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。

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。

渭河干流洪水演变趋势与变异特征研究

通过揭示渭河干流洪水演变趋势与变异特征,为流域防洪减灾和水资源管理提供参考。考虑日径流特征对洪水序列分析的影响,基于渭河干流6个典型水文站点1990—2020年逐日流量资料,采用块极值模型(Block Maxima Model,BMM)、超阈值峰量模型、Mann-Kendall检验和Pettitt突变检验分析洪水演变趋势与变异特征。结果表明:渭河干流洪水发生的时间和空间尺度上存在差异,时间尺度上,在1990—1993年、2003—2005年、2011—2013年及2018—2020年洪水出现频率较高;空间尺度上,渭河中下游地区发生洪水灾害频率较高。年最大洪峰流量总体上呈现增加趋势,超定量洪水发生次数呈减少趋势,洪水指标序列的变异点存在集聚性。研究结果可为流域防洪安全和水资源开发利用提供依据,助力流域高质量发展。

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。

蒙江流域近60年水沙演变特征研究

基于1960-2020年蒙江流域日降水资料、蒙江控制站太平站径流和输沙资料分析蒙江流域降水量、径流量和输沙量的演变特征及原因;运用线性趋势回归检验法分析其趋势成分;采用Mann-Whitney-Pettitt突变点分析法对其进行突变分析;采用Morlet小波分析法分析其周期成分。结果表明:除夏季降水量、径流量、输沙量和冬季降水量呈不明显的减少趋势外,其余序列呈不明显的增加趋势;年降水量、年径流量和年输沙量呈不明显的增加趋势,没有发生显著突变;年降水量序列存在4年、7年、20年、45年左右的周期;年径流量序列存在3年、7年、19年、50年左右的周期;年输沙量序列存在4年、6年、11年、16年、46年左右的周期;人类活动是引起蒙江流域年输沙量减少的主导因素。

基于水质指数法和M-K检验的饮用水水源地水质演变趋势研究

饮用水水源地水质演变趋势研究对水源地的保护具有重要意义。以中国某城市6个市级水源地为研究对象,采用水质指数法进行水质评价,在此基础上结合Pettitt Mann Whitney变异点分析法、Mann-Kendall趋势检验法和线性回归法,深入分析了各水源地水质突变时间及演变趋势,并结合该市近年来的管理政策分析了水质变化的原因。2020年-2022年各水源地水质现状整体较好,4个水源地水质评价结果为优良,其余为良好。变异点和演变趋势分析结果表明,各水源地均存在突变时间,水质指数突变时间主要集中在2021年2月-2022年4月,突变后2个水源地水质变差,其余水源地水质变好,仅1个水源地变异显著。该市水源地整体上2022年水质状况优于往年,主要得益于流域整体水环境质量改善和水源地特殊保护的加强。

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。

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。

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。

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。

汉江流域实际蒸散发的时空演变规律及成因分析

根据汉江流域14个气象站点1961—2011年的逐日气象资料,分别利用参数率定后的AA模型和GG模型计算汉江流域的实际蒸散发。在此基础上,采用Mann-Kendall检验法、Sen’s坡度检测法和Pettitt突变检测法对过去51 a汉江流域实际蒸散发的时空演变规律及主要气象因子的变化趋势进行分析,并探讨实际蒸散发变化的成因。结果表明,参数率定后的AA模型和GG模型对汉江流域实际蒸散发的模拟结果基本一致;汉江流域1961—2011年平均实际蒸散发总体上呈现自东南向西北逐次减少的空间分布特征;整个流域的多年平均实际蒸散发呈现显著下降趋势,并于1979年发生显著性突变;显著下降的风速和日照时数是导致汉江流域年实际蒸散发显著下降的主要原因。

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。

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。

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。

近55年渭河流域气温演变规律分析

利用渭河流域16个气象站点1954-2008年近55a气象资料,采用线性回归、Mann-Kendall检验、Pettitt及Morlet小波分析等方法,对渭河流域年及各季节平均气温的变化趋势、突变特征和周期性等演变规律进行分析。结果表明,(1)在95%的置信区间下,渭河流域年及各季节平均气温均表现为显著上升趋势,其中冬季气温上升最显著。(2)多年平均气温空间分布存在不均衡性,年平均气温以西安站为中心向外呈辐射递减。(3)年及各季平均气温存在明显的突变点,1993年为该流域大的气温转折年。(4)流域气温变化存在多个特征时间尺度,其中年平均气温具有3、7、23和55a左右的主周期,以55a左右周期相位变化最显著。除夏季外,其余季节与年平均气温相位变化时间尺度大体一致。研究成果可为分析渭河流域气候变化及其未来气候预测提供参考。

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。

淮河流域降雨集中度的时空演变规律分析

基于淮河流域内30个常规气象站点1957-2008年的逐日降水资料．计算了淮河流域内各站点长期降雨集中度（LCI）和逐年降雨集中度（ACI）。在此基础上，分别采用Mann-Kendall趋势检验法和Sen’s坡度检验法检测了ACI时间上的变化趋势。并采用Pettitt检验找出ACI突变的年份。同时，采用反距离权重插值法分析了淮河流域LCI的空间分布规律和ACI在时间上的变化趋势。结果表明。在淮河上中游区LCI值偏小，降水分布较平均，而在沂沭泗河流域和淮河下游区LCI值偏大，降水较集中。降水极值情况发生的频率相对较高；淮河流域上ACI的年际变化较大．整体呈下降趋势，其中60％的站点下降趋势显著，在流域的大部分地区，降雨ACI均有明显的突变，集中发生于20世纪70-80年代初。

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。

近57年来和丰县气温和降水量的趋势性及突变特征

对和丰县1954年-2010年近57年的年均气温以及降水量的资料,在进行距平分析和M-K非参数统计检验的基础上,运用M-K突变检测法和Pettitt突变检测法分别计算和分析了年均气温和降水量的突变特征。结果显示:1988年-2010年,有20年的气温距平值大于0,说明气温自1988年起呈现显著增加趋势,M-K趋势性检验结果也证明了这一点;突变检测未发现气温突变年份。年降水量总体呈现上升的趋势,最小值出现在1977年,最大值出现在2007年,总体变化趋势不显著,丰枯降水年交错分布;突变检测确定2007年为降水量突变年份。

1961-2007年鄱阳湖周边地区气温变化趋势分析

基于鄱阳湖周边10个气象观测站的日平均气温、日最高气温和日最低气温的观测资料,利用Mann-Ken-dall(M-K)趋势分析法和Pettitt-Mann-Whitney突变点检验法,分析了1961-2007年鄱阳湖周边地区气温序列的变化特征。结果表明:(1)鄱阳湖周边地区日平均气温、日最高气温和日最低气温的年均值呈上升趋势,日最低气温的年均值增温幅度最大(0.25℃/10a)且显著性水平高,日平均气温的年均值次之,日最高气温的年均值增温趋势显著性较低;(2)日平均气温和日最低气温的冬季均温不仅突变时间开始早、显著性水平高,而且增温幅度也是最大的,春季均温、秋季均温次之,而夏季均温变化均不显著;(3)对比分析发现(1971-2004年),鄱阳湖周边地区增温趋势与全国及全球一致,但升温幅度(0.33℃/10a)高于全国的升温幅度(0.21℃/10a),也明显高于同期全球平均的升温幅度(0.15℃/10a)。