基于灰色系统的年降雨量预测模型探析

灰色预测是采用原始数据序列所生成的新的数据序列进行建模的一种方法.本文根据丹东地区5年的年降雨量系列数据,利用灰色GM(1,1)建立预报模型来预报预测未来降雨量.     

小波随机耦合模型在查哈阳农场降雨量预测中应用

采用小波变换A Trous算法对小波信号进行分解后,对各小波变换序列进行互相关分析,建立各小波变换序列相应的随机模型,最后采用小波重构算法得到小波随机耦合模型.然后根据查哈阳农场1956-2008年作物生育期月降雨量数据资料,建立了小波随机耦合模型,对模型进行拟合预测精度检验,研究表明该模型拟合预测精度高,能够反映该地区的降雨量变化规律,是一种实用的预报模型.对当地制定合理的灌溉制度和高效利用降水资源具有重要意义.     

基于Copula函数的黑龙江省作物生育期丰枯遭遇研究

作物生育期降雨量(P)和参考作物腾发量(ET0)的多少是造成农业干旱的主要因素,分析作物生育期丰枯遭遇特征,对指导农业防旱抗旱有重要作用.基于黑龙江省1980-2017年春玉米生育期的降雨量和参考作物腾发量,利用Copula函数构建P-ET0联合分布模型,对其丰枯遭遇频率进行研究.研究表明:P、ET0均服从Gamma分...     

系统云灰色SCGM(1,1)c模型在作物需水量预测中的应用

作物需水量预报对灌区编制和执行用水计划具有重要作用。以灰色系统理论为基础,建立作物需水量和残差修正序列系统云灰色SCGM(1,1)c模型,通过对模型拟合精度和预报精度的检验,证明满足预报要求,解决了作物需水量数据序列小样本、贫信息的预报问题,为灌区灌溉制度的确定提供了数量指标和理论依据。应用分析表明,该方法用于灌区作物需水预报有效、可行。     

灰色预测在作物需水量推算中的应用

该文运用灰色预测方法进行作物需水量预报。除以１９８０－１９９１年实测数据序列进行整体建模外，还以降雨频率为基础分为正常年及灾年（丰，枯）年型的子序列建立全生育期Ｇ（１，１）模型。同时按水稻不同生育期需水量本身及同相应的积温建立Ｇ（１，１）与Ｇ（１，２）预测模型。经水稻需水量观测数据建模预测，其结果效果好，精度高，得于在灌溉水量预报，制定用水计划，水源调度中广泛应用。     

1960—2015年黑龙江省水稻需水量时空分布特征

基于黑龙江省26个气象站1960—2015年逐日气象数据和29个水稻灌溉试验站的作物系数,利用Penman-Monteith方法和Arcmap空间分析功能计算并绘制了1960—1979年、1980—1999年和2000—2015年3个阶段水稻生长季参考作物蒸散量(ET0)、水稻生育期天数、需水量、有效降雨量和需水量与有效降雨量耦合度及相应的气候倾向率分布图。结果表明：水稻生长季ET0平均值为620mm,自西向东总体表现为先减小后增大趋势,风速、湿度、日照时数的减小和温度的升高共同作用导致水稻生长季ET0以-3.90mm/(10a)的平均速度下降;生育期平均天数为115d,自北向南总体表现为增加趋势,温度升高引起了水稻生育期天数以2.68d/(10a)的平均速度增加;水稻生育期有效降雨量平均值为297.03mm,自西向东总体表现为先增大后减小的趋势,生育期天数的增加也弥补了降雨量减小的影响,使有效降雨量以0.62mm/(10a)的平均速度增加;需水量平均值为490.52mm,自西向东总体表现为先减小后增加的趋势,生育期天数的增加弥补了ET0减小对需水量的影响,使研究区内水稻需水量以6.66mm/(10a)的平均速度增加;需水量与有效降雨量耦合度平均值为0.64,自西向东表现为先增加后减小的趋势,需水量增幅大于有效降雨量增幅,使需水量与有效降雨量耦合度总体以-0.009/(10a)速度下降。本研究可为黑龙江省合理分配灌溉水资源和优化水稻品种布局提供依据。     

冬小麦灌溉定额的预报与实践

在河北省灌区内作物的灌溉定额,一般是依据作物生育期内的降雨量确定的,没有考虑作物生育期前降雨对它的影响。而河北省夏秋降雨往往偏多,除部分产生径流,部分渗入地下以补充地下水外,还有相当大的一部分存贮在2～3米的包气带土壤内,冬小麦可以充分利用这部分土壤贮水。本文所预报的冬小麦灌溉定额就是减掉这部分土壤贮水后的灌溉定额,并把它与实际灌溉定额进行了比较。     

西辽河平原主要作物耗水量及耗水规律研究

根据联合国粮农组织推荐的Penman-Monteith公式及单作物系数法,研究了西辽河平原不同典型年的春玉米、春小麦、谷子、大豆、甜菜5种作物的耗水量及耗水规律,并分析作物生育期有效降雨量与作物耗水量的关系。计算结果表明:以一般年为例,春玉米、春小麦、谷子、大豆和甜菜的耗水量分别为501.01、427.68、464.76、443.10、500.22mm;干旱年份作物的耗水量较大,一般年次之,湿润年作物耗水量最小;作物在发育期和生育中期耗水量较大,为需水的关键时期;作物整个生育阶段有效降雨量总体上不能满足作物的耗水量,在干旱年、一般年、湿润年平均有效降雨量分别占作物生育期耗水量的40%、50%、70%左右,对作物必须进行合理的灌溉。     

灰色预测在作物需水量推算中的应用

该文运用灰色预测方法进行作物需水量预报.除以1980～1991年实测数据序列进行整体建模外,还以降雨频率为基础分为正常年及灾变(丰、枯)年型的子序列建立全生育期G(1,1)模型.同时按水稻不同生育期需水量本身及同相应的积温建立G(1,1)与G(1,2)预测模型.经水稻需水量观测数据建模预测,其结果效果好,精度高,利于在灌溉水量预报,制定用水计划、水源调度中广泛应用.     

基于气温预报和HS公式的不同生育期参考作物腾发量预报

根据南京站2001-2011年实测气象数据,以Penman-Monteith(PM)公式计算得到的参考作物腾发量ET0值作为基准值,对仅需要气温数据计算参考作物腾发量的Hargreaves-Samani(HS)公式进行参数率定,采用率定后的HS公式依据2012年6月-2015年6月气温预报数据对南京水稻、冬小麦不同生育期未来1~7d的ET0进行预报,并与基于实测气象数据的PM法计算的ET0值进行比较,评价HS法的ET0预报精度。结果表明:最低、最高气温实测值与预报值相关系数分别为0.97和0.93,最低气温预报精度略高于最高气温;预见期1~7d内,水稻、冬小麦不同生育期ET0预报值与PM法计算值变化趋势基本一致,整个生育期内冬小麦ET0预报值与PM法计算值吻合程度更好,水稻、冬小麦相关系数分别达0.60、0.80左右;水稻各生育期平均准确率为66.0%~97.5%,平均绝对误差为0.65~1.22mm/d,均方根误差为0.76~1.42mm/d,冬小麦各生育期平均准确率为75.4%~99.5%,平均绝对误差为0.33~1.06mm/d,均方根误差为0.43~1.23mm/d;作物生育期各阶段对气温预报误差越敏感,ET0预报精度越低,随着生育期的推进,水稻对气温预报误差的敏感程度逐渐减小,相应的ET0预报精度逐渐增加,而冬小麦反之;但整体上预见期1~7d的气温预报及ET0预报精度达到可利用程度,可为快速灌溉预报及灌溉决策提供数据支撑。     

南方水稻生育期降雨预报准确率评价及节水灌溉策略分析

以江西省赣抚平原灌区为例,收集了中央气象台2012—2015年的三季早稻和晚稻生育期内未来7 d降雨预报数据和实际观测降雨数据,采用正确率、漏报率、空报率、TS评分及ROC对降雨预报准确率进行评价,在此基础上提出相应的节水灌溉策略.结果表明:水稻生育期晴雨预报正确率达76.3%,早稻的漏报率总体低于晚稻,空报率高于晚稻,小雨TS评分相差较小,中雨及以上量级降雨晚稻明显小于早稻;1~7 d预见期的ROC下的面积都大于0.5,表明命中率大于虚警率,都有正的预报价值,可用于灌溉管理.返青期、乳熟期和黄熟期早稻的正确率为80.1%~88.6%,如果预报结果在小雨及以上量级可不灌或少灌;分蘖前期、分蘖后期、拔节孕穗期和抽穗开花期的正确率稍低,为64.9%~77.2%,此期间如果遇连续无雨和小雨预报可按照需水量进行灌溉,如果预报2~3 d内有中雨或以上降水则应减少灌溉量;早稻与晚稻相比虽然预报的准确度较低,但降雨预报次数和实际降雨次数更多,尤其遇到中雨及以上量级预报时,可适当减少每次灌溉的水量.考虑降雨预报的准确度进行灌溉决策既可充分利用天然降雨,又可避免灌水浪费,从而达到节水增效的目的.     

基于WA-SVM的流域降雨序列预测研

为了提高降雨中长期预测精度，将小波分析和支持向量机回归方法引入水文序列预测领域，给出了两种方法的思路和特点。在此基础上，尝试建立了基于小波分析-支持向量机（WA-SVM）的降雨量序列预测模型。通过小波分解，将原始复杂的降雨序列分解到不同的频率层次，对每层得到的分解序列分别采用支持向量机回归方法进行预测，最后合成原始序列的预测值。将该模型应用于实际流域月降雨量预测，并与单独支持向量机回归方法预测结果进行比较，表明该方法预测精度有明显提高。     

应用改进的灰色GM(1,1)模型预测阜新地区干旱发生年

干旱是对人类及社会危害较大的一种自然灾害。近年来,干旱严重影响阜新地区的农业生产和生态平衡。利用阜新地区1961~2000年的降水资料,采用Z指标法分析阜新地区的干旱发生年,研究其干旱的发生规律,应用改进的GM(1,1)模型建立相应的干旱预测模型,并进行了干旱预测。最后提出了适当的抗旱措施。     

Rainfall probability forecasts used to manage a subdrainage-subirrigation system for watertable control

Water management of a subsurface-drainage and subirrigation system was simulated using a daily rainfall probability index (rpi), to control the watertable depth (wt) in the soil profile. Daily management of ‘free drainage’, controlled drainage, or subirrigation, was based upon the rpi value. The rpi was computed from the daily rainfall probability in forecasts issued by the U.S. National Weather Service. Climatic data and weather forecast records (1979–1985) for the lower Mississippi Valley were used in the DRAINMOD program to simulate daily fluctuations in the watertable. Various statistical and summation equations were used for computing the rpi. Management success was evaluated by conditions of excess and deficit soil water in the root zone, and by predicted crop yield. Using only the ‘today’ and ‘tonight’ segments of the morning (5:25 h) forecast, 75% of the significant rainfall events occurring during the growing season were successfully predicted when the rpi ≥ 0.60. Free drainage in advance of predicted storms significantly reduced the duration of excess soil water in the root zone and increased simulated maize yield 0 to 11%, when compared to controlled drainage where the water level at the drain outlet was maintained constant at a level above the drain.     

Demand management of groundwater with monsoon forecasting

This paper presents an operational approach to setting prices for groundwater in accordance with the interannual variability of monsoon rainfall and the dynamic cost of groundwater use to society. The pricing system is designed for the state of Tamil Nadu, India, where groundwater is largely unregulated and the electricity for pumping is heavily subsidized. Depletion of aquifers during the primary growing season causes environmental damage and drying of wells. The proposed price-setting system estimates the marginal social cost of groundwater use based on the current state of aquifer storage and the forecast of the coming monsoon. Prices are set prior to onset of the monsoon so farmers can plan crop rotations according to the expectation of seasonal rainfall as reflected in the pricing signal. During years that forecasts accurately characterize the probability distribution of monsoon outcomes the market signal encourages economically efficient use of the resource. When monsoons differ from the expected outcome farmers are cushioned by ancillary effects of the pricing system.     

降雨年型对南通棉花生产的影响

通过对南通棉区降雨量和棉花产量的长系列资料的整理分析，揭示棉花生育期各时段的雨量与产量的关系，运用统计学的聚类分析方法，将生育期的雨量划分为特征鲜明的若干年型．用水量平衡方法进一步分析降雨年型对棉花生产的影响，最后建立统计模型，进行降雨（丰、歉）年型的预测。     

Farmers' irrigation practices in a high rainfall area

Recent droughts in the humid southeastern United States have focused attention on the need for and use of supplemental irrigation. Total annual rainfall amounts are sufficient for most crops in the region. However, erratic distribution of rainfall and the low water-holding capacities of most soils in the region cause frequent drought stresses in many crops. An on-farm study was conducted in southeastern Alabama to evaluate the effects of farmers' irrigation scheduling decisions on soil moisture variations in peanut fields irrigated with center-pivot irrigation systems. The study showed that the way irrigation was practiced in this high rainfall area often caused soil moisture deficit (SMD) level higher than the desired SMD limit during over 20% of the 140-day growing season. This is partially due to farmers' tendency to delay irrigation in anticipation of rainfall which may or may not occur, as rainfall during the growing season is often erratic and local. In contrast SMD in non-irrigated fields was higher than the SMD limit for half of the growing season.Abbreviations SMD soil moisture deficit - ET evapotranspiration - R_eff effective rainfall - WHC water holding capacity     

模拟自然降雨条件下水稻的受旱试验研究

用模拟典型年降雨的方法，系统地分析了淠史杭灌区各降雨年型的水稻大田生长期缺水量、缺水率、缺水的主要生育阶段，水稻缺水受旱减产量、减产率，分别找出了水稻受旱减产率与生育期降雨量、大田生长期缺水量之间的相关关系     

多普勒天气雷达资料在城市内涝预警的应用

多普勒雷达是灾害性天气如暴雨、冰雹等的监测预警预报的重要手段,也是定量估测高时空分辨率大范围降水的先进工具。通过广州雷达站历史典型降雨场次的雷达资料来确定雷达定量估测的降雨量,作为东莞内涝模型监测预警的降雨数据输入,进行东莞城区内涝预警监测。用基于一维及二维非恒定流的基本控制方程的内涝模型系统算出典型场次暴雨的东莞城区内涝积水深度(风险级别)。实例研究表明,应用天气雷达估测降雨结果应用于城市内涝监测预警的优势效果,即充分发挥雷达探测降雨的优势,为内涝的监测预警延长了预见期。     

基于DEM的水文模型在沮河流域的应用

基于DEM的流域水文模型是近年来水文模型的热点,而干旱半干旱地区的水文模型一直是水文研究的一个难题。分析了干旱地区的降雨产流特性,建立了符合该产流特性的数字高程模型和陕北模型相结合的水文模型,并将其应用到沮河流域桃曲坡水库的洪水预报中,计算结果证明该水文模型在干旱地区是切实可行的。