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洪水极值序列的非一致性及考虑协变量的频率分布研究

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洪水极值序列的非一致性及考虑协变量的频率分布研究

作者：刘昊奇东北农业大学

学位级别：硕士

近几十年来,水文过程受到极端气候、人类活动、流域下垫面条件等多重因素的影响,水文序列原有的一致性特点也发生了改变,特别是洪水和暴雨资料受到的影响更为明显。这导致基于传统的水文一致性理论研究及其导出的频率分析结果面临质疑... 详细信息

近几十年来,水文过程受到极端气候、人类活动、流域下垫面条件等多重因素的影响,水文序列原有的一致性特点也发生了改变,特别是洪水和暴雨资料受到的影响更为明显。这导致基于传统的水文一致性理论研究及其导出的频率分析结果面临质疑与挑战。因此,水文非一致性理论的研究逐渐成为人们关注和重视的热点,并且尝试将其运用到洪水频率分析中。本文为探讨水文序列非一致性对洪水频率分析的影响,以黑龙江省的五个不同典型的流域作为研究区域,利用基于位置、尺度、形状的广义可加模型(Generalized Additive Models for Location,Scale and Shape,简称GAMLSS),从时间和降水两类因素出发,对洪水变量(Q、W、W、W)进行一致性和非一致性洪水频率分析。分析经验点据与理论分位曲线的拟合效果,确定变化条件下的洪水适宜理论分布。主要研究内容及结论如下:(1)采用Mann-Kendall检验法和R/S分析法对全省五个流域28个水文站的洪水极值序列进行非一致性检验,分析其年际变化特点。研究发现,各流域的洪水极值序列均存在突变性和趋势性,大多数流域洪水极值序列处于下降趋势,且其持续性较强,未来仍保持其下降趋势。此外,受到特大洪水对下垫面条件的影响,各流域洪水极值序列的突变情况主要集中在20世纪60年代、90年代和21世纪初。(2)为考虑时间因素对洪水频率计算的影响,构建GAMLSS模型,分别研究在一致性和非一致性条件下的洪水频率分布。结果表明,基于一致性假设下,各流域洪水极值序列最优分布的选取以对数正态(LN)分布为主,其次为广义伽马(GG)分布。虽然所选取的分布较为集中,但是各流域根据各自的流域特点,显现出不同的拟合结果;基于时间协变量的非一致性假设下,各流域洪水极值序列最优分布的选取仍以LN为主,其次为GG分布。虽然分布选取结果与一致性结果相似,但是由于历史特大洪水参与模型计算,这使得洪水理论分位数曲线受时间变量的连续性和不连续性影响较为明显,比一致性条件的拟合结果更为合理。(3)以历史特大洪水和气候因子资料为基础,选取降水变量(P、P)的影响因子。建立深度神经网络(DNN)和分布式随机森林(DRF)两种深度学习模型,对历史特大洪水对应下的特大降水进行插补。结果表明,模拟的历史特大降水可作为后续洪水频率分析中缺失的历史特大洪水对应降水的插补值。(4)为考虑降水因素对频率计算的影响,结合所插补的历史特大降水值,构建以降水为协变量的GAMLSS模型,研究洪水极值序列的非一致性频率分布。结果表明,各流域洪水频率最优分布的选取以LN为主,其他优选分布为伽马(GA)分布、韦布尔(WEI)分布、GG分布。因受极端降水信息的影响,各流域洪水频率最优分布类型差异较大;此外,随着极端降水样本的增加,洪水理论分位数曲线存在较为复杂的变化情况,这表明了极端降水样本的加入,增加了模型模拟结果的不稳定性。

关键词：非一致性 GAMLSS模型洪水频率分布协变量黑龙江省

不同栖息地破坏格局下具捕食偏爱似然竞争结局的模拟分析

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生态学杂志 2012年第3期31卷 774-780页

作者：刘昊奇李维德兰州大学数学与统计学院兰州730000

使用元胞自动机模型,对具有捕食偏爱、不同栖息地破坏比例和不同空间破坏格局条件下的捕食-食饵系统中各物种的变化动态进行了模拟分析。在捕食者和两猎物物种共存时:栖息地破坏比例、栖息地破坏的聚集度对猎物物种间强弱关系产生相反... 详细信息

使用元胞自动机模型,对具有捕食偏爱、不同栖息地破坏比例和不同空间破坏格局条件下的捕食-食饵系统中各物种的变化动态进行了模拟分析。在捕食者和两猎物物种共存时:栖息地破坏比例、栖息地破坏的聚集度对猎物物种间强弱关系产生相反的作用,若增加栖息地破坏比例不利于某一猎物生存,则提高聚集度对其有利;适当提高适宜栖息地的聚集度,对所有物种都有利,若聚集度过高,效果相当于减少了栖息地的破坏比例,可能对某些猎物物种不利,但对整体系统有利;被破坏栖息地的聚集度发生变化时,捕食者的反应更敏感;在一定条件下,增强弱势种群的捕食偏爱会有助于其生存。

关键词：集合种群栖息地破坏捕食偏爱聚集度元胞自动机

平板磁场制备定向钢纤维增强水泥基复合材料及其性能研究

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平板磁场制备定向钢纤维增强水泥基复合材料及其性能研究

作者：刘昊奇河北工业大学

学位级别：硕士

钢纤维混凝土因其良好的抗裂性能在地坪、路面、桥面板等实际工程中可实现针对性应用。实际工程构件服役过程中应力往往具有规律的方向性,然而钢纤维混凝土中的钢纤维呈乱向分布,与拉应力方向不一致的钢纤维不能起增强增韧作用,导致增... 详细信息

钢纤维混凝土因其良好的抗裂性能在地坪、路面、桥面板等实际工程中可实现针对性应用。实际工程构件服役过程中应力往往具有规律的方向性,然而钢纤维混凝土中的钢纤维呈乱向分布,与拉应力方向不一致的钢纤维不能起增强增韧作用,导致增强效果没有完全发挥,以及钢纤维浪费和工程成本增加。控制钢纤维混凝土中钢纤维方向的排布,可以提高钢纤维的增强效率,节约材料成本,具有重要工程实际意义。目前,制备定向钢纤维混凝土一般利用通电螺线管腔体内部形成的匀强磁场控制钢纤维的方向,试验室效果良好。然而,实际工程中,一般情况下构件的尺寸较大,且与模板等设施紧密联接,无法在通电螺线管的作业空间中实施钢纤维定向,因此,该定向方法难以应用于实际工程中。本文通过一种组合条形磁铁,在浇筑振动密实阶段从混凝土构件一侧施加磁场,实现其中钢纤维方向控制,制备定向钢纤维混凝土。这种方法解决了通电螺线管定向钢纤维受螺线管内部空间受限的问题,可用于实际工程中大尺寸混凝土构件中的钢纤维定向,有利于促进定向钢纤维混凝土的实际应用。磁场装置为多个条形磁铁同极并列组成平板磁体,每个条形磁铁又由多个小磁铁串联组合而成。相邻小磁铁之间存在漏磁,形成磁力线为波浪形的外磁场,测试表明,漏磁形成的外磁场磁感应强度和范围,均大于单根条形磁铁的外磁场,可以驱动水泥基中钢纤维定向。多个条形磁铁同极并列组成平板,增大磁场尺寸,满足制备试件要求。如果进一步增加尺寸,可满足工程需求。制备定向钢纤维水泥基时,按常规方法配制和拌合钢纤维增强水泥基复合材料,在振动台上振捣密实时,将平板磁场装置置于试模顶部60 s左右,拌合物中原本随机乱向的钢纤维被驱动转动到同一方向,硬化后即制备出定向钢纤维混凝土。分析表明,磁场有效作用范围达到100 mm以上,钢纤维定向效果良好。通过平板磁场制备定向钢纤维增强水泥基棱柱体试件,进行三点弯曲试验,与随机乱向钢纤维增强水泥基和采用传统通电螺线管磁场制备的定向钢纤维增强水泥基试件比较。结果表明,平板磁场制备的定向钢纤维增强水泥基试件较随机乱向钢纤维增强水泥基试件抗弯性能显著提高;与通电螺线管定向装置制备的钢纤维增强水泥基试件的抗弯性能基本相同。

关键词：定向钢纤维水泥基复合材料抗弯强度弯曲韧性

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破碎景观建立保护区面积-数量模式界定

生态学报 2018年第9期38卷 3272-3280页

作者：刘昊奇吕光辉新疆大学资源与环境科学学院乌鲁木齐830046 新疆绿洲生态教育部重点实验室乌鲁木齐830046 新疆大学干旱生态环境研究所乌鲁木齐830046

由于生境丧失日益严重,很难找到一片未被破坏的生境建立自然保护区,因而在设计保护区时,必须处理生境丧失带来的影响。在一个已经遭受过生境丧失的景观上,选取一片正方形的区域,并调整区域的面积以保证其中未被破坏生境的面积为一个固... 详细信息

由于生境丧失日益严重,很难找到一片未被破坏的生境建立自然保护区,因而在设计保护区时,必须处理生境丧失带来的影响。在一个已经遭受过生境丧失的景观上,选取一片正方形的区域,并调整区域的面积以保证其中未被破坏生境的面积为一个固定常数,探讨将未被破坏的生境建设成大量小保护区还是少量大保护区。结果表明:(1)随机的生境丧失下,生境丧失比例越高,少量大保护区模式的优势越明显。(2)即使生境丧失比例恒定,被破坏生境的空间分布形式也有重要影响——被破坏生境的空间聚集程度越高,大量小保护区模式的优势越明显。(3)增加扩散率或降低扩散死亡率可导致从少量大保护区更有利于物种到大量小保护区更有利的转变,且被破坏生境的聚集程度越高,转变的程度越高。以上结论为自然保护区设计提供了理论依据。

关键词： FLOMS问题濒危物种保护生境丧失个体扩散

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干旱荒漠区河岸带土壤碳格局和成因

土壤通报 2013年第6期44卷 1385-1391页

作者：张雪妮吕光辉贡璐秦璐何学敏刘昊奇新疆大学资源与环境科学学院新疆乌鲁木齐830046 绿洲生态教育部重点实验室新疆乌鲁木齐830046

利用多元回归和通径分析相结合的方法，基于各样带（T1～T3）土壤有机碳（SOC）和土壤无机碳（SIC）分布格局和差异性特征，剖析土壤碳的影响因素及其互作机制。结果表明：（1）浅层SOC（0-20cm）和sm（0～10cm）的样带间差异较显著，SO... 详细信息

利用多元回归和通径分析相结合的方法，基于各样带（T1～T3）土壤有机碳（SOC）和土壤无机碳（SIC）分布格局和差异性特征，剖析土壤碳的影响因素及其互作机制。结果表明：（1）浅层SOC（0-20cm）和sm（0～10cm）的样带间差异较显著，SOC和SIC在样带问的总体顺序均为T1〉T2〉T3；（2）全氮是影响样带-SOC的主要直接因素，土壤含水率、pH值和电导率通过全氮的负向作用间接影响SOC；影响样带二SOC的4个直接因素作用均衡，间接通径为其相互问的正作用；电导率是样带三SOC的主要决策因素。（3）影响样带-SIC的5个直接通径中海拔作用最大，间接通径主要为海拔、植被类型和容重问的互作；样带二SIC的主要决策因素为土壤含水量；土壤类型和海拔是影响样带三SIC的直接和间接通径。（4）不同样带SOC和SIC的影响机制各具特征，微尺度的土壤碳格局和成因分析对于区域碳循环异质性研究十分必要。

关键词：荒漠区样带通径分析土壤有机碳土壤无机碳影响因素

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辽宁省区域降水变化特征分析

水与水技术

水与水技术 2023年第S1期 126-130页

作者：刘昊奇辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司

降水作为控制植被生长、影响旱涝程度、水库蓄水来源的重要指标，对自然环境和人类生活产生着巨大影响，并且区域的环境差异也影响着降水的分布变化。为考虑不同区域的降水变化特点，选取1973—2019年辽宁省4个气象站的年降水量资料，采... 详细信息

降水作为控制植被生长、影响旱涝程度、水库蓄水来源的重要指标，对自然环境和人类生活产生着巨大影响，并且区域的环境差异也影响着降水的分布变化。为考虑不同区域的降水变化特点，选取1973—2019年辽宁省4个气象站的年降水量资料，采用5a滑动平均趋势分析法、Mann-Kendall检验法、功率谱分析法、R/S序列分析法，计算得出辽宁省各地区年降水量的趋势性、突变性、周期性等变化特征。研究结果表明：辽宁省各地区年降水量均呈下降趋势，其中中北部地区、南部地区、东部地区下降速率较快，未来可能呈上升趋势，突变情况较多；西部地区下降速率较缓，未来可能呈上升趋势，突变情况较少。周期性方面，中北部地区和南部地区周期性表现不强，西部地区和东部地区周期性更为规律。

关键词：地区趋势性突变性周期性

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土库曼斯坦物种多样性及其与中国新疆的比较

干旱区地理 2013年第4期36卷 623-630页

作者：何学敏吕光辉秦璐 Akhmetkaliyeva MAKSAT 刘昊奇张雪妮新疆绿洲生态教育部重点实验室新疆乌鲁木齐830046 新疆大学资源与环境科学学院新疆乌鲁木齐830046 艾尔法拉比哈萨克国立大学阿拉木图050040

土库曼斯坦与中国新疆在地理地形、景观带以及气候特征等诸多方面具有相似之处,这些因素共同决定了二者在物种多样性方面的相似性与可比性,加之人类活动影响加剧,两地物种多样性均遭受着严重的威胁。在对土库曼斯坦和中国新疆现有物种... 详细信息

土库曼斯坦与中国新疆在地理地形、景观带以及气候特征等诸多方面具有相似之处,这些因素共同决定了二者在物种多样性方面的相似性与可比性,加之人类活动影响加剧,两地物种多样性均遭受着严重的威胁。在对土库曼斯坦和中国新疆现有物种多样性数据进行总结的基础上,分析了二者的物种多样性现状、珍稀动植物特征以及濒危种和入侵种相关研究进展,对比了二者在物种多样性年际尺度上的异同,总结了土库曼斯坦与中国新疆物种多样性保护现状与相关政策,以期为深入开展两地生物多样性合作与交流提供支持。

关键词：土库曼斯坦新疆物种多样性濒危物种入侵种

寒区农业流域综合干旱指数构建及其适用性分析

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水资源保护 2023年第4期39卷 42-51,78页

作者：邢贞相李根付强王嘉麒段维义王红利刘昊奇东北农业大学水利与土木工程学院黑龙江哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室黑龙江哈尔滨150030

以挠力河流域为寒区农业流域典型区,构建融合多源信息的综合干旱指数用于寒区农业流域干旱特征的评估,并分析其适用性。基于构建的SWAT模型模拟挠力河流域水文气象要素,计算单一的标准化降水蒸散发指数(SPEI)、标准化土壤湿度指数(SSI)... 详细信息

以挠力河流域为寒区农业流域典型区,构建融合多源信息的综合干旱指数用于寒区农业流域干旱特征的评估,并分析其适用性。基于构建的SWAT模型模拟挠力河流域水文气象要素,计算单一的标准化降水蒸散发指数(SPEI)、标准化土壤湿度指数(SSI)和标准化径流指数(SRI),运用主成分分析法和熵权法分别对3种单一干旱指数赋权,通过最小偏差法计算最优组合权重,构建融合气象干旱、农业干旱和水文干旱信息的综合干旱指数(OCDI)。结果表明:OCDI的干旱事件监测结果与历史干旱事件吻合度较高,综合考虑多时间尺度下的OCDI对于挠力河流域干旱状况描述更为准确和全面;3种单一干旱指数监测的干旱程度空间分布差异明显,融合多源信息的OCDI能够从气象干旱、农业干旱和水文干旱多角度揭示挠力河流域综合干旱特征;OCDI与不同类型单一干旱指数均有较高的相关性,在挠力河流域上游对于干旱的综合表征能力更优且年尺度的OCDI综合表征能力优于季尺度和月尺度;OCDI能够较好地识别和区分该流域的综合干旱程度,随着OCDI所识别综合干旱程度的加重,流域实际受旱面积相应增大。

关键词： SWAT模型最优组合权重综合干旱指数寒区农业流域挠力河流域

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呼兰河流域网格化降水产品评估研究

东北农业大学学报 2021年第1期52卷 82-89页

作者：邢贞相袁泽段维义喻熠纪毅刘昊奇付强东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030

以中国逐日网格降水量实时分析系统数据集(CGDPA)为参考值,基于时空分布特征评估中国区域地面气象要素数据集降水产品(CMFD_P)、全球高分辨率陆面模拟系统降水产品(GLDAS_P)、中国陆面数据同化系统降水产品(CLDAS_P)、中国自动站和CMORP... 详细信息

以中国逐日网格降水量实时分析系统数据集(CGDPA)为参考值,基于时空分布特征评估中国区域地面气象要素数据集降水产品(CMFD_P)、全球高分辨率陆面模拟系统降水产品(GLDAS_P)、中国陆面数据同化系统降水产品(CLDAS_P)、中国自动站和CMORPH融合网格降水量数据集(CMPA)在呼兰河流域精度。结果表明,①CMFD_P与GLDAS_P整体高估多年平均降水量,CLDAS_P与CMPA整体低估多年平均降水量。②4套数据捕捉年内大部分降水集中在汛期,但相对于其他数据,GLDAS_P年内分配表现坦化特征,汛期偏低,非汛期偏高。③日降水精度由优到劣为CMPA>CMFD_P>CLDAS_P>GLDAS_P。④各套产品可捕捉降水量自东北向西南递减总体空间分布特征。

关键词：网格化降水产品评估陆面同化数据时空特征分析呼兰河流域