水文时空变异性分析方法及其在降水分析中的应用

水文现象,如降水、蒸发、地下水盐等,既有时间上的动态变化,又存在空间变异性,即具有时空变异性。对这种水文现象的研究,通常是用时间序列分析方法分析时间过程,用地统计学方法分析空间分布,但这种时间和空间的单独研究忽视了水文现象的时、空联系,将水文变量的时间过程和空间分布综合起来研究具有重要的意义,但已有的时空分析方法不能很好的研究水文现象的时空变化规律,进一步对时空信息分析方法进行研究是非常必要的。 本论文提出了一种时空信息分析方法——时—空变异分析方法,首先找出描述单点水文序列动态变化特性的统计参数;然后将这些时间特征参数视作区域化变量,利用地统计学方法分析这些参数的空间变异性与空间分布情况。作为以上方法的应用,本文以中国中东部部分地区 59 个测站 1960-2000 年的降水序列为样本,分析了降水的时空变化特性。 利用经典统计学理论计算了研究区域上样本站和检验站的年降水序列的特征参数——均值、变差系数、偏态系数和一阶自相关系数。将这 4 个特征参数视作区域化变量,研究年降水过程的空间分布特性:分析了各参数在研究区域上的平稳性;在不考虑漂移的各向同性、考虑漂移影响的各向同性和考虑漂移的各向异性 3 种情况下,运用地统计学方法分析了各时间特征参数的空间变异性与分布格局;最后,分析了 4 个时间特征参数间的相关性情况,并运用协同克立格法对互相关性强的变量进行了多元分析。 根据分析结果,研究区年均降水量呈由东南至西北逐渐减小的格局;年降水序列的离散度在西北部地区最高,中部地区次之,南部则最低;大部分地区降水序列是正偏的;序列的一阶自相关性不强,绝大部分地区一阶自相关系数在-0.25～0.3 之间。 实例研究结果表明,时—空变异分析法可以较好的描述水文过程的空间分布特性。该方法利用几个特征参数代表水文信息的时间变化特性,用地统计学方法对其进行空间分布研究,从而可以知道未知区域点上水文信息的主要时间特性,这对解决缺资料地区的水文信息问题具有重要作用;另外还可得到整个研究区域内水文信息时间特性的空间分布,从整体上了解研究区域内水文过程的主要特征。