基于EMD的北洛河天然年径流量变化特征分析

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1、36中国农村水利水电·2008年第1O期文章编号：10072284(2008)10—0036—03基于EMD的北洛河天然年径流星变化榜征分析刘奎建，丁志宏(1_天津市水利工程建设管理中心，天津300204；2．天津大学建筑工程学院，天津300072)摘要：针对小波变换的不足之处，运用EMD方法对北洛河下游控制站状头水文站1956-2000年的还原后的天然年径流量时序进行多时间尺度分析，发现北洛河的天然年径流量变化存在准2～4年、准4年、准8～10年、准22年的波动周期，并分析了各分量的趋势变化。结果表明，EMD作为一种全新的多分辨

2、率信号处理方法，可以更精确地提取年径流量时序中不同波动周期的分量，在水文水资源变量的分析及预测中具有广阔的应用前景。关键词：EMD；北洛河；年径流量；多时间尺度中图分类号：TV213文献标识码：AFluctuationCharacteristicAnalysisofNaturalAnnualRunoffTimeSeriesintheBeiluoheRiverBasedonEMDLIUKui-jian，DINGZhi—honge(1．WaterResourcesConstructionManagementCentneofTianji

3、n，Tianjin300204，China；2．SchoolofCivilEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract：Byanalyzingproblemsofwavelettransform，thenaturalannualrunofftimeseriesfrom1956tO2000oftheZhuangtouhydrologicalstationontheBeiluoheRiveraredecomposedintomultipletime-scalese

4、rieswithEMDmethod．Theresultsshowthattherunofftimeserieshasperiodsthatabout2～4，4．8～10and22years，andthetrendsoftheIMFsub—seriesarediscussed．Thestudyshowsthat，sub—seriesofdifferentfluctuationperiodscanbeseparatedfromannualrunofftimeseriesmoreaccuratelywithEMDthatisanorig

5、inalmultiple-resolutionsignalprocessingmethodandcanbeusedwidelyinanalysisandpredictionofhydrologyandwaterresourcevariables．Keywords：EMD；BeiluoheRiver；annualrunoff；multipletime-scale变量的多时问尺度分析中取得了丰富的成果l_2]。小波变换0引言在时域和频域都具有良好的多分辨率分析能力，被誉为数学显河川径流量的变化过程是涉及水文、气象、力学以及人类微镜。但

6、小波变换实质上是一种窗121可调的傅立叶变换，其小活动等诸多影响因素的复杂的动力学过程，具有非线性、多时波窗内的信号必须是平稳的，因而没有从根本上摆脱傅立叶分间尺度性等特征。析的局限，小波变换虽然能够在频域和时域内同时得到较高的水文水资源系统的多时间尺度，是指在一个时间段中，水分辨率，但仍然存在一定的限制，这种限制通常会造成很多虚文水资源系统的变化不是以一种固定的周期在运动，而是包含假的谐波，且小波基函数的选择对小波分解结果有显著的影着各种时间尺度(周期)的变化和局部波动，使系统变化在时域响[。1998年，Huang等人提出了一种

7、全新的信号分析方法中存在着多层次的时间尺度和局部化特征_1]。一经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition，EMD)，近年来，小波变换(WaveletTransf0nn，WT)理论在水文1999年Huang又对其进行了改进。EMD是基于信号局部特征时间尺度，从原信号中提取本征模态函数(IntrinsicMode收稿日期：200710—15作者简介：刘奎建(1980一)，男，工程师，博士，从事水利水电工程建Function，IMF)。该方法从本质上讲是对一个信号进行平稳设管理T作。化处理，将信号中不同尺度(频

8、率)的波动或趋势逐级分解开基于EMD的北洛河天然年径流量变化特征分析刘奎建丁志宏37来，产生一系列包含了原信号不同时间尺度局部特征信息的当h^满足SD的要求时，令cl一矗即可得到信号(￡)的IMF分量，这使得分解得到的各IMF分量具有明显的物理背第