MEMORY AND THE STATISTICAL INDEPENDENCE OF RAINFALL AND RUNOFF EVENTS

Abstract

Hydrological time series, such as observations of stream flow or precipitation, are important sources of information about watersheds and ecosystems. The objective of the present study was to estimate the "memory" within the system in relation to infrequent and extreme events. When an event such as a rainstorm takes place, it is customary to examine that event as a single entity. When the record contains many similar events, it has become customary to consider only events which are so widely spaced as to be logically independent. We used Spearman’s rank correlation coefficient to provide a statistical measure of how far apart in time two events must be to be considered statistically independent. This measure can also be used to assess similarities and differences between rainfall and runoff series, and between seasons or periods of time. The memories of different time series from two different watersheds were estimated, showing differences in memory between wet and dry seasons, rainfall and runoff, and between different scales of measurement. The method can be used to characterize basins and to compare different hydrological series.

Les séries chronologiques hydrologiques, comme les observations du débit de l’écoulement fluvial ou des précipitations, sont d’importantes sources d’information sur les bassins hydrographiques et les écosystèmes. L’objectif de la présente étude était d’estimer la «mémoire» au sein du système par rapport aux événements non fréquents et extrêmes. Lorsqu’un événement tel qu’une pluie d’orage se produit, il est d’usage d’examiner cet événement comme une entité unique. Lorsque le registre contient de nombreux événements similaires, il est devenu d’usage de prendre en considération uniquement les événements qui sont si largement espacés qu’on les perçoit comme statistiquement indépendants. Nous avons fait appel au coefficient de corrélation des rangs de Spearman pour offrir une mesure statistique du laps de temps qui doit s’écouler entre deux événements pour que ceux-ci puissent être considérés comme statistiquement indépendants. Cette mesure peut aussi être utilisée pour évaluer les similarités et les différences entre les séries de précipitations et d’écoulement et entre les saisons ou périodes de temps. Les mémoires de différentes séries chronologiques de deux différents bassins hydrographiques furent estimées et ont révélé des différences de mémoire entre les saisons des pluies et les saisons sèches, les précipitations et les écoulements et entre les diverses échelles de mesure. La méthode peut être utilisée pour caractériser les bassins et comparer les différentes séries hydrologiques.