基于Copula三维联合的辽宁省暴雨特征分析

摘要

暴雨作为一种极端降水事件，具有降水量大、强度高、发生频繁等特点。在季风影响下，暴雨发生尤为突出。暴雨发生时，历时短、降水大，导致平原排水不畅而引发涝灾;山区快速汇流而引发洪灾以及滑坡等次生灾害;城市下垫面渗、蓄、排水不及时引发城市内涝;水侵农田，淹没作物，导致减产;同时，还影响正常出行和城镇建设等社会活动。因此，剖析区域暴雨量、强度及频率，透视其概率及重现特征，有助于全面认识暴雨，是开展暴雨及风险研究的基础。
　　本文基于区域气候和地貌条件差异性，对辽宁省进行干湿/地貌分区;以Kendall相关系数为依据，从辽宁省22个国家气象站点中选取各分区具有代表性的站点，对1960-2012年的暴雨量、暴雨日数、暴雨强度以及暴雨贡献率进行单要素概率拟合和重现期测算;并以此为基础，利用Copula构建各分区的联合概率分布，测算联合重现期。对比分析暴雨各要素在不同干湿/地貌背景下所呈现的概率及重现周期;以及要素联合后，要素间的联合特征。研究表明:
　　(1)辽宁省半湿润山区年暴雨量、半湿润平原年均暴雨强度和年暴雨量以及湿润山区除暴雨日数外的其他三要素符合广义极值分布;半湿润山区年均暴雨强度、半湿润山区及平原的暴雨贡献率符合极值分布;湿润、半湿润山区年暴雨日数服从泊松分布;半湿润平原的年暴雨日数符合正态分布。
　　(2)辽宁省半湿润山区、半湿润平原、湿润山区的暴雨日数分别表现为1-5日的均匀分布，集中于0-2日和集中于1-6日的特征;年暴雨量分别集中于50-350mm、50-300mm、150-500mm，累计概率可达0.8、0.7、0.8;年均暴雨强度分别集中于60-100mm、52.5-150mm、60-120mm，累计概率为0.8、0.84、0.85;暴雨贡献率概率分别表现为集中于区间0.15-0.5、无明显集中、集中于区间0.08-0.7。
　　(3)辽宁省半湿润山区、半湿润平原和湿润山区可分别采用AMH Copula、ClaytonCopula和Frank Copula进行暴雨联合概率测算。半湿润山区联合累积概率在区间0-0.4、0.5-0.65和0.65-1上，分别表现为年暴雨日数和年暴雨量影响大，暴雨日数和暴雨贡献率偏大、而年暴雨量少，暴雨日数影响小。半湿润平原联合累积概率在区间0-0.37和0.6-0.8，分别呈现年暴雨日数和年暴雨量同步增大、暴雨贡献率滞后和暴雨要素同步偏大、联合概率滞后的特征。湿润山区联合累积概率在区间0-0.2和0.2-0.4上，分别呈现年均暴雨强度的滞后性和年暴雨日数和年暴雨量的异向作用。
　　(4)暴雨日数为0-5日时，重现期表现为半湿润山区＞半湿润平原＞湿润山区，重现期在0-80年波动;一年中发生6日以上的暴雨出现于湿润山区，重现期上限为500年。年暴雨量和年均暴雨强度，重现期集中在100年以内，并表现为半湿润山区＞半湿润平原＞湿润山区的趋势。暴雨贡献率在区间0-0.4内，重现期集中在40年以内，湿润山区＞半湿润平原＞半湿润山区。半湿润山区、平原和湿润山区联合重现期的上限分别为100、30和50年，相对单变量重现期而言，联合重现期大幅缩短，暴雨以某一程度发生的概率大大提升。随着暴雨各要素值的增加，重现期的增幅差异显著。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 选题背景

1．2 国内外研究综述

1．2．1 暴雨研究进展

1．2．2 Copula理论应用进展

1．3 研究目的及意义

1．4 研究内容及思路

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究思路

2 数据来源与研究方法

2．1 数据来源

2．2 边缘分布构建

2．2．1 边缘分布参数估计

2．2．2 边缘分布拟合优度检验

2．3 Copula三维联合构建

2．3．1 Copula函数介绍

2．3．2 Kendall秩相关系数

2．3．3 Copula参数估计

2．3．4 Copula拟合优度检验

2．4 重现期测算

3 辽宁省概况

3．1 自然环境特征

3．1．1 地质地貌特征

3．1．2 气候特征

3．1．3 水文特征

3．2 社会经济概述

3．3 暴雨概述

4 辽宁省暴雨概率分析

4．1 辽宁省干湿／地形分区及气象站点选择

4．2 暴雨单要素概率分析

4．2．1 半湿润山区单要素概率分析

4．2．2 半湿润平原单要素概率分析

4．2．3 湿润山区单要素概率分析

4．3 暴雨三维联合概率分析

4．3．1 半湿润山区联合概率分析

4．3．2 半湿润平原联合概率分析

4．3．3 湿润山区联合概率分析

5 辽宁省暴雨重现期分析

5．1 暴雨单要素重现期分析

5．2 暴雨多要素联合重现期分析

5．2．1 半湿润山区联合重现期分析

5．2．2 半湿润平原联合重现期分析

5．2．3 湿润山区联合重现期分析

5．3 单变量与多变量重现期对比分析

5．3．1 半湿润山区重现期对比分析

5．3．2 半湿润平原重现期对比分析

5．3．3 湿润山区重现期对比分析

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文情况

致谢