关于云模型的降雨时空分布特性分析.pdf

水 利 学 报 2009年7月 SHUILIXUEBAO 第40卷第7期 文章编号：0559．9350(2009)07．0850．08 基于云模型的降雨时空分布特性分析 刘德地1，陈晓宏2，楼章华1 (1．浙江大学水文与水资源工程研究所，浙江杭州310058；2．中山大学水资源与环境中心。广东广州510275) 摘要：本文将云模型引入到降雨量时空分布特性的研究中，并对广东省东江流域内57个站点195620(10年降雨量在 时间和空间分布上的特性进行了研究。结果表明：该流域降雨量在汛期的降雨最为稳定，枯季次之，而年降雨量的稳 定性最小；降雨量在空间上的分布比时间上分布较为离散、较为不稳定，在此期间空间分布则离散度逐渐减少，而稳 定性逐渐增强；基于云模型的降雨时空分布特性分析是有效的，可直观地研究降雨量在时空上的变化特点。 关键词：时空分布；降雨量；云模型；东江流域 中图分类号：P333 文献标识码：A 1研究背景 降雨时空分布特性是构成水资源条件在时空上分布特性的主要原因之一，而水资源的时空分布特 性必然对水资源利用管理、农业以及水生生态系统带来一系列的影响¨。1，因此，研究降雨时空分布特 性对维护自然生态系统的健康和保障人类社会经济的可持续发展有着重要的意义。目前，对降雨时空 分布特性研究的主要手段是以随机统计学理论为基础的相关方法。如时间变化规律上的研究是以时域 和频率分析的时间序列分析方法(随机水文学)为主；而空间分布上的主要研究手段有地质统计学方 o等，其次有基于分形理论归。1剖、 Function，EOF)分解[8 法№】、信息熵]、经验正交函数(EmpiricalOrthogonal 混沌理论n21等一些方法和理论的应用。但在实际生产实践中，人们往往更习惯于用自然语言对事物进 行分析评判，即用自然语言来表达降雨在时空分布上的特性，如“我国降雨时空分布不均”等，而针对这 种不均性之类的自然语言定量描述与比较，或者对降雨数据定性概念描述等方面的研究目前还十分少 见，李德毅等¨副在传统模糊集理论和概率统计的基础上提出的定性定量不确定性的转换模型一云模型 可为解决这一问题提供一种新的途径。因此，本文在阐述云模型基本理论的基础上，将其运用于降雨时 空分布特性分析中，并以广东省东江流域的降雨时空分布为例进行研究。 2 云模型 2．1云模型的基本概念与特征 2．1．1 云和云滴 设U是一个精确数值量表示的论域，c是∥上的定性概念，对于任意一个论域中的 元素算，都存在一个有稳定倾向的随机数口(z)∈[0，1]，叫做算对c的隶属度，则戈在论域c，上的分布 称为云(cloud)，每个算称为一个云滴。云是由许多云滴组成，并且可伸缩、无边沿、远观有形、近视无 边，与自然现象中的云有着相似之处，故借用“云”来命名定性概念与定量数据之间的数学转换n“。云 的整体形状反映了定性概念的重要特性，云滴则是对定性概念的定量描述，云滴产生过程，表示定性概 收穑日期：2008-07-27 基金项目：国家自然科学基金资助项目 作者简介：刘德地(1980一)，男。土家族。湖南石门人．博士，主要从事水文水资源方面的研究。E-mail：dediliu@163．com ··——850·-—— 万方数据 念和定量值之间的不确定性映射。 2．1．2云的数字特征 1 云的数字特征用期望戤(Expected Value)、熵眈(Entropy)和超熵胁(HyperEntropy)3个数值(图1) O 来表征，把模糊性和随机性完全集成在一起，构成定性和定量相 互间的映射，为定性与定量相结合的信息处理提供了有力手段， O 反映了定性概念的定量特性。 世蝰惜 O 期望既是云滴在论域空间分布的期望。