人民胜利渠灌区气象因素及干旱特征演变分析

近年来灌区水资源短缺现象频发,为定量分析人民胜利渠灌区气候变化特征,利用数理统计、Mann-Kendall趋势检验法、气候倾向率和标准化降水蒸散指数(SPEI)等方法,分析了1951—2017年灌区气象因素及干旱特征年、季的演变规律。结果表明:灌区年平均相对湿度、降水量和水面蒸发量均呈现下降趋势,年最低气温、最高气温和平均气温均呈现升高趋势,且在不同年份发生明显突变;冬季平均相对湿度气候倾向率最大为-1.14%/(10 a),最低气温、最高气温和平均气温的气候倾向率均在春季最大(分别为0.52、0.18、0.40℃/(10 a)),年降水量的气候倾向率最大(-12.49 mm/(10 a)),夏季蒸发量的气候倾向率最大(-6.91 mm/(10 a));灌区多年平均干旱发生频率为33.43%,约每3 a就会发生一次干旱,春季、夏季和秋季干旱发生频率分别为56.72%、56.72%和26.87%,而冬季无干旱情况发生。     

黄河内蒙古段干流水面蒸发量变化特征

采用气象趋势系数和气候倾向率方法,分析了黄河内蒙古段河道形心点处E601蒸发皿蒸发量的变化特征,并计算了近55 a黄河内蒙古段水面蒸发量。结果表明:黄河内蒙古段年、季水面蒸发量均呈减小的趋势;多年平均水面蒸发量为3.27亿m3,其中春、夏两季的蒸发量在全年蒸发量中占主导地位;水面蒸发量的变化趋势是由气象因子综合作用所致,并不随着气温的升高而增大。     

近59 a黄河流域蒸发量变化规律及影响因素

为分析气候变化背景下黄河流域蒸发量变化特征及其影响因素,采用线性回归、Mann-Kendall突变检验分析和经验正交分解等方法对1961—2019年黄河流域95个气象观测站蒸发皿蒸发量变化进行分析。结果表明:近59 a黄河流域蒸发量呈显著下降趋势,全流域平均气候倾向率为-60.4 mm/10 a;2004年以后,蒸发量下降趋势加剧(气候倾向率为-219.4 mm/10 a);夏季下降趋势相对明显,春、夏、秋、冬气候倾向率分别为-12.7、-24.5、-10.4、-1.9 mm/10 a;不同河段蒸发量下降趋势不同,上、中、下游的气候倾向率分别为-59.3、-49.2、-74.9 mm/10 a。流域内蒸发量气候变化趋势存在两种空间分布模态:一致性分布模态和中部与东部、西部反位相的分布模态。通过偏相关、灰色关联度和多元回归分析发现,影响流域年蒸发皿蒸发量的主要因素有年均气温日较差、年日照时数、年降水量和相对湿度。     

近50年来额济纳三角洲气象要素变化对蒸发皿蒸发量的影响

识别蒸发皿蒸发量与气象要素的关系是认识气候变化对水循环影响的重要基础。根据额济纳旗气象站1961年-2001年的常规气象数据,建立了额济纳三角洲地区蒸发皿蒸发量与相关气象要素关系的Penpan模型,并据此估算了2002年-2011年的蒸发皿蒸发量,延展了蒸发皿蒸发量的时间序列,进而分析了1961年-2011年研究区蒸发皿蒸发量和相关气象要素的变化趋势及其相互关系。研究结果表明:(1)1961年-2011年期间,额济纳三角洲蒸发皿蒸发量呈下降趋势(气候倾向率为年-215.5mm/10a),而平均气温呈上升趋势,风速、总辐射、相对湿度则均呈下降趋势;(2)总体上,蒸发皿蒸发量对各气象因子的敏感程度从大到小依次为风速、相对湿度、太阳总辐射、平均气温;1961年-2011年,蒸发皿蒸发量对风速、相对湿度的敏感性呈下降趋势,对太阳总辐射、平均气温的敏感性呈上升趋势;(3)风速变化对蒸发皿蒸发量变化的贡献度最大,其次是相对湿度、平均气温、总辐射。     

中国中部典型半湿润半干旱区近40年来气候变化特征

以新密市为例对中国中部典型半湿润半干旱区近40年来的气候变化特征进行分析。针对新密市1971-2010年年、季平均气温、蒸发量及降水量采用线性倾向估计、累积距平、Mann-Kendall检验方法进行趋势变化及突变分析。得出近40年来中国中部典型半湿润半干旱区气候变化特征表现为年、季平均气温持续上升,年平均气温线性变化率为每10年0.44℃,平均气温约上升了1.8℃;年、季平均蒸发量反而呈波动式减少趋势;年平均降水量并没有明显的增加或减少趋势,各季节降水量变化趋势各异。这些变化特征与全球变暖背景下我国范围内整体的气候变化趋势基本一致,但是各季节气候特征的年代际变化稍有差异。     

澜沧江流域下游主要水文气象要素变化特征

采用线性回归、累积距平、Mann-Kendall突变检验等方法对澜沧江下游主要水文气象要素的变化特征进行了分析。研究表明,1967年~2006年间澜沧江下游降水量在季和年尺度上变化都不显著,除春季降水增加外,其他季节均呈减少趋势;气温变化在两个尺度上均为显著上升,冬季平均气温上升速率比夏季高;蒸发量在季和年尺度上均呈增加趋势,秋季蒸发量显著增加,其他三季和年尺度变化不显著;冬春季平均径流量显著增加,秋季径流量变化受人类活动影响更大。     

1951—2017年通辽地区气温、降水和蒸发演变规律研究

科学分析气温、降水和蒸发的演变规律,可为地区合理利用气候资源和发展农业生产提供参考依据。以 1951—2017 年通辽气象站的气候资料日值数据集为基础,运用年份突变检验、年际趋势分析和周期震荡分析等方法研究多时间尺度下年平均气温、年降水量和年潜在蒸发量的变化特征。运用 Mann-Kendall 检验、有序聚类检验和滑动 t 检验分析气候要素的突变特征,运用线性趋势和滑动平均分析气候要素的年际趋势,运用 Morlet 小波分析气候要素的周期震荡。结果表明: 年平均气温和年潜在蒸发量呈显著上升趋势,其变化率分别为 0. 38 ℃ /( 10 a) 、41. 40 mm /( 10 a) ; 年降水量呈微弱下降趋势,其变化率为－5. 26 mm /( 10 a) 。气温、降水和蒸发的突变年份分别为 1987 年、1963 年和1995 年。上述气候要素突变年份前后 10 a 均值的变幅分别为+14. 60%、－22. 74%、+8. 43%。56 a、15 a 为气温的第一、第二主周期; 41 a、18 a 为降水的第一、第二主周期; 55 a、30 a 为蒸发的第一、第二主周期。年潜在蒸发量具有 55 a 的显著变化周期。     

焦作市1951—2010年气候变化特征分析

根据河南省焦作市1951—2010年的年、季平均气温、蒸发量和降水量气象数据资料,采用水文序列中常用的线性趋势拟合、Kendall秩次相关检验、t检验法和Mann-Kendall突变检验方法,分析研究焦作市近60 a来气候变化特征。结果表明:1951—2010年焦作市年平均气温呈显著上升趋势,在1993年发生突变,四季平均气温持续升高,春、冬两季升温幅度最大;年蒸发量呈显著减少趋势,在1971年发生突变,四季蒸发量呈波动式减少趋势,夏季蒸发量减少幅度最大;年降水量呈不显著减少趋势,分别在1960年和2002年发生两次突变,四季降水量持续减少,夏季降水量减少幅度最大。     

珠江上游流域近55年气温变化特征分析

采用线性回归、Mann-Kendall检验及小波分析等方法,对珠江上游流域1954-2008年气温系列进行研究分析。结果表明:①近55年来,珠江上游流域多年平均气温呈显著上升趋势。在空间上,气温上升显著的区域主要集中在红水河、柳江、桂江、贺江、黔浔江、西江梧州以下及北江流域。年平均气温存在3、7、17和43 a左右的主周期。②从各季节气温变化看,夏、秋两季气温上升显著,冬、春两季上升不显著。各季节平均气温周期和年平均气温周期大体一致,均存在3、7、18和40 a左右的主周期。该研究结果对进一步研究珠江上游流域气候及其未来气候预测具有重要意义。     

利用彭曼公式预测水面蒸发量

以彭曼公式为基础 ,建立月、旬水面蒸发量预测模型 .根据中长期气候预报中一般可给出月、旬平均气温和中雨 (雪 )以上降水天数的实际情况 ,将彭曼公式进行分解 ,分别建立月、旬水面辐射平衡R、空气干燥力Ea 的预测模式 .利用江西省都昌蒸发实验站实测资料 ,确定各模型中的参数 ,取得月、旬水面蒸发量预测公式 .对此公式进行模拟检验和应用检验 ,其中月、旬水面蒸发量的拟合误差为 :平均相对误差分别是 8 9%和 10 4 % ,相对误差在± 2 0 %以内的保证率分别是 90 6 %和 87 5% ;月、旬水面蒸发量的预测误差为 :平均相对误差分别是 11 9%和 11 2 % ,相对误差在± 2 0 %以内的保证率分别是 70 4 %和 72 2 % .拟合误差和预测误差都较小 ,达到了生产上的一般精度要求     

变化环境下“中华水塔”水资源及产流规律变化分析研究

受全球气候变暖的影响,“中华水塔”地区正面临着以“变暖变湿”为主的气候变化。受气候及下垫面条件的综合影响,区域水资源显著增加,各流域产流机理在空间上呈现出明显的地区差异特征。基于“中华水塔”区域1956—2020年水文气象资料,通过趋势、突变、距平等分析方法,分析其水文要素和产流规律的变化趋势、特征及相互之间影响关系。结果表明：近年来“中华水塔”区域气温显著升高,蒸发能力总体增强,区域进入丰水期,降水、径流显著增加,在同等降水径流尺度下,黄河源区产流能力有所降低,长江、澜沧江源区产流能力明显增强;气温升高、降水量持续偏丰以及流域前期影响雨量（蓄水量）增加、枯季径流比例提高、下垫面生态持水能力增强是引起区域产流规律变化、水资源量增加的主要原因。     

区域性地下水流河谷区排泄咸淡混合特征分析

西南高山峡谷区,地形及地层岩性特征造就了温度、矿化度异于局部地下水流系统的区域地下水流系统,季节变动或人为因素造成地表水水位抬升甚至淹没地下水的排泄点,从而影响该系统排泄端地下水与地表水的混合特征。为了研究该区域的地下水流和地表水的盐分混合特征,采用砂槽物理模型以及SEAWAT模块数值模型从盐分浓度分布特征方面研究排泄端混合特征的变化规律。结果表明:区域地下水流系统与地表水之间存在水头差与密度差,在二者共同作用下,淡水侵入含水层,发生水动力弥散作用,形成低矿化度淡水逐渐过渡到高矿化度咸水的混合过渡带,其边界呈抛物线形;通过模拟不同密度差条件下的混合过程,进一步表明咸淡水密度差越大,混合过渡带后退距离越远,形态越扁长。研究结果将为分析咸淡水混合过程中温度分布特征提供参考,进而为深入研究西南地区多级次地下水流系统的混合特征作铺垫。     

淮北市采煤沉陷区湿地水文过程演变分析

以淮北市北部肖濉新河流域采煤沉陷区形成的湿地为研究对象,分析了气候变化、煤炭开采和下垫面改变共同作用下,湿地水文过程的演变趋势。受气候变化的影响,降雨量呈增加趋势,变化率为18mm/10a,蒸发量呈下降趋势,20世纪90年代以前下降趋势明显,变化率为53mm/10a,90年代之后趋势不明显,变化率仅为4.7mm/10a。受城市化和沉陷区范围增加的影响,稳沉后沉陷区汇水量将增加530万m3/a。受煤炭终采的影响,沉陷区湿地疏干水呈减少趋势,稳沉后将减少1 000万m3/a。由此可得出沉陷区湿地水资源在稳沉后呈现减少趋势,减少量为462万m3/a,为淮北煤炭沉陷区湿地修复提供支撑。     

Future Scenarios of Surface Water Resources Availability in North African Dams

Climate change may have strong impacts on water resources in developing countries. In North Africa, many dams and reservoirs have been built to secure water availability in the context of a strong inter-annual variability of precipitation. The goal of this study is to evaluate climate change impacts on surface water resources for the largest dams in Algeria, Morocco and Tunisia using high-resolution (12 km) regional climate models (RCM) simulations. To evaluate the atmospheric demand (evapotranspiration), two approaches are compared: The direct use of actual evaporation simulated by the RCMs, or estimation of reference evapotranspiration computed with the Hargreaves-Samani (HAR) equation, relying on air temperature only, and the FAO-Penman Monteith (PM) equation, computed with temperature, wind, radiation and relative humidity. Results showed a strong convergence of the RCM simulations towards increased temperature and a decrease in precipitation, in particular during spring and the western part of North Africa. A decrease in actual evapotranspiration, highly correlated to the decrease in precipitations, is observed throughout the study area. On the opposite, an increase in reference evapotranspiration is observed, with similar changes between HAR and PM equations, indicating that the main driver of change is the temperature increase. Since the catchments are rather water-limited than energy-limited, despite opposite projections for actual and reference evapotranspiration a decrease of water availability is projected for all basins under all scenarios, with a strong east-to-west gradient. The projected decrease is stronger when considering reference evapotranspiration rather than actual evaporation. These pessimistic future projections are an incentive to adapt the current management of surface water resources to future climatic conditions.     

三峡水库蓄水后库区气候要素变化趋势分析

为获取三峡水库建成蓄水后各种水循环要素的变化情况,基于2004～2016年库区12个沿江代表站的气象数据,采用趋势分析法和相关分析法研究了三峡库区相关气候要素的变化情况,并与前人的相关研究成果对比,探讨其变化趋势及变化原因。结果表明:水库蓄水后,由于下垫面的改变,水库年均气温呈弱的下降趋势,年均降水量与降水日数增加,年均相对湿度减小,风速增加,蒸发量下降;影响蒸发量的主要因素是年均气温、年均相对湿度与日照时数。研究成果可为气候变化背景下三峡库区水分、能量循环研究提供理论依据和参考。     

近30年中国典型区域水体面积变化与归因

在生态文明建设中,水域空间率是一项重要的指标。一般情况下,某个区域中的水体面积越大生态环境越好。而水体面积又受到气候变化与人类活动的双重影响。中国水体面积的变化规律及归因是生态文明建设中一个关键的科学问题。在全国范围内,根据气候条件和经济发展情况,选取了9个研究区域。基于Google Earth Engine云计算平台,使用多个光谱指数组合的方法,对1986-2018年的Landsat影像进行水体提取。采用Mann-Kendall法分析了水体面积动态变化特征,并借助双累积曲线法和分布式水文模型,进一步计算了气候变化和人类活动对水体面积变化的贡献率。结果表明:(1)半干旱半湿润地区受人类活动影响剧烈,水体面积变化显著;(2)湿润地区受气候变化影响,水体面积显著增加;(3)人类对水资源的过度使用、跨流域调水以及水库修建直接决定大部分区域的水体面积变化。该研究能够为生态文明建设提供科技支撑。     

Mapping the spatial changes in Lake Volta using multitemporal remote sensing approach

Lake Volta is the world's largest man‐made lake by surface area, and the fourth largest by water volume. Located completely within Ghana, it has a surface area of about 8502 km² (3283 square miles). Like many other lakes on the African continent, Lake Volta is a major natural resource for Ghana, storing water for the operation of the hydroelectric dam, water supply for domestic, agricultural and industrial purposes, habitat for diverse aquatic species, an avenue for recreational activities, means of navigation between the north and south parts of the country, and a climate modulator for the tropical region. The lake has experienced variable water level and surface area changes attributable to climate change and excessive water abstractions. Using histogram thresholding techniques, this study produced binary images and vector maps of the lake. Spatial extent mapping of the lake using Landsat TM 1990, ETM + 2000 and ETM + 2007 images indicated the lake experienced both increased and decreased surface area changes during the study period. The lake's surface area varied by about 197 km² between 1990 and 2007, with the water level fluctuating between ±7 m. Factors thought to be contributing to these changes include human factors (regulated flows, deforestation, increased water abstractions and pollution) as well as natural phenomenon (climate change, water run‐off and subsequent sediment transport).     

海陆过渡界面浅层地下水可溶性SiO2的变化特征——以雷州半岛和海南岛滨海地区为例

硅为重要的地球化学元素,滨海地区作为地下水海陆过渡带,对地下水重要化学成分SiO_2的研究有助于进一步掌握海陆界面的水岩过程。在华南典型火山成因的雷州半岛和海南岛进行环岛浅层地下水连续取样和化学测试,分析模拟了可溶性SiO_2的变化、组成以及溶解平衡。结果表明:该地区地下水多为Na—Cl型,偏碱性,处于风化溶滤、蒸发浓缩状态或两者之间的过渡类型;地下水中可溶性SiO_2含量为2.80~106.0 mg/L,各测井变化较大,与周边环境条件有关,源自矿物溶解、海水入侵及其路径上的水岩作用;单个测井同一时段水样可溶性SiO_2含量呈波动变化,不同时段也变化明显;可溶性SiO_2以单分子正硅酸H4Si O4占据绝对优势,硅酸盐各类矿物呈现溶解、饱和、平衡的状态共存并且自身状态相互转化。总体来看,研究区地下水的饱和矿物种类比例偏高,因此,滨海地下水作为海陆过渡界面的高矿化度的开放体系,盐效应有促进不同矿物溶解或者饱和的作用。概而言之,上述可溶性SiO_2的水—岩过程受到多种因素影响,需要进一步加强研究。     

Assessing Adaptability of Cyclic and Non-Cyclic Approach to Conjunctive use of Groundwater and Surface water for Sustainable Management Plans under Climate Change

Groundwater overdraft in many regions throughout the world has been threatening the sustainability of this valuable resource. It has been argued that climate change may contribute to the severity of the issue; hence “impact assessment” is being replaced by “adaptation,” which explores more adapting scenarios and approaches. This study explores the adaptability of the proposed cyclic and non-cyclic conjunctive use of groundwater and surface water resources in increasing groundwater sustainability while increasing the sustainability of water allocation to the agricultural sector under possible climate change scenarios. To simulate climate change in the study area, precipitation and temperature variables are extracted from the results of three global atmospheric circulation models (Ensemble, CMCC-CMS, MRI-CGCM3) under RCP2.6 and RCP8.5 greenhouse gas emission scenarios in the period of 2021–2031. Spatial downscaling is performed using the M5 decision tree algorithm. The Wavelet-M5 hybrid model is used to predict runoff values as a rainfall-runoff model. Also, the Kharrufa method is applied to calculate evaporation in the future seasons. The system's adaptability to climate change is examined using the multi-objective cyclic and non-cyclic conjunctive use of surface and groundwater models. The study reveals that cyclic operation strategy improves the conjunctive use system adaptability compared to the optimal operation strategy that employs the non-cyclic approach. In this study's case study, the improvement in groundwater sustainability index exceeds 27 percent over the non-cyclic conjunctive use strategy.

     

干旱区高盐度潜水蒸发试验研究

干旱区高盐度潜水蒸发试验研究国内外少有涉及.为分析干旱区高盐度潜水蒸发规律,开展了不同矿化度(3、30、100、250 g/L)潜水蒸发试验,着重分析不同处理潜水累积蒸发动态、日间蒸发动态及昼夜变化规律.结果表明:潜水累积蒸发量与时长、土壤剖面积盐量与矿化度均显著线性正相关;潜水蒸发相对于EΦ20水面蒸发变化存在明显滞后;水面与潜水蒸发动态均表现为夜间变化强烈,不同矿化度潜水平均夜间蒸发量占日蒸发较大份额,除3 g/L处理外,均达60％左右.高盐度潜水蒸发过程对土质的影响呈非线性且非单一方向;夜间潜水蒸发的驱动因素为白天大气蒸发能力的延迟驱动及夜间水汽凝结产生的负压驱动.