频谱分析法在郑州市降水量预报中的应用.pdf

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1、第43卷第1O期人民长江Vo1.43,No.102012年5月YangtzeRiverMay,2012文章编号:1001—4179(2012)10—0050—03频谱分析法在郑州市降水量预报中的应用于福荣,王友贺(1.华北水利水电学院资源与环境学院,河南郑州45001l;2.河南省气象科学研究所,河南郑州I450003)摘要:频谱分析法能分离和提取存在于降水过程中的周期成分,并将分离出的周期分量进一步用于降水量的中长期预报。通过分析1971~2009年郑州市的降水量资料,应用频谱分析法构建了郑州

2、市降水量的预报模型,并应用该方法对郑州市未来3a的降水量进行了预报。结果表明,该区年降水量存在两个主要周期(2a和5a左右),反映了该地区的气候变化规律。为了验证预报结果的准确性,还与Monte—Carlo方法的预报结果进行比较,证明了频谱分析法具有更高的预报精度。关键词:降水量预报;频谱分析法;Monte—Carlo方法;郑州市中图法分类号:P426.6文献标志码:A降水量预报方法很多,包括采用多年平均值作为1频谱分析法的基本原理预报系列中每年的降水量;采用皮尔逊Ⅲ型概率分布曲线,确定与指定概

3、率P相应的年降水量等。上述降1.1趋势项的提取水量预报方法,虽然在某种程度上反映了地区降水量频谱分析方法适用于长序列、平稳动态的资料,即分布特征,但还没有把降水量分布的本质特征反映在动态历时曲线的周期成分比较显著;对于非平稳的动预报中。实际上,一个地区年降水量的分布,就其一年态历时曲线,则应先对数据列进行平稳化改造,即消来说,具有随机性、不确定性;对于多年而言,却有其统除趋势项~。趋势成分llj以川卜的表达式来拟计规律性。合:在多数情形下,降水是在一些具有明显周期性变f(t)=b(】+bI,+/

4、一+,’+4,+b5t~+b6t一动因素作用下形成的历史过程,由大量谐成分与随机I】+b7f了+b8,了+^J+b⋯1nt(1)成分合成,并具有周期波动的特征。频谱分析法能分.式中,b。,b一,b为常系数、离和提取存在于降水过程中的周期成分,并将分离出对于样本容量不大的序列,趋势项常选用比较简的周期分量进一步用于降水量的中长期预报。近单的形式来表示,如:年来,频谱分析法在降水量预报方面取得了十分显著t)=b0+b。t+b2t(2)的效果。李平等应用频谱分析法对挠力河流域菜咀子式中,b。,b。,b

5、:为趋势项系数。其值可用最小二乘法站的年降水量进行了预报。燕双建等利用频谱分的回归算法求得。析法预测了淄河流域2009年和2010年的降水量。本文在分析1971~2009年郑州市降水量的年际1.2周期项的确定变化特征的基础上,应用频谱分析法和Monte—Carlo对于不存在趋势项,或通过数学运算已除去了趋方法对该区的降水量进行了预报,力求为该区水资源势成分,且周期成分比较明显的序列,可以进行周期性的管理提供一些依据。分析。假设去掉趋势项后的序列为(t),t=1,2,⋯,收稿日期:2012—02—

6、09基金项目:2010年华北水利水电学院高层次人才科研启动项目(001316)作者简介:于福荣,女,讲师,博士,主要研究方向为地下水资源评价。E—mail:yufurong250108@163.eom第10期于福荣,等:频谱分析法在郑州市降水量预报中的应用51==2一n2一nn。可假设其基本模型为精度满足要求,就可以用来进行降水量预报;若不满足∑∑精度要求,还要进一步/作自相/L关分析和干扰分析,以确V()=0o+Aisin(t)(3)、,、定平稳性变化项和随机干扰项,进行检验、调参,直到经过一

7、定的数学变换,V(t)可以化为满足精度要求为止。S∞在本文中,对降水量的实际预报结果采用后验预():n。+∑aicos(∞)+∑6sin(~of)(4)测法进行检验。令c=s2/s。及P={Ie一el<式中,n。,0,6称为傅氏系数,口=Asinq~,6=0.6745s}。其中,P代表一el<0.6745s的频率,则Aieosq~。角频率∞=2"rri/n。式(4)由无数个谐波叠加后验预测的效果,可按表1给出的标准进行衡量。而成,但由于降水量数据个数通常有限,用傅氏级数模表l后验预测法预测效果拟

8、时只能取有限项。一般假定V(t)有后个分波(试验周期个数),即k^k^v(t)~。+os(()(5)式中,-『通常称为波数。一般假设:n为偶数时,=n/2,2频谱分析法的应用n为奇数时,后=(n一1)/2。除去趋势成分后,余下的序列设为(t),t=1,2,⋯,n。2.1降水量资料的分析利用最小二乘法求傅氏系数,可得:本文所用的郑州市1971~2009年平均降水量资1,、。()料来源于郑州国家气候观象台,在此基础上建立频谱分析数学模型,以2006~2009年数据进行模型精度检2可(t一1)验。依据

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