朝阳地区参考作物腾发量演变特征与预测模型研究

论文摘要

作物需水量是水资源开发利用和灌排工程规划、设计、管理的基本依据。通过参考作物腾发量来估算作物需水量是世界粮农组织推荐的一个重要方法。因此,准确预测地区参考作物腾发量,对提高该地区的农业用水效率、确定合理的灌溉规模、制定科学的灌溉制度、以及实现地区农业可持续发展和水资源可持续利用均具有十分重要的意义。本文利用朝阳地区七个气象站（朝阳站、叶柏寿站、建平站、北票站、羊山站、凌源站、喀左站）1967-2006年的气象资料进行了下述研究：运用气候倾向率、累积距平和统计学方法对朝阳地区各气象因素的年际变化、年内变化进行了分析。结果表明：近40年间朝阳地区七个站的年最高、最低、平均气温均呈显著的上升趋势；日照、风速、相对湿度和蒸发量呈显著的下降趋势；年均降雨量变化不明显。从季节上看,变化过程基本与年际变化一致。应用Penman-Montieth公式计算了朝阳地区40年的逐日参考作物腾发量（ETo）,并对其年际变化、月际变化特征进行了分析,结果表明：近40年朝阳地区ETo总体呈显著下降趋势。从季节上看,大部分测站的ET0在四个季节均呈显著的下降趋势,只有个别站点变化不明显。月际分析表明,朝阳地区ET0年内变化趋势为单峰型,最大值发生在5月份,最小值发生在1月份,各站点变化情况具有一致性。ET0在空间上呈现由西向东逐渐升高的趋势。对影响参考作物腾发量变化的主要气象因素进行了相关性分析和统计学检验,结果表明：日照、风速、蒸发量、相对湿度是影响朝阳地区ETo长期趋势变化的主要气象要素。从季节上看,风速、蒸发量为春季、秋季ET0主要影响因素,温度、风速为夏季ETo主要影响因素,冬季风速为主要影响因素。利用40年逐月ET0数据建立了基于遗传算法的投影寻踪回归模型（RAGA-PPR）、基于偏最小二乘回归的投影寻踪耦合模型（PLSPP）和平稳时间序列—投影寻踪组合模型（STS-PPR）等三种ET0预测模型。应用效果显示：三种预测模型均具有较高的预测精度。其中RAGA-PPR预测模型的预测精度最高,但所需要的预测因子需要提取相关系数较大的,而且需要的数据年份越多预测精度才会越高；PLSPP模型在样本点少、变量多的条件下也可进行建模,该模型计算简便,稳定性好,适用性更强,与传统的投影寻踪回归模型相比精度更高；STS-PPR模型在气象因子缺失的情况下,应用平稳时间序列预测模型预测ET0的相关气象因子,再应用RAGA-PPR预测模型预测参考作物腾发量,预测的ET0得到了较高的精度。从而使投影寻踪回归模型得到更广泛的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 估算方法的研究
• 1.2.2 预测方法的研究
• 1.3 本文研究内容和方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 朝阳地区气象要素的变化特征
• 2.1 研究区概况
• 2.1.1 地理概况
• 2.1.2 水文特征
• 2.1.3 气候特征
• 2.2 资料来源和处理
• 2.3 气象因素的分析方法
• 2.3.1 相关系数
• 2.3.2 气候倾向率
• 2.3.3 累积距平
• 2.4 朝阳地区气象要素演变特征分析
• 2.4.1 最高气温演变特征分析
• 2.4.2 最低气温演变特征分析
• 2.4.3 平均气温演变特征分析
• 2.4.4 相对湿度演变特征分析
• 2.4.5 日照时数演变特征分析
• 2.4.6 风速演变特征分析
• 2.4.7 降雨量演变特征分析
• 2.4.8 蒸发量演变特征分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 参考作物腾发量变化趋势及影响因素分析
• 3.1 参考作物腾发量的计算
• 0变化趋势分析'>3.2 ET₀变化趋势分析
• 3.2.1 年际变化趋势分析
• 3.2.2 演变特征分析
• 3.2.3 年内变化趋势分析
• 0与气象因素的相关分析'>3.3 ET₀与气象因素的相关分析
• 3.3.1 年际相关分析
• 3.3.2 月际相关分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 朝阳地区参考作物腾发量预测模型研究
• 4.1 投影寻踪预测法概述
• 4.2 基于遗传算法的投影寻踪回归模型
• 4.2.1 投影寻踪回归模型
• 4.2.2 基于实数编码的加速遗传算法
• 0预测中的应用'>4.2.3 RAGA-PPR模型在ET₀预测中的应用
• 4.2.4 小结
• 4.3 基于偏最小二乘回归的投影寻踪耦合模型
• 4.3.1 建模的具体过程
• 0预测中的应用'>4.3.2 PLSPP模型在ET₀预测中的应用
• 4.3.3 小结
• 4.4 平稳时间序列—投影寻踪组合模型
• 4.4.1 平稳时间序列模型建模的具体过程
• 0预测中的应用'>4.4.2 平稳时间序列—投影寻踪组合模型在ET₀预测中的应用
• 4.4.3 小结
• 4.5 三种预测方法对比分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文