18%,其次是2月和12月。近40 a安顺市出现大雾最多的站点是西秀区,其次是关岭县;夏季大雾的高发区是紫云县,西秀区是大雾的低发区,春、秋、冬3季,大雾的高发区是关岭县和西秀区。安顺市大雾日数存在明显的准5 a、准12 a和准20 a的周期振荡,其中准20 a为第1主周期,具有明显的稳定性和全域性。1981—1996年期间安顺市的大雾日数总体呈减少趋势,且1986—1990年期间减少趋势显著;1996年以后安顺市大雾日数总体呈增加趋势,且2004年以后增加趋势显著;安顺市大雾日数在2003年发生突变,且突变特征显著,突变后的大雾日数较突变前增加了157%。

外界胁迫作用下塔里木河流域径流变化响应的敏感性

采用Pettitt检验法及累积距平等方法相互验证,合理地将历史长序列划分确定为基准期(1960—1971年)、改变期Ⅰ(1972—1985年)及改变期Ⅱ(1986—2015年)。采用基于Budyko假设的Choudhury公式和水量平衡方法,计算分析塔里木河流域径流变化对外界气候变化和人类活动的响应敏感性及其敏感性系数的空间分布。研究表明:(a)径流变化对人类活动的敏感性较高。(b)降水增加对径流增加起促进作用,而潜在蒸发和下垫面参数增加使径流减少;自基准期到改变期Ⅱ,径流变化对降水、潜在蒸散发和下垫面参数的敏感性系数显著增加,在改变期Ⅱ敏感性系数分别为1.26、-0.26、-1.88。(c)敏感性系数空间分布存在差异性,流域中下游敏感性系数较上游敏感性系数高。(d)根据径流变化的敏感性及时采取应对措施对流域水资源开发利用与调配管理具有积极作用。

1953-2022年阜新市雷暴活动规律及灾情特征分析

利用1953—2022年阜新市逐日雷暴资料,对阜新市雷暴活动的变化特征进行了分析。结果表明:近70 a阜新市雷暴日数呈减少趋势,递减率为-0.10 d/a,此趋势将在25 a后发生反转,并由减少趋势变为增多趋势;阜新市的雷暴天气主要集中在夏季(69.9%)和7月(26.1%),雷暴初日在4月最多(65%),雷暴终日在10月最多(56%),雷暴日变化呈单峰双谷形,峰值主要集中13:00~22:00(95.1%);雷暴日数存在准24年、准44年、准70年等3个尺度的周期性变化规律,2006年阜新市雷暴天气规律发生了转折性变化,2005—2019年雷暴天气造成的重灾多出现在夏季(占比87.5%),伴随大风、暴雨、冰雹出现的灾害频率分别为87.5%、75.0%、75.0%;阜新市雷暴天气主要受西北气流、高空冷槽、高空冷涡、副高西北部5个环流形势影响,此外还受到13个环境场物理量因子影响,按拟合率大小排序为:TT指数、CIN、sweat、CAPE、△T850-500与SSI指数、Tg与A指数、Tdd850与Td850、LI指数、SI指数、K指数。短时预警指标为:CR≥40 dBZ,ET≥8 km,VIL≥10 kg/m^(2)。雷暴日数与EASMi呈正相关关系,拟合的最优回归方程为Y=81.96sin(0.01388X+6.281)。

变化环境下黄土丘陵沟壑区次暴雨输沙模型参数

气候变化和人类活动加剧了水资源时空分布的变化,使流域暴雨洪水规律更为复杂,因此开展变化环境下的次暴雨计算产流输沙规律研究十分必要。本文以黄土丘陵沟壑区6个典型流域为研究对象,采用径流侵蚀功率、Mann-Kendall趋势检验和Pettitt突变点检验法分析6个典型流域1984—2014年的次暴雨资料的变化特征。结果表明:6个典型流域次洪流量和输沙量总体呈减少趋势;洪峰、沙峰、洪量以及输沙量突变年份集中在1998和2003年;径流侵蚀功率和输沙模数之间满足幂函数分布,幂指数参数b能够表征降雨和下垫面因素对流域产沙和输沙的影响,参数b受气候变化和人类活动影响较大。突变前后径流侵蚀功率和输沙模数关系显示:突变前参数b倾向于0.60,突变后参数b倾向于0.85;因此次暴雨输沙模型中参数b可以作为水土保持防治以及改善水土流失区域生态环境的参考指标。

长江入海径流量突变性和趋势性分析

为研究气候变化和人为因素影响下长江入海口径流的变化趋势,采用长江大通水文站1950～2009年逐日平均流量资料,运用Pettitt突变点检验法,对年、枯季、洪季、汛后及逐月平均流量序列进行突变点分析。利用突变点对时段平均流量序列进行分段,并采用M-K趋势性检验法分析各段及整体序列的变化趋势。结果表明,长江年平均入海径流量序列在20世纪50年代中期、70年代末期、80年代末期和21世纪初,均发生了一定的突变,但突变趋势并不显著。

变化环境对潮河下游径流一致性的影响

水文分析要求径流资料的时间序列一致性,但变化的环境破坏了径流序列的稳定一致性变化规律。在气候变化和频繁的人类活动的影响下(水利工程建设、植被覆盖改变和城市化建设等),流域的下垫面条件和产流物理机制发生了明显变化,导致径流序列出现变异情况,不能满足频率计算分析水文时间序列一致性的要求和同分布的假定。应用Mann-Kendall非参数秩次检验法、Pettitt检验法、方差分析法对潮河流域下游下会站1976年-2012年的年、月径流和降水时间序列的趋势成分、突变成分、周期成分和随机成分分别进行了检验和识别,并通过对比分析降雨和径流时间序列的成分,推断出气候变化和人类活动对潮河流域下游降水和径流演变过程的影响。

重大水利工程运用对长江入海径流量的影响

采用长江大通水文站1950～2011年逐日平均流量资料，运用Pettitt突变点检验法对年、枯季、汛后平均流量序列进行突变点分析。用突变点对时段平均流量序列进行分段，采用M—K趋势性检验法分析各段及整体序列的变化趋势。结果表明，20世纪初，长江上游区域呈现降温、降水减少是造成年平均径流量缓慢下降的原因。20世纪80年代以来全球气候变暖，可能是导致1988～2011年的枯季平均径流量相对1950～1987年有明显的抬升、发生均值突变的原困之一；上游水库群在枯季对长江下游的径流补给加剧了枯季人海径流量上升趋势。汛后平均径流量在1990年和2003年都出现了突变点：1950～1990年问，显现出微弱的下降趋势；1990～2003年问虽然为上升趋势，但平均径流量明显低于前40a；2003～2011年期间转为较为明显的下降趋势，同时平均径流量也低于以往。从三峡工程蓄水运行时间来分析，2003年之后的汛后径流趋势转变可能与j峡工程运行有直接关系，但需要进一步的证实。

珠江流域下游1960-2019水沙异变诊断及其控制因素

为了阐明强人类活动下珠江流域下游水沙异变时间节点以及异变机制,通过对1960-2019年珠江流域下游主要水文控制站西江高要、北江石角、东江博罗,以及西江干流马口和北江干流三水站的长时序水沙数据,采用Mann-Kendall非参数秩次相关检验法、Pettitt检验法和双累积曲线,诊断了三江不同流域的水沙异变点,并阐明异变的主控因子。结果表明:(1)根据以上诊断方法,可以将水沙变化分为异变和显著变化两个层级;(2)对于流量来说,马口站流量在1986年发生显著变化,主要受气候控制;三水站的流量在1991年发生异变,主要是由于人类挖沙导致三水剖面迅速下降,经过思贤滘的分水比增大引起了径流量异变。其他站位没有发生径流显著变化以及异变;(3)5个站位的输沙率只有石角站没有发生异变,但是在1999年发生了显著变化,主要受到上游水库的建设控制。其余4个站位的输沙率和输沙量都发生了异变,而每个站位的异变时间和原因并不相同。高要站和马口站输沙率在1999-2000年发生了异变,主控制因子为上游水库和大坝的建设。北江干流的三水站和东江博罗站输沙率分别在2003年、1988年发生异变,主要是由于上游水土保持造成的。综上,珠江流域下游的水沙异变主要受到人类活动控制,理解其异变机制对河口生态环境保护和可持续利用具有重要意义。

渭河华县段漫滩洪水变异特征及其生态效用探析

以渭河华县段漫滩洪水为研究对象,首先运用ToB(Top of Bank)方法确定不同历史大断面下的河道漫滩水位,采用水位流速法计算并统计渭河华县段1965-2010年间漫滩洪水发生的次数、淹没持续时间及漫滩期最大流量,并进一步分析其演变趋势。其次,以漫滩洪水发生次数和淹没持续时间为评估指标,应用变化范围法(RVA)对漫滩洪水的变异程度进行评估,从侧面探讨漫滩洪水变化对滨河生态系统的潜在影响。计算结果显示,渭河华县段1965-2010年间累计发生漫滩洪水34次,年均仅0.74次,且漫滩洪水次数、淹没持续时间、漫滩最大流量在时域上均呈显著下降趋势。尤其是20世纪90年代以后,受来水量减少和渭河下游泥沙淤积的共同影响,漫滩洪水多为小流量洪水,较以前其流速和流量都有所减弱,生态效果有限。而RVA评价结果则表明渭河华县段漫滩洪水的淹没次数和持续时间两个指标均发生了高度变异,缩减严重,对滨河生态环境有较大的潜在威胁。建议管理部门制定相应措施,适时人造漫滩洪水,以保障滨河湿地、滩地的生态平衡与安全。

洛阳市降水量时空变化特征分析

基于洛阳市11个代表站1956~2013年日降水量数据,运用滑动平均法、Pettitt检验、小波分析对年降水量进行趋势分析、突变检验和周期分析,研究了洛阳市时间变化特征和空间分布规律。结果表明,近58年洛阳市年平均降水量为670.60mm,降水偏少且集中在夏季;年降水量倾向率为-13.733mm/10a,且呈明显减少趋势;年平均降水量存在15年的主周期,在1985年发生突变;洛阳地区降水量大体呈现出西多东少、南多北少的分布规律,东北部降水量少且减少速率快;洛阳市降水量减少,时空分布极不平衡将成为经济发展的制约性因素。

气候与下垫面变化对新安江上游(屯溪站)径流变化贡献率的定量分析

采用Mann-Kendall统计检验、Pettitt检验、弹性系数法对1955—2013年新安江上游屯溪水文站(以下简称"屯溪站")的年平均径流量变化进行了分析,发现该站年平均径流量在1968年出现突变点,整个时段内没有明显的单调性变化趋势.在1968年后,屯溪站多年平均径流量总体增加了约19%,其中气候变化导致该时段内径流量的增加量约为30%,其中包括降雨量增加对径流增加的贡献约19%和蒸发量减少对径流增加的贡献量约11%,而下垫面变化(主要为土地利用变化)则导致1968年后屯溪站多年平均径流减少约11%.因此,气候变化(降雨增加和蒸发减少)是1968年后屯溪站多年平均径流量显著增加的主要原因,而下垫面的变化则导致了该站多年平均径流量的减少.

拉萨河流域近50年来径流变化趋势分析

以拉萨水文站以上流域为研究区,基于拉萨水文站和唐加水文站的水文实测数据和当雄县等3个气象站的气候观测数据,统计分析了1956￣2003年研究区径流的年内、年际变化,利用Mann-Kendall趋势分析法和Pettitt变点检验法分析了拉萨河流域径流的变化特征,采用多元回归方法分析了气候因素(气温、降水)对径流变化的影响。结果表明:(1)研究时段内,径流年际变化波动较大,在1970年前后径流发生了较大的突变,呈现出明显的增加趋势,尤以近20年来的趋势最大;月均径流的年际变化中,有增加趋势的主要分布在冬半年(11～4月)和夏半年的个别月份(5、7、9月);(2)流域内气候变化趋势与径流变化趋势基本一致,但不同月/年均径流受不同气候因素影响,主要表现在年平均尺度上受降水影响较大,在月平均尺度上,夏半年径流增加趋势受降水增加影响较大,而冬半年径流变化则主要与气温有较显著相关性,其主要原因可能是全球变暖导致冰川融水增加。

湄公河清盛站水文情势变化分析

以湄公河清盛水文站为例,采用Mann-Kendall统计检验方法和Pettitt突变检验方法分析了1960～2003年径流量的变化趋势和突变点,基于水文变化指标,采用变动范围法定量评价了清盛站水文情势的变化程度。结果表明,清盛站年均流量总体呈下降趋势,枯季平均流量呈上升趋势,汛期平均流量呈下降趋势;径流系列基本未发生突变;1992年前后出现显著变化的水文指标有河流枯季月均水量、年均最小流量与出现时间、低流量谷底数与平均持续时间及流量平均变化率与逆转次数;河流水文情势整体属中度变化。

皇甫川流域1955-2013年水沙变化趋势与周期特征

为揭示黄河流域重要的产沙支流皇甫川在新时期水沙如何变化,采用Mann-Kendall检验、Pettitt检验及Morlet小波变换,分析了皇甫川流域1955—2013年水沙变化的趋势、突变和周期变化特征。结果表明:在99%显著性水平下,皇甫川流域的年径流量和输沙量均呈显著减少趋势,且径流量的减少大于输沙量的减少,进入21世纪以来,水沙年际变异更为显著;径流量、输沙量序列一级突变点均发生在1984年,二级突变点有所不同,年输沙量序列突变时间(2003年)晚于年径流量序列突变的时间(1998年);水沙演化过程中均存在4个尺度的周期变化,分别为22~32,13~21,7~12,3~6a和23~32,13~22,7~12,3~6a;在径流量和输沙量整体减少的趋势下,2011—2020年径流量将处于相对偏丰阶段,而输沙量在2013—2018年将处于相对偏多沙时期。研究表明,皇甫川流域径流量和输沙量的减少是气候的暖干化和渐强的人类活动综合作用的结果,而大规模的水土保持措施是水沙减少的重要影响因素。

北京三百年降水序列的成分分析及其随机模拟

全球气候变暖背景下,降水量时域分布不均导致局部时段水资源短缺等问题日益严重,合理准确分析区域长序列降水变化规律和演变趋势尤为重要。基于北京地区1724—2019年降水时序资料构建不同长度的降水序列,采用BS-Pettitt耦合模型和极点对称模态分解算法对降水序列组成成分进行分析,并利用随机森林算法对其进行随机模拟。通过近三百年的降水时序检验分析,结果表明:北京地区降水量变化整体呈“上升—平稳—下降”趋势,降水序列在时域中存在1770年、1813年、1871年、1893年、1947年和1999年6个突变点;在频域中存在2.5~4年、7~15年、25~35年、74年左右和95~100年的准周期波动规律,且长时间序列在降水序列成分分析和随机模拟中均表现出较强优势。

隽水河上游降雨径流演变特性分析

为研究实测气象水文序列和及其模拟序列演变特性的变化规律和相关性,研究基于隽水河上游流域通城水文站及气象站日尺度气象水文资料,首先使用线性回归法、五年滑动平均法、Pettitt检验法、M-K检验法和小波分析法对流域降雨量及径流深序列变化趋势、突变特性及周期等演变特性进行研究,再通过三水源新安江模型对该流域径流过程进行模拟,比较不同时段下模拟日径流与实测降雨、径流的相似性,最终分析水文模拟对流域降雨径流演变特征的还原程度和相关性。结果表明:隽水河上游降雨及径流总体呈波动上升趋势,并发生了数次趋势波动;降雨和径流演化过程中均存在12~32 a、8~11 a以及3~7 a的3类尺度的周期变化规律;降雨径流相关性良好,是水文模型可以精确模拟的基础。通城站日降雨径流模拟精度较高,且模拟系列演变特性和气象与水文序列相比在20世纪具有较好的相关性,但在21世纪产生了较大差异。水文模拟精度虽高,但其模拟序列特性与降雨更加相似,其更多反映降雨而非径流的特性变化。研究说明隽水河上游流域气象要素是径流的主要影响因素,而水文模拟虽难以准确展现径流的演变特性,但仍可为该流域未来长期水资源演变分析以及对应调配、防洪排涝工程建设等提供依据和支撑。