淡水河流域水文時空變異分析

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許東鳴(Dong- ming Syu) 查詢紙本館藏

畢業系所

水文與海洋科學研究所

論文名稱

淡水河流域水文時空變異分析
(Analyses of Temporal and Spatial Hydrological Variations in the Tamsui River Basin)

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摘要(中)

本研究分析淡水河流域長期觀測水文資料在時間與空間上之變異，資料年限為1961年至2007年不等，首先主要利用線性迴歸與無母數趨勢檢定來評估時序資料變化趨勢，並利用主成份分析與群集分析進行空間變異分析。
分析淡水河流域長期溫度結果為趨勢增加且具正向顯著性，在年降雨量與日平均降雨強度變化趨勢亦有顯著性的增加，但連續不降雨日則較不顯著。利用主成份分析降雨之結果顯示:第一主成份可代表絕大部分之變異量達62.2%，第二主成份為13%，第三主成份為10%，進一步探討各個主成份可能代表之變異來源，第一主成份為綜合性指標，第二主成份為地形因子影響，第三主成份為區位因子影響。將主成份scores與ENSO和SOI大氣指標進行相關性分析，結果發現聖嬰現象的確對於淡水河流域降雨造成影響，再利用群集分析將流域降雨空間分布分類討論日平均降雨強度變化，發現近10年日平均降雨強度區位增強主要為石門水庫集水區。最後嘗試利用主成份分析結果，推估未設站位置降雨，假設現有測站降雨未知下，進行降雨推估比較，其結果與觀測值相當吻合，在逐月Nash檢定值有不錯的結果。

摘要(英)

Long-term observed hydrological data including precipitation, discharge, and temperature of the Tamsui River basin were analyzed to investigate temporal and spatial variations. First both linear regression and non-parametric trend examination were applied to examine trends and variations of hydrological data in time domain, then the Principle Component Analysis (PCA) and the Cluster Analysis (CA) were further used to investigate spatial variations.
Temperature trend is positive significant in the basin. Annual precipitation and daily rainfall intensity are increase and significant, while variations of dry spell days are insignificant. In whole analysis trend is increase more in this section. Monthly rainfalls were analyzed by the PCA. The PCA1 (the first principle component) stands for comprehensive climate characteristics, the PCA2 illustrates topography effects, and the PCA3 is location factor. Correlation analyses between ENSO/SOI indices and PCA scores show basin rainfall was slightly affected by the EI Nino. Results of the CA reveal that daily rainfall intensity in the Shishmen Reservoir has the most significant increasing trend watershed in the past decade. Results of PCA were further applied to estimate rainfall at ungauged locations. Rainfall at assumed unknown gauge can be reasonable estimated.

關鍵字(中)

★ 主成份分析
★ 降雨
★ 群集分析

關鍵字(英)

★ principle component analysis
★ precipitation
★ cluster analysis

論文目次

目錄
摘要I
Abstract II
致謝 III
目錄IV
圖目錄 VII
表目錄XII
第一章緒論 1
1.1前言 1
1.2研究目的和動機 2
1.3本文架構 4
第二章文獻回顧 5
2.1氣候變遷 5
2.2趨勢檢定 6
2.3主成份分析 7
第三章研究區域與資料 10
3.1地理位置 10
3.1.1淡水流域主要支流 13
3.2 流域水文概述 15
3.3 資料來源 16
第四章研究方法 17
4.1線性迴歸 17
4.1.1迴歸分析的基本統計概念 17
4.1.2最小平方法 18
4.1.3移動平均法 19
4.2 Mann-Kendall Test趨勢檢定 21
4.3主成份分析法 23
4.3.1主成份分析原則 27
4.3.2主成份求解部份 27
4.3.3推估空間降雨 28
4.4 交叉相關分析 29
4.5 群集分析 30
4.5.1 K-means法 30
第五章結果與討論 33
5.1迴歸分析 33
5.1.1溫度變化趨勢 35
5.1.2降雨強度分析 39
5.1.3連續不降雨日變化趨勢分析 43
5.1.4河川流量變化趨勢 48
5.2 Mann-Kendall Test 56
5.2.1年平均溫度 56
5.2.2年平均降雨 56
5.2.3降雨強度 61
5.2.4連續不降雨日 64
5.2.5年平均流量 66
5.2.6降雨年際間變化特性 69
5.3主成份分析 76
5.3.1時間序列月雨量主成份之結果 77
5.3.2降雨年際變化特性 82
5.3.3 ENSO與SOI探討 90
5.3.4群集分析之結果 94
5.3.5主成份推估未量測空間雨量 95
第六章結論與建議 100
6-1結論 100
6-2建議 100
參考文獻 102
附錄一 106
附錄二 108

參考文獻

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指導教授

李明旭(Ming-Hsu Li)

審核日期

2009-7-8

推文