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摘 要:本文根据长沙地区1996年至2013年的年降雨量数据,采用灰色系统模型GM(1,1)对该地区的年降雨量预测并运用实测资料进行检验,结果表明预测精度是令人怀疑的,不宜采用灰色系统模型对长沙市进行年降雨量预测。
关键词:灰色系统;降雨量;预测;长沙市
降雨量在水资源管理、洪涝灾害预报以及水情预报分析中有重要的作用。现阶段关于降雨量预测的研究很多,从早期的线性预测发展到现在的非线性预测。越来越多的数学工具被应用在这方面,包括自回归模型、人工神经网络、覆盖算法、模糊系统预测、马尔科夫预测、组合预测以及时间序列分析等。这些方法都有各自的优势和适用条件,相应的样本数据的数量和原始数据的处理方法也有所不同。然而,降水量的驱动因素十分复杂,包括地形、地貌、流域下垫面、气温和人类活动等多因素的影响,具有高度不确定性。
灰色系统理论认为:部分信息已知,部分信息未知的系统叫“灰色系统”。水文系统就其本身而言具有灰色系统的一些基本特征,即水文系统中长期观测到的水文资料只是水文系统中极少的一部分,如有限年代的雨量、流量记录等;更有未知信息部分,如未来年代的雨量大小、流量丰枯,洪水、干旱的出现时刻以及水环境的前景变化等;因此,水文系统是一灰色系统,可用灰色系统理论对其进行分析、研究。
本文在GM(1,1)模型的基础上,对长沙市降雨量预测并运用长沙市降雨量的实测资料进行检验,结果表明预测精度不好,不宜采用灰色系统模型对长沙市进行年降雨量预测。
1 研究区概况
长沙位于中国中南部的长江以南地区,湖南省的东部偏北。地处洞庭湖平原的南端向湘中丘陵盆地过渡地带,与岳阳、益阳、娄底、株洲、湘潭和江西萍乡接壤。总面积为11818平方公里,其中市区面积1938.5平方公里,建成区面积320平方千米(截至2011年7月)。位于浏阳境内的大围山七星岭海拔1616米,为辖区最高处;岳麓山的云麓峰海拔300.8米,为城区至高点。长沙位于湖南省东部偏北, 湘江下游和长浏盆地西缘,东邻江西省宜春、萍乡两市,南接株洲、湘潭两市,西连娄底、益阳两市,北抵岳阳、益阳两市。
长沙属亚热带季风性湿润气候。气候特征是:气候变化明显,,降水充沛,雨热同期,四季并不分明,只有冬夏两季。长沙市区年平均气温17.2℃,各县16.8℃—17.3℃,年积温为5457℃,市区年均降水量1361.6毫米,各县年均降水量1358.6~1552.5毫米。长沙夏冬季长,春秋季短,夏季约118—127天,冬季117—122天,春季61—64天,秋季59—69天。春温变化大,夏初雨水多,伏秋高温久,冬季严寒少。3月下旬至5月中旬,冷暖空气相互交绥,形成连绵阴雨低温寡照天气。从5月下旬起,气温显著提高,夏季日平均气温在30℃以上有85天,气温高于35℃的炎热日,年平均约30天,盛夏酷热少雨。9月下旬后,白天较暖,入夜转凉,降水量减少,低云量日多。从11月下旬至第二年3月中旬,节届冬令,长沙气候平均气温低于0℃的严寒期很短暂,全年以1月最冷,月平均为4.4℃—5.1℃,越冬作物可以安全越冬,缓慢生长。
2 GM(1,1)模型
GM(1,1)模型是适合于预测用的1个变量的一阶灰微分方程模型,它是利用生成后的数列进行建模的,预测时再通过反生成以恢复事物的原貌。
4 对长沙市降雨量的预测
本文收集了长沙市1996~2013年的降水量数据,应用其中1996~2010年这15年的实测降雨资料进行分析:
5 结语
为评定模型的可靠性,规定预测的平均精度达到95%为合格。但由表2可知,用灰色系统模型GM(1,1)进行长沙市年降雨量预测的精度不够且不稳定,其准确性有待提高。
参考文献
[1] 白玉洁.改进时间序列模型在降雨量预测中的应用研究[J].计算机仿真。2011,(10)
[2] 王正发.灰色系统模型GM(1,1)进行水文灾变预测问题的讨论[J].西北水电。2000,(2)
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