跨孔CT岩溶识别方法准确性的统计学评价

岩溶地质灾害是粤港澳大湾区引擎城市广州和深圳城市建设与地下空间开发利用面临的主要挑战之一。岩溶勘探一般综合钻探与物探信息进行溶洞识别与评估。跨孔CT物探方法因操作简便,地层信息获取能力较强,近年来在大湾区岩溶勘探中广泛应用。然而,该方法识别溶洞的精度尚待定量评估。鉴于此,收集了大量的岩溶钻探与勘探对比数据,采用模型因子法对跨孔CT岩溶识别精度进行了统计分析。结果表明:该方法能够准确地探测出溶洞顶板埋深、底板埋深与洞高,平均误差不超过5%;对顶板与底板埋深的预测精度离散性非常低,仅为5%,但洞高预测精度离散性中等,超过35%。跨孔CT岩溶识别方法的精度稳定性较好,不受CT方法类型、溶洞充填情况、发射和接收点距、钻孔类型、溶洞顶板厚度、钻孔间距、验证孔距离等因素的影响。对现行跨孔CT方法进行了简单校正,使得在不增加计算复杂性的前提下,模型平均精度提高4%,离散性降低3%。最后,分析证实洞高预测模型因子服从韦布尔分布。研究成果可为岩溶区溶洞勘探与风险评估提供理论支撑。

基于Budyko模型的巴音布鲁克山区暖季人工增水作业效果分析

降水量作为人工增水效果分析常用指标,受地理、经济、技术等影响,往往可研究分析的代表性数据站点数量较少,一定程度上对区域性效果检验精度造成影响。为此,基于1973—2018年的5—9月巴音布鲁克气象站逐日气象资料和开都河上游大山口水文站逐月径流量资料,利用Bu⁃dyko模型构建径流模拟方程,并运用序列试验检验、不成对秩和检验以及t检验等统计方法,以降水量、径流量等作为指标,探讨该区域暖季不同统计指标对人工增水作业效果检验的差异性。结果表明:(1)基于Budyko模型得出的径流量与降水量不但相关性极高(R2=0.9971,P<0.001),而且速率与趋势变化一致,表明模拟径流量不仅能准确反映降水量变化趋势,还能代表降水对径流的影响量。(2)将实测径流量、模拟径流量和降水量作为统计变量,利用不对称秩和检验及t检验,分析得出人工增水作业后,降水量与径流量增加显著(P<0.02)。(3)降水量作为统计指标检验功效最好,人工增水作业开展后只需增值11.59%就能显著检验出效果,而模拟径流量相比实测径流量的检验功效值低3.72%,说明检验功效有提升。(4)选取统计显著性水平90%的置信区间,得出作业期(1994—2018年)比历史期(1973—1993年)的暖季月均降水量绝对增加值为5.38 mm,相对增率为12.05%;模拟径流量绝对增加值为4.53 m^(3)·s^(-1),相对增率为14.7%;实测径流量绝对增加值为28.48 m^(3)·s^(-1),相对增率为18.48%,表明巴音布鲁克山区暖季人工增水作业效果显著。

人工增雨效果的数值统计评估方法

利用1995～2001年河南省春季降水资料,采用数值预报与统计相结合的方法,对飞机人工增雨的效果进行检验。该方法的基本思路是根据降水的气候特征设定增雨效果的评估区,在同一评估区内应用数值模式MM5V3对历史降水过程的降水量进行数值预报,从而获得一组预报雨量,对非增雨过程的数值预报雨量与降水实况进行统计分析,建立预报雨量与实况雨量的数理统计关系。对增雨作业过程的降水同样采用相同的数值模式进行预测,并与增雨后的实况雨量比较,从而得到飞机人工增雨效果。评估结果表明:1995～2001年春季飞机人工增雨效果比较明显,豫北区(I区)平均为16.7%,豫东区(II区)平均为19.3%

中国大陆TRMM降水多尺度精度评价

根据中国气象数据网中国大陆2009—2014年逐日降水格点数据,在月、年时间尺度上,采用误差、相关系数以及相对误差等指标,对热带降水测量(TRMM)降水数据进行精度评价。结果表明在月、年尺度上TRMM降水数据精度均较高,年均误差分布与年降水量相关;月尺度相关系数达到了0.99,年尺度相关系数为0.86;TRMM精度主要受降水强度和海拔地形影响;在干旱和高海拔地区TRMM降水数据精度较低。

人工增雨统计检验结果准确度分析

采用自然复随机化方法对人工增雨作业效果检验中常用的4种统计检验方案进行评估结果准确度分析,以"假效果"来反应评估结果准确度,指出影响评估结果准确度的各个因子并对不同统计方案的评估结果准确度进行比较。结果表明:评估结果准确度与作业样本数和历史样本数都有关系,准确度随样本数增多而提高,但随着样本数的增多,准确度的提高将趋于平缓;在相同条件下,区域历史回归试验较其它3种方案评估结果准确度更高,在规定显著度水平下要达到基本相同的评估结果准确度,区域历史回归试验所需样本数最少,其次为双比分析,但序列试验所需样本数最多,对比试验"假效果"区间分布成偏态,不宜用来做效果检验。还介绍了一种较少使用的统计分析方案——回归比率分析法,通过"假效果"分析表明,回归比率法比区域历史回归方案评估结果准确度更高。

非随机化人工增雨作业功效数值分析和效果评估

用自然复随机化方法对北京市人工增雨作业非随机化试验进行功效数值分析。结果表明不同统计检验方案功效差别较大,序列试验功效最差,当作业样本数较多时对比试验功效较高,其次为区域历史回归试验和双比分析方案,当作业样本数较少时区域历史回归试验功效比其他两种方案更高。功效与增雨效果、历史样本数、作业样本数都有关系,当作业样本数或历史样本数增多时,功效都会增大,但是增大的程度会随着样本数目的增多而趋缓。分类统计不一定可以提高检验功效值,要采用分类统计方案首先就要保证分类后的作业样本数下的功效值大于合并后作业样本数下的功效值。在综合分析影响功效的各种因素基础上选择区域对比试验、双比分析和区域历史回归试验对北京市2002～2007年人工增雨作业进行效果总评价,结果均表明相对增雨效果在10%左右,采用复随机化方案进行显著度检验,结果表明3种方案下显著度水平均达0.05。

利用人工降水效果统计量评价人工降水效果

采用统计数值模拟方法研究人工降水增雨效果统计量的分布及特征。结果表明：人工降水增雨效果统计量服从正态分布（正态拟合概率＞ ０．７０），增雨效果统计量的均值与增雨效果相关密切（ｒ＞ ０．９９，α＜ ０．００１），一元线性回归方程显著，可信度达９９％ 以上。利用这一规律，通过统计增雨效果统计量可以求出人工增水效果。

人工增雨效果检验的研究进展

人工增雨效果检验主要分为统计检验和物理检验,统计检验又分为随机化检验和非随机化检验,而非随机化试验通常分为序列实验、区域对比试验、区域历史回归、区域控制模拟试验等。笔者对国外一些著名效果检验计划进行了简要介绍,同时就人工增雨效果检验的前景进行了探讨。

多源卫星降水产品在长江流域的时空精度对比

准确评估现有多源卫星降水产品的时空精度特征,可为长江流域的水资源高效开发利用奠定坚实的气象数据基础。利用长江流域191个气象站点1999—2019年逐日站点实测降水数据和TRMM(tropical rainfall measuring mission)、CMORPH(CPC MORPHing technique)、CHIRPS(climate hazards group infrared precipitation with station data)和PERSIANN_CDR(precipitation estimation from remotely sensed information using artificial neural networks climate data record)4种卫星降水产品,运用皮尔逊相关系数R、均方根误差E RMS和纳什效率系数E_(NS)等连续性指标评价卫星降水产品在长江流域时间和空间尺度上相对于站点降水的探测精度,并运用探测率P_(OD)、误报率R _(FA)和T_(S)评分3个分类评价指标衡量卫星降水产品对不同量级降水的捕捉能力。结果表明:在年尺度上,TRMM和CMORPH相对于CHIRPS和PERSIANN_CDR表现出更高的探测精度,而对于年降水量空间分布特征,仅有TRMM、CMORPH和CHIRPS能不同程度地准确反映;在月尺度上,TRMM和CMORPH对降水估计仍然具有较高精度,TRMM、CMORPH和CHIRPS在描述月降水空间分布方面在长江流域不同区域各具优势;在日尺度上,4种卫星降水产品对弱降水的捕捉能力均较强,对强降水探测能力则较差;在空间尺度上,4种卫星降水产品在日和月尺度上表现为高海拔地区精度较高,而年尺度上则无明显变化规律。总体而言,4种卫星降水产品中,TRMM和CMORPH在长江流域年、月、日不同时间尺度上更具优势,但在空间分布上,4种产品在不同地区差异显著。这一结论为进一步开发适用于长江流域的高时空分辨率降水融合产品奠定了研究基础。

GPM日降水产品在中国大陆的准确性评估

以中国2423个地面气象站点的降水传感器观测数据为基准,采用定量统计指标(相关系数R、均方根误差RMSE、平均绝对误差MAE、相对误差RE)以及分类统计指标(探测率POD、误报率FAR、虚报漏报率Bias、风险评分ETS),从不同空间尺度、不同时间尺度和不同降水强度三个维度,分析了GPM降水产品的观测准确性,以探究GPM卫星降水产品在中国大陆的适用性。结果表明:从不同空间尺度特征看,GPM降水在全国范围均呈现较高的观测准确性,72%的站点R值超过0.7,在华东地区最好,西北区相对较差;全国大部分区域都为正的相对误差,各区RE集中分布在0~20%。不同高程带内的准确性显示,GPM产品对降水的高估情况在低海拔(<2000 m)、高海拔(>4000 m)地区较为明显,在中海拔地区(2000~4000 m)GPM降水数据适用性相对较好。从不同时间尺度特征看,GPM降水产品与降水传感器实测降水年总量分布上较为一致,两者的R为0.75,但在量值上存在一定程度的偏差,RMSE为6.15 mm·d^(-1)。从逐月结果看,GPM降水产品与地面降水传感器的一致性在1—10月表现较好,R均在0.7以上,11、12月略低,夏季误差值比冬季大。从不同降水强度特征看,POD随着降水强度的增加而降低,GPM降水产品对“中雨”强度降水事件的整体探测能力较优,而在“小雨”和“暴雨”的探测能力稍弱。

江西省人工增雨统计检验系统设计与实现

介绍了基于VB6.0数据库编程技术的江西省人工增雨统计检验系统的设计思路、实现方法及具备的功能,阐述了区域历史回归和双比分析两种统计分析方法在人工增雨效果检验中的应用。选取2008年贵溪市开展的2次人工增雨作业进行效果检验及系统应用检验,利用系统提供的区域历史回归分析方法,计算得到人工增雨作业相对增雨率约31.9%,增雨效果显著。

GPM IMERG卫星降水数据在广西地区适用性分析

为对比评估最新IMERG V6版本的3种卫星降水数据(Early、Late和Final)在广西地区的适用性,利用广西18个地面站点降水数据,选用7个评价指数从降水量误差、季节平均降水量、降水事件探测能力等多方面进行综合评估。结果表明:(1) 3种卫星降水数据与站点降水数据相关性随时间尺度增加均呈递增趋势,在月尺度上表现出较好的探测能力,但三者均存在均方根误差RMSE的时间累积效应。(2) 3种卫星降水数据对广西各季节平均降水量有一定的表征能力,但不同季节差异明显,在冬季的精度表现相对较差。(3) 3种卫星降水数据在地形和气象因素复杂地区的误差较大,降水探测能力存在一定的不足。(4) 3种卫星降水数据均能探测不同强度的降水,在雨季对降水事件识别能力较好,但降水强度加大使卫星探测降水事件准确率下降。总体上,校正延时IMERG-F精度略优于未校正近实时的IMERG-E和IMERG-L,在广西地区具有一定的适用性,但校正过程也存在加重降水量高估程度的现象。

齿轮统计精度项目的测量分析与评定

通过对变速箱齿轮进行的各统计精度项目的检测、数据分析 ,对齿轮的制造质量及单个齿轮的整体精度进行统计评定。涉及的误差项目有齿廓、螺旋线、齿距及切向综合误差等多项。统计分析的结果 ,即可以提供单个被测齿轮各齿面之间轮廓形状与位置误差相关状况的信息 。

江淮对流云人工增雨作业效果检验个例分析

江淮对流云是安徽省夏季开展人工增雨作业的主要作业对象,不同于经过严格试验设计的随机试验,大多采用非随机的地面火箭、高炮或者烟炉的作业方式。由于对流云存在生命期较短局地性强、自然变差较大等特点,对其作业效果进行客观、科学、定量的效果评估存在一定困难。利用安徽省国家级地面气象站降水量日值数据和覆盖目标区的SA多普勒雷达资料,将区域历史回归分析统计检验方法和播云多普勒雷达识别追踪及物理检验方法相结合对2012年6月28—30日江淮对流云增雨作业效果进行个例分析。结果表明,作业后目标区绝对增雨37.2 mm,相对增雨65.18%,统计显著度α<0.1;基于雷达探测基数据识别追踪作业单元,选取合适对比单元,对比分析作业单元与对比单元作业前后雷达回波参量的变化差异给出了对应统计检验结果的物理证据。

基于TRMM降水数据的不同时间尺度降水特征分析——以内蒙古地区为例

为全面细致地研究内蒙古地区降水的时空变化,利用2001~2018年气象站实测的降水数据对TRMM 3B43 V7降水产品进行精度评估,并基于TRMM数据采用Sen-MK检验和变异系数法对内蒙古地区进行降水时空特征分析。结果表明:(1)月、季、年尺度TRMM降水数据与气象站点实测数据之间呈显著正相关,拟合优度均达到0.85(P<0.01)以上,具有较好的一致性。(2)在时间分布上,年降水量介于228.95~403.80 mm之间,多年平均值为301.59 mm,近18 a降水量呈上升趋势,上升速率为44.96 mm/(10 a),2011年是降水累积量由下降至上升的转折点。除了春季,其余季节的降水均呈上升趋势,其中夏季和秋季是年降水量增加的主要贡献者。(3)在空间分布上,降水量由内蒙古的东北向西南呈条带状逐渐减少,大部分地区降水有增加的趋势。降水量减小的地区主要位于西部的阿拉善高原,且其降水波动最为剧烈,东部降水量变化较为均衡。四季降水量呈增加趋势的面积均高于呈减小趋势的面积,其中,夏季降水量呈显著增加趋势的面积为四季中最大。

水分析质量控制的应用

根据《地质矿产实验室测试质量管理规范》的要求,针对水分析质量管理,作者结合实际工作中的问题提出了有关管理规范应用方面的具体方法。如对不确定度的统计和评估,使得管理规范的应用更具可行性和灵活性。这些方法有利于保证水分析报告的质量,同时更能满足客户的需求。

GPM与TRMM降水数据在中国大陆的精度评估与对比

为评估TRMM 3B42(TRMM)和新一代GPM IMERG(GPM)卫星降水产品精度,基于国内824个气象站点日降水数据,选用相关系数(R)、相对误差(E_R)和公正先兆评分(S_(ET))等指标,对比分析了二者在中国大陆和九大流域内逐日、逐月尺度的观测精度。研究表明:(1)在日尺度上,中国大陆内的GPM降水数据精度整体优于TRMM,二者的R、E_R和S_(ET)分别达到了0.73、2.03%、0.36和0.70、3.75%、0.33;(2)GPM和TRMM日降水数据在海河流域、淮河流域、长江流域、珠江流域、东南诸河流域呈现较高的观测精度,在松辽流域、黄河流域、西南诸河片区精度次之,在内陆河片区相对最低;(3)在月尺度上,中国大陆内的GPM冬季降水精度明显好于TRMM,这是由于GPM提高了对弱降水和固态降水的观测能力。总体上,GPM降水产品在中国各大流域精度较好且优于TRMM,表明其在流域降水研究及水文模拟中将有较好的应用前景。

MSWEP降水数据在信江流域极端降水估算中的应用

为探究缺资料地区基于MSWEP降水数据估算极端降水的可行性,基于信江梅港水文站以上流域各测站降水资料,从汛期和非汛期分析了MSWEP的探测能力与探测精度,同时对MSWEP不同历时的极端降水值进行精度评估,发现MSWEP在该流域具有较好的适用性。分别基于MSWEP和测站1981~2016年共36年的极端降水序列,采用频率分析方法估算了不同重现期下的极端降水值。结果表明,两种途径不同重现期下极端降水估算结果的相对偏差均在10%以内,表明在流域缺资料的情况下,基于MSWEP数据估算极端降水具有良好的应用前景,为缺资料地区的极端降水估算提供了参考。

湖南省人工增雨统计检验系统设计与实现

介绍了基于Delphi 7.0数据库编程技术的湖南省人工增雨统计检验系统的设计思路、实现方法及具备的功能,阐述了区域历史回归和聚类分析2种统计分析方法在人工增雨效果统计检验中的应用。选取2009年长沙市开展的2次人工增雨作业进行效果检验及系统应用检验,利用系统提供的区域历史回归分析方法,计算得到人工增雨作业相对增雨率约为31.90%,增雨效果显著。

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。