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水 利 学 报

2021 年 10 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 10 期

文章编号：0559-9350（2021）10-1248-15

中国日降水量的概率分布

顾学志 ，叶 磊 ，赵铜铁钢 ，欧阳文宇 ，张 弛 1
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（1. 大连理工大学 水利工程学院，辽宁 大连 116024；2. 中山大学 土木工程学院，广东 珠海 519082）
摘要：针对国内目前没有通用、普适性的日降水概率分布的现状，以全国 820 个气象站实测的日降水数据为研究
对象，根据线性矩比值图选定 7 种参数个数不同的潜在概率分布进行拟合，选取均方根误差作为拟合优度的评价
指标，初步判定 KAP 和 P-Ⅲ分布在全国范围内最适用。在此基础上，权衡概率分布参数多少和拟合效果，进一
步制定最优分布的选择策略，对 KAP 和 P-Ⅲ分布拟合效果相近的站点，开展基于天气发生器的蒙特卡洛模拟，
评价这两种分布模拟日降水序列不同分位点及降水量年际波动的能力，最后按照气候、地理和流域分区给出全国
范围内最优概率分布空间分布图。结果表明：KAP 分布的适用范围更广，模拟降水全频段的能力更强，参数更少
的 P-Ⅲ分布作为最优概率分布有 3 ~ 4 个明显的集中分布区域，而目前普遍接受的 G2 分布拟合效果并不好，不适
宜广泛使用。本文的结果可为日尺度降水概率分布选择提供依据，结合研究目的和应用需求来确定最优概率分
布，以最大程度减少因选择概率模型不当而造成的偏差。
关键词：日降水；最优概率分布；线性矩；天气发生器；蒙特卡洛模拟；KAP 分布；P-Ⅲ分布
中图分类号：TV125 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20201066

1 研究背景

降水是水循环过程的关键环节，是维持地球生命的重要淡水来源，是能量循环的重要载体，也
是大气、海洋和陆地之间水量能量交换的重要过程，并强烈的影响地球的气候条件 ［1-2］ 。然而，降水
（尤其是日尺度降水）的观测资料往往历史年份较短，且部分地区存在降水缺测或无资料等问题，导
［3］
致无法为水和能量循环及气候变化等方面的研究提供完备的数据支撑 。日降水量的概率分布是降水
随机模拟的重要前提与基础，通过开展日降水量概率分布的研究确定降水变量的统计特征，再利用
［4］
基于降水统计特征的天气发生器可获得与实测降水统计参数相同且长度任意的模拟序列 。Pumo 等 ［5］
利用基于伽马（G2）分布的天气发生器结合土地利用模型，生成一系列包含长度足够的日降水序列的
情景方案组合用于驱动水文模型，研究水文循环对气候变化和人类活动的响应，解释气候和土地利
［6］
用变化是如何相互作用和影响水文过程的。Zhu 等 将 6 种概率分布生成的日降水序列输入到新安江
模型当中，用于模拟极端洪水事件，评价各概率分布还原洪水真实风险的能力。除了研究降水量全
［7］
序列的统计特征外，Papalexiou 等 的研究结果表明探究日降水序列的最优概率分布及其尾部特征，
［8］
是研究极端降水事件特征、推求设计暴雨的另一条有效的途径。Koutsoyiannis 指出，常用于研究极
端降水的年最大值和超阈值抽样法会遗漏降水序列中隐含的有价值信息，可能会导致低估暴雨设计
值，而日降水序列保留了完整的极端降水信息，可以有效地解决低估暴雨设计值的问题。因此，研
究日降水概率分布对降水径流模拟、水库调度及水资源规划配置、农业规划、极端事件、气候变化
等方面的研究均具有重要意义 ［9-14］ 。

收稿日期：2020-12-23；网络首发时间：2021-10-18
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20211015.1527.001.html
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基金项目：国家自然科学基金项目（51909010）；中央高校基本科研业务费（DUT20RC（3）019）
作者简介：顾学志（1991-），博士生，主要从事水文水资源研究。E-mail：guxuezhi@mail.dlut.edu.cn
通讯作者：叶磊（1989-），副教授，主要从事水文预报与水文分析研究。E-mail：yelei@dlut.edu.cn
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