基于Copula函数的汉江中上游流域极端降雨洪水联合分布特征

选取汉江中上游流域作为研究对象,根据流域九个气象站点1969~2008年逐日降雨资料以及丹江口水库同时期日入库流量资料,采用年最大值法(AM)和百分位法两种选样方式选取1 d、3 d降雨和1 d、3 d洪量极值样本,分别运用广义极值分布(GEV)、广义帕累托分布(GPD)、伽玛分布(Gamma)3种极值统计模型对样本进行单变量边缘分布拟合,运用Gumbel、Clayton以及Frank Copula函数模型对样本进行多变量联合分布拟合,遴选出描述流域降雨和洪水联合分布规律的最优概率模型。结果显示:对于AM选样样本,边缘分布为GEV时降雨洪量的二维和三维联合分布Frank Copula函数拟合效果最优;对于百分位选样样本,边缘分布为GPD时降雨洪量的二维联合分布Gumbel Copula函数拟合效果最优,三维联合分布则是Frank Copula函数拟合效果最优;比较二维和三维Copula函数模拟结果,三维联合Copula函数推求的设计值更大,说明三维联合分布考虑了更多的变量和极值信息,能更全面地反映极端降雨洪水事件的真实特征,对工程设计更显安全。     

基于多元随机效应Wiener过程的某弹用弹簧可靠性评估

目的 解决某弹用弹簧可靠性评估中存在的不确定性问题。方法 对某弹用弹簧进行加速退化试验,试验过程中发现其具有多个性能退化参数,并且其退化过程具有非线性、随机性及样本差异性的特征。为了对其退化过程进行数学表征,提出一种基于多元随机效应Wiener过程的退化模型。采用基于时间尺度变换的非线性Wiener过程,描述弹簧退化过程中的非线性与随机性。基于随机效应模型,对样本的差异性进行表征,利用Copula函数描述多元性能参数之间的相互作用关系。最后推导弹簧失效寿命的概率密度函数、可靠度函数。结果 在贮存条件为25 ℃、可靠度为0.9时,基于构建的多元随机效应Wiener过程模型,当考虑性能间的相关性时,得到某弹用弹簧的贮存寿命为12 a;不考虑性能间的相关性时,得到其贮存寿命为11.5 a。结论 构建的多元随机退化模型为该弹药健康状态管理提供了相应的理论依据。     

Archimedean Copulas在降水变异概率分布特征研究中的应用——以新疆福海县为例

探究二维情况下变异不同步,也就是一个变量发生变异,而另一个变量不发生变异的情况,对Copula联合分布的影响.在气温变化的环境下,降水过程发生了显著变异,而年降水量和年总降水天数的联合分布对长期旱涝情况有重要意义.以Copula函数为基础,计算新疆福海站年降水量和年总降水天数联合分布,用传统变异分析方法进行变异分析.针...     

基于Copula模型的降雨量与土壤饱和度的模拟研究

采用两步法,针对云南东川蒋家沟流域的降雨量与土壤饱和度,建立了边缘为皮尔逊Ⅲ型的Clayton Copula模型,分析了降雨量和土壤饱和度之间相关结构,以及两变量重现期,模拟了流域内土壤饱和度的变化情况。实例表明所构造的Clayton Copula模型能比较好地模拟出流域内土壤饱和度在降雨情况下逐日变化情况,有助于进一步认识降水对土壤饱和度的作用过程,并为分析泥石流灾害的发生提供了一种新思路。     

基于竞争失效的导弹机电产品可靠性评估

目的 解决导弹机电产品退化-突发竞争失效模式下的可靠性评估问题。方法 对导弹典型机电产品电机进行贮存失效分析,同时考虑双参数退化失效和突发失效对电机贮存可靠性的影响。首先,以具有随机效应的非线性Wiener过程描述电机贮存退化失效过程中的非线性、随机性和样本差异性。然后,采用Weibull分布描述突发失效过程规律,并考虑退化程度对突发失效的影响。最后,利用Copula函数刻画退化性能参数之间的相互作用关系,建立双参数退化-突发竞争失效模型,并给出基于两步极大似然估计的参数估计方法。结果 以仿真导弹电机退化突发失效数据为例进行分析,实现了基于双参数退化-突发竞争失效模型的系统可靠性评估,得到电机贮存5 a时的可靠度估计值为0.465。结论 所构建的双参数随机退化与突发失效相关的竞争失效模型有效,为导弹机电产品可靠性验证评估及寿命预测提供了相应的理论依据。     

近60多年来滇池流域干旱特性及重现期分析

根据滇池流域3个气象站、3个水文站、2个水位站、14个水库站建站(1950 s)至2014年的逐月(日)气象、水文观测系列,采用标准化降水指数(SPI)、标准化径流指数(SRI)以及干湿指数(Ia)三类干旱指标,按游程理论识别干旱事件、确定干旱历时和干旱烈度两个特征变量;通过小波分析揭示干旱历时和烈度的周期性规律;运用Gumbel Copula函数构建干旱历时和烈度的联合分布,计算干旱联合、同现重现期,及前一场干旱影响下的后一场干旱发生的条件重现期。结果表明,滇池流域干旱趋于严重;气象、水文、农业3类干旱的干旱历时或烈度,均具有100年以上变化周期;近期的干旱(2012-02~2013-04)为1950 s以来最严重干旱,联合、同现重现期分别达120.48和224.41 a,受上一场特大干旱(2009-05~2010-03)的影响,条件重现期高达271.82 a,持续干旱的叠加效应加剧了旱情和灾害程度。从滇池水位变化、区域大气环流异常、三类干旱规律、干旱史料文献及湖泊沉积物等多方面对比分析,印证了成果的科学合理性。     

近50a海河流域降水丰枯遭遇分析

针对海河流域洪水资源利用的迫切需求,基于39 个气象站点近50 a 长系列降水数据(1951—2008 年),利用Copula 连接函数,揭示海河流域内部南北山区与平原区之间的降水丰枯遭遇情况,为缺水的海河流域洪水资源利用与管理提供决策依据。研究表明,海河流域各区受到同一天气状况影响较大,同一水系在山区和平原区的降水同丰、同枯概率均在20%以上,其中同枯的概率更大(北部水系25%,南部水系31%);同一水系内山区丰水与平原区枯水的遭遇概率小于6%,降水丰、枯互补性较差;但不同水系之间的山区与平原区降水丰枯遭遇概率为9%。从全流域的角度,考虑南北水系之间调水,将有助于海河流域洪水资源的开发利用。     

南水北调西线一期工程调水河流之间实施补偿调度的可能性分析

以道孚、绰斯甲、足木足水文站1960～2000年的同步天然年径流量系列为基础,应用Copula方法构造了南水北调西线一期工程调水河流之间的径流联合分布模型,具体分析了鲜水河、绰斯甲河、足木足河这3条调水河流之间实施补偿调度的概率。结果表明：鲜水河与足木足河之间实施补偿调度的可能性最大,绰斯甲河与足木足河之间实施补偿调度的可能性次之,鲜水河与绰斯甲河之间实施补偿调度的可能性最小,其概率分别为4374％、3884％和2582％。
     

基于Copula相依函数的安徽省气温与降雨量相关性研究

当前全球气候变暖大背景下,气温和降雨量的交互作用引致农业气象灾害频发,给农业生产造成破坏性风险损失,因此探讨气温与降雨量之间的动态相依关系尤为重要。搜集安徽省24个气象观测站1980~2014年的气温与降雨量日数据,对原始数据进行矩平均处理,使两组数据列满足独立同分布的要求。采用非参数核估计的方法确定气温与降雨量的边缘分布。根据降雨量和气温的均匀分布散点图和频数分布直方图可知,安徽省气温和降雨量之间呈现一定程度的负相依关系,即图形中表现出气温与降雨量的上下尾之间的对称性。综上分析,选择可以刻画两个变量具有上下尾对称关系的Copula函数对气温与降雨量的相依关系进行拟合,最终在平方欧式距离最小的原则下选定二元t-Copula函数做出气温与降雨量之间的联合概率密度函数图。研究结果发现:1据安徽省气温与降雨量联合概率分布可知,当降雨量上升时,气温下降;或气温上升时,降雨量会下降,气温与降雨量之间呈现为中等负相关关系(–0.280)。2极值相关性方面,从t-Copula密度函数图和上下尾相关系数看,安徽省气温与降雨量在极值方面具有较为明显的相依关系,表现为当气温和降雨量超过正常范畴时,二者相依关系从负相关转变为正相关,此现象多出现在极端气候条件下,例如极端高温和大暴雨时气温与降雨量的正相依性。     

新疆极端降水概率分布特征的时空演变规律

依据新疆地区53个雨量站1957-2009年日降水资料,根据研究需要,定义了8个极端降水指标。运用K-S法确定降水指标最适概率分布函数,确定10年一遇极端降水量值;在此基础上,采用Copula非参数估计方法,通过Akaike information criterion(AIC)法确定两降水指标联合分布函数,系统分析1980年以后极端降水单变量极值及降水极值二维联合概率分布特征变化的时空演变特征,研究结果表明:①新疆有湿润化趋势,北疆湿润化趋势比南疆显著;②从降水天数和极端降水天数角度来看,新疆极端强弱降水同时出现的概率减小,从极端降水雨量和强度来看新疆中部、南疆西部、北疆东部及北部极端强弱降水同时出现的可能性减小,而天山西部与南疆北部的可能性增加;③1980年后新疆地区发生涝的概率增大,发生旱的概率减少。