【摘 要】
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四参数Johnson分布族函数(简称Johnson分布)于1949年被提出,它包含三种正态变换形式。该分布具有多参数、多类型的特征,通过对样本拟合可推断和表达总体分布特征。Johnson分布是一种具有参数方法特点的非参数统计方法,其基本原理是通过实测偏态数据的统计特性来确定选用Johnson分布族函数变换形式,通过参数估计方法求解参数,推求给定设计频率的标准正态分布的设计值(分位数),通过John
【基金项目】
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国家自然科学基金(编号:52079110,51479171);
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四参数Johnson分布族函数(简称Johnson分布)于1949年被提出,它包含三种正态变换形式。该分布具有多参数、多类型的特征,通过对样本拟合可推断和表达总体分布特征。Johnson分布是一种具有参数方法特点的非参数统计方法,其基本原理是通过实测偏态数据的统计特性来确定选用Johnson分布族函数变换形式,通过参数估计方法求解参数,推求给定设计频率的标准正态分布的设计值(分位数),通过Johnson分布逆变换反推原分布对应频率的设计值。Johnson分布具有较强的拟合能力,对于标准连续型分布模型,可以通过调整参数选择合适的类型来逼近该模型。四参数Johnson分布的4个参数在赋予分布灵活统计特性以及强大通用性的同时,也给参数估计带来了许多困难。四参数Johnson分布的参数估计方法包括矩法、分位数法、极大似然法以及最小二乘法。目前,在水文学领域,我国探讨应用该模型较少。因此,开展基于Johnson分布的水文频率计算研究,研究该模型在我国应用的普适性,对于丰富水文统计学理论,为研究区水资源规划和评价提供依据等具有显著的科学意义和应用价值。鉴于Johnson分布具有多种变换形式,能够通过复杂的变换曲线,实现良好的曲线拟合能力。本文探讨了矩法、分位数法、普通最小二乘法(OLS)、权重最小二乘法(WLS)和对角权重最小二乘法(DWLS)5种Johnson分布参数估计方法,并将Johnson分布与P-Ⅲ分布的适线拟合效果进行对比。选取陕西和宁夏35个气象站的降水资料、黄河流域8个水文站的径流资料以及小浪底、三门峡等10个水文站的洪水资料,选择Johnson分布,应用5种参数估计方法分别对研究区水文气象序列的频率曲线参数进行估计。综合对比各参数估计方法和现行P-Ⅲ分布的拟合效果,研究取得以下结论:(1)研究了四参数Johnson分布特性,参数γ可以用来描述分布的不对称程度,参数δ可以用来刻画分布密度曲线的峰型阔狭特征,详细介绍了矩法、分位数法的参数估计方法原理,在OLS法的基础上,引入非线性加权最小二乘法。(2)根据四参数Johnson分布的5种参数估计方法,对研究区降水、径流和洪水序列的拟合情况进行了评估。拟合结果表明,降水、径流和洪峰序列频率分析中,DWLS法拟合效果最佳,其次为矩法、OLS法、WLS法和分位数法。(3)Johnson分布的5种参数估计方法下,通过拟合优度评价,对降水、径流和洪水序列的拟合情况做出了定量评价。分析结果表明,Johnson分布普遍优于P-Ⅲ分布。(4)综合5种参数估计方法和拟合优度评价,Johnson分布可以用于水文序列频率计算,且具有较好的普适性和拟合效果,虽然包含一些复杂的参数计算,但可借助计算机编程实现水文频率计算,因此Johnson分布也是水文频率可选的线型。
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