运用蒙特卡罗方法预报年降水量研究

本文将蒙特卡罗 ( Monte- Carlo)方法应用到吉林省白城地区年降水量预报工作中。把年降水量作为随机变量来处理。根据白城地区过去 40年降水资料 ,提取该地区年降水量变化所蕴含的随机性和统计规律性 ,这些属性表征了该地区年降水量变化的固有特征。根据这些特征 ,运用蒙特卡罗 ( Monte- Carlo)方法 ,并利用 VB语言编程 ,对该地区未来 2 0年降水量变化进行了预报     

不同截取水平下咸阳市干旱特征

根据1959-2005年咸阳市11个测站的降水资料,采用统计分析法,推导出干旱历时的概率分布参数计算公式,取实测序列的均值作为截取水平,对咸阳市11个测站的降水序列进行干旱历时概率分布参数的求解.然后,采用全历时重现期法,对咸阳市干旱历时重现期在两种不同干旱等级(平水年和偏枯年)对应的截取水平进行了精确计算.对于干旱烈度及其重现期,则假定实测序列服从正态分布,且该序列干旱烈度服从Gamma分布,同样,选取两种截取水平,计算咸阳市11个测站降水序列的干旱烈度概率分布参数以及干旱烈度重现期.结果表明:采用偏枯状态对应的截取水平计算的重现期能更好地反映区域干旱发生的内在规律性.     

禾谷孢囊线虫(Heterodera avenae)纤维素结合 蛋白基因(Ha-cbp-1)的克隆和序列分析

 禾谷孢囊线虫(Heterodera avenae)是中国小麦上的重要病原线虫。纤维素结合蛋白基因是一种重要的植物线虫寄生和致病相关基因。用同源克隆的方法从禾谷孢囊线虫寄生前二龄幼虫中克隆出一种纤维素结合蛋白新基因Ha-cbp-1（GenBank 注册号GQ178086）cDNA序列。Ha-cbp-1基因cDNA包含1个开放阅读框,编码131个氨基酸残基的蛋白质,预测蛋白由1个长度为18氨基酸残基的信号肽和1个纤维素结合区域（CBD）组成。Ha-cbp-1的基因组DNA序列含有2个内含子。预测的禾谷孢囊线虫纤维素结合蛋白（HA-CBP-1）序列与大豆孢囊线虫纤维素结合蛋白（HG-CBP-1）序列有60%的同一性和76%的相似性,与甜菜孢囊线虫纤维素结合蛋白（HS-CBP-1）序列有60%的同一性和75%的相似性。本研究首次从禾谷孢囊线虫中成功克隆出CBP蛋白基因。     

1965-2012年新疆北部地区气候变化及其对北极涛动的响应

近年来,增温增湿趋势影响着新疆北部(以下称北疆)的生态系统与农牧业发展,有必要对北疆气候变化及其归因进行深入剖析.根据北疆地区23个台站月平均气温、降水资料和北极涛动指数(AOI)标准化序列资料,采用线性倾向估计、累积距平、滑动t检验、相关分析、小波变换等统计方法,分析了1965-2012年北疆地区气温与降水的变化特征及其对北极涛动(AO)的响应.结果表明:①北疆年平均气温与年降水量变化呈上升趋势,线性倾向率分别为0.41 ℃·(10a)-1及11.26 mm·(10a)-1;二者发生突变时间分别在1988年和1986年前后;突变后,北疆春、秋、冬季增温显著,夏季气温增幅不明显;北疆降水量各季都有所增加,且以冬季增幅最大.②北疆气温、降水与AOI的变化周期具有一定程度的相似性:冬、夏季气温及降水与AOI在准3 a尺度周期上有很好的频域对应关系.③北疆冬季气温序列与AOI相关性较高;北疆冬季气温、降水与AO变化在多个周期尺度上呈显著相关且滞后0.5 ～1 a,说明AO变化对北疆气温和降水具有实际预报价值.     

最优子集回归在武威市降水预报中的应用

选用Micaps下发的ECMWF 0～120 h格点场资料,使用差分法、天气诊断、因子组合等方法构造出能反映本地天气动力学特征的预报因子库.根据大气环流产生降水的物理机制不同,将天气形势分为西北气流型、西南气流型和不规则型3种,分别对预报因子和预报量进行线性0,1标准化处理,采用Press准则初选冈子,最优子集回归建立武威市6个站点不同天气类型的0～120 h降水预报方程,用多因子概率权重回归预测其降水概率.预报方程的降水和晴雨拟合率达0.742,0.783;投入业务试用后,0～120 h降水和晴雨预报准确率Ts 达0.653,0.813.说明该预报模型对降水天气预报能力强.其预报能力超过或接近日常业务预报,为地市级客观预报提供了有效的指导产品.业务系统与MICAPS对接,实现全自动化,输出的预报产品客观、定量.     

稻田飞虱、狼蛛种群密度动态数据时间序列预报模型

本文利用湖南湘阴1977—1984年田间动态数据,建立了飞虱ARIMA与狼蛛ARMA预报模式。计算值与观测值的相关系数分别为0.860和0.785。对1985年早稻一季长期数量预报应验率高。文中还分析了密度制约信号与环境噪声的生物学意义。大量的病虫特征田间观测、灯诱、性诱等定时记录,时间以离散形式变化,特征随时间变化,彼此间既有某种统计的依赖关系,又受各种偶然因素影响,表现出某种随机性。时间序列分析提供了处理这种离散动态系统的数据建立模型和预报的方法。     

渭河流域干旱指标空间分布研究

基于月降水数据,运用干旱指标研究渭河流域的干旱特征。以西安站为例,详细对比了Z指数与SPI计算结果的一致性和差异;分别采用1、3、6、9、12个月和24个月时间尺度SPI分析了该站历史旱涝状况及持续时间,并探讨了其季节旱涝特征。计算了渭河流域1995年11月不同时间尺度的SPI值,并绘制了相应的空间分布图。结果表明：多时间尺度SPI[WTBZ]能够反映出降水的分散情况,并给出降水量区间与干旱指标的对应关系,是进行旱涝监测和预报的一种有效手段;发生于1995年的渭河全流域干旱具有季节性和多年特征,干旱程度总体上由东南部向西北部递减。     

新疆塔城地区中小河流径流成因分析及预测

以塔城地区乌拉斯台河为例,根据其年径流量(1966-1995年)序列的长期变化特征,提出了时间序列分解预测模型,即将年径流系列分解为趋势项、周期项、随机项,通过对其各项进行识别、提取,再将各项线性叠加,从而建立年径流量预测模型.从模型的识别过程可得,乌拉斯台河年径流具有不显著的递增趋势和明显的周期变化,同时具有一定的随机性.从模型的检验来看,所建模型具有较好的适应性和预报精度,并且拟合效果较好,说明这种预测方法有一定的实用性.     

象耳豆根结线虫Hsp70基因的克隆与原核表达

采用RT-PCR、c DNA末端快速扩增法(RACE),克隆了象耳豆根结线虫Hsp70基因的全长c DNA(Me Hsp70)序列。Me Hsp70 c DNA全长2 203 bp,含有1 959 bp的开放阅读框,编码653个氨基酸,相对分子量为71.09 k Da,具有3段Hsp70家族的签名序列,Gen Bank登录号KF739434。同源性分析表明,氨基酸序列与其他真核生物的Hsp70序列具有很高的相似性。该Hsp70与其他物种中的Hsp70进行系统进化分析,结果显示,Hsp70的系统发育树不能体现物种间的亲缘关系,推测其反映的是不同物种间Hsp70生物学功能的相似性程度。构建了一个原核表达载体p EASY-E1-Me Hsp70,当IPTG终浓度为0.4~1.0 mmol/L时,能诱导表达融合蛋白。Me Hsp70基因的克隆和表达,将为象耳豆根结线虫的生态适应性机理研究提供依据。     

水稻纹枯病病情指数预测模型研究

水稻纹枯病是水稻最重要的真菌性病害之一,准确预测该病的发生对纹枯病的防控具有重要的实践意义。本研究以衡阳地区1995—2013年纹帖病病情指数为基础,基于地统计学分析纹枯病时效性特性,提取时效自变量,并整合气象因子构建支持向量回归非线性预测模型。然后基于非线性多轮末尾汰选,从23个初始自变量中(气温、降水、日照等18个气象因子以及5个时效因子)获得了13个纹枯病诱发因子,并以此构建高精度非线性稻纹枯病发生预报模型。对1997—2013年早、晚稻纹枯病病情指数实施预报,其均方误差MSE为5.97,R~2达到0.831 8。预测结果表明,该模型能准确预报纹枯病的发生程度,可为及时制定纹枯病防治策略提供可靠的指导。     

气候预测对象与影响因子关系不稳定性及其统计集合预测模型的改进

通过对"滑动相关——逐步回归——集合分析"短期气候预测方法的研究及其业务应用进行了综述。从深入分析气候预测对象与影响因子关系不稳定性问题入手,提出物理统计与集合分析相结合的气候预测建模理念,设计了"滑动相关——逐步回归——集合分析"气候预测模型。在改进该预测方法的过程中,先后提出了"交叉建模"集合预测思路,建立了"持续异常"与"转折影响"不同因子信息拓展方案,构建了"原始序列"与"去线性趋势"不同建模方案,再对最优模型进行集成分析。近8 a该方法参与国家气候中心全国汛期预测、全国秋季初霜冻初日预测,试用效果良好。在新疆地方气候预测服务中广泛应用,包括降水、气温、积温、热量指数、界限温度初终日期、沙尘日数的预测等。该方法在极端气候事件指数、应用气候指数的预测领域具有应用潜力。     

基于EMD和IDAR的灌区年降水量预测研究

针对降水量这样一种非线性、非平稳序列,研究经验模态分解方法(EMD)和信息扩散近似推理方法（IDAR）在年降水量预测中的组合应用,解决资料序列不充分情况下的区域降水量预测问题。首先,通过EMD方法对具有典型非线性与非平稳特征的年降水量时间序列进行处理,分解出包含原信号不同特征尺度的分量数据系列;然后应用信息扩散近似推理技术对各降水量分量间的复杂非线性关系进行描述,建立当前趋势以及相邻年份之间的预测规则,并进行预测。以文献案例灌区长系列降水资料为样本进行实例计算,并与其它预测方法进行了对比。结果表明：基于EMD和信息扩散近似推理的预测方法效果较好,误差绝对值和为1.30,优于人工神经网络、线性自回归方法以及单纯信息扩散近似推理的统计结果。同时,为了验证该方法的适用性,将该方法应用于文峪河灌区的降雨量预测,取得了满意的效果。研究中发现：信息扩散近似推理可将样本点转换成模糊集,部分弥补了由于数据的不完备性所造成的信息空白,并可将矛盾模式转换成兼容模式。而EMD方法可有效分解具有非线性、非平稳特征的降水序列,保留其原序列在空间（或时间）各种尺度上的分布规律。两者结合对解决样本不完备的非平稳序列的预测问题是非常有价值的。通过与其它预测方法比较,发现该模型能够很好地光滑样本数据以及能够较好地发掘知识,有较高的预测精度和推广应用价值。     

A cultivated area forecasting approach in artificial oases under climate change and human activities

The cultivated area in artificial oases is deeply influenced by global climate change and human activities. Thus, forecasting cultivated area in artificial oases under climate change and human activities is of great significance. In this study, an approach named GD-HM-PSWROAM, consisting of general circulation model downscaling(GD), hydrological model(HM), and planting structure and water resource optimal allocation model(PSWROAM), was developed and applied in the irrigation district of the Manas River Basin in Xinjiang Uygur Autonomous Region of China to forecast the cultivated area tendency. Furthermore, the catchment export of the MIKE11 HD/NAM model was set to the Kensiwate hydrological station. The results show that the downscaling effects of temperature can be fairly satisfying, while those of precipitation may be not satisfying but acceptable. Simulation capacity of the MIKE11 HD/NAM model on the discharge in the Kensiwate hydrological station can meet the requirements of running the PSWROAM. The accuracy of the PSWROAM indicated that this model can perform well in predicting the change of cultivated area at the decadal scale. The cultivated area in the Manas River Basin under current human activities may be generally decreasing due to the climate change. But the adverse effects of climate change can be weakened or even eliminated through positive human activities. The cultivated area in the Manas River Basin may even be increasing under assumed human activities and future climate scenarios. The effects of human activities in the future can be generally predicted and quantified according to the cultivated area trends under current human activities and the situations in the study area. Overall, it is rational and acceptable to forecast the cultivated area tendency in artificial oases under future climate change and human activities through the GD-HM-PSWROAM approach.     

土地利用变化预测研究——以西安地区为例

基于1988年与2003年两期TM影像,综合遥感与GIS技术以及马尔可夫模型,分析了西安土地利用变化的空间特征以及由此引起的一系列环境效应。主要表现在:城镇建设用地、果园以及未利用地面积增加,而水体与农用地减少。城镇建设用地增加是以侵占大量的农用地为代价的,从而导致粮食安全问题变得突出,水体面积的持续减少使矛盾加剧。利用马尔可夫模型对研究区的土地利用变化进行理论趋势值分析表明,研究区内土地利用变化以各类型转化为城镇建设用地的趋势最强,显示了研究区正处于城市化的快速阶段;最后预测,在今后一段时期内,农用地、林地面积和水体将持续减少,基本农田保护与建设用地扩张的矛盾将变得尤为突出。因此,要加强基本农田建设,以提高单位土地产量,大力开展植树造林与植被恢复活动,保护当地的生态与环境。     

气候变化背景下埃及吹绵蚧在中国的适生区预测

基于埃及吹绵蚧分布点的经纬度数据,利用最大熵模型MaxEnt软件对埃及吹绵蚧在中国当前和未来(2050年和2070年)的适生区进行了预测,为林业和海关检疫部门对埃及吹绵蚧当前与未来的防控与检疫工作提供重要参考依据。在本研究中,梳理并筛选了埃及吹绵蚧在国内外的分布点,通过优化MaxEnt生态位模型,预测了在当前气候和未来气候下埃及吹绵蚧在中国的潜在分布,通过统计软件计算了各种气候条件下的适生区面积,并对影响埃及吹绵蚧分布的环境因子进行了筛选和统计。预测结果显示,基于当前气候,埃及吹绵蚧在我国的潜在分布区包括华南全部地区、华中和西南部分地区,主要集中在我国经度98°E～123°E、纬度20°N～30°N的地区。未来气候条件下的适生区范围呈现增大的趋势;刀切法(Jackknife)显示,对埃及吹绵蚧分布影响较大的环境要素主要为降水量,同时模型计算了埃及吹绵蚧定殖所需的四项环境要素的适宜范围。结合实际踏查数据和文献资料,MaxEnt模型预测结果可信度高,精确预测了影响埃及吹绵蚧分布的环境因子及其适生区范围,对埃及吹绵蚧的研究具有重要意义。     

伊犁地区降水特征及变化趋势分析

根据伊犁地区6个代表站上世纪50、60年代至2003年的实测降水资料,分析了伊犁地区降水量的地区分布、变化特征及其多年来的变化趋势。     

基于熵组合权重属性识别模型的草原生态安全评价——以甘南黄河水源补给区为例

基于P-S-R模型,分别采用层次分析法和信息熵法确定指标权重,利用最小信息熵原理综合为组合权重;采用属性识别模型进行指标评价,建立草原生态安全评价的熵组合权重属性识别模型(AR-CWE)。结果表明:甘南黄河水源补给区的整体草原生态安全状况处于较差状态;草原生态环境恶化的乡镇集中于纯牧区,较差乡镇集中于半牧区,而较好的乡镇则集中于农区;通过对各乡镇的草原生态安全状况分析,发现降水和气温变化、人口素质、农牧民收入方式、牲畜超载率和草原退化率是影响各乡镇草原生态安全的主要因素。     

基于气象因子驱动的阴山地区马铃薯产量预测模型

为了及时掌握马铃薯产量,提高产中、产后气象服务能力,指导马铃薯生产,以内蒙古阴山旱作区马铃薯生产为例,利用16个旗县1980-2007年气象和产量资料及发育期等其它相关资料,采用相关和回归分析等方法,分区域分析了影响马铃薯产量的关键气象因子,并建立了气象产量预测模型.结果表明:(1)降水是影响产量的关键因子,温度次之;前山地区高温胁迫的影响大于后山,降水不足的影响则相反;干旱少雨、高温胁迫是制约该地区马铃薯产量提高的主要因素.(2)用逐步回归方法建立的幼苗期-结薯期、幼苗期-淀粉积累期、结薯期-淀粉积累期和生长季4个时间段的气象产量预测模型均达到极显著水平,拟合率75％以上,产量预测平均误差11.1％,误差变幅0.34％ ～ 27.9％,近85％的预测值准确率超出80％,对区域预测结果好于各旗县;(3)结薯期是对水热最敏感的时期;不同时间段模型中以生长季和幼苗-结薯期模型预测结果较好.所建模型可以在马铃薯产量预测业务中应用.     

准噶尔盆地南缘降水脉冲量级分布及其变化规律

对干旱区降水脉冲发生规律的分析,将为理解荒漠生态系统结构与功能提供新的视野。选择准噶尔盆地南缘的温泉、精河、乌苏、蔡家湖、奇台和巴里坤6个气象站近50多年的逐日降水资料,分析不同量级降水脉冲对年总降水频次和降水量的贡献以及变化规律。结果表明：小降水脉冲（≤5 mm）占到全年总降水频次87.5%,而大降水脉冲（>10 mm）只占到了4.3%。然而,小降水脉冲对年降水量的贡献为47.5%,大降水脉冲却贡献26.6%。近50多年来,准噶尔盆地南缘的年降水量有显著增加,但是,年降水频次的变化却不显著。这可以归结为小脉冲呈下降趋势,而大脉冲则显著增加。总之,近50多年来,准噶尔盆地南缘的降水脉冲在放大。