黑河流域干旱指数的变化趋势及其多时间尺度特征

【目的】研究黑河流域干旱指数的变化特征,为气候变化影响下该流域水资源的有效管理及农业发展提供依据。【方法】用参考作物蒸散量(ET0)与降水量(P)的比值表示干旱指数(AI),根据黑河流域内12个气象站及流域外3个气象站近50多年的逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算ET0,利用Mann-Kendall趋势检验法和ArcGIS插值研究P、ET0及AI的变化趋势和空间分布,基于Morlet小波函数分析AI序列的多时间尺度特征。【结果】近50多年来,黑河流域P、ET0和AI均呈现出明显的南北差异;流域内12个气象站中,大部分站点的P、ET0呈上升趋势,且上游野牛沟站、托勒站上升趋势显著;AI呈下降趋势,仅野牛沟站下降趋势显著,流域趋于湿润,上、中、下游季AI最大值分别出现在秋冬季、春冬季、冬春季;流域AI的多时间尺度变化主要存在19~23年、14~15年的中长振荡周期和7~10年、4~5年的短振荡周期,中长周期与太阳黑子活动的周期基本一致,短周期与大气环流和厄尔尼诺事件的周期基本一致。【结论】黑河流域多年来逐渐趋于湿润,其干湿变化存在明显的短周期和中长周期。     

小波分析在水文预报中的应用概述

阐述了小波分析在水文预报中的应用现状,讨论了小波消噪在水文序列中的中的重要性,并介绍了基于小波消噪的偏最小二乘回归模型,得出消噪后的水文序列的相依性会大大提高,能更好地为建立水文预报模型奠定基础。     

基于复小波及动态神经网络的植物电信号研究

[目的]针对植物电信号数量级小、易受干扰的问题,提出了双树复小波变换(DT-CWT)结合双变量收缩消噪及不带输入变量的非线性自回归神经网络(NAR)模型,旨在能将植物电信号用于研究温室内植物生长模型。[方法]在屏蔽环境下获取生长状况良好的鸟巢蕨植株的电信号。采用双树复小波变换将电信号进行分解,利用层间小波系数具有相关性的特点,将分解后的小波系数进行双变量收缩消噪。通过对植物电信号进行自相关分析,确定迟滞阶数。再通过NAR网络训练消噪信号。[结果]采用双树复小波消噪后的信号虚部树的高频分量明显减少。消噪后的植物电信号前序98个样本点的自相关系数均大于0.8,迟滞阶数98。采用本模型对消噪后的电信号进行预测时相关系数为0.973,均方误差(MSE)为0.593 mv~2。相比于软阈值消噪与硬阈值消噪,本模型的消噪方法信噪比(SNR)最大,MSE最小。对碧玉、白鹤芋2种植物应用本模型,决定系数分别为0.975和0.972,MSE分别为0.112 mv~2和4.459×10~(-2)mv~2。[结论]植物电信号2个相邻时刻间具有很强的关联性,消噪过程对虚部树的影响更大,双树复小波分解结合双变量收缩的消噪方法更大程度上保留了信号的原始信息。本模型具有可推广性。     

拉萨参考作物蒸发蒸腾量的长期年际变化规律及小波分析

根据拉萨气象站1955～2006年逐日气象资料计算出的参考作物蒸发蒸腾量（ET0）的逐年距平值时间序列资料作为分析基础数据,小波分析数据延拓采用对称延拓边界法。结果表明,拉萨年ET0均值年代际距平百分率1950、1970、1980年代为正,1960、1990、2000年代为负,其中最大值在1950年代、最小值在1960年代,说明它们属于异常年代;年ET0均值总体变化趋势呈现递减;在整个时间域内,拉萨年ET0均值变化的年际特征非常明显,主要以3～5年左右周期振动最强,而年代际周期变化非常微弱。     

中国西北地区ET0多尺度分析

基于西北地区1978～2008年30个典型气象站逐日观测资料,应用FAO-56分册推荐的Penman-Monteith公式,计算得出各站历年逐日参考作物蒸发蒸腾量ET0。应用Mann-Kendall检验法和小波变换方法分别分析西北地区ET0序列的变化趋势以及周期特性和突变特性。结果表明,西北地区该时期ET0序列主要存在尺度为27年、9年和4年的周期变化,其变化趋势达到显著水平,1978～1988年下降趋势明显,1998～2008年上升趋势明显。     

小波消噪及其在小麦蛋白质含量近红外光谱分析中的应用

利用在小波变换下奇异信号和噪声在多尺度空间中的模极大值传递特性的不同,对33个小麦样品的近红外光谱信号进行了消噪处理,并利用小波消噪后重构光谱信号对小麦蛋白质含量进行偏最小二乘法交叉验证(PLS-CV)。计算实例表明,在最大分解层数不同时,PLS-CV效果各不相同,但大多数的小波消噪重构光谱进行PLS-CV,相关系数R及测定系数帮都有提高,交叉校验预测均方差RMSPCV都有减小,特别在最大分解层数为6时,PLS-CV效果最好,较使用原始光谱进行PLS-CV,相关系数R从0．9222提高到0．9698。交叉校验预测均方差RMSPCV从0．8014减小到0．4983。因此,使用小波消噪方法有消除原始光谱的噪声的作用,从而使最终的PLS模型更有代表性、稳定、稳健,也提高了品质检测时模型预测精度。     

气象因素对民勤地区参考作物腾发量变化的贡献分析

利用世界粮农组织的Penman-Monteith方法以及敏感曲线分析法,对甘肃国家级地面站点民勤站1968—2018年来的参考作物腾发量和气象因素的变化规律及各气象因子对参考作物腾发量变化的贡献大小进行了研究。结果表明:1)民勤站参考作物腾发量ET0年内变化特征呈抛物线形式,在1—5月增加,8—12月递减,7月达到最大值为5.29mm/d,年际变化整体呈波动上升趋势;2)利用相关性分析与主成分分析发现ET0与平均最高气温Tmax、平均饱和水汽压差VPD的相关性最大,利用偏相关性分析发现ET0与平均风速U、平均净辐射与土壤热通量的差Rn-G的相关性最小,但ET0与U、Rn-G的偏相关性较大,说明ET0与U、Rn-G的关系受其他气象因素的影响较大;3)气象因素的年内变化与ET0对各气象因素的敏感系数在年内的变化趋势有一定的相似度。ET0对Rn-G的敏感系数不大,但是由于Rn-G自身的增长幅度较大,导致Rn-G对ET0增长的贡献率最大;平均气温T和VPD对ET0的增长也产生了一定的贡献;U对ET0的增长产生了较大的负贡献。     

基于排列熵和小波分析的渭河降水突变研究

【目的】将排列熵和小波分析相结合,研究近60年来渭河干流降水序列的突变特征及其影响因素,为渭河流域水资源的利用提供参考。【方法】利用1960-2003年渭河流域干流天水、宝鸡、武功和西安4个站点日降水观测资料,按照不同窗口滑动取样得到不同时间段的降雨数据,利用排列熵算法分别计算其复杂度,分析复杂度序列随时间的演变规律来检测序列的突变点,之后通过小波分析对复杂度序列进行逐级分解,分析不同时间尺度的周期波动在降水突变中的贡献。【结果】渭河流域天水、宝鸡、武功和西安4站降水量在20世纪均发生了2次突变,其中位于上游的天水站突变发生于1971和1994年,位于中下游的宝鸡、武功和西安站突变发生于1980和1994年,呈现出一致性的特征。【结论】准10年时间尺度的周期气候波动是渭河干流降水突变的主要因素。     

基于云模型的甘肃省参考作物蒸散量变化特征及影响因子

为了深入认识甘肃省参考作物蒸散量(ET0)的变化特征,解决该地区水资源供需矛盾,利用甘肃省29个气象测站1951~2013年的日气象资料分析甘肃地区ET0年、季的时间变化趋势.依靠处理定性概念与定量描述不确定转换的云模型,对ET0时间变化特征和影响ET0的气象因子进行了分析,同时采用通径分析方法,对影响ET0变化的气象因子进行了探讨.结果表明:河西半干旱区、陇中半干旱区、陇东半湿润区、陇南湿润区4个分区ET0在近63a均表现为持续性的上下波动.ET0在时间尺度上分布较为均匀、稳定.季节分布呈现出夏季春季秋季冬季的分布态势.离散性方面秋、冬季最均匀,夏季最不均匀;稳定性则是冬、春季好于夏、秋季.年际变化来看,平均气温对ET0的直接作用最大,平均相对湿度和日照时数对ET0的间接作用最大.不同季节气象因子分析表明,春、秋、冬3个季节对ET0直接作用最强的气象因子为平均气温,夏季对ET0直接作用最强的气象因子为平均相对湿度;间接作用显示,春、秋季对ET0间接作用最强的气象因子为平均相对湿度,夏、冬季则分别为日照时数和平均气温.     

小波变换用于抑制干扰信号几种方法的比较研究

对小波变换抑制干扰信号提取真实信号的3种方法，即小波滤波器消噪法；软、硬阈值消噪法；基于模极大值的小波去噪方法，进行了比较研究。给出了每种方法的适用范围及具体的算法、仿真结果，对于选用小波变换工具进行信号处理具有一定的理论意义和实用价值。     

2000～2008年黑河流域潜在蒸散量的时空变化

[目的]研究2000~2008年黑河流域潜在蒸散量的时空变化。[方法]利用2000~2008年黑河流域21个气象站的逐日气候资料,结合FAO Penman-Monteith模型,分析了黑河流域9年来潜在蒸散量（ET0）的时空变化特征,并对其主要气候影响因子进行了探讨。[结果]黑河流域春、夏、秋、冬四季和年的ET0序列变化呈现缓慢上升趋势,但并未达到显著性水平;多年平均ET0空间分异特征明显,表现为从东北荒漠向西南山区逐渐减少,且多年季节变化依照夏、春、秋、冬季的顺序递减,逐月变化呈单峰变化趋势,峰值出现在7月。相对湿度、平均风速和水汽压是影响研究区内ET0变化的主要气候因子,而平均气温对ET0的影响作用不显著。[结论]该研究为制定流域规划、地区水利规划及排灌工程提供理论依据。     

辽宁锦州50年最大连续降水量变化分析

利用锦州1961~2010年5、6、7、8、9月农作物生长季的日降水资料,从50年的降水资料中选出5~9月各月中最大连续降水量采用一元线性趋势估计和小波分析等方法进行变化分析。结果表明,锦州最大连续降水量的平均变化趋势率总体是上升的。锦州站5~9月最大连续降水总量的总趋势是呈现缓慢上升的,在1994年出现历史最大值,达511 mm。在2003年出现历史最小值,仅为101.6 mm。锦州5~9月最大连续降水总量存在着2a左右的时间尺度周期。     

基于小波分析的信号去噪方法

介绍了小波变换出现的背景及应用意义、信号去噪效果的标准及小波变换去噪的基本原理和方法。利用MATLAB软件特别是MATLAB小波工具箱编写仿真程序,结果表明小波变换在信号去噪中的有效性和优越性。     

云南干热河谷蒸发量的小波多时间尺度分析

 为探求和认识独特的河谷水文循环演变规律,采用Morlet复小波变换对云南干热河谷地区的元谋、宾川、元江和潞江坝等4个典型代表站的蒸发量序列进行了多时间尺度分析,在不同时段的蒸发量时间尺度信号的强弱分布状况研究基础上,探讨了各序列的变化趋势及不同时间尺度下的变化特性,确定了各序列的突变点和存在的主要周期。结果表明,整体趋势除宾川站的月均蒸发量在缓慢增加外,其他站的月均蒸发量都在减少,元谋站蒸发量递减率最大。元江、潞江坝、元谋和宾川站存在的主周期分别为22,12,13和18年。这些关键数据为探求云南干热河谷的水文要素特性和水循环研究分析提供新的参考依据。     

近50年来锦州地区气候变化对生态环境及农业生产的影响

利用一元线性回归、滑动平均、小波分析等方法,对锦州地区1956~2006年气温、降水、≥10℃积温、初霜日、终霜日、无霜期日数等资料进行了统计分析。结果表明,近50年锦州地区年平均气温以0.28℃/10年速度递增;≥10℃积温逐年增多;无霜期延长;初霜日提前;终霜日变化不大;降水以13.9 mm/10年速度递减;气候变化使锦州地区生态环境及农业生产均发生了不同程度的改变。     

太子河流域参考作物腾发量变化特征及影响因素分析

采用太子河流域内8个气象站1960～2005年间气象资料,应用penman-montieth公式计算了46年间逐月参考作物腾发量(ET0),对参考作物腾发量及气象因素的年际变化特征、月际变化特征及趋势进行了分析,应用统计检验方法分析了影响流域参考作物腾发量变化的主要气象因素。结果表明:近46年间太子河流域ET0值呈现缓慢下降趋势,年内ET0值分布以5～6月份最高,1月份最低,影响ET0的主要气象因素按影响程度强弱依次为日照、风速、温度、相对湿度。     

辽西参考作物潜在腾发量变化及其气象影响因子研究

根据辽西半干旱区阜新、朝阳站上世纪50年代至今的气象资料,采用FAO推荐的Penm an-Monte ith公式计算参考作物潜在腾发量(ET0),统计并分析生长季与非生长季辽西地区的ET0、气象因子变化与及其影响ET0变化的主要气象因子。结果表明:阜新地区ET0表现为随时间的增长趋势,而朝阳表现为随时间逐年减少趋势,80年代至今阜新、朝阳变化趋势显著。阜新、朝阳ET0与各气象因子的相关性大体一致。在辽西地区影响ET0显著的气象因子顺序为:风速太阳辐射最高温度降水量,20世纪80年代至今风速的显著性变化是辽西半干旱区ET0之间差异的主要原因。     

基于小波变换的拉曼光谱去噪处理

拉曼光谱分析中,噪声的存在严重影响光谱的准确性。利用小波变换在信号处理方面的优良特性,采用基于小波变换的信号去噪方法,对含噪的邻二甲苯拉曼光谱进行处理。选用平稳小波 bior2.2处理了含噪的邻二甲苯拉曼光谱信号。结果表明,采用平稳小波 bior2.2可以将信噪比由10dB 提升到21.3588dB,而均方误差仅为0.0014,去噪效果明显。     

基于小波变换的拉曼光谱去噪处理

拉曼光谱分析中,噪声的存在严重影响光谱的准确性。利用小波变换在信号处理方面的优良特性,采用基于小波变换的信号去噪方法,对含噪的邻二甲苯拉曼光谱进行处理。选用平稳小波bior2·2处理了含噪的邻二甲苯拉曼光谱信号。结果表明,采用平稳小波bior2·2可以将信噪比由10dB提升到21·3588dB,而均方误差仅为0·0014,去噪效果明显。