1960~2010年长江流域极端降水的时空演变及未来趋势

本文采用长江流域内分布较均匀、无缺测站点的1960~2010年逐日降水资料,借助趋势和突变分析、R/S分析和水文频率分析等方法,研究该流域极端降水的时空演变特征和未来趋势。结果表明：（1）长江流域区域平均气候平均降水量（PAV）、简单日降水强度（PINT）、强降水贡献率（PQ95）、强降水阈值（PF95）、最大1日-10日降水量（PX1D-PX10D）基本均呈上升趋势,中下游各极端降水指数均大于上游,同时,中下游的各指数年际变化比上游更剧烈。（2）PAV与PF95的空间分布类似,但前者在流域中部地区下降、两侧上升,而后者为中部上升、两侧下降;PINT与PQ95的空间分布相似,均为大部分地区呈上升趋势,仅西北部下降。PX1D-PX10D总体上以上升为主,但随着持续时间的增长,下降的区域有明显的扩大,而上升的区域有明显的缩小。（3）未来长江流域极端降水将以现有趋势继续发展,并将以上升趋势为主,流域洪涝灾害风险加大。（4）遂宁站PX1D、安化站PX10D极端降水的频率分析表明,直接采用整体数据计算设计降水量会使结果偏于不安全,对于较长重现期的设计降水表现更显著,因此对于极端降水量发生显著变化的情况需要深入研究,探讨更好的设计降水估计方法。     

基于NDVI的淮河流域植被覆盖度动态变化

基于淮河流域1998～2005年每年第三季度的SPOT VEGETATION逐旬NDVI数据,采用MVC法（最大值合成法）获得月NDVI值,用均值法求取季均NDVI值,然后用像元二分模型求得各年的植被覆盖度。在此基础上,从不同角度分析近8年植被覆盖度的变化情况,并用Hurst指数预测未来植被覆盖度变化趋势。结果表明：近8年淮河流域地表植被覆盖度总体呈上升趋势,上升率为0007/a,其中1999年值最低,2004年值最高。植被变化以稳定和轻微恢复为主,更多区域由较低等级的植被覆盖度转变为较高等级植被覆盖度。由Hurst指数预测到未来植被覆盖度变化将保持增加趋势     

Nonlinear time series analysis of ground-level ozone dynamics in Southern Taiwan

The ozone pollution at ground level in rural and urban areas has been a long-standing problem in the world. This paper focuses on estimating self-affined nature of nonlinearity of ground-level peak ozone time series, which is analyzed by two nonlinear fractal statistical methods, including R/S analysis and BDS test. To explore the underlying structure of ozone observations at ground level and improve the forecasting capacity in urban region, practical implementation was assessed by a case study via collecting and analyzing the monitoring data at Chaojhou and Zenwu in the Kaohsiung metropolitan region, Taiwan. Based on R/S analysis, the time series can be identified as persistent and long-memory processes with Hurst exponents of both about 0.75. In addition, the V statistics specifies possible fluctuation cycle lengths of 32, 170, and 420 day simultaneously. Such results are consistent with the regional meteorological conditions leading to help characterize the regional scale ozone behavioral trend. Furthermore, the BDS test results confirm a strong nonlinearity of both time series associated with these two cities. Yet in both cases, nonlinearity implies chaos. The R/S analysis and BDS test provide strong evidence for nonlinearity and fractality of ozone time series due to noisy chaos, and we could not rule out the possibility of deterministic chaos in tropospheric ozone system.     

水系分形特征对流域径流特性的影响——以赣江中上游流域为例

以赣江流域中上游的8个水文站点所控制的流域为研究对象，以水系分形维数为指标来描述流域水系特征，以Hurst指数为指标来描述流域径流序列复杂性，研究两者之间的关系，并分析流域水系特征、水系变迁对流域旱涝灾害的影响。研究表明，流域水系分维数越高，水系越复杂，其径流深序列Hurst指数则越高，其径流过程则越简单，反之亦然。径流序列的复杂程度在一定程度上可以反映出洪涝干旱灾害发生的可能性，径流越复杂，则洪涝干旱灾害发生可能性越高。因此，一般来说水系分维越高，水系越复杂，则洪涝干旱灾害发生的可能性也就越低。各流域水系分维与径流深序列的关系，可以在一定程度上说明水系变迁对洪涝干旱灾害的影响：在气温、降水、地形、植被等要素变化不大的情况下，水系、河网消亡将增加洪涝灾害和干旱灾害发生的可能性。     

土地利用对流域氮素记忆效应的影响研究

"记忆效应"是一些流域实行了多年的氮污染控制实践却仍未见成效的主要原因之一.然而,目前对流域氮素记忆效应的认识还很有限.本研究利用温州市珊溪水源地13个集水区近5年的河流TN浓度逐月监测数据,运用重标极差(R/S)分析和Spearman秩相关分析方法,探讨了土地利用对流域氮素记忆效应的影响.结果表明,河流TN平均浓度与耕地(r=0.495,p=0.086)和建设用地(r=0.692,p=0.009)面积比例正相关,与林地(r=-0.604,p=0.029)面积比例显著负相关,与园地(r=-0.039,p=0.900)、未利用地(r=-0.176,p=0.566)、集水区面积(r=-0.335,p=0.263)和河网密度(r=0.148,p=0.629)的相关性不显著.13条入库支流TN浓度序列的Hurst指数变异范围为0.33~0.72,意味着其中11个集水区具有显著的氮素记忆效应(0.5Hurst指数1.0),而其余2个集水区不显著(0Hurst指数0.5).Hurst指数与耕地(r=-0.482,p=0.095)和建设用地(r=-0.311,p=0.301)面积比例均负相关,而与园地(r=0.479,p=0.098)和林地(r=0.510,p=0.075)面积比例正相关.同时,Hurst指数与集水区面积大小(r=0.118,p=0.700)和未利用地面积比例(r=0.032,p=0.917)的相关性不显著,而与河网密度负相关(r=-0.529,p=0.063).流域内"源"功能为主土地利用面积的增加和氮输移效率的提高加剧了河流氮污染,而对氮素记忆效应的作用则相反.因此,尽管增加"汇"景观面积、降低氮输移效率能缓解河流氮污染,但"汇"景观中截留的遗留氮对河流氮浓度会造成更长时间的影响.     

季节趋势模型在气体泄漏扩散模拟预测中的应用

基于江苏工业学院油气储运安全综合实验模型平台,利用示踪技术,模拟了有害气体瞬时泄漏扩散的整个过程。结合趋势季节模型,以六号探头为研究对象,利用指数平滑法,进行时间序列预测,得到下一个时间段的有害气体扩散数据。研究表明泄漏物质浓度有下降的趋势,模型输出结果较好,拟合度高,一定程度上反映了泄漏后有害气体未来的扩散趋势。该研究结果对泄漏事故扩散趋势做出准确的预测,对建立有针对性的应急救援预案,实施有效的现场控制,具有一定的科学参考价值。     

混沌理论在事故分析及预测中的应用

在对江苏常州市某公司安全事故资料进行大量调查与统计的基础上,应用混沌理论分析了该公司安全事故的混沌特征,指出了事故对初始条件的敏感依赖性和事故的长期不可预测性。应用重构相空间理论对安全事故次数的时间序列进行了分析和预测。同时,还对安全事故统计资料进行了R/S分析,得出该时间序列以2 0 0 1年6月为界限,存在两个Hurst指数,H1=1.6 82 8和H2 =0 .2 936 ,表明在以3个月为时间统计尺度的条件下,事故发生次数在前一时间段整体表现为持久相关性,而在后一时间段表现为反持久相关性。预测与分析结果与实际情况符合较好,表明应用混沌理论进行事故分析与预测是可行的,反映了事故的发展趋势。     

R/S法的土石坝施工期沉降规律及预警标准研究

为提高施工期土石坝沉降安全性,研究其具有复杂非线性特征的施工期沉降规律和相应的预警标准。基于国内某在建高土石坝的沉降数据,采用R/S法分析坝体不同高程测点、同高程测点和同测点不同时期沉降数据的Hurst指数及分形维数,提出评价坝体施工期沉降安全性的预警标准。结果表明:各测点的Hurst指数最小值为0.763,坝内各处沉降仍处于快速增长阶段;坝体下部比上部、中部比下游堆石区沉降能更快趋于稳定,且坝体下部的沉降速率已经渐趋平缓。     

基于DFA的无定河径流长期变化趋势及持续性研究

河川径流量的变化对水资源的开发利用和国民经济的发展具有很大的影响。采用Ko1mogorov-Smirnov检验方法对无定河流域两个主要水文站赵石窑站和白家川站逐月径流量序列进行正态性检验,在此基础上运用DFA分析方法,估算两站时间序列的α标度指数,预测该流域径流量的未来变化趋势及其持续性,并采用随机重排法对估算结果进行了稳定性检验。分析结果显示:赵石窑和白家川两站径流时间序列的α标度指数分别为0.52和0.56,均大于0.5,径流时间序列表现为较强的长程依赖性,表明无定河流域在过去近50a内径流量的总体上呈下降趋势,在未来一段时间内,还将持续一段时间。对原时间序列随机重排后,两站月径流序列的α标度指数都变小,分别为0.48和0.49,接近于0.5,进一步证明原序列确实存在着标度不变性。研究结果对流域的水资源规划、管理与合理利用有帮助。     

Large-scale effects on resistivity index of porous media

The estimation of humidity in the unsaturated zone of soils and NAPL saturation in contaminated aquifers may be based on the interpretation of electrical resistivity index logs. In the present work, concepts of the theory of the two-phase flow in pore networks are employed to interpret the form of the equilibrium and dynamic resistivity index curves of large porous samples. A resistivity cell is constructed to measure the capillary and electrical properties of large samples of unconsolidated porous media. The drainage capillary pressure and resistivity index curves of a sand column are measured by using the micropore membrane (porous plate) method, where a 0.5% wt/vol NaCl aqueous solution is displaced by n-dodecane. The dynamic resistivity index curves are measured by using the continuous injection technique for various orientations of the sand column. Based on concepts of the two-phase flow theory, concerning the dominant displacement growth pattern in a pore network and arising from the cooperative effects of capillary, buoyancy, and viscous forces, approximate relationships are developed for the resistivity index and saturation exponent as functions of the water saturation. The saturation exponent decreases as the displacement advances and the fluid distribution across the sand column tends to be homogenized after oil breakthrough. Both the resistivity index and saturation exponent increase as the displacement pattern tends to become compact and stable. In the destabilized flow pattern, as the Bond number decreases, the resistivity index may increase respectably within a narrow range of values of the Bond number. This happens when the thickness of the unstable capillary finger exceeds the lateral dimension of the porous sample and becomes a fractal percolation cluster. The saturation exponent becomes almost constant and independent of water saturation only over the destabilized displacement pattern at high values of the Bond number.