基于指数平滑和ARIMA模型的西北地区饱和水汽压差预测

摘要

饱和水汽压差是土壤-植被-大气连续体水分传输过程的关键影响因素,在全球气候变化背景下,预测西北地区饱和水汽压差,对于植被恢复和农林业气象灾害风险评估具有重要的现实意义。基于西北五省(区)1990—2019年月饱和水汽压差值,采用趋势分析和小波分析等方法研究了西北地区饱和水汽压差年际变化特征和周期性变化规律;采用指数模型和ARIMA模型,筛选最佳样本步长和预测步长,对西北地区饱和水汽压差进行模拟和预测。结果表明:(1)西北五省(区)中,新疆年均饱和水汽压差最高,其次为宁夏、陕西、甘肃和青海;近30 a整体上西北地区饱和水汽压差呈上升趋势,其中宁夏和新疆饱和水汽压差上升幅度最大,分别为0.036 kPa·(10a)^(-1)和0.033 kPa·(10a)^(-1),其次为甘肃[0.026 kPa·(10a)^(-1)]、青海[0.021 kPa·(10a)^(-1)]和陕西[0.012 kPa·(10a)^(-1)];(2)西北各省(区),16 a尺度周期对小波方差贡献最大,为饱和水汽压差变化的主周期。此外,陕西、甘肃和新疆还存在24~27 a的周期特征,方差贡献较小;(3)相对于指数模型,ARIMA模型均方根误差平均减少42.3%,决定系数R2平均提高11.1%,Nash-Sutclife效率系数平均提高17.7%,有效提高了饱和水汽压差预测精度;(4)未来一段时间内,西北各地区饱和水汽压差均存在不同程度的升高趋势,以宁夏和新疆地区的饱和水汽压差增幅最为明显,分别为9.5%和8.9%。