Box-Cox正态分布及其在降雨极值分析中的应用

Box-Cox变换和正态分布有机结合构建新的Box-Cox正态分布,可以用来研究降水极值分布拟合问题,采用极大似然估计方法估计Box-CoX正态分布的参数,并基于1951-2010年河北省21个气象站逐日降水观测资料,拟合逐年日最大降水量序列,借助K-S与A-D方法进行拟合优度的比较,结果表明BoX-Cox正态分布能适应不同站点的降雨极值分布的拟合,且大部分优于降雨极值分布拟合中常用的广义极值(GEV)分布、Weibull分布、Gamma分布,因而对掌握降雨极值分布规律,分析降水极值重现期、时空特征和变化趋势具有重要意义。     

基于数值流形法的降雨入渗与坡面径流耦合算法研究

降雨时坡地的入渗-产流分析，是降雨型滑坡、泥石流等地质灾害机理研究中的重要课题之一.为实现边坡降雨-入渗-产流的全过程数值模拟，进一步提高计算效率，考虑将降雨入渗面视作坡面径流与坡体渗流的内部域，基于一维运动波方程和二维压力水头格式的Richards方程建立耦合模型，并推导出其总体控制方程，采用数值流形法(numerical manifold method, NMM)实现其数值求解，通过编制相应的计算程序分析了边坡降雨产流过程.数值分析结果表明：所建模型的计算结果与试验数据及前人模拟结果吻合良好，验证了该文模型及计算方法的有效性与可靠性；降雨强度越大，产流时间越早，坡面积水深度越大，对坡体内的水分分布影响范围越广.研究表明，所建模型能真实反映边坡降雨-入渗-产流全过程，可为降雨诱发的各类地质灾害分析提供计算依据.     

降雨融化层后向散射的蒙特卡罗仿真

云层上端冰雪粒子的融化形成了降雨融化层，随着粒子的下落融化过程开始，因此融化层的微观特性在垂直方向上是连续变化的.建立了降雨融化层的仿真模型，应用更为切合实际的三层球形粒子代替了融化层中的粒子.根据降雨过程中雨滴的尺寸分布推导了融化层中融化粒子的尺寸分布.根据Mie理论，计算了降雨率小于12.5 mm/h时，降雨融化层对5，10，35，94 GHz电磁波的雷达反射率和特征衰减因子的垂直廓线.计算结果表明，当电磁波频率高于20 GHz时，将无法观测到“雷达亮带”，这与实验结果相符.根据辐射传输理论，应用蒙特卡罗方法计算了垂直方向微观特性连续变化的降雨融化层对不同频率电磁波的反射率，比较了两种不同尺寸分布(Gamma分布和Marshall-Palmer分布)融化层反射率的差别，这为利用高频电磁波对降雨融化层进行遥感提供了理论和数值依据. 关键词： 降雨融化层 蒙特卡罗方法 后向散射 电磁波     

降雨背景下量子定位系统中最优平均光子数自适应策略

量子定位系统（QPS）是一种高精度且安全的定位系统,光子数的变化会对定位误差和安全性造成很大影响。为了降低降雨天气下系统的定位误差并提高系统的安全性能,基于诱骗态量子密钥分配协议和最优平均光子数自适应（PNA）算法,提出了抵抗降雨干扰的QPS诱骗态自适应调整策略。建立了降雨强度、传输距离与最优平均光子数间的自适应关系,对自适应调整前后的定位误差和安全密钥生成率进行了对比。仿真结果表明,当降雨强度为10 mm/h,传输距离为10 km时,采用PNA算法后,系统定位误差由13.81 cm减小到1.13 cm;当降雨强度为1.47 mm/h,传输距离为25 km时,采用PNA算法后,系统的安全密钥生成率由5.5×10^-4提高到6.3×10^-4。由此可见,通过自适应调整系统每脉冲所含平均光子数,可以提高QPS在降雨天气下的可靠性。     

Predicting extreme rainfall over eastern Asia by using complex networks

A climate network of extreme rainfall over eastern Asia is constructed for the period of 1971-2000, employing the tools of complex networks and a measure of nonlinear correlation called event synchronization （ES）. Using this network, we predict the extreme rainfall for several cases without delay and with n-day delay （1 ≤ n ≤ 10）. The prediction accuracy can reach 58% without delay, 21% with 1-day delay, and 12% with n-day delay （2 ≤ n ≤ 10）. The results reveal that the prediction accuracy is low in years of a weak east Asia summer monsoon （EASM） or 1 year later and high in years of a strong EASM or 1 year later. Furthermore, the prediction accuracy is higher due to the many more links that represent correlations between different grid points and a higher extreme rainfall rate during strong EASM years.     

某尾矿坝暴雨蓄洪溃塌原因分析与综合治理措施

为分析某尾矿坝局部溃决机理和对其进行综合治理,从尾矿颗粒组成及 其物理力学指标、尾矿砂沉积分布特征、调洪引起的坝体渗流条件与浸润线变化以及排水设 施等方面进行了分析,同时进行了相应的滑动稳定性计算. 根据非饱和土理论,认为降雨使 上部子坝非饱和尾亚砂土含水量增加,基质吸力降低导致其抗剪强度下降,水位、浸润线位 置上升、排水措施和加筋不足等是其局部失稳的原因,并对该尾矿坝局部溃决的综合治理措 施提出了若干建议.     

非饱和膨胀土的结构损伤模型及其在土坡多场耦合分析中的应用

针对原状膨胀土对气候变化反映敏感的特点和其具有胀缩性、裂隙性、超固结性等力学特性,以非饱和土力学和损伤力学为基础,建立了一个非饱和膨胀土的弹塑性损伤本构模型及相应的固结模型．把原状膨胀土看成是由未损部分和损伤部分的复合体,未损部分用非饱和土的非线性本构关系描述,损伤部分用损伤演化方程和两个屈服面（即,加载屈服面和剪切屈服面）描述．其中的损伤演化方程包括加载引起的损伤和干湿循环引起的损伤两个方面,用作者研制的CT-三轴试验确定．设计了相应的有限元程序UESEPDC;对非饱和膨胀土边坡进行了三相多场耦合问题的数值分析．分析分为4个阶段,得到了边坡在每一分析阶段的应力场、位移场、孔隙水压力场、孔隙气压力场、含水量场、基质吸力场、结构损伤演化场和塑性区扩展的动态图,较好地揭示了膨胀土边坡在开挖和气候变化条件下逐渐发生失稳滑动的现象及其机理．     

汶川地震后四川省绵竹市清平乡文家沟泥石流灾害调查研究

在2008年5月12日汶川地震后的地震灾区暴发了许多泥石流灾害,其中以四川省绵竹市清平乡文家沟泥石流最为显著。文家沟原来不是泥石流沟,在汶川地震时由于滑坡形成的巨大的滑坡-碎屑流堆积体改变了文家沟的泥石流形成条件,在此后的3个雨季内,文家沟先后暴发了5次大规模和特大规模的泥石流灾害,其中以8 ·13文家沟泥石流规模和危害最大。8 ·13文家沟泥石流暴发时的总降雨量为227mm,泥石流持续时间约2.5h,泥石流总量约310×10⁴m³; 泥石流造成7人死亡, 5人失踪, 39人受伤, 479户农房被掩埋,直接经济损失4.3亿元。5次大规模和特大规模的泥石流以及洪水仅带走了16%的可以很容易形成泥石流的滑坡-碎屑流堆积物,文家沟如再遭遇较大降雨还会暴发泥石流。即使在今后的雨季中暴发几次规模如8 ·13泥石流一样大的特大规模泥石流,文家沟在较大降雨下仍然可能暴发泥石流灾害,因此对文家沟泥石流的防治工作将是一个长期的工作。     

雨介质中球形目标的GHz复合散射特性

将背景空间及其中存在的离散粒子作为一种连续的电介质,得出了背景空间中离散粒子存在时混合体的等效介电常量模型.利用该模型和国际电讯联盟给出的雨衰减测量数据,确定了GHz波段雨介质的等效介电常量并验证了其有效性.得出了雨环境中目标复合散射场的解析式,对雨环境中球形目标的复合微分散射进行了仿真与分析,进而研究了降雨率、电磁波频率及极化状态等因素对复合微分散射的影响.计算表明:降雨对微分散射的影响在10^-3分贝上,电磁波垂直极化时降雨的影响大于其水平极化时的影响.研究结果对精确制导和目标识别等有一定的参考意义.     

基于微波链路的降雨场反演方法研究

本文基于微波雨衰的幂律关系, 研究了使用微波链路反演降雨场的方法, 采用层析技术建立了降雨场反演模型. 并利用SIRT算法与正则化算法实现对降雨场层析反演模型的求解. 数值模拟结果表明, 该模型与反演算法能够较为准确地重建降雨场强度与空间分布特征, 能够提供高时空分辨率的二维降雨强度分布. 因此, 利用微波衰减数据进行降雨探测可以作为常规的雨量计与天气雷达观测手段的有效补充. 关键词： 微波雨衰 微波链路 降雨场重建 层析反演