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信息科学作用于环境灾害预测与评价是当前的一个研究热点。考虑到人工神经网络具有的强大的非线性逼近能力、容错能力和小波分析的局部特征分析能力,本文通过建立小波-BP神经网络模型,应用1951年~2006年济南市单站气温资料滚动预测了2003年-2007年平均气温,并应用区域自动气象站2007年逐时气温观测资料分析了济南城市热岛的时空分布特征,结论如下:
1.对比预测的2003年-2007年平均气温与实际数据,结果显示,通过建立小波-BP神经网络模型,能够通过温度序列数据预测未来温度,但存在一定误差。
2.通过bior1.1小波变换进行分解,利用BP神经网络分别对各尺度域上的小波序列对济南气象观测站1951-2006年的年平均温度序列数据进行建模和预报,然后综合各子序列的预报,进行小波重构,生成最终年平均温度预报。小波分解明显的提取和放大了原始信号的局部特征,能更好地提高神经网络的预测精度。与实际数据对照,该方法有效。
3.应用1951年~2006年济南市单站气温资料研究了济南地区气温的年代变化特征。从年平均气温来看,济南市气温自1951年以来呈明显上升趋势,90年代是50余年来增温最显著和最暖的10年,平均每年比80年代增温0.5675℃。应用1971~1998年28年观测资料,对济南市城市热岛效应的年、季、月的时间变化特征进行统计分析发现,济南市热岛效应有逐年增强的趋势,80年代和90年代增强最大,平均每5年增温0.3℃。
4.应用区域自动气象站2007年逐时气温观测资料分析了济南城市热岛的时空分布特征。结果表明,无论春、夏、秋、冬,济南的城市热岛在空间分布上均以泉城广场、市政府为中心呈环状放射发展。由于济南市区东部平坦开阔,发展很快,城市热岛逐步向东部扩展,热岛中心有呈东西条状发展的趋势。热岛强度以冬季最强,秋、春季次之,夏季最弱。济南热岛日变化规律是夜间大于白天,日变化幅度冬季大于夏季。城市热岛以日为周期呈规律性变化,表现为快速形成、快速消失的现象。城市热岛在太阳落山3~4小时内即可达到最强,随后维持少变;太阳出来后迅速减小,2~3小时内减到最弱。
5.城市热岛效应的分析通过与GIS结合,能更好的反映城市热岛效应的分布特征,更详细的了解各个区域的热岛情况。
6.未来研究的重点要加强站点建设,合理规划站点,结合遥感资料进行热岛监测和分析,对城市规划提出建议;构建数学模型,对未来温度数据进行更加精确的预测。