雷暴日时间序列混沌特性及预测研究

发布时间：2020-04-14 07:39

【摘要】：雷暴日序列是一种复杂的非线性时间序列,对其变化规律的研究是开展防雷减灾工作的前提和基础。长期以来,众多学者采用传统的确定性方法或随机性方法,或将二者结合的方法来描述雷暴日变化过程,揭示雷暴日变化规律。本文以南京为研究对象,首先研究雷暴日时间序列的长程相关性；然后将混沌理论应用于雷暴日变化规律的研究中,定性和定量地分析雷暴日时间序列的混沌特性,并将混沌理论和RBF-NN相结合对其进行预测,取得的主要研究成果如下：(1)通过对南京地区五个站点53年月雷暴日序列的非趋势波动分析,揭示了雷暴日的长程相关性及其内在规律。研究结果表明：南京地区雷暴日时间序列存在明显的长程相关性,具有明显的时间尺度,其中,南京站未来雷暴日序列总趋势呈弱增加状态,其余四个站点未来雷暴日序列总趋势均呈减少状态。南京地区各站点在突变点前后,标度指数明显地发生变化,即斜率发生变化,均有2-3个明显的标度不变区域,说明南京地区雷暴日系统具有复杂的物理作用机制；(2)对南京地区月平均雷暴日时间序列进行了相空间重构。研究结果表明：运用互信息法得到南京地区月平均雷暴日时间序列时间延迟τ为3,运用伪最近领域法得到最佳嵌入维数m为6,对雷暴日时间序列进行相空间重构,其吸引子轨迹具有复杂的分形结构,定性说明雷暴日系统具有混沌特征；(3)通过计算南京地区月平均雷暴日时间序列的关联维、Kolmogorov熵和Lyapunov指数三个参数,定量分析雷暴日时间序列的混沌特性。研究结果表明：雷暴日时间序列三个特征量的值为D=2.3238、K=0.0462和λ=0.0012,均为大于零的非整数,定量说明雷暴日系统具有混沌特征,是混沌时间序列,雷暴日系统存在内在的混沌机制；(4)针对雷暴日时间序列的非线性特征,建立了RBF-NN混沌预测模型,对南京地区雷暴日时间序列进行预测,结果表明：RBF-NN模型可以用于雷暴日时序的预测,预测结果的精度较高,预测结果能够很好地反映雷暴日时间序列的内在变化规律,且相空间重构后的雷暴日时间序列预测精度明显高于由原始雷暴日时间序列直接进行预测的精度。结果证实该模型能够准确、真实地反映雷暴日变化的总趋势,为研究雷暴日时间序列的非线性提供一种新方法。
【图文】：

变化过程图,样本序列,站点,变化过程

作为研巧对象，代表站有：南京站（５８２３８）、六合站（５８２３５）、浦口站（５８２３７）、逡逑高淳站（５８３３９）、深水站（５８３４０）。其中由于六合站点１９６１年资料不完整，逡逑因此六合区的地面气象观测资料范围为１９６２？２０１３年。图２－１为南京地区五个逡逑站点经统计后的样本序列图。逡逑本文Ｗ南京市各个站点月雷暴日数作为基准数据构成雷暴日时间序列，逡逑序列总长度Ｎ为５３ｘ１２＝６３６，即６３６个数据，其中六合站雷暴日时间序列长度逡逑为５２ｘ１２＝６２４，目Ｐ６２４个数据。图２－１为南京地区五个站点经统计后的样本序列逡逑叫９６１．１￣２０１３．１２度化过程线，，从图中可抖看到，雷暴日数有升有降，这种升逡逑降并不是杂乱无章的，与季节或月份的周期有一定关系，另外，还受某些无逡逑规律的随机因素的作用，在随后的章节中将会深入讨论。逡逑：逦＊逦南京逡逑６３邋－逦ｊ！逦—？—六合逡逑■邋１＼逦］逦—－—浦邋Ｐ逡逑心；Ｕ逦…一高淳逡逑ｌｙ逦……如－澡水逡逑零逡逑■邋■，■邋１．邋？邋■邋？邋■邋－１邋＊邋■邋＊邋■逦１邋？邋

江苏省,点对,定位资料,闪电定位系统

善闪电定位系统自身探测效率和减小定位误差问题。逡逑用上述方法从江苏省闪电定位资料中筛选出南京地区２０１０￣２０１２年闪电逡逑定位资料，统计结果见表２￣４和图２－６。２０１０－２０１２年南京地区负闪数均占总闪逡逑数的％％＾＾１上，且均集中在６、７、８立个月。逡逑１５逡逑
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P446

【参考文献】