时间序列分析关键问题研究

简要介绍了时间序列的定义、模型及型态,重点研究了时间序列分析的相关内容,最后对其未来发展方向进行了展望。     

佳木斯地区1956-2010年径流量时间序列变异分析

日趋频繁的极端天气和大规模的水资源开发对区域生态环境产生严重的影响,准确获取径流量时间序列的变化特征可为水资源的合理开发和水利水电工程规划运用提供科学的决策依据。采用趋势检验法、Mann-Kendall突变分析法和小波分析对佳木斯地区1956—2010年径流量变化的趋势性、突变性和周期性特征进行了深入的研究。结果表明:近45年来,佳木斯地区各季节及全年径流量的年际总体变化趋势的倾向率各不相同,春季、夏季、秋季及全年径流量呈明显下降趋势,而冬季径流量则呈缓慢上升趋势;各季节及年径流量的时间突变点基本一致,都分别发生在1967年、1972年和1998年左右;该地区四季及年径流量的周期变化特征差异较大,22年、13年、9年和4年左右尺度波动较为明显。     

应用时间序列模型分析长武塬区地下水水位的变化特征

针对长武塬区地下水资源贫乏的问题,运用时间序列分析理论对长武塬区地下水位动态变化进行了分析和横拟.采用多项式拟合计算水位动态的趋势分量,运用谐波分析提取周期项,利用自回归(AR)模型模拟随机分量,将得到的三个分量进行叠加建立预报模型.依据长武塬区三口监测井的月平均水位埋深资料,运用SAS提供的指数平滑模型建立地下水位动态模拟和预测模型,并对模型的模拟和预测精度进行分析.(1)时间序列分析法可以简易快捷地模拟预测研究区的地下水位变化,且计算简单,所需资料较少且易于获得,可作为一种简易快速的地下水位模拟预测模型;(2)所建立的时间序列模型需要及时更新资料以提高预测精度;(3)通过对周期项的分析可知研究区地下水位变化存在的主要周期为7.4～10 a,且周期逐年增长,揭示了地下水位的多年变化规律;(4)研究区地下水水位呈下降趋势,尤其近几年水位下降幅度增大,应加以控制.     

通辽市PM10质量浓度变化监测分析

分析通辽市2011年5月-2012年12月PM10质量浓度资料,统计结果表明:①PM10年均质量浓度为91.42μg/m3,未达到国家环境空气质量二级标准;②PM10的季均质量浓度特征是春季冬季秋季夏季,PM10月均质量浓度与季节分布基本一致;③PM10质量浓度在一周中呈现出单峰变化的特点,峰值浓度出现于周四;④PM10质量浓度日变化呈双峰型分布。不同季节日变化波动不同,春季峰值主要与扬沙、浮尘、沙尘暴发生有关。夏、秋、冬上午峰值时间不同而下午峰值时间相同,这主要与日出日落时间和其他气象条件,以及上、下交通高峰相关。     

基于时间序列NDVI相似性分析的棉花估产

多时相遥感数据能比单一时相反映更多的作物产量信息,挖掘多时相遥感信息以提高作物估产精度具有重要意义。该文以新疆生产建设兵团农一师一团的棉花为研究对象,提出了一种融合分区概念和时间序列NDVI(归一化植被指数)相似性分析的棉花估产方法。首先,通过植被指数与产量的相关性比较分析,确定NDVI为棉花估产因子,在此基础上根据棉花品种和土壤条件的差异,将研究区棉田划分为不同类型的生长区;然后,结合每个生长区获取的样点产量数据,确定各生长区时序NDVI估产模型的拟合系数;最后,融合距离与角度相似性算法,对各生长区内所有棉花像元的时序NDVI数据构成的向量与产量样点对应的时序NDVI向量进行相似性分析,确定待测棉田像元最佳的估产模型,实现对整个棉田区域棉花产量的遥感估测。结果表明,基于分区和时序NDVI相似性分析的棉花产量预测值与实测值决定系数达到0.77,该方法具有较好的操作性和适用性。     

基于时间序列分析并预测三峡库区局地环境温度的变化

利用湖北秭归三峡库首典型区的气象监测资料,采用时间序列分析和自回归积分滑动平均模型（ARIAM）方法,对三峡库区2001-2015年局地环境温度变化进行趋势和预测分析,以探讨三峡工程蓄水对库区局地气候环境变化的影响。结果表明,研究区域局地气温和地温的时间序列为季节性非平稳时间序列,年际月平均气温峰值在7月（29.0℃）,低谷在1月（6.0℃）;研究期内局地平均气温在2003年降至17.8℃,2007年稳定升至18.3℃;2011年持续降至的17.1℃,之后稳定升至2013年的17.9℃。平均地温在2005年升至21.2℃,2008年持续降至19.4℃,后期在2013年稳定升至20.1℃。分析结果显示,在2003年蓄水前后三峡库首典型区局地环境温度呈现一定程度年际波动,但不存在显著单一的变化趋势,说明在研究期15a内三峡工程蓄水对研究区域的局地环境温度未产生显著影响。用ARIMA模型获得了气温和地温的最佳预测模型,2015年预测值与监测值的符合程度良好,可进一步利用该地区长期监测数据对模型进行优化和应用。     

慈溪1000年时间序列农田土壤氮矿化和硝化的变化

长时间序列土壤关键氮（N）转化过程和相关微生物的变化规律仍不清楚。以慈溪市滨海围垦农田土壤为研究对象,利用室内培养法研究了11个不同利用年限土壤（0～1 000 a）N矿化速率、硝化强度和硝化细菌数量。结果表明,随着利用年限的增加,土壤电导率和pH下降,而有机质和全氮逐渐积累,土壤性质在利用前50 a内变化幅度较快;土壤N矿化速率的大小表现为：220～1 000 a >0～50 a >60～200 a;硝化强度大体随着利用年限的延长而增强,而土壤硝化细菌数量表现为在0～20 a增加后逐渐降低的趋势,其中,20～60 a达到最高;皮尔森相关和聚类推进树（ABT）分析表明,土壤利用年限（45%）、电导率（12%）和有机质（11%）是影响硝化强度的主控因子,土壤中NH₄⁺-N和有效磷含量分别是影响N矿化速率（86%）和硝化细菌数量（42%）的关键限制因子。因此,海陆界面土壤在持续农业利用过程中,硝化强度及硝化细菌丰度得到一定加强,但同时受到历史条件和当代环境因素的共同影响。     

岷江上游径流枯水年时间序列的分形研究

分形是研究复杂自然现象的有力工具之一.本文在分形概念基础上介绍了分形在水文时间序列中的应用。利用多年径流的丰枯时间序列的分形特征,根据岷江上游多年径流丰枯变化的实测资料,对多年径流的丰枯变化长期趋势进行了预测分析,并给出了预测未来短期枯水/丰水年出现年份的方法。结果表明,利用R/S方法预测丰枯变化趋势预测是一条较为有效的途径。     

Mann-Kendall检验及其在河流悬沙浓度时间序列分析中的运用

探计了Mann-Kendall非参数秩次相关检验在时间序列分析方面的应用,并以云南省文山州盘龙河为例,把它运用到河流悬沙浓度时间序列的趋势分析和突变分析研究中.结果表明:①M-K检验同样适用于河流悬沙浓度的趋势与突变分析;②盘龙河自20世纪60年代初至90年代末河流悬沙浓度一直表现为波动上升趋势,1999年后有下降的迹象;③盘龙河的河流悬沙浓度自20世纪60年代以来存在着两个明显的突变点,其一在1973年,其二在1999年.     

中小区域尺度时间序列林地LAI快速估测方法

时间序列LAI对模拟大气与植被边界上的碳水交换过程至关重要,其已经成为众多区域尺度的碳水循环机理模型研究中重要的驱动数据。针对低空间分辨率MODIS LAI产品在中小区域尺度应用时表达LAI的空间异质性精度差问题,该研究提出了一种中小区域尺度时间序列林地LAI快速估测方法。该方法首先提取了林地MODIS LAI的归一化生长曲线,利用三次样条插值函数进行归一化LAI曲线的拟合,以此曲线模拟LAI的全年变化情况;其次基于传统遥感统计模型和TM遥感数据估测展叶完全时期的LAI,作为研究区域LAI的最大值并以此控制LAI生长曲线;最后将归一化LAI拟合函数与最大LAI相乘得到时间序列LAI数据集。试验结果表明:MODIS LAI产品对中小区域尺度较高空间分辨率LAI值的估测不够准确,但MODIS LAI归一化生长曲线与归一化的实际LAI生长变化情况保持较高的一致性,可以用来模拟LAI的全年变化情况;该研究提出的方法可简单、高效地为中小区域尺度的其他研究提供有效的时间序列林地LAI数据。     

水库水质之时间数列分析研究

本研究将以德基水库中总磷资料计算 TSI（Trophic Status Index）优养指数,并利用相乘性分解方法（multiplicative decomposition method）进行德基水库水质优养化时间数列分析研究,用以了解德基水库水质之优养化变化情形。研究显示,德基水库季节变化（S）之水质优养化变动情形每年有一高峰期,从 4～10月,总长度达 7个月之久。此外,德基水库优养指数长期趋势（T）乃显示随时间（t）呈缓慢成长状态,其间的关系可表示为 T =51.4231+ 0.0605t,其中 t=1,2,3……,161。至于在循环变动（C）的研究中则发现,循环变动周期自早期的 2～3年,逐渐缩减至 1年左右。由此可知,德基水库水质优养化的情形有日益严重的趋势。     

一种基于回归分析与时序分析的降水预报模型

中长期降水预报存在的问题是资料不足和预报精度较低.运用回归分析与时序分析相结合的方法,将实测降水序列分解成趋势、周期、随机3种成分,并分别构建各分量的子模型;将3个子模型线性叠加,并对拟合的纯随机序列进行修正,得到降水预报的第三类模型;进而给出了模型精度评价方法.实例分析表明,运用修正后的模型进行降水预报,可以缩小峰值处的误差,预报精度比其余两类模型有所提高.该方法可仅根据历史资料进行降水预报,对资料要求较低,精度可靠,是一种实用的方法.     

基于Box—Jenkins方法的黄河水质时间序列分析与预测

采用基于Box-Jenkins方法的时间序列分析技术,对黄河上游甘肃兰州段、中游吴堡和下游山东利津段的水质进行了趋势分析和预测。选取对水质产生影响较大的两个污染因子化学需氧量（CODMn）和溶解氧（D0O1994—2003连续10a的月平均水质监测数据,借助Matlab和SAS统计软件,建立了ARIMA模型和乘积季节时间序列模型,并分析了这两个污染因子随时间推移的变化规律。结果表明：ARIMA模型和乘积季节模型能够用于短期水质预测,并且预测效果较好。黄河流域从上游到下游水质总体状况呈逐渐下降趋势,上游水质一般为Ⅱ和Ⅲ类,而中游和下游水质基本为Ⅳ、Ⅴ和超Ⅴ类。     

时间序列分析模型在山东省粮食总产量预测中的应用

对比传统时间序列分析模型(线性回归、二次滑动平均、一次平滑、二次指数平滑和三次指数平滑等)与ARIMA模型在山东省粮食总产量中的拟合精度,并应用ARIMA(2,1,12)模型预测了未来3年内山东省粮食总产量.结果表明,在山东省粮食总产量拟合中,ARIMA(2,1,12)模型得到的粮食总产量拟合值与观测值的相对误差处于±10%和±5%范围内的分别为73.333%和53.333%,回归方程的决定系数为0.959,优于传统时间序列分析模型;利用ARIMA(2,1,12)模型预测未来3年内山东省粮食总产量,粮食总产量有逐年上升的趋势,且增长率逐年上升.     

干旱时序分析应用于台湾西南部地区

台湾西南部地区因气候、地形、环境特殊,使降雨在时间与空间上分布不均,易发生干旱,本研究利用标准化降雨指标衡量降雨丰缺情况,评估西南部地区干旱时空变动特性。以132个气象站为分析对象,以水文数据为主,干旱历史事件为辅进行整理,确认干旱的起始、延时状况及范围,并建立各项水文参数的干旱等级界限值,进而探讨该指标干旱监测能力。本文以2002年及2003年干旱惫为例进行研究,结果显示：标准化降雨指标可有效且准确地显示一场干旱的起始,具显著的干旱累积效应。利用累积4个月的标准化降雨作为评估指标,所预测出的干旱空间分布与历史干旱事件形态较为一致,因此以累积4个月的标准化降雨对西南部地区干旱事件进行描述是适当且合理的。     

基于AOD数据的新疆大型露天煤炭开采区PM2.5和PM10反演

MODIS气溶胶产品AOD与PM2.5、PM10浓度高度相关,已广泛应用在PM2.5、PM10浓度模拟.该研究以新疆维吾尔自治区大型露天煤炭开采区准东矿区为研究对象,结合实测的2014年5月、7月、9月、12月PM2.5、PM10质量浓度数据与经过垂直湿度订正的MODIS气溶胶产品AOD,利用多元回归进行拟合建模,从建立的40个模型中选取最优模型并据此对研究区PM2.5、PM10的质量浓度进行定量估算.结果表明:AOD与PM2.5、PM10呈极显著正相关;4个月AOD与PM2.5、PM10质量浓度估算模型最优模型均为多项式模型;其中7月AOD与PM2.5质量浓度拟合模型较好(R2=0.6258),实测值与预测值拟合趋势线R2为0.8057;9月PM10拟合模型效果理想(R2=0.7329),实测值与预测值拟合趋势线R2为0.8077;将AOD代入最优模型反演PM2.5,从空间层面上反映出各区域PM2.5浓度差异明显.研究结果可为AOD的深度利用与PM2.5、PM10浓度的遥感估算提供参考,在大气污染物空间分布、监测大气环境质量、污染预测等方面都具有重要意义.     

典型峰丛洼地坡面土壤水分动态变化的时序分析

采用时间序列分析方法，分析了2004年5～9月广西环江典型峰丛洼地坡面上6种土地覆被类型10，20cm土壤水势与降水动态变化的相关关系。结果表明：（1）灌丛与板栗覆草土壤中的水分较充裕，其含量受天气的波动变化较小，对降水的影响具有缓效性、长期性的特点；（2）坡耕地中水分含量较低，随降雨的波动变化剧烈，但南瓜的地上植株部分对土壤水分的调节保持有积极作用；（3）撂荒草地与木豆土壤水分含量的层间差异都较显著，对降水响应的即时性也强，但撂荒地20cm土层对降水的响应期长些，能保证短时间内向10cm土层的水分补给；（4）处于幼龄期的板栗，土壤水分变化反映的是仅受天气影响下的自然裸露坡地的状况，变化介于灌丛、板栗覆草和撂荒草地、木豆之间。     

基于时间序列分解方法的太湖未来特征水位预测

基于太湖沿湖5个水文台站1956—2006年的逐日平均水位数据,提取得到了逐年特征(平均、最高和最低)水位,运用时间序列分解方法模拟和预测了太湖未来15a的特征水位,并探讨了太湖未来洪灾情势。将水位序列分解为趋势成分、周期成分和随机成分,得到时间序列分解模型,并进行了水位序列模拟和预测。分析结果表明,该模型的模拟精度比较理想,可以实现未来较长期的特征水位预测。预测得到未来15a后的最高水位可能达到4.05m,显著超过太湖警戒水位,因此需引起相关部门的重视。