基于SRI与Copula函数的黑河流域水文干旱等级划分及特征分析

【目的】基于SRI对黑河流域水文干旱进行等级划分及特征分析。【方法】利用2种不同的径流丰枯等级分类方法,对黑河流域莺落峡水文站的径流资料进行概率统计分析,提出基于SRI的水文干旱等级划分标准(标准1),分别采用标准1和基于标准化降水指数(SPI)的干旱等级划分标准(标准2),识别水文干旱历时、烈度、烈度峰值3个干旱特征变量,利用Copula函数进行水文干旱多变量联合分布研究,选取RMSE、AIC、BIC准则作为联合分布拟合优度检验的判别依据优选Copula函数类型,计算了不同干旱事件的重现期。【结果】基于标准1的水文干旱等级划分结果比标准2更符合实际干旱情况;单变量重现期介于联合重现期与同现重现期之间,可以进行干旱事件重现期估计;黑河流域发生持续2.68个月的重旱事件的重现期为3 a。【结论】基于SRI的干旱等级划分在多变量水文干旱研究中使联合分布函数拟合更优,分析得到的干旱特征更接近实际情况。     

基于耦合协调度的大理河流域径流和输沙关系分析

深入研究流域水沙关系变化是解决黄河流域高质量发展关键问题的重要科学途径之一。自20世纪50年代以来,黄河中游地区实施了大规模的水土保持工程,径流和输沙显著减少,水沙关系发生变化。该研究利用Mann-Kendall趋势检验法分析了1960—2015年来大理河流域的径流输沙变化趋势,并构建基于耦合协调度理论和Pettitt检验方法的径流输沙关系变异诊断方法,识别大理河流域径流和输沙关系的突变点,并通过Copula方法进行验证。结果表明:1)大理河流域径流输沙在月尺度和年尺度呈现显著的下降趋势;2)大理河流域径流和输沙关系在1996年发生显著突变;3)径流输沙关系发生突变后,径流和输沙均明显减少,输沙的减少幅度比径流的减少幅度高29.19个百分点,径流对输沙贡献程度下降幅度为5.10%,单位径流的输沙能力降低;4)淤地坝建设和植被恢复是造成大理河流域水沙变化的主要因素,修建淤地坝和恢复植被对减少泥沙具有积极作用。研究成果可以为进一步深化理解大理河流域水沙关系变化以及水土流失治理提供依据。     

基于Kendall重现期的华南中小流域洪水峰量联合分布研究

[目的]对山区中小流域洪水峰量联合分布进行研究,以期为山区洪水防治提供理论参考。[方法]基于Archimedean Copula函数与Kendall测度分析3个山区中小流域的洪峰洪量联合分布的3种重现水平。由择优构建的Gumbel Copula及Kendall测度计算了洪水峰量联合分布的"或"、"且"和Kendall重现期及其设计洪水分位数。[结果]①洪峰和洪量之间具有高相关性,Kendall轶相关系数达0.76以上;②3个流域洪水峰量同频遭遇风险概率很大,均超过81%;③在工程经济安全两方面,对比设定的重现期显示,介于"或"重现期和"且"重现期之间的Kendall重现期更准确地反映洪水峰量联合分布的风险率;④按两变量"或"重现期洪水峰量和同频率推算的洪水设计值偏高。[结论]以Kendall重现期推算的洪水峰量设计值,可为山区中小流域防洪工程安全提供新的选择。     

Copulas函数在多变量干旱联合分布中的应用

以渭河流域西安站77年的月降水资料为例,采用7种单参数族Copulas函数,建立干旱特征变量之间的联合分布。经拟合优度评价,Plackett Copula函数对干旱历时和干旱烈度、干旱历时和干旱烈度峰值之间拟合程度最好;而Clayton Copula函数对于干旱烈度和烈度峰值拟合程度最好。分别应用这2种Copulas函数对西安站进行干旱特征变量之间的二维条件概率分布及组合重现期计算。结果表明,Copulas函数能较好的描述干旱特征变量间的联合分布;并且具有灵活性和应用范围广等特点,在多变量干旱特征分析中具有广泛的应用前景。     

基于Copula函数与经验频率曲线的富营养化风险分析

富营养化问题是我国湖泊面临的重要问题。太湖作为我国东部最大的淡水湖泊，附近城市供水水源地，其富营养化问题直接关系到苏州、无锡、江阴、湖州等环太湖城市的饮用水安全。选取浮游动物生物量、浮游植物生物量和叶绿素作为浮游生物数量的3个指标，绘制经验频率曲线，并采用Copula函数将其进行有效联结，从而得到太湖不同分区的富营养化风险评估。结果表明，太湖西北部湖区富营养化较为严重。     

基于Copula函数的河川径流丰枯遭遇分析

【目的】研究两变量联合概率的分布问题,探讨干支流的丰枯遭遇分析方法。【方法】采用Copula函数,构建了渭河干流及其支流千河年径流的联合概率分布模型,对干支流的丰枯遭遇进行分析,并绘制了干支流联合分布等值线图。【结果】宝鸡市渭河干流年径流量的边际分布服从皮尔逊Ⅲ型分布,而支流千河年径流量的边际分布服从对数正态分布,且干支流同时出现丰水年的概率大于同时出现平、枯水年的概率。【结论】用Copula法描述干支流的丰枯遭遇问题具有可行性。     

复合干热胁迫下黄土高原夏季植被脆弱性评估

随着气候变化的加剧,高温干旱事件频发,对植被健康生长造成了严重影响。针对相关性方法难以准确刻画复合干热胁迫下植被脆弱性的问题,利用1982—2015年去趋势和标准化的归一化植被指数（detrended and standardized normalized difference vegetation index,SNDVI）、标准化降水蒸散发指数（standardized precipitation and evapotranspiration index,SPEI）和标准化气温指数（standardized temperature index,STI）,构建基于Vine Copula的复合干热胁迫下植被脆弱性评估模型,量化黄土高原不同土地利用类型和气候区植被对高温干旱的响应关系。结果表明：1）黄土高原大部分区域SNDVI与SPEI呈正相关关系,与STI呈负相关关系,草地SNDVI与SPEI、STI的相关性最高,其次为耕地,林地最低;2）相对于单一干旱或高温事件,复合干热事件进一步加剧了植被脆弱性,复合干热胁迫下黄土高原6、7、8月植被损失概率分别为0.51、0.57和0.55,较高的区域集中在陕西北部、宁夏、甘肃东部和内蒙古等地区;3）黄土高原地区不同植被类型对复合干热的脆弱性各异,脆弱性从大到小依次为草地、耕地、灌木、林地。研究结果有助于深入了解植被对气候极端事件的响应,支持应对气候变化的陆地生态系统风险管理。     

一种基于PSO的改进光流算法

在假设各个业务线的增量已决赔款服从伽玛分布、逆高斯分布和对数正态分布的基础上, 建立了各个业务线增量已决赔款的GAMLSS模型, 并将此模型应用于一组具有明显异方差的车险数据, 拟合效果优于均值回归模型. 另外, 在多个业务线的准备金估计中, 不同业务线之间的相依性通过藤Copula函数来描述. 用D藤Copula描述相依关系的GAMLSS模型对准备金的评估结果既优于独立假设下的GAMLSS模型和链梯法对准备金的评估结果,同时还刻画了不同业务线之间的尾部相依性.     

基于Copula分析生态恢复对黄土高原水沙频率耦合关系的影响

为探讨黄土高原水土流失持续治理（P1,1960—1979年;P2,1980—1999年）及退耕还林（草）（P3,2000—2019年）不同阶段水、沙频率耦合特征及演变,基于典型黄土丘陵沟壑区北洛河上游刘家河站1960—2019年的径流量与输沙量实测日数据,采用Copula函数等方法进行水、沙频率统计和模拟。结果表明：（1） Gumbel-Houggar Copula函数能很好地模拟上游水、沙联合概率分布。（2）从P1~P3阶段,5~100年各重现期径流、输沙数量均显著降低,各设计频率的水沙数量在发生概率上的异步性增强。（3）水土流失治理和生态环境建设对黄土高原生态水文过程的影响主要表现在大幅降低20年以上重现期水、沙极端事件发生的概率。黄土高原大幅度的生态恢复在区域尺度上已经表现出减水更减沙、调节水、沙极端事件发生概率等良好的生态功能。     

基于两变量联合分布的干旱特征分析

以标准降水指数作为干旱指标,通过Copula函数构造干旱历时和干旱程度的联合分布来分析干旱的基本特征,并以汉江上游为例进行了应用研究.结果表明,由于联合分布考虑了两变量之间的各种组合,并且可以求出各干旱历时或干旱程度下的条件概率,因此,能够更全面地反映干旱的特征.