基于信息熵的河南省年降水量时空变化研究.pdfVIP

第30卷 第11期 长 江 科 学 院 院 报 V0I-30 No．1l 2013年 11月 JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstitute Nov． 2 0 l 3 DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2013．11．004 基于信息熵的河南省年降水量时空变化研究 王振亚 ，吴德波 ，朱余生 (1．河南省气象台，郑州 450003；2．黄河水利委员会 水文水资源局，郑州 450003；3．机械工业第六设计研究院 有限公司，郑州 450003；4．中国气象局 河南省农业气象保障与应用技术重点实验室，郑州 450003) 摘要：选取河南省 1960--2006年共83个站年降水量，将信息熵理论应用在河南省年降水量时空变化研究上，计算 每站的年降水量时间序列和年降水量与其极小值的相对量序列的熵估计值、全省各年年降水量分布和年降水量与 其多年平均降水量的相对值分布的熵估计值。计算结果表明：河南省年降水量的年际变化 自西北东南方向增大， 自南向北减小，自西向东增大，在西南东北方向则没有明显的规律 ；河南省年降水量相对值的年际变化 自西南东北 方向增大，在其他方向上则没有 明显的规律 ；1966，1976，1999和2001年的河南省年降水量的空间分布较均匀， 2000年的年降水量的空间分布不均匀 ；1986年的年降水量与其多年平均的相对值空间分布较均匀，2000年的年降 水量与其多年平均的相对值空间分布不均匀。 关 键 词：信息熵 ；年降水量 ；时空变化；不确定性 中图分类号：TV125 文献标志码：A 文章编号：1001—5485(2013)11—0016—40 降水量始终是气候变化研究的一个重要方 量，逐站求取各站年降水量时间序列。 面 ¨。降水量时空分布的不确定性易形成旱涝灾 1．2 研究理论和方法 害，对水资源、工业 、农业和生态环境等方面产生重 物理学中，熵是热力学系统的某种状态函数 ，它 大影响。C．E．Shannon把 Boltzmann的概念引入信 是对系统混乱度的度量，熵增使系统的混乱度增加， 息论中，把熵作为一个随机事件的不确定性或信息 熵减使系统的有序性增加 73。随着信息论的发展 量的度量 。这种不确定性应用在年降水量的时 与应用，信息熵问题得到了不少学者的积极研究 ，取 间序列上可以研究降水量的年际变化规律，应用在 得了大量的成果，其具有代表性的模型有 Renyi的 年降水量的空间分布上可以研究年降水在空间上分 信息熵、模糊集合的信息熵、高艾期的有效信息熵。 布是否均匀。张继国 将信息熵的理论与方法应 1948年，C．E．Shannon提出了基于离散型变量 用在淮河流域降雨的时空分布研究上，取得较好的 的信息熵。1994年，N．Ebrahimi等 提出了熵估计 研究结果 。 的2个改进式，可以由观测数据直接得到 的熵估 河南省地处北亚热带向暖温带过渡的大陆性季 计，并且证 明了这 2个估计式分别 以概率收敛到 风气候区内 J，境 内地理条件复杂，降水量的水平 口()。蒙特卡洛模拟显示这2个改进的估计式有较 小的偏差和平均平方误差 J。本研究采用其 中的 及垂直差异显著。一些学者基于统计学方法对河南 省降水量的时空变化进行了相关研究l5I6J，其主要 一 个改进式作为计算熵的估计值。 设 ， ，…， 是来 自总体 的一组观测值， 基于定性描述，笔者将信息熵理论应用在河南省年