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基于CMIP6多模式集合的内陆河径流模拟及预估

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地学前缘 2024年

作者：梁文翔骆震陈伏龙王统霞安杰龙爱华何朝飞石河子大学水利建筑工程学院寒旱区生态水利工程兵团重点实验室新疆兵团勘测设计院集团股份有限公司中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室

随着全球气候变化和人类活动的影响，以冰川融雪为主要补给来源的内陆河径流序列发生了明显变化，预测未来气候变化下内陆河流域径流变化对区域水灾害防治和水资源合理利用具有重大意义。构建分解-模拟-优化-重构模型与多模式集合平均(M... 详细信息

随着全球气候变化和人类活动的影响，以冰川融雪为主要补给来源的内陆河径流序列发生了明显变化，预测未来气候变化下内陆河流域径流变化对区域水灾害防治和水资源合理利用具有重大意义。构建分解-模拟-优化-重构模型与多模式集合平均(MME)的8种GCMs数据耦合，预测分析玛纳斯河流域2024年-2030年在不同气候情景下径流响应特征。结果表明：Model.VLE模型在径流模拟阶段R2>0.86且TPE偏差矫正和Model.VLE模型耦合的径流模拟效果最优，能够为径流预测提供可靠结果；玛纳斯河流域未来(2024年-2030年)径流来水偏丰较历史时期(2000年-2014年)有显著增加趋势，未来年径流变化与未来气温和降水相关，3种气候情景下未来(2024年-2030年)径流无显著差异。

关键词：径流预测 CMIP6模式气候变化内陆河偏差校正

青藏高原未来气候变化预估的不确定性来源及其降低途径

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北京师范大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 87-98页

作者：郭悦张文青刘浏周雪婷中国农业大学水利与土木工程学院中国农业大学中国农业水问题研究中心北京

在全球变暖加剧的背景下,准确预估未来时期气候变化至关重要.本文基于最新发布的CMIP6(coupled model intercomparison project 6)中的15个全球气候模式(global climate models,GCMs),在未来4种共享社会经济路径和典型浓度路径组合情景... 详细信息

在全球变暖加剧的背景下,准确预估未来时期气候变化至关重要.本文基于最新发布的CMIP6(coupled model intercomparison project 6)中的15个全球气候模式(global climate models,GCMs),在未来4种共享社会经济路径和典型浓度路径组合情景下,量化青藏高原地区气温和降水预估的不确定性.然后使用DT(daily translation)方法,对CMIP6模式输出数据进行偏差校正.通过对比DT方法前后不确定性的大小,讨论偏差校正方法在降低气温和降水预估不确定性方面的潜力.结果显示:DT方法校正结果与实测值更为接近;对于气候预估不确定性,从长期来看模式不确定性占据主导地位,而情景不确定性和内部变异性的贡献相对较低;DT方法对于降低降水预估不确定性的效果较好,其中模式不确定性降低最多,对情景不确定性的大小影响不大,但影响了不确定性的相对贡献大小.综合来看,利用DT方法进行偏差校正能在一定程度上降低预估不确定性.研究结果可为揭示气候变化对高寒区水循环的影响机制提供科学依据.

关键词：气候变化气温降水偏差校正不确定性青藏高原

面向风电场发电曲线偏差校正的电化学储能系统容量规划方法

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电力系统自动化 2022年第11期46卷 27-36页

作者：曹明浩于继来哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江省哈尔滨市150001

风电场(WPF)功率预测和发电计划曲线执行精度较低,虽可配置电化学储能系统(EESS)加以改善,但EESS单位投资昂贵,亟须探讨能够兼顾WPF发电曲线偏差校正目标和EESS小型化要求的容量规划方法。为此,提出了一种考虑WPF计划外超标偏差功率曲... 详细信息

风电场(WPF)功率预测和发电计划曲线执行精度较低,虽可配置电化学储能系统(EESS)加以改善,但EESS单位投资昂贵,亟须探讨能够兼顾WPF发电曲线偏差校正目标和EESS小型化要求的容量规划方法。为此,提出了一种考虑WPF计划外超标偏差功率曲线短时净偏差电量自归零特性,面向偏差考核电量降低的小规模EESS容量规划方法。定义了影响发电曲线偏差校正效果(GDCE)的超标偏差功率幅度和净偏差电量归零度特征,建立了GDCE与两个特征和储能容量间的关系模型,以及综合考虑超标电量比技术约束和投资收益率经济目标的EESS容量规划模型。算例表明,GDCE与特征间具有较强的相关性,所提方法能够考虑此特性并满足发电曲线偏差校正要求,可为WPF投资规模适度的EESS提供技术支持。

关键词：风电场电化学储能系统发电计划偏差校正自归零特性容量规划

不同偏差校正法对GCM降水数据的应用效果分析

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水文 2023年第3期43卷 93-100,117页

作者：李昕潼李占玲韩孺村中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083

大气环流模式(GCM)是获取时空连续气候数据的主要手段之一,但由于其在区域尺度上的输出数据往往存在一定偏差,因此在使用前需要进行校正。以黑河流域为研究区,提取了CMIP6中的BCC-CSM2-MR模式的降水数据,采用线性标度法(LS)、经验分位... 详细信息

大气环流模式(GCM)是获取时空连续气候数据的主要手段之一,但由于其在区域尺度上的输出数据往往存在一定偏差,因此在使用前需要进行校正。以黑河流域为研究区,提取了CMIP6中的BCC-CSM2-MR模式的降水数据,采用线性标度法(LS)、经验分位数映射法(EQM)和Gamma分位数映射法(GQM)对1985—2014年逐月降水数据进行偏差校正,选择标准化均方根误差(NRMSE)、平均绝对误差(MAE)、皮尔逊相关系数(R)和Sen斜率(Sen’s slope)为评价指标,分析校正前后评价指标的变化以及不同校正方法的差异和有效性。结果表明:(1)LS法校正后降水数据总量指标值有明显改进,NRMSE、MAE和均值误差明显减小,然而由于该方法没有考虑数据在频率上的差异性,因此,LS校正后的降水数据在频率上仍存在一定偏差;(2)经过EQM法和GQM法校正后,NRMSE、MAE指标均有所改进,频率指标方面校正效果更优,校正后的降水频率空间分布与变化趋势更加符合实测数据;另外,通过分析各指标,EQM方法在本研究区的适用性更强。

关键词： GCM 偏差校正经验分位数映射法线性标度法 Gamma分位数映射法

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不同降水产品在长江流域的偏差校正研究

水文 2023年第1期43卷 62-67页

作者：杜懿林泽群王大刚中山大学地理科学与规划学院广东广州510275

基于长江流域135个站点1983-2020年的月降水量观测数据,分别对ERA5-Land、PERSIANN-CDR和M SWEP等三种降水产品进行了适用性评估,并对比使用了多种偏差校正方法来提高降水产品的观测精度。结果表明,MSWEP对于长江流域的降水模拟效果较好... 详细信息

基于长江流域135个站点1983-2020年的月降水量观测数据,分别对ERA5-Land、PERSIANN-CDR和M SWEP等三种降水产品进行了适用性评估,并对比使用了多种偏差校正方法来提高降水产品的观测精度。结果表明,MSWEP对于长江流域的降水模拟效果较好,空间相关系数高达0.91,相对偏差仅为1.64%;ERA5-Land则对长江流域降水高估严重,精度较差。经偏差校正处理后,三种降水产品的适用性均得到了不同程度的提升,尤其是ERA5-Land,KGE(Kling-Gupta Efficiency)指标值从校正前的0.72增加到了0.82。对比不同偏差校正方法的应用效果发现,线性缩放法和分段伽玛分布校正法在长江流域表现最优,且后者更加稳健。本研究可为降水产品及气候模式输出等的后处理工作提供指导。

关键词：降水产品偏差校正线性缩放法参数转换法分布映射法

全球高分辨率海洋预报系统中的SST预报偏差校正

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海洋科学进展 2023年第3期41卷 444-455页

作者：刘波谢波涛黄必桂尹训强王志翔杨永增自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 山东省海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 中海油研究总院有限责任公司北京100028

本文基于卫星遥感的观测海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)数据和自然资源部第一海洋研究所全球0.1°分辨率海浪-潮流-环流耦合数值预报模式(The surface wave-tide-circulation coupled ocean model developed by First Institute of Oceanography,MNR,China,FIO-COM)的预报结果,采用线性回归模型和长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)对SST预报结果进行误差校正。利用2016—2021年的数据开展了一系列对比试验,线性回归模型基于局部线性的假设实现对下一时刻误差的预报,LSTM利用2016—2020年共56个月的历史偏差数据训练模型,使用2021年的数据进行检验。结果表明,线性回归模型和LSTM神经网络都可以改善预报结果,LSTM神经网络相对于线性回归模型的效果更好,SST误差降低70%左右;与线性回归模型相比,经LSTM校正后的各点的偏差的概率密度分布集中在0附近。LSTM方法在统计意义上优于线性拟合且结果更稳定,可进一步推广到海洋数值预报多要素偏差校正。

关键词： SST 偏差校正线性回归 LSTM

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约束条件下测量误差模型的统计推断

商丘师范学院学报 2024年第3期40卷 21-28页

作者：王照良张旭阳河南理工大学数学与信息科学学院

考虑具有测量误差的线性模型在参数分量具有精确的线性约束条件下的统计推理，提出了偏差校正的拉格朗日乘子检验统计量，得到了受约束的纠偏最小二乘估计量，并在一定的正则性条件下，证明了所得估计量渐近服从正态分布.最后通过数值... 详细信息

考虑具有测量误差的线性模型在参数分量具有精确的线性约束条件下的统计推理，提出了偏差校正的拉格朗日乘子检验统计量，得到了受约束的纠偏最小二乘估计量，并在一定的正则性条件下，证明了所得估计量渐近服从正态分布.最后通过数值模拟研究了所提方法的有限样本性质.

关键词：测量误差回归模型最小二乘估计精确约束偏差校正

TRMM降水数据在高原寒区的偏差校正及水文模拟应用

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TRMM降水数据在高原寒区的偏差校正及水文模拟应用

作者：刘畅云南大学

学位级别：硕士

准确的降水数据对研究降水时空变化、水文模拟、生态环境保护等至关重要。传统地面气象站点实测的降水数据精度较高,但在高原山地区域分布稀疏,难以获取详细准确的降水空间变化特征。TRMM卫星降水数据产品覆盖范围广,能较好的反映降水... 详细信息

准确的降水数据对研究降水时空变化、水文模拟、生态环境保护等至关重要。传统地面气象站点实测的降水数据精度较高,但在高原山地区域分布稀疏,难以获取详细准确的降水空间变化特征。TRMM卫星降水数据产品覆盖范围广,能较好的反映降水的时空变化,但与实测降水相比存在偏差。本文利用青藏高原五江源区及其周边地区50个有效地面气象站点2000-2019年的实测降水数据对TRMM 3B43降水数据进行校正,试图得到一套能准确反映高原寒区降水分布特征的格点数据。在对原始TRMM 3B43降水数据进行精度评估的基础上,引入雪深等反映高原寒区特征的地理环境变量,采用多种校正模型对TRMM降水数据进行校正研究,并利用校正后的TRMM降水数据驱动SWAT水文模型进行径流模拟效果验证。结果表明:(1)在青藏高原五江源区,TRMM 3B43降水数据在时间序列上与地面实测降水数据总体趋势一致,月尺度下决定系数R=0.75,但相对偏差Bias=18.72%,TRMM降水数据存在明显高估。总体上,TRMM降水数据偏差量与降水总量呈中度正相关关系(决定系数R=0.39),降水量越大,偏差量也相应越大。偏差量的空间分布受高程、坡度等地形因素影响。(2)分别利用多元线性回归模型、随机森林模型以及地理加权回归模型对TRMM降水数据进行校正,结果表明随机森林模型的校正效果最好。校正结果表明:校正后TRMM降水数据整体精度提高,且改善了原始TRMM降水数据高值高估的问题。有雪区域校正后的提升效果优于无雪区域,说明在高原寒区引入雪深变量能有效改进TRMM降水数据的校正效果。TRMM降水数据在校正前后具有相似的空间分布特征,五个江河源区中雅鲁藏布江源区和怒江源区的改善效果最好。(3)分别利用校正前后TRMM降水数据对雅鲁藏布江源区和怒江源区的月径流进行模拟,结果表明校正过后的TRMM降水数据可以有效改善原始TRMM降水数据在水文模拟中的应用效果,显著提高径流模拟精度。进一步表明随机森林模型校正后的TRMM降水数据可以作为高原寒区流域水文研究中可靠的降水数据源。

关键词： TRMM3B43 偏差校正五江源区径流模拟随机森林

基于智能相似日识别及偏差校正的短期负荷预测方法

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电力系统保护与控制 2019年第12期47卷 138-145页

作者：刘翊枫周国鹏刘昕汪洋郑宇鹏邵立政国网湖北省电力有限公司湖北武汉430077 清华大学北京100084 北京清能互联科技有限公司北京100080

在传统负荷预测理论的基础上,提出了基于智能相似日识别及偏差校正的新型短期负荷预测方法。首先构建地市相关因素特征矩阵,通过判断矩阵相关性智能选取负荷相似日,从而实现负荷曲线的一次预测。在此基础上,建立了实时气象偏差校正策略... 详细信息

在传统负荷预测理论的基础上,提出了基于智能相似日识别及偏差校正的新型短期负荷预测方法。首先构建地市相关因素特征矩阵,通过判断矩阵相关性智能选取负荷相似日,从而实现负荷曲线的一次预测。在此基础上,建立了实时气象偏差校正策略,采用XGBoost算法进行负荷曲线的二次偏差校正,达到短期负荷预测的目标。算例研究表明,该策略能够有效提升短期负荷预测精度,而且具有较好的自适应特性,可以应用于电力系统短期负荷预测实践。

关键词：相关因素特征矩阵相似日偏差校正短期负荷预测