不同概率分布函数降雨极值的适用性分析北大核心CSCD

极端降雨极值发生的重现期是流域与城市防洪设施规划设计标准需要参考的最重要参数之一。利用常用的5种水文统计学分布函数,选取中国十大流域内10个站点不同时段的最大降雨极值序列进行拟合,并检验筛选不同站点的适用性分布函数。结果表明:10个站点拟合优度检验拟合效果较好,曲线差异度较小的分布依次为广义极值分布、对数正态分布、皮尔逊III分布;不同站点适宜性曲线的差异程度不同。研究结果可为区域降雨极值序列的拟合提供参考,即不同的区域、不同的季节、不同时长的降雨极值序列都应寻找其较适宜的分布函数并采用多种检验方法来拟合,以降低不确定性。     

基于站点降雨量最优拟合函数的SPI指数计算

标准化降水指数(SPI)能较好地反映不同时间尺度和区域的旱涝状况,时空适应性较强,成为科学研究和实际应用最广泛的描述多时间尺度的气象干旱指标,采用不同的概率分布函数拟合降雨量系列,将会得到不同的SPI值。利用淮河流域30个气象站点1951-2013年间约60 a的逐月降雨资料,分别采用7种不同分布函数(Gamma分布、皮尔逊III型分布、正态分布、对数正态分布、广义Pareto分布、广义Logistic分布和Weibull分布)对各站点不同时间尺度(1、3、6、12和24 mon)各月份降雨系列进行拟合,以K-S方法检验了各分布函数的拟合效果,并以均方根误差(RMSE)最小为准则选取的站点各月份最优分布函数OPT作为参考,分析比较上述7种分布函数模拟的不同时间尺度下的SPI时间序列。结果表明:在各不同时间尺度上,采用皮尔逊III型分布作为计算SPI指数的分布函数误差最小,其模拟的SPI值各站点总偏差平均值均在5%以下,Weibull分布和对数正态分布计算得到的SPI时间系列结果次之,它们模拟的SPI值各站点总偏差平均值介于5%~10%之间;当前我国气象部门统一采用的Gamma分布函数,并非计算SPI指数的最佳选择,各不同时间尺度下,采用Gamma分布计算的SPI值各站点总偏差平均值均在10%左右。其他函数,如正态分布、广义Pareto分布和广义Logistic分布,其误差介于10%~30%之间,均超过采用Gamma分布计算的结果。     

1959-2008年淮河流域极端径流的强度和频率特征

基于淮河中上游主干流两侧13个水文站点1959-2008年逐日径流量的年最大值序列和超门限峰值序列,采用Mann-Kendall趋势检验、21种分布函数和Pearson III分布,分析淮河流域极端径流的强度和频率特征。结果表明：① 极端径流强度6个站点呈增加趋势,7个呈减少趋势;极端径流发生频率8个站点呈增加趋势,5个呈减少趋势。② 极端径流在径流值上的频率分布,年最大值序列总体较服从Weibull分布,而非普遍采用的广义极值分布;超门限峰值序列总体仍较服从广义帕累托分布。③ 基于超门限峰值序列和广义帕累托分布估算的50年一遇的极端径流值精度最高,大部分地区误差率低于0.2,精度优于工程标准Pearson III分布。气候变化背景下,极端径流频率特征发生变化,流域上游地区工程标准可能需要调整。受函数形态影响,极值序列最优拟合函数估算精度不如广义极值分布和广义帕累托分布。     

鄱阳湖流域枯水径流演变特征、成因与影响

选用11种概率分布函数,分析了鄱阳湖流域“五河”6个水文站年最小连续7EI平均流量（或称极值流量）。概率分布函数的参数以及拟合优度分别由线性矩与柯尔莫哥洛夫一斯米尔诺夫方法（K—S法）检验,选出最适合该区极值流量分布函数,同时运用Mann Kendall（M-K）方法对极值流量趋势进行分析,对引起该流域水文极值变化的原...     

淮河流域极端径流的时空变化规律及统计模拟

以淮河流域蚌埠闸以上20 个水文站点1956-2010 年日径流量观测数据资料为基础,采用游程检验、趋势检验和Mann-Kendall 检验法分析年最大日径流量的变化规律。分别采用年最大值法(annual maximum,AM) 和超门限峰值法(peaks over threshold,POT) 抽取径流序列样本, 运用广义极值分布(generalized extreme value distribution,GEV) 和广义帕累托分布(generalized Pareto distribution,GPD) 两种极值统计模型对规范化样本进行拟合,分析淮河流域极端径流的时空变化规律。研究表明:1956-2010 年,淮河流域蚌埠闸以上的研究站点中,10 个站点的年最大日径流量有减少的趋势,另外10 个站点有不显著的增加趋势。极端径流事件大多发生在20 世纪60、70 年代,且以汛期居多。淮河流域的极端径流主要来自淮河干流、淮南山区和伏牛山区。使用Kolmogorov-Smirnov (K-S) 法检验发现,GEV和GPD分布分别能较好的拟合AM和POT序列。采用百分位阈值法、平均超出量函数图法和超定量洪峰法三种方法选取阈值,对于淮河流域的极端径流事件模拟而言,百分位阈值法较好。     

贵州省极端降雨特征及其影响因子

不同地区在下垫面结构、气候等方面存在区域异质性,极端降雨表现出不同演变趋势和独特的空间分布格局。贵州喀斯特地貌类型复杂,影响降雨空间再分配,极端降雨频发,地质灾害严重。针对贵州省极端气候的研究,大多关注其时空特征与模式数据预估,缺乏对其重现期特征及不同尺度影响因子的分析。本文基于贵州省31个站点1990—2020年逐日降雨数据计算极端降雨,采用8种分布函数对其拟合并选出各站点的最优分布函数,分析贵州省极端降雨重现期特征,探讨其不同尺度影响因子。结果表明：(1)近31年来贵州省极端降雨在时间上呈不显著增加趋势,空间上呈“南高北低、东高西低”的分布格局。(2)Weibull分布函数对贵州省大部分站点的极端降雨拟合效果最佳;极端降雨的估计值随重现期增加而增大,在不同重现期均呈南高北低的分布格局,且南北差异随重现期增加而逐渐减弱。(3)大尺度影响因子中厄尔尼诺对极端降雨的影响最大;局地尺度因子中温度、高程、二氧化碳为极端降雨的主要影响因子。研究结果可为贵州省防洪减灾提供科学指导。     

中国次雨量特征及其区域分异

基于统计方法的降雨随机模拟已成为目前许多地表过程模型的重要组成部分,但多以日降雨模拟为主.为了进行次降雨随机模拟.必须揭示次降雨的统计特征.本文利用中国62个气象站1954-2001年5-9月逐日小时降水资料,整理出能够刻画次降雨特性的基本指标,分析了我国次降雨的基本特征,并利用卡方检验方法,验证了我国次雨量主要服从两参数Γ分布,个别未通过检验的站点主要是由于对次雨量极值模拟效果不好所致.进一步选择Γ分布两参数和90%、95%、99%次雨量百分位共5个指标.采用K均值动态聚类法将我国次降雨特征划分为5个类型区域,由东南向西北呈带状分布,各区次雨量的偏态性、非均匀性和分散度依次减弱.利用5个区Γ分布两参数的区域化参数值,可生成任一站点次雨量随机模拟序列,对于地表过程定量研究具有重要意义.     

近50 年来淮河流域极端降水的时空变化及统计特征

以淮河流域27 个气象站点1960-2009 年逐日降水观测资料为基础,选取年最大降水量序列(AM) 和超门限峰值序列(POT),分析淮河流域年极端降水事件的时空变化趋势,研究淮河流域降水极值的统计特征。研究发现：过去50 年,淮河流域大多数站点年最大日降水量有增加的趋势,少数站点有减少的趋势,但增加和减少的趋势均不明显。从单个气象站点50 年降水序列来看,年最大日降水事件发生的时间大多集中于20 世纪60-70 年代,且以汛期居多。利用L-矩法、K-S 检验等方法,发现GEV和GP分布分别能够较好的拟合AM和POT序列。通过计算比较在不同重现期水平下的降水量,发现POT序列及其对应的GP分布能够更好的模拟淮河流域极端降水序列。     

纵向岭谷区北回归线一带年降水区域分异特征

利用纵向岭谷区北回归线沿线及南北两侧的24 个站点1961-2007 时段月降水资料,基于全部站点的年降水主要特征统计,以及北回归线沿线的9 个站点的年降水变化的趋势性和阶段性检验、9 个站点间的年降水和5-10 月各月降水序列的相关性检验,分析研究区的年降水及变化分异特征。结果表明：研究区年降水主要特征及其年际变化,呈现出西部、中部、东部的空间分异,即三个区域各自内部自相似度高,而三个区域之间分异明显。北回归线沿线9 个站点的年降水序列都未表现出明显的“突变趋势性-阶段性”变化。研究区中部“岭-谷”相间的地形格局,对中部区域降水空间分异产生一定的影响,但相邻站点间多年际降水序列呈高度相关,意味着控制中部区域降水的决定性因素并不存在明显分异,间隔分布的“岭-谷”地形会带来局地性降水量的分异。     

基于GPD分布的黑河流域极端降水频率特征分析

采用广义帕雷托分布(GPD)对黑河流域极端降水的频率特征进行了分析。采用百分位数法、Hill图法、年交叉率法选取了极端降水阈值,借助L矩法对GPD分布的参数进行了估计;采用Mann-Kendall和Pettitt方法对超阈值日极端降水序列的平稳性进行了检验。结果表明：① 采用百分位数法和Hill图法得到的日极端降水阈值差别很大,在综合考虑以上两种方法的基础上,结合年交叉率法,最终确定了流域各站点日极端降水的阈值;② 根据Mann-Kendall和Pettitt方法,超阈值日极端降水序列基本满足平稳性假定;通过Kolmogorov-Smirnov检验以及理论频率曲线和经验频率曲线的拟合程度可以看出,GPD分布能够很好地拟合研究区极端降水的分布特征;③ 通过分析理论累积频率达到90%以上的极端降水可以发现,黑河流域20世纪60年代发生极端降水的次数最多,其次是90年代以后,70年代、80年代发生极端降水次数较少;在过去51年间,下游发生极端降水的次数最多,其次是中游和上游。     

Characteristics of extreme precipitation events within the Amur river basin in summer 2013

We investigated the precipitation characteristics for the summer period of 2013 on the basis of analyzing the daily precipitation amounts according to observational data from the Russian and Chinese meteostations on the territory of the Amur river basin. An analysis is made of the synchronism in the fluctuations of long-term series of precipitation amounts for two summer months (July and August) by using a modified algorithm for a classification of the fields of hydrometeorological characteristics, such as cluster analysis. The study revealed a poor correlation of precipitation amounts in different parts of the basin. We analyzed the interannual fluctuations in absolute maxima of the consecutive precipitation amounts for different periods of time (from 1 to 30 days). It is shown that precipitation over the summer period of 2013 that caused a disastrous flood in the lower reaches of the Amur were extreme primarily as regards the territory encompassed and the flood duration, which was due to a combination of synoptic processes of a different genesis. It was found that the precipitation amounts for periods shorter than 19 days in 2013 were not extreme in terms of intensity. A comparison was made with the year 1984 when there also occurred a flood on the Amur but not as violent. Parameters of the probability curves for 2013 and 1984 are presented for long-term series of maximum precipitation amounts for the summation period of 7 and 30 days. It is concluded that for calculating the maximum possible precipitation amounts which are necessary for assessing the maximum possible floods, it is appropriate to consider synoptic situations with long-lasting precipitation rather than separate short-lasting storm rains.     

近50年来淮河流域极端降水的时空变化及统计特征(英文)

Based on the daily precipitation data of 27 meteorological stations from 1960 to 2009 in the Huaihe River Basin, spatio-temporal trend and statistical distribution of extreme precipitation events in this area are analyzed. Annual maximum series (AM) and peak over threshold series (POT) are selected to simulate the probability distribution of extreme precipitation. The results show that positive trend of annual maximum precipitation is detected at most of used stations, only a small number of stations are found to depict a negative trend during the past five decades, and none of the positive or negative trend is significant. The maximum precipitation event almost occurred in the flooding period during the 1960s and 1970s. By the L-moments method, the parameters of three extreme distributions, i.e., Generalized extreme value distribution (GEV), Generalized Pareto distribution (GP) and Gamma distribution are estimated. From the results of goodness of fit test and Kolmogorov-Smirnov (K-S) test, AM series can be better fitted by GEV model and POT series can be better fitted by GP model. By the comparison of the precipitation amounts under different return levels, it can be found that the values obtained from POT series are a little larger than the values from AM series, and they can better simulate the observed values in the Huaihe River Basin.     

辽宁省夏季降水量和极端雨量日时空变化特征分析

根据辽宁省23个气象站点1960-2014年的逐日降水量资料,运用线性倾向估计、滑动平均、累积距平、小波分析以及普通克里金空间插值等方法对辽宁省夏季降水量和极端雨量日进行时空变化分析。结果表明：55a来辽宁省夏季降水量整体呈现下降趋势,但降水强度正逐年增大,1984年、1992年和2010年降水趋势回升明显,夏季降水量的变化存在38a左右的主周期和22a左右的次周期。空间分布表现为由辽东南向辽西北逐渐减少;持续干旱天数呈现出显著的增大趋势,大雨日呈现不明显的减少趋势,暴雨和大暴雨日都有不明显的增大趋势。极端雨量日4项指标周期变化具有一致性特征,都在35~40a的时间尺度上存在明显的周期变化。大雨、暴雨、大暴雨在空间分布上具有一致性特征,极端雨量日4项指标的变化倾向率在东北西南方向都存在不同程度的条带性高低交替变化的特征。     

中国沿海地区雨潮复合灾害联合分布及危险性研究

沿海地区极易受到极端降雨和高潮位引发的复合洪涝灾害影响。研究风暴增水和累积降雨同时发生的概率,设计雨潮联合分布函数,对提升沿海城市防洪除涝应对措施的有效性、减少城市复合洪涝灾害造成的损失具有重要意义。论文以1979—2014年中国沿海逐日最大风暴增水和邻近雨量站日累积降雨数据作为统计样本,采用Copula函数构建雨潮联合概率模型,并利用Kolmogorov-Smirnov检验、赤池信息准则、贝叶斯信息准则评价雨潮联合分布拟合优度,优选中国沿海雨潮联合概率分布函数模型。基于此模型,定量化设计中国沿海雨潮复合灾害情景。结果表明：在空间分布上,中国沿海雨潮复合灾害频次呈现明显的“两头多中间少”格局,其中,广东西部沿海、福建北部、浙江南部、山东及辽宁沿海频次相对较高;在50年一遇联合重现期下,北部湾、海南岛北部、浙江沿海、渤海湾部分沿海表现为极端降雨和较高的风暴增水,雨潮遭遇的复合灾害事件十分值得关注。研究结果在一定程度上揭示了中国沿海地区雨潮复合灾害的时空变化规律,并为复合灾害情景预测提供了定量化评估方案。     

黄河中上游流域夏季异常降水的变化特征及环流分析

 从中国气象局信息中心提供的全国地面台站逐日观测资料中选取黄河中上游流域66 个台站资料,结合NCEP/NCAR再分析资料,运用小波分析等统计方法,对黄河中上游流域夏季降水异常的变化特征、周期分布及影响降水的因子进行分析,研究结果表明：（1）流域旱涝年夏季降水空间分布上差异显著,易涝区位于河套平原,易旱区位于黄土高原东北部;（2）1960-2008年,流域夏季降水量线性趋势变化不明显,但年际间波动较大,多雨年少雨年相间出现,近50 a中降水整体呈现平稳—少雨—多雨—平稳—多雨—少雨的过程;（3）黄河中上游流域降水变化周期复杂多样,总体以2 a周期振荡为主,异常少雨年多表现为9 a周期振荡,异常多雨年多表现为15 a周期振荡,且流域主周期的空间分布可能与地形地貌、海拔高度及流域分布等地理因素有关;（4）丰、枯雨年环流形式差异显著,影响流域降水的环流系统有季风,西太平洋副高,温带气旋及贝加尔湖低压。     

暖湿背景下新疆逐时降水变化特征研究

基于新疆16个国家基准站1991-2013年5~9月逐小时的降水观测资料,分析研究了新疆夏半年逐时降水的时空分布和日变化特征。结果表明:新疆小时降雨频数呈现西北多、东南少的特征;4 mm·h^-1以上量级雨强的强降雨高频时段北疆自西向东依次出现在下午、前半夜和后半夜,南疆多出现在夜间;新疆各区域逐时降水频率的日变化特征明显不同,各区域逐时降水分布并不均匀:塔城北部、阿勒泰地区日降水分布呈现双峰型特征,北疆其余地区则是较为一致的单峰型;南疆各区域以双峰型居多。南北疆0.1 mm·h^-1以上、4 mm·h^-1以上量级雨强的出现总频次均呈明显增加趋势,进入21世纪10年代南疆强降雨频次增加更显著。     

近60年来西南地区旱涝变化及极端和持续性特征认识

利用1953~2012年中国西南地区44个气象台站的逐日降水、温度资料,通过降水和潜在蒸发均一化旱涝指数,从旱涝的年代际、年际、季节内变化以及极端和持续性特征等方面进行了分析,结果表明：从旱涝的空间趋势变化来看,西南近60 a来秋季和年变化呈显著的一致变旱趋势,而春、夏、冬3季旱涝变化趋势表现出一定的区域性特征;从旱涝的时间演变来看,在温度与降水双重因子驱动下春、夏、秋、冬均表现为干旱化趋势,相比较秋季的干旱化程度最强,而春季的最弱,夏、冬两季相当,而全年的干旱程度比四季的程度更强;从极端旱涝的多时间尺度来看,在年代际和年际尺度上,极端洪涝发生频次逐渐减少,而极端干旱发生频次逐渐增多,从季节尺度看,春、冬两季极端干旱发生频次较多,而夏季最少,极端洪涝发生频次夏季最多,春季次之,秋季最少。从旱涝的持续性特征来看,持续性干旱事件的持续时间有增长趋势,发生频率有增多趋势,发生强度有增强趋势,并且主要发生在冬春两季,而持续性洪涝事件的持续时间、发生强度没明显变化趋势,发生频率有减少趋势,发生的季节也没明显差异。     

珠江三角洲地区风暴潮重现期及增水与环境要素的关系

珠江三角洲地区是我国海岸中台风暴潮最严重的区域之一,受全球变暖和海平面上升影响,该地区风暴潮增水重现值将出现显著的变化。本文采用耿贝尔方法和皮尔逊Ⅲ型分布法,分别计算了珠江三角洲地区11个潮位站的最大增水值的重现期,并对计算结果进行了比较,绘制了风暴潮增水重现值分布曲线。结果表明大部分潮位站的耿贝尔分布曲线与经验频率点吻合程度较好,少数潮位站的皮尔逊Ⅲ型分布曲线与经验频率点吻合程度较好,两种方法结合起来效果最佳;分析了该地区风暴潮重现期的基本特征;最后总结了风暴潮与台风路径、天文潮以及地形之间的关系。该计算结果将为政府规划设计部门决策提供参考,对风暴潮预报、海岸工程设计和估计风暴潮造成的损失提供科学依据。