基于天气发生器的石羊河流域降水模拟时空分析及降水变化趋势研究

论文摘要

本文基于WGEN天气发生器原理,选择石羊河流域及其周边包括民勤、永昌、武威、门源、乌鞘岭、景泰、靖远和西宁等八个站点,利用各站点1968-2017年雨季逐日降水资料完成流域降水模拟的时空分析和降水变化状况的研究。在降水模拟时空分析方面,本文的天气发生器模型由Python编程来实现,首先依据各站点1968-1997年雨季逐日降水资料,在改进美国经验公式的情况下设计符合石羊河流域降水特征的算法计算出了转移概率P（W|D）和P（W|W）,并通过极大似然法估计出了各站点雨季内每个月份的降水模拟参数alpha和beta;然后通过柯尔莫戈罗夫及斯米尔诺夫（Kolmogorov-Smirnov）检验（简称KS检验）和Q-Q图对模型进行地区适用性检验,结果得出除极端降水值外,两参数GAMMA分布能较好的模拟石羊河流域的逐日降水状况;最后在分别指定干湿日的情况下,将月平均降水日数、日平均降水量、雨日平均降水量和月最大降水量四个统计量作为评价模拟结果的要素,分别计算四个评价要素中模拟值与实际观测值的均方根误差、平均绝对百分误差和平均绝对误差在时间方面进行模拟效果的验证和流域降水状况的分析,另外通过样条函数和自然邻域两种插值方法实现了雨季各月份月平均降水量的空间可视化目标,同时发现流域实际降水情况与模型模拟降水情况自西南向东北方向都呈现出减少的趋势。在流域降水变化分析方面,首先通过计算雨季平均降水量、雨季平均降水日、平均转移概率P（W|D）、平均转移概率P（W|W）、降水模拟形态参数alpha和尺度参数beta的十年滑动平均值来削弱其周期性;然后通过Python绘制各站点研究要素的距平图并分析其阶段性变化状况;最后通过气候倾向率和Mann-Kendal非参数检验两种方法对石羊河流域各站点每个研究要素进行了整体的趋势分析。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景及研究意义

1.2 国内外研究概况

1.2.1 天气发生器研究进展

1.2.2 降水变化状况研究进展

1.3 研究内容及章节安排

1.3.1 研究内容

1.3.2 章节安排

第二章基于天气发生器的石羊河流域降水模拟

2.1 天气发生器降水模拟方法介绍

2.1.1 天气发生器简介

2.1.2 天气发生器数学模型

2.1.3 极大似然法参数估计

2.1.4 天气发生器模型的Python实现过程

2.2 石羊河流域概况及数据资料

2.2.1 流域概况

2.2.2 数据资料

2.2.3 数据预处理

2.3 降水参数计算结果及分析

2.4 地区适用性检验

2.4.1 柯尔莫戈罗夫及斯米尔诺夫检验（KS检验）

2.4.2 Q-Q GAMMA分布概率图比较

2.5 本章小结

第三章降水模拟的结果分析及面降水的生成

3.1 降水模拟时间序列结果分析

3.1.1 初始日为干日状态下的结果分析

3.1.2 初始日为湿日状态下的结果分析

3.1.3 总体评价

3.2 空间面降水的生成

3.2.1 空间插值方法介绍

3.2.2 空间插值建模过程及结果分析

3.3 本章小结

第四章石羊河流域降水变化趋势分析

4.1 滑动平均及计算结果

4.2 距平趋势分析

4.3 气候倾向率趋势分析

4.4 Mann-Kendall法趋势分析

4.5 本章小结

第五章总结与展望

5.1 工作总结

5.2 展望

致谢

附录

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 夏德锋

导师: 易善桢

关键词: 天气发生器,降水模拟,时空分析,检验,趋势分析,建模

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 华中科技大学

分类号: P426.614

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.002649

总页数: 72

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