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随机水文过程基本概念

【摘要】:水文现象随时间而变化,称为水文过程,其变化的影响因素包括确定性和随机性两种成分。兼具这两种成分的水文过程称为随机水文过程。多年的过程可看作是多次独立随机试验,是一簇时间t的函数,称为随机函数,相应地称每年一次的过程为随机函数的一次现实,称为样本函数。推而广之,可定义n维随机过程的分布函数及密度函数。

水文现象随时间而变化,称为水文过程,其变化的影响因素包括确定性和随机性两种成分。兼具这两种成分的水文过程称为随机水文过程。若只具确定性,称为确定性水文过程;若随机性水文过程变化在时序上无相依性,称为纯随机水文过程,本书前几章涉及的主要是这种过程,也即常规的频率计算方法。

在流域气候、下垫面状况和水文地理特征基本稳定的条件下,每年的水文过程(例如年最大一次洪水过程等)可认为是一次独立随机试验的结果,且为时间t的函数。多年的过程可看作是多次独立随机试验,是一簇时间t的函数,称为随机函数,相应地称每年一次的过程为随机函数的一次现实,称为样本函数。当随机函数随时间t连续地取有限区间Δt内的值时,即称为随机过程;取离散值时,由此组成的随机过程,在随机水文学中称为随机水文序列或水文时间序列。在此以X(t)表示随机过程;以Xt表示随机序列(t=1,2,…,n),其一年过程(即一次现实)为xi(t)(i=1,2,…,n),称xt(t1),xt(t2),…,xt(tn)为随机过程X(t)在时刻t=t1,t2,…,tn的截口或状态。

X(t)的统计特征由其分布函数F(x)所确定,n组随机变量(向量)的统计特征完全由其联合分布函数F(x1,x2,…,xn)所确定。对固定时刻t,其分布函数为

此为随机过程X(t)的一维分布函数,f1(x,t)为一维概率密度,均与t有关。推而广之,可定义n维随机过程的分布函数及密度函数。

与前节介绍的纯随机变量类似,随机过程的数字特征可以描述随机过程的统计特性,包括均值函数、方差函数和协方差函数以及截口的矩等。