基于熵原理的年降水频率分布参数估计研究

【目的】研究最大熵、Meilin变换和交互熵3种基于熵原理的方法在年降水频率分布参数估计中的应用效果,为水文分布参数估计方法的选择提供依据。【方法】选用P-Ⅲ分布,以陕西省关中地区扶风、麟游、眉县、太白、西安和长武6个水文站年降水序列为例,应用最大熵、Meilin变换和交互熵法估计分布参数,计算年降水量拟合值,将结果与传统的矩法和线性矩法结果进行比较,并采用OLS和AIC准则评价频率曲线对实测值序列的拟合效果。【结果】OLS和AIC准则评价曲线的拟合优度基本一致,采用最大熵法估计分布参数时上述6个水文站的AIC值分别为255.421,255.673,240.592,264.032,419.178,289.437,采用Meilin变换估计时各站的AIC值分别为255.421,255.673,240.592,264.032,419.178,289.437,采用交互熵估计时各站的AIC值分别为249.967,251.269,232.356,257.481,412.545,276.879,采用矩法估计时各站的AIC值分别为256.436,256.037,241.109,262.969,419.122,291.161,采用线性矩法估计时各站的AIC值分别为250.081,251.992,232.828,256.229,414.030,278.745。频率曲线图与拟合优度评价结果一致,5种方法均可以取得较好的拟合效果,最大熵法和Meilin变换估计结果基本相同且优于矩法,交互熵法优于其他方法。【结论】最大熵、Meilin变换和交互熵3种参数估计法均可借助于计算机求解,是可行的年降水频率分布参数估计方法。     

基于交互熵原理的水文分布参数估计研究

【目的】研究交互熵法进行水文分布参数估计的普适性。【方法】应用最小交互熵原理研究Gumbel分布参数估计,在此基础上应用蒙特卡洛试验检验交互熵法统计性能,然后结合矩法和线性矩法等传统参数估计方法,以陕西省关中地区周至、武功、蒲城、礼泉、白水、潼关6个水文站年降水序列为例,计算年降水量设计值并拟合实测值序列,利用累积相对偏差平方和评价理论年降水量频率曲线对实测值序列的拟合效果。【结果】蒙特卡洛试验检验表明,交互熵法所求设计值的有效性指标估计量标准偏差(SE)和均方根误差(RMSE)小于矩法和线性矩法,偏差指标控制在7%以内;交互熵法估计周至、武功、蒲城、礼泉、白水、潼关6个水文站的累积相对偏差平方和分别为0.000 017 68,0.000 065 62,0.000 019 66,0.000 063 00,0.000 014 12和0.000 016 61,线性矩法估计上述6站的累积相对偏差平方和分别为0.000 087 62,0.000 093 55,0.000 086 52,0.000 101 39,0.000 065 15和0.000 069 05,矩法估计上述6站的累积相对偏差平方和分别为0.000 108 74,0.000 125 40,0.000 092 41,0.000 127 65,0.000 085 49和0.000 093 57。由此可知,交互熵法不仅具有较好的有效性与合理的不偏性,而且与实测序列的拟合效果也明显优于传统方法。【结论】交互熵法是一种可行的水文分布参数估计方法,能有效提高Gumbel分布参数的估计精度。     

基于最大熵原理的贝叶斯法在测量数据分析中的应用

工程安全监测过程中广泛存在着不确定性问题,它们为整体研究工程系统的运行状态产生了广泛的影响,从工程安全角度来看,深入认识和研究工程安全监测中可能出现的不确定性因素,充分考虑其影响,对提高工程安全监测分析水平具有重大的实际意义.本文在分析大坝工程坝区渗流观测资料和明确大坝渗漏成因的基础上,应用概率论与数理统计等随机理论建立最大熵原理的贝叶斯随机不确定性反分析模型,实现了对渗透系数的优化反演;并利用优化反演的渗透系数与常规反演法得到的渗透系数分别预测渗漏量,研究其精度的变化.     

最大熵原理在闪电强度谱分布中的应用

从最大熵原理出发,探讨了闪电频次与闪电强度之间的关系,得出一分布函数,并针对该函数进行了分析讨论,发现在一个完整的雷暴过程中,闪电频次与闪电强度之间大致遵从负指数关系。为验证该结论的适用性,采用江苏省闪电定位系统获得的闪电资料对其进行效果检验,发现理论结果与实际基本一致。     

基于最大熵原理的广义灰色关联模型及应用

通过对现有灰色关联模型的研究，以序列相邻采样点间的面积作为计算关联系数的依据，并基于离差最大化和最大熵原理，建立了计算关联系数权重的数学模型，得到加权灰色关联度。将该模型应用于工程招标问题中，结果表明该模型有较高的可靠性和应用性。     

基于EXCEL的水文频率计算软件开发

以W indow s XP,M icrosoft EXCEL和VBA为开发环境,研制了一套集绘图与计算于一体的水文频率分析软件,其中包含了常用的Γ分布、极值分布、正态分布和对数正态分布4种频率分布线型。该软件采用矩法初估水文系列的均值和变差系数(CV),采用权函数法初估偏态系数(CS),既可进行单水文要素的频率分析,也可进行多水文要素的频率曲线合成。     

基于最大熵原理的区域水资源短缺风险综合评价

针对目前水资源系统风险分析方法中存在的评价结果分辨率不高等问题,基于信息论中的Jaynes最大信息熵原理,选取区域水资源短缺风险程度的风险率、脆弱性、可恢复性、重现期和风险度作为评价指标,建立了基于最大熵原理的区域水资源短缺风险评价模型。最后对包括北京和天津在内的首都圈水资源短缺风险进行了评价。结果表明,如果没有南水北调工程,2010年整个首都圈的水资源短缺风险将会处于高风险水平,亟待对水资源采取有效的风险管理措施。     

水文极值概率密度潜在信息在频率分析中的应用

本文给出水文极值概率密度潜在信息在频率分析中四个方面的应用及实例:1概率密度图类型判别分析;2概率密度曲线起点的偏离分析;3均值频率(b=p(x≥x)的偏离分析;4b值与概率乘法定理相结合创立的Ⅱ型乘法分布(X-Ⅱ)—一种简单的三参数分布,它能适用于所有河流。     

SCEM-UA优化算法在水文频率分析中的应用

【目的】将SCEM-UA优化算法应用于水文频率分布曲线优化适线法中,并与传统适线法进行对比,为水文频率分析提供方法支持。【方法】采用基于SCEM-UA优化算法的优化适线法,对长江流域宜昌水文站1974-2003年年最大流量数据进行水文频率分析,确定其理论频率曲线统计参数,计算离差绝对值和与离差平方和;利用同组数据,采用矩法、权函数法、概率权重矩法对其进行水文频率分析,并将结果与SCEM-UA优化算法所得结果进行对比。【结果】SCEM-UA算法离差绝对值和与离差平方和分别为23 481和33 734 707,均小于其余3种方法;利用SCEM-UA优化算法所得理论频率曲线与实测数据两端值的拟合效果更好。【结论】与传统适线法相比,基于SCEM-UA优化算法的优化适线法能够降低理论水文频率分析的误差,提高理论频率曲线与实测数据的拟合精度。     

基于混合分布非一致性年径流序列频率参数的计算

【目的】在2个分布组成的混合分布假设下,研究非一致性年径流序列的频率参数计算问题,为陕北及关中地区的水资源利用与管理提供依据。【方法】假设非一致性年径流序列变异点前后的序列分别服从2个对数正态分布或2个P-Ⅲ分布,全序列服从由这2个分布组成的混合分布,采用水文变异点综合诊断方法,确定非一致性年径流序列的变异点,最后采用模拟退火算法对混合分布序列进行频率参数估计。【结果】将基于混合分布非一致性年径流序列频率计算的方法应用于陕北及关中地区的实测平均流量序列,理论频率与经验分布拟合较好。【结论】混合分布模型是进行非一致性年径流序列频率计算的一种有效途径。     

植物病害流行的生存模型及其参数估计

运用生存分析理论,推导出一种植病流行在时间动态上的新模型：ｘ（ｔ）＝１－ｅｘｐ｛－β／ｖ「ｔ－１－ｖ（１－ｅｘｐ｛－ｖｔ｝）」｝。该模型不同于以往的Ｇｏｍｐｅｒｔｚ,Ｌｏｇｉｓｔｉｃ,指数和Ｗｅｉｂｕｌｌ植病流行模型,而且具有一定的生物学意义和应用价值。此外,作者使用正交表法给出了该模型参数的估计和在水稻纹本病流行中的一个应用实例。     

度量误差对材积模型的影响及参数估计研究

为提高带度量误差的材积模型估计精度,该文以落叶松一元材积模型V=aDb为例,使用分析单一变量的度量误差对参数估计影响的方法,分别分析了因变量和自变量的度量误差对模型参数估计的影响;使用普通非线性回归方法和度量误差模型方法分别对模型进行估计,并对比分析了普通非线性回归方法和度量误差模型方法的估计结果。研究结果表明:因变量和自变量的度量误差对模型都有影响,度量误差模型估计方法优于普通非线性回归估计方法;对于带有度量误差的材积模型,使用度量误差模型方法进行估计效果更好。      

模糊熵在优序评价中的应用

介绍了优序评价的原理和方法.利用多级模糊评价理论建立的优序评价模型是评价环境质量优劣的一种方法.根据模糊熵可以描述随机、模糊信息的不确定性等特点,利用模糊熵对其进行评价,建立了模糊熵的熵函数模型,并结合实例说明熵函数模型的应用.     

林木应用声波技术试验报告及树木发声原理的假说

为探究声波技术在林业生产上的应用前景,2013—2014年,采用植物声频发生器对若干树种分别进行了苗圃与林地试验,结果显示:声波能促进树木的生长,如油松、侧柏苗木的高生长分别比对照增加了32.4%、49.7%;杉木林的材积生长量是对照的2.16倍;能促进豆目树种根瘤的繁殖,声波区刺槐苗根瘤量是对照的7.1倍。声波还能增强树势,提高树木的抗病虫害能力,并有增加化学防治效果的作用。试验结果表明,声波技术在林业生产上有着广泛的推广应用前景。关于树木是如何发声、声波为什么能增强树木的光合速率从而促进树木生长等问题,本文第一作者提出了一个树木发声原理的假说来解释这些问题,即基于运动产生摩擦振动的发声原理:树木的发声主要源于水分在树木木质部导管或管胞中流动的振动信号;蒸腾拉力是树木水分流动的主要动力,也是树木发声的主要动力。      

基于最大熵模型的西北太平洋远东拟沙丁鱼和日本鲭栖息地差异

远东拟沙丁鱼Sardinops melanostictus和日本鲭Scomber japonicus作为西北太平洋的主要关联物种,研究其潜在栖息地分布以及对该海域环境变化响应的差异对管理和持续利用该渔业资源有重要的科学意义。本研究采用最大熵模型,利用2017~2021年盛鱼期(5~11月)在西北太平洋远东拟沙丁鱼和日本鲭的渔业数据,结合海表面温度 sea surface temperature, SST、海表面盐度 sea surface salinity, SSS、海表面高度 sea surface height, SSH、叶绿素浓度 chlorophyll-a, Chl-a、涡旋动能 eddy kinetic energy, EKE、不同水层温度(包括50m、100m、150m、200m),通过贡献率的大小分别筛选出各月对远东拟沙丁鱼和日本鲭排位前三的关键因子,根据二者对各月关键环境因子的响应曲线,获得各月关键因子对二者潜在栖息地的月间变化,最终模拟出二者在5~11月的潜在栖息地分布图。结果表示,远东拟沙丁鱼和日本鲭的潜在栖息地变动与实际作业位置具有一致性,随着月份的增加均呈现先向东北方向移动,在向西南方向折回的运动趋势,且二者各月潜在栖息地位置均大范围重叠。在6、8~10月影响二者适宜栖息地变动的关键因子均为SSH、SST、Chl-a,且适宜范围相差不大。5、7、11月影响二者适宜栖息地变动的关键因子有所不同,远东拟沙丁鱼5月的关键因子为SSH、EKE、SST,7月为SSH、SST、Chl-a,11月为EKE、SST、Chl-a,而日本鲭5月为SSH、EKE、Chl-a,7月为SST、Chl-a、SSS,11月为SSH、SST、Chl-a,各月环境因子的适宜范围不同。此外,随着月份增加日本鲭最适栖息地面积向北逐渐缩小,7和11月份面积最小,而远东拟沙丁鱼最适栖息地面积有增大趋势,11月份最适栖息地延伸到37°N以北的地区。该研究表明SSH、SST、Chl-a的变化对西北太平洋远东拟沙丁鱼和日本鲭潜在栖息地分布变化均有重要影响,而EKE、SSS是造成二者之间潜在栖息地分布变化差异的主要原因。     

考虑水文变异的水库生态流量研究

为探讨水文变异对生态流量影响,确定最佳水库生态流量推求方法,针对尼尔基水库生态问题,采用Mann-kendall突变检测法、滑动T检验法和有序聚类法,结合序号总和理论和Spearman相关系数计算对水文时间序列作综合识别,确定水库发生水文变异年份为1963年和1999年。利用NGPRP法和逐月频率年内展布计算法分别计算天然状态、次天然状态、现状和不考虑水文变异条件下最小生态流量和适宜生态流量。参考Tennant法评价结果表明水库生态系统退化主要受人类扰动影响,观察次天然状态和不考虑变异状态下生态径流过程,最小生态流量占多年平均流量百分数相差9.21%和1.70%,适宜生态流量相差3.04%和1.47%。研究应更多考虑次天然生态径流过程,其最小生态流量仅可作为生态流量下限。