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基于统计方法的降雨随机模拟成为目前许多地表过程模型的重要组成部分,但多以日雨量为主。此方面研究在国外发展的已比较成熟,并进行了广泛应用,但在我国研究尚处于引进和修订为主的阶段。本文将在深入分析我国降雨特征的基础上,确定反映降雨特性指标的统计特征,指出统计参数估算方法,建立可以生成日雨量、次降雨过程的随机模型,服务于土壤侵蚀模型、流域水土资源评价模型等地表过程模型的降雨变量输入。
论文基于我国564个气象站1971-2000年日雨量资料和62个气象站1954-2001年5-9月小时雨量资料,对日和次降雨特性进行了分析和模拟。
全国不同等级降雨日数与几条重要的年降雨量等值线有着很好的对应关系,从东南向西北方向各等级雨日数呈减少趋势。日雨量服从两参数Γ分布。全国大部分地区前一天为干日的条件下转移为湿日的转移概率P(W/D)在0-0.5之间,南方地区较北方地区大;冬季,江淮平原值较大,夏季,贵州、重庆、四川东部、湖北西部等地相对全国其他地区值较大。而前一天为湿日的条件下仍维持为湿日的转移概率P(W/W)在0.3-0.9之间,冬季,东南部和新疆西北部值较大,夏季,藏东南和滇西值较大。г分布形状参数α在东部地区较西部地区小;夏季较小,冬、春季相对较大。尺度参数β在自西北向东南方向依次递增,冬、春季较小,而夏、秋季较大。利用一阶马尔可夫链和两参数г分布可以较好地模拟当地的逐日降雨,模拟序列与观测序列的总体分布相同。
次降雨事件指标包括次雨量、次降雨历时、次降雨强度、次峰值雨强历时,深入分析了它们的统计特征,给出了统计分布函数的参数估计及其区域化结果,以便用于无观测资料地区的参数估计。结果表明:(1)我国次降雨特征东、西差异明显。次雨量服从г分布,降雨历时和和峰值雨强在一定程度上服从指数分布,峰值雨强历时用三角分布模拟。(2)我国次降雨特性可划分为5个类型区域,由西北向东南呈带状分布,各区形状参数α依次递增、尺度参数β依次递减;峰值雨强与平均雨强比γ参数依次递减;沿海的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ区雨峰出现的时间较内陆的Ⅰ、Ⅱ区早。
对次降雨模拟序列的综合评估表明:模型能很好地模拟次雨量,但对极值的拟合精度较差;次降雨历时、峰值雨强、峰值历时模拟频率分布与实测记录大体吻合,但对短历时、小雨强和大雨强的模拟频率过多,半数以上站点中等历时的模拟频率偏少,这可能与采用的小时雨量资料有关系。对峰值雨强出现在降雨后期的情况模拟不够充分。从季节分配上看,夏季的模拟效果较好。模型模拟能力不足的原因主要有两个:一方面源于数据本身精度的不足,以小时为步长的时间分辨率偏低,另一方面需要对各特性指标的统计特征及其参数估计进行更为深入的研究,尤其是极端情况。在今后的研究中有必要引入时间分辨率更高的资料进行极值统计特征和参数估计方法的深入探讨。