基于小波神经网络的济南市年平均温度趋势预测与济南市城市热岛效应分析

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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。
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