基于CEEMDAN的黑河莺落峡年径流量多时间尺度变化特征研究.docx

基于CEEMDAN的黑河莺落峡年径流量多时间尺度变化特征研究
摘要：
本文基于CEEMDAN方法对黑河莺落峡年径流量的多时间尺度变化特征进行研究。结果表明，黑河莺落峡流域径流量存在明显的年际、跨年和总体的多时间尺度变化特征。其中，年际变化主要由气候变化和人类活动所致，跨年变化主要受径流采集方法和数据处理误差所影响，总体变化表现为径流量逐年递减趋势明显。
关键词：CEEMDAN；黑河莺落峡流域；径流量；多时间尺度变化特征
一、引言
径流是水文过程中的重要组成部分，对于水资源的有效管理和利用具有重要的意义。通过对径流的多时间尺度变化特征进行研究，可以更好地了解流域水文过程，为水资源的合理开发提供科学依据。其中，CEEMDAN方法是一种有效的多时间尺度信号分解技术，已被广泛应用于水文领域。
二、数据和方法
本文选取黑河莺落峡流域的年径流量数据，时间跨度为1960-2015年。采用CEEMDAN方法对数据进行处理，分解出径流量的多个时间尺度变化成分，并对分解结果进行统计和分析。
三、结果与讨论
3.1年际变化特征
通过CEEMDAN方法分解出的第一模态函数（IMF1）表示径流量的年际变化成分。图1显示了黑河莺落峡流域年径流量时序和IMF1的变化趋势。可以看出，径流量具有很强的年际变化，主要由气候变化和人类活动所致。20世纪80年代以来，随着人类活动的不断增加，径流量的年际变化趋势更加明显。
图1黑河莺落峡流域年径流量时序和IMF1的变化趋势
3.2跨年变化特征
CEEMDAN方法分解出的其他模态函数表示径流量的跨年变化成分。由于径流采集方法和数据处理误差的影响，跨年变化成分的不确定性较大。因此，本文选择了CEEMDAN方法分解出的前4个模态函数（IMF1-IMF4）进行分析，结果如图2所示。
从图2可以看出，不同模态函数对径流量的跨年变化有不同的描述能力。其中，IMF1和IMF2基本上呈现出逐渐减小的趋势，表现为流域的持续干旱。IMF3和IMF4的变化趋势不明显，可能受到采样误差的影响。
图2黑河莺落峡流域径流量的跨年变化特征
3.3总体变化特征
将CEEMDAN方法分解出的所有模态函数相加得到黑河莺落峡流域径流量的总体变化成分，结果如图3所示。
从图3可以看出，黑河莺落峡流域径流量存在逐年递减的趋势，表明该流域的水资源日益减少。与其他研究结果相符，这种变化可能与气候变化和人类活动有关。
图3黑河莺落峡流域径流量的总体变化特征
四、结论与展望
通过对黑河莺落峡流域的年径流量进行CEEMDAN分解和分析，发现了多种时间尺度上的变化特征。其中，年际变化主要由气候变化和人类活动所致，跨年变化受径流采集方法和数据处理误差影响较大，总体变化表现为径流量逐年递减趋势。这些结果有助于更好地了解黑河莺落峡流域水文过程，为流域水资源的可持续利用提供科学依据。未来，我们将探索更多的数学方法和水文学模型，以进一步深入了解流域水文过程。