基于Copula函数的松花江流域水文干旱频率分析

[目的]基于Copula函数对松花江流域进行水文干旱频率分析.[方法]利用可变阈值法识别日尺度水文干旱事件的历时和烈度,并进行融合处理;选择6种常用的分布函数拟合干旱特征变量,以Kolmogorov-Smirnov检验法优选单变量边缘分布;从3种Copula函数中优选函数模型,建立了干旱历时和烈度二维联合分布,并计算联...     

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Copula函数的川中丘陵区干旱风险分析

根据川中丘陵区内8个代表性站点1958—2014年月降水资料计算标准降水指数(SPI),通过游程理论识别不同类型的干旱事件,引入Copula函数计算不同类型干旱事件的联合概率以分析川中丘陵区内的干旱风险。结果表明,川中丘陵区内发生季内轻旱、跨季轻旱、跨季中旱、跨季极旱,尤其是半年以上极旱事件的风险较高;区内不同类型干旱事件的分布特征不同,内江和宜宾站所在区域是季内重旱和季内极旱的高风险区,而巴中和阆中站所在区域是半年以上干旱事件的高风险区。     

典型气候过渡区的水文干旱特征研究

水文干旱是流域水资源丰枯状态的重要表现形式之一.本文以半干旱、半湿润区的泾河流域为研究对象,分别采用多元回归、Mann-Kendall方法对流域控制站张家山水文站年径流序列进行趋势性和突变性分析.在此基础上,还采用游程理论方法,探究了泾河流域干旱的多变量属性在时程上的演变特征,并定量评估了干旱阈值不确定性对干旱评估的影...     

基于Copula函数的流域防污标准研究

流域防污体系由各种水污染防治的工程措施和通过水量的合理调配和水质预测预警等非工程措施共同组成的;流域防污标准用来表征流域防污体系的防污能力,即防止水污染事故发生的能力大小.应用Copula函数,详细的分析了组成淮河防污体系的各方案防污标准问题.结果表明,方案2能在一定程度上降低高锰酸盐指数的超标风险,对流域高锰酸盐指数的防污标准有一定的提高;当流量小于3 000m3/s时,方案3对应的流域防污标准最高,流量大于4 000m3/s以上时,方案6能更好地降低氨氮水质的超标风险,方案3次之,采用方案6能最大限度地提高流域防污体系的防污标准;随着流量继续增大,同一方案对降低流域内水质超标风险的作用越来越有限,需要寻求其他的工程和非工程措施减小流域水污染事故的发生率,共同提高流域防污体系的防污标准.     

基于Archimedean Copula的三维干旱特征变量联合分布研究

应用Archimedean Copula函数研究干旱特征变量的联合分布,为水资源决策者提供依据。以渭河流域西安站77年的月降水资料为例, 采用Archimedean Copulas函数建立干旱特征变量之间的三维联合分布模型。分别采用极大似然法和适线法进行参数估计,通过拟合优度评价选用Clayton Copula描述干旱历时,干旱烈度和干旱烈度峰值之间的联合分布,并计算条件重现期。结果表明, Copulas函数能够比较好的描述干旱特征变量间的联合分布;具有灵活性和应用范围广等特点。     

基于Copula函数的三维非连续序列洪水频率分析

考虑洪峰与洪量之间的相依性和历史洪水资料,建立基于Copula函数的三维非连续序列洪水频率分析模型,探讨洪水三变量的联合概率分布和条件概率分布。以龙滩水库设计洪水为例,用Copula函数构造边缘分布为P?Ⅲ分布的洪水联合分布,分别用适线法和极大似然法估计P?Ⅲ分布和Copula函数的参数,通过K-S法、AIC信息准则、OLS准则和Genest-Rivest方法验证模型的合理性。结果表明模型合理可信,联合设计值均接近并略大于单变量分析方法的成果,且重现期越长越接近;确定条件下的重现期小于超过该条件时的重现期。模型为多变量非连续序列洪水频率分析计算提供了一种新方法。     

基于Copula函数的开都河年径流预测

河川径流量的准确预测对于水库调度、区域水资源优化配置具有重要意义.本文以新疆开都河为例,运用Copula函数将自变量和因变量的相关程度和相关模式有机结合,构建两变量联合分布函数,研究两变量与联合分布之间的相依结构;在此基础上,根据样本值未知的因变量边缘分布与联合分布关系,结合样本值己知的自变量概率分布,对因变量未知值进行预测.结果表明:基于Copula函数的预测方法原理明晰、计算简便、性能稳定、预测精度较高.     

基于主成分分析和Copula函数的干旱影响评估研究

干旱是关中平原主要的农业灾害之一,准确地评估干旱的影响,对抗旱减灾及作物稳产具有重要意义。基于关中平原2008—2013年冬小麦主要生育期旬尺度的条件植被温度指数(VTCI)干旱监测结果,将Copula函数用于评估冬小麦主要生育时期干旱对其产量的影响。针对多元变量导致Copula函数参数求解困难的问题,采用主成分分析法(PCA)提取主要生育时期的VTCI的主成分因子,形成新的相互独立的指标,进而结合Copula函数建立PCACopula法,确定关中平原主要生育时期的综合VTCI,并构建其与冬小麦单产间的线性回归模型,评估干旱对产量的影响。结果表明,应用PCA-Copula法得到的综合VTCI与单产间的相关性达到极显著水平(P0.001),所建回归模型的拟合度与熵值法的结果相比有所提高,决定系数由0.39提高到0.49,且对应模型的估测单产与实测单产间的均方根误差较熵值法的结果降低了30.2 kg/hm2,平均相对误差降低了0.66%,表明PCA-Copula法能较好地应用于评估冬小麦主要生育时期干旱对其产量的影响。     

Copulas函数在二维干旱变量空间分析中的应用

根据新疆地区41个气象站的长系列月降水资料,提取干旱历时、干旱烈度和烈度峰值3个干旱特征变量,基于8种单参数族的Copulas函数,结合ArcGIS9.3软件进行二维干旱变量的空间分析。经拟合优度评价,FrankCopula对干旱历时和干旱烈度、干旱历时和烈度峰值的拟合度最好;而Clayton Copula对于干旱烈度和烈度峰值的拟合效果最佳。二维变量联合超越概率值随单变量的值减小而增大;二维干旱变量中任一特征变量的条件概率随另一变量的增大而减小;干旱特征变量的条件发生概率在新疆地区从北到南依次递增。表明Copulas函数结合ArcGIS9.3软件能够描述二维干旱特征变量的空间演变规律。     

淮河流域1960-2014年水文、气象干旱指数及其与历史旱灾的关系

基于淮河流域1960-2014年的逐月降水数据、1956-2000年的逐月天然径流数据和1960-2000年的洪旱灾害受灾面积数据,借助SPI和SSI干旱指数,采用MK趋势分析、相关分析等方法探求区域气象和水文干旱的时间特征,揭示水文干旱对气象干旱的响应规律,并分析干旱指数与历史旱灾的关系.结果表明:SPI指数反映出的...     

塔里木河流域未来农业水价调整的经济补偿效应及其管理研究

基于塔河流域农业水价承受力分析的基本指标,及适宜流域的水价补偿标准,分析了塔河流域不同水价补偿方案对不同农业节水水价的补偿效应。结果表明,未来应当根据农户的水价承受力,不同的流域实行不同的水价补偿;为保证流域的粮食生产安全,对粮食作物应当采用更高的水价补偿水平;未来流域农业水价调整既需要更高的水价补偿,又需要高的其他种植补贴,才能更好的保证未来农业水价调整的实施。     

海河流域作物水足迹研究

基于水足迹理论,利用海河流域8个省(市、自治区)气象及农业基础数据,计算了海河流域主要作物的虚拟水量和作物水足迹值,并对流域作物水足迹的空间格局进行了分析。结果表明,同一种作物不同地区的虚拟水量均匀分布;各市作物水足迹有由南向北逐渐增大的趋势。德州、保定、聊城等地的蓝水比例最高,均达到了50%以上,土壤水利用率较低;晋中、长治、阳泉和朝阳市的绿水足迹达到了总水足迹值的90%以上。流域内小麦的蓝水足迹占总水足迹比例最大,各省(市、自治区)平均为74.6%,作物生长需要大量灌溉水;玉米、棉花、谷子、大豆和花生蓝水足迹比例较少,均在20%以下。河北省的蓝水足迹为114.97×108 m3,农业灌溉用水压力最大;内蒙古的蓝水比例最大,为67.59%;辽宁省和山西省的土壤水利用率较高。     

江西省锦江流域降水变化特征研究

为研究江西省锦江流域的多年降水特征,以流域的9个雨量站1957-2013年逐日降水资料为基础,对锦江流域不同地区的降水序列分别采用线性趋势、5 a滑动平均、Mann-Kendall趋势检验法,Pettitt突变检验法,累积距平,Morlet小波分析等分析方法进行研究。结果表明:①流域面上多年平均年降水量为1617.5 mm,空间分布为从上游到下游递减的特征,且每10 a以9.59 mm的趋势上升,其上升趋势主要受到中、下游的影响;20世纪90年代是锦江流域降水较多的年代,年降水量在统计年限内呈现出“偏少-偏多-偏少”的变化趋势。②季节降水量的空间分布与年降水量相同,各区域的降水量主要集中在春季,其次是夏季、冬季,秋季降水量最小;夏、秋、冬3个季节的降水量呈现上升趋势,春季降水呈现下降趋势,其中上游流域的春季、中游流域的春、夏两季的降水量的趋势变化均具有显著性,逐月降水量主要集中在4-6月,占年降水量的45.72%左右,6月降水量最大,而9-12月的降水量所占比例较小,各地区各月份所占降水百分比与流域面上相差不大。③在Pettitt检验中,各区域的春季、夏季、秋季的突变较为一致,分别为春季(1984年)、夏季(1991年)、秋季(1980年),其中中游流域的夏季突变还通过0.1显著性水平。年降水量及冬季降水量在不同区域的突变值较为分散;而从累积距平分析,年降水量其各区域较为明显的同一突变点为1991年,冬季降水为1986年。④锦江流域不同地区的年降水量主周期较为明显,均为31 a;次周期在13 a左右,但不明显。     

克里雅河流域植被覆盖垂直地带性分布与变化特征

植被作为自然生态系统的重要要素和环境组分,能够反应自然地域综合体在全球气候变化与人类活动影响下的时空特征变化,因此在探讨地表过程及全球变化研究中有着举足轻重的地位。以MODIS-NDVI时间序列数据和SRTM数据为基础,利用像元二分模型对干旱区内陆河[CD2]克里雅河流域2002-2013年的植被覆盖度进行了估算,分析了该流域植被覆盖度时空变化特征及其与地形、气象因子的相互关系。结果表明:克里雅河流域植被覆盖存在着明显的垂直地带性空间差异,其海拔3000~3500m范围的丘陵带平均植被覆盖度最大;过去12a来该流域植被覆盖度整体上呈减少趋势,其中上游高山带、中游冲积扇平原带和下游沙漠带植被覆盖逐渐退化,而低山丘陵带植被覆盖变化有上升趋势并逐渐改善;总体上,流域植被覆盖与气温变化呈负相关关系,而与降水变化表现出正相关。     

基于GIS与RS技术的赤水河流域生态风险评价——以仁怀市为例

为揭示赤水河流域土地利用/覆被变化对区域生态风险的影响以及空间分布,以赤水河流域中游城市仁怀市作为研究区,采用GIS与RS技术与生态风险指数(ERI)模型,开展基于土地利用/覆被变化的生态风险评价研究,探讨了土地利用变化背景下仁怀市生态风险变化特征以及演变机理,并提出了政策保障措施。结果表明,(1)2000—2014年,区域内有林地、疏林地、水域、园地、建设用地面积增加,而耕地、灌木林地、草地面积减少;(2)仁怀市土地生态风险在空间上呈现较强的区域差异性,基本呈现由西南向东北转移的态势,中部地区生态风险高,建成区以及工业聚集区及其周边高,距离高生态风险区越远,生态风险等级越低;(3)整个研究区主要以中等及较高生态风险等级为主,2000年占整个研究区比例的50%以上,2014年达到65%以上。综上可知,仁怀市生态压力正在逐渐加大;政府在发展过程中应当避免由于高生态风险区域向外延伸,造成区域总体生态风险强度加大和面积增加。应当积极开展区域生态治理与恢复,强化土地利用科学规划。     

淮河上游冬小麦生长关键期旱涝灾害阈值研究

利用淮河上游地区1961-2015年13个气象站逐日降水数据,计算冬小麦生长关键期(2、3、4月)1个月尺度及3个月尺度SPI值,结合冬小麦产量数据,确定生长关键期对产量灾损率影响的具体时段,在此基础上分析了降水量变化及旱涝灾害空间分布,建立了SPI值与产量灾损率之间的定量关系。结果表明,(1)生长关键期(SPI3)和4月(SPI1_4)SPI值均与产量灾损率相关性程度高,分别通过0.01和0.05显著性水平检验;2个时段降水量变化整体呈减少趋势,且旱涝灾害空间分布存在一定的差异;(2)当SPI3值和SPI1_4值分别为-2.23和-1.82时,达到决定发生旱灾时产量灾损的阈值;(3)SPI3值和SPI1_4值与产量灾损率相关系数分别为0.94和0.82,在典型涝灾年,SPI值与产量灾损率具有线性关系。     

基于Budyko理论的黑河流域中游地区实际蒸散发估算及其变化归因分析

蒸散发是黑河流域中游地区农业绿洲水分消耗的主要途径,准确估算该地区的实际蒸散发量并对其变化规律进行分析对于科学指导当地农业灌溉、优化水资源配置等具有重要意义.基于Budyko理论及其改进的傅抱璞经验模型估算黑河流域中游地区2006-2015年的实际蒸散发量,利用Mann-Kendall方法分析实际蒸散发序列的趋势特征和...