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沙尘暴一直以来是我国西北地区典型的环境问题之一,同时也是全社会的关注的热点话题之一。沙尘暴的核心问题就是风沙运动,风沙运动本身是近地层气流对沙颗粒的输移运动。鉴于风力是风沙运动中的关键因素,从而对风沙流场风速特性和风速预测的研究有着十分重要的现实意义和学术价值。目前,常用的风速预测方法有时间序列法、卡尔曼滤波法、经验模式分解法(EMD)。每种方法各有优点和不足。本文以野外风沙流场观测的数据为基础,综合利用ARIMA模型和EMD模型进行数值模拟与计算分析。首先,基于ARIMA预测模型对5m高度处的顺风向和横风向的风速进行了单步时间模型预测,并与实测数据进行了分析对比,结果表明两个风向的预测效果较为理想。在此基础上,尝试用单步预测模型估计值代替实测,建立了风速多步时间预测模型,结果显示,在风速三步预测范围内,预测值大体上符合工程精度要求,但当预测超过三步时,预测精度大幅度降低,部分时间段的预测风速与实际不符。其次,提出了改进EMD风速预测模型,并进行风速预测与分析。从前面ARIMA模型的风速预测结果发现,预测的风速存在一定的延时性,并且在一些风速突变点处的预测精度也不理想。因此,结合EMD模型和ARIMA模型各自的优势,提出了改进EMD风速预测模型。具体为:(1)对原始风速数据进行EMD分解处理,得到有限个变化相对平稳的分量,即降低了各个分量之间的相互影响,又突出原始数据在细节处的变化规律;(2)根据各个分量的频率变化特征分为:高频、中频、低频,三个分量,对这三个分量分别进行ARIMA建模预测。(3)三个分量的预测结果进行叠加,得到最终的预测数据。结果表明,采用改进EMD模型的预测效果良好,显著降低了预测风速的延时性,进一步提高了风速的预测精度。从不同高度处5.0m、7.2m、10.3m、14.65m处的预测结果和实测结果分析发现,其单点数据以及两点之间的风速互相关系数与实际变化规律相一致,同时也对了沙尘暴期间的风速预测进行了研究,预测效果良好。这为研究风沙运动机理和工程实践应用,提供了理论分析和数据分析基础。