基于Copula函数的赣江流域气象干旱特征分析

发布时间：2021-08-13 08:57

　　赣江流域是我国粮食主要产区之一,也是干旱灾害频发的区域。基于流域内39个站点1960～2018年的逐月降水和气温资料,计算逐月标准化降水蒸散发指数,通过游程理论提取干旱历时和烈度,分析其逐年变化趋势,对干旱历时进行边缘分布拟合前预处理,利用Copula函数计算‘或’和‘且’两种情境下不同等级干旱的重现期,分析干旱历时与烈度的时空特征。研究结果表明,赣江流域干旱历时和烈度两变量均呈减少趋势,跨季节干旱为主要类型;干旱历时的最优边缘分布函数中威布尔分布居多,Frank-Copula函数能很好地描述大部分站点的联合分布状况;重旱及以上两种重现期均小于7年,表明干旱严重且多发。 

【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(08)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

游程理论示意图

为了选出干旱历时D和干旱烈度S的最合适边缘分布函数，选用最常用的5种概率分布（对数正态分布（logn）、指数分布（exp）、伽玛分布（gam）、广义极值分布（gev）、威布尔分布（wbl））分别拟合干旱历时和烈度。使用最大似然法进行参数估计，并通过K-S检验其拟合效果；干旱历时和烈度的相关性通过Pearson、Kendall、Spearman进行度量，结果见图2。由图2可知，干旱历时的经验分布延轴有条带，这是由于计算的SPEI是逐月的，因此在使用游程理论进行干旱事件的识别过程中，导致截取的干旱历时是整数个月，与实际的干旱历时有一定的差异。并且在对干旱历时的拟合过程中，这种条带效果会导致样本个数严重偏少于实际值，呈现出离散性、不连续性，这必然会影响拟合效果。Copula函数定义为[0,1]上连续的均匀分布，显然直接拟合干旱历时不合理，本文引入干旱历时离散变量连续化处理方法，通过对整数月的干旱历时加上[-0.5,0.5]的均匀随机分布变量，从而使离散化的序列连续化，Michele C等[4]证明均匀分布不会改变数据原始的统计量信息。2.5 联合分布函数Copula

为了解赣江流域干旱特征两变量D、S的变化情况，在游程理论对标准化降水蒸散发指数截取的基础上，绘制年干旱历时与烈度变化趋势图（图3）。由图3可知，干旱历时和烈度整体上年变化较为同步，且均趋于减少，减幅相近。将近59年研究时段分为3个时期，1960～1980年代干旱历时与烈度呈相反的变化趋势，干旱历时增加，干旱烈度减小，表明这20年间，虽然干旱历时变长但干旱严重性有所降低；1980～2000年代干旱历时减小趋势明显大干旱烈度，年干旱烈度保持在4.5左右；2000年至今，干旱烈度出现明显减少趋势，在2003年烈度达到历史最高7.93。1960～2018年未发生干旱的年份有5个，出现跨季节干旱（干旱历时≥4个月）的年份占比超过60%，达到37个。由于赣江流域降水年内分配差异明显，导致雨季前后涝旱状态急转，伏旱秋旱常发。如1998年长江流域发生了大范围的洪涝灾害，赣江流域在1998年6月之前洪涝灾害严重，但下半年开始基本为少雨或无雨天，如图3所示，1998年干旱历时长达6个月，干旱烈度为6.55。3.2 赣江流域边缘分布与Copula函数的选取

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于联合干旱指数的黄河流域干旱时空特征[J]. 曹闯,任立良,刘懿,江善虎,张林齐,张璐.  人民黄河. 2019(05)
[2]基于Copula函数的河南省干旱特征分析[J]. 屈吉鸿,李岩,高志鹏,湛江.  水电能源科学. 2017(06)
[3]基于Copula函数的长春市106年来的干旱特征分析[J]. 李明,张永清,张莲芝.  干旱区资源与环境. 2017(06)



本文编号：3340133