近50年大黑河流域气候水文要素变化趋势及突变分析

基于大黑河流域6个气象站1966～2013年气温、降水量、蒸发皿蒸发量、相对湿度和日照时数长期数据系列,采用气候倾向率和滑动t检验法分析了近50年大黑河流域气象要素的变化趋势及变异年份。结果表明,大黑河流域整体呈现暖干气候倾向,气温呈显著增高趋势,变化率为0.43～0.57℃/10a,气温增温变点大致出现了两次,分别在1986、1997年;降水量和蒸发量多呈不显著减少趋势,降水量先减(1981年)后增(1990年),蒸发皿蒸发量先减(1986年)后增(1996年);相对湿度、日照时数多呈显著减小趋势。     

近50年来黄河源区极端气候事件趋势分析

为了解黄河源区极端气候变化规律,基于黄河源区及附近17个气象站1961~2013年逐日最高、最低气温和日降水量数据,利用极端气候指数并结合Mann-Kendall(M-K)趋势法分析了黄河源区极端气温和降水事件的变化趋势。结果表明,近50年来黄河源区极端冷指数(霜冻指数、冰封日数和冷夜指数)呈显著性减小趋势,线性减幅分别为-5.2、-4.35、-2.18d/10a,温度日较差以0.16℃/10a显著性减小,极端暖指数(暖昼日数)呈显著性上升趋势,线性增幅为1.4d/10a;最大连续干日天数有减小趋势,而平均雨日降水强度、中雨天数、1d和5d最大降水量及年总降水量有增加趋势。     

澜沧江流域近51年来极端降水事件的变化趋势和突变特征

基于澜沧江流域1960～2010年31个气象站点的逐日降水资料,采用百分比阈值法定义了不同站点极端降水事件的阈值,应用Mann-Kendall检验方法分析了极端降水事件的降水量、降水频率、降水强度和严重干旱频率等的时空变化特征。结果表明,澜沧江流域极端降水阈值的空间分布呈西北至东南逐渐增大的分布趋势;极端降水事件整体上呈显著上升趋势,且在空间上存在差异,各指标均呈西北向东南逐渐增加的趋势,尤其是德钦站以南的澜沧江中下游地区为干湿事件发生较频繁的区域;极端降水事件在气候的长期变化过程中还存在突变现象。     

汉江流域降水、蒸发及径流长期变化趋势及持续性分析

分析汉江流域降水、蒸发、径流等水文要素长期变化趋势是开发利用汉江水资源、研究人类活动对江汉流域生态环境影响的前提。基于汉江流域13个水文站1960～2003年逐月降水量、气温观测资料,采用高桥蒸发模型计算了汉江流域年径流量,采用Mann-Kendall非参数检验法分析了该流域降水量、蒸发量、径流量的变化趋势,并由Hurst指数分析了各水文要素变化趋势的可持续性。结果表明,采用高桥蒸发模型间接计算年径流量适应性较强,值得推广;汉江上游多数站点年降水量减少,下游站点年降水量增加,且变化趋势不显著;上游站点年蒸发量增加趋势显著,其余站点变化趋势不显著;上游多数站点年径流呈不显著减少状态,下游钟祥、天门和武汉站径流呈不显著增加状态;各站点水文要素均具有很强的持续性,降水、蒸发、径流的常数C分别为0.73、0.95、0.97。     

沱江流域汛期极端降水事件时空演变特征

为分析沱江流域汛期极端降水事件的时空演变特征,基于沱江流域内20个气象站点1960～2016年汛期逐日降水数据,建立汛期总降水量PTOT、极强降水量R99p、强降水量R95p、暴雨日数R50、大雨日数R20、连续5d最大降水量RX5d、1d最大降水量RX1d这7项极端降水序列,并对极端降水序列做趋势分析、突变点检验、周期分析和空间分布分析。结果表明,沱江流域近57年来极端降水事件呈衰减趋势,但极端降水量的减少趋势明显,极端降水日数减少趋势不明显。极端降水指数PTOT、R99p、R95p、R50、R20、RX5d、RX1d在1960～1963年呈增加波动变化,1964～2016年表现为减少波动变化,突变点集中在1960、2010年代。PTOT、R95p、R99p、RX5d、RX1d的第一主周期为20年,年代际震荡稳定;R50、R20年际震荡更稳定。沱江流域极端降水指数中心57年来主要在简阳、资阳、仁寿三个站点间呈条带状分布。总之,沱江流域汛期极端降水集中分布于流域中上游,时间上呈衰减变化。研究成果可为提高流域对洪水、泥石流等自然灾害的预警能力,为防洪减灾等相关工作提供依据。     

西辽河流域极端气温指数时空变化特征

以干旱半干旱地区西辽河流域为例,选取世界气象组织气候委员会推荐的9个极端气温指数,利用森式斜率、M-K检验、Morlet连续小波变换和R/S分析等方法研究了该地区极端气温指数的时空变化特征。结果表明,西辽河流域除了夏日日数和热夜日数分别以3.50、1.44d/10a的速度增长外,其他7个极端气温指数均呈下降趋势;极端气温指数存在多个主周期,其中1～4年为主导周期;各站点的霜冻日数均呈显著减小趋势,与霜冻日数相比,冰冻日数的最大减小速率约为前者的1/4,夏季日数的增加速率从西向东依次递增;热夜日数的变化速率从东向西依次递减;对相对指数来说,其多年平均的空间差异性较小,仅暖夜指数的增长速度最为显著;气温日较差的速率是从西南向东北依次递减;该地区未来出现持续高温、干旱化趋势的概率较高。     

鄱阳湖流域降水时空变化特征

基于鄱阳湖流域81个气象站逐日降水数据,采用强度-面积-持续时间(IAD)方法研究了气候变化背景下鄱阳湖流域降水时空变化特征.结果 显示:鄱阳湖流域总降水量呈略增加的趋势,但是由于雨日数的明显减少,导致降水强度的增加,降水概率分布曲线右移,强降水事件发生概率增大;从降水事件看,鄱阳湖流域极端强降水事件平均强度为60.9 mm/d,增加趋势不显著,但强降水频率却在以1.5次/10a的增幅显著增加,同时强降水的影响面积也在以400 km2/a持续增加.鄱阳湖流域整体面临的洪涝风险持续增大,必须采取更加有效的防灾减灾措施.     

东江流域降水时空变化及其与ENSO事件的响应关系

为了解东江流域降水的时空变化特征,揭示气候变化对流域降水变化的驱动关系,采用去趋势预置白Mann-Kendall检验、直线回归滑动平均、交叉小波等方法分析了东江流域1959~2018年降水时空特征,并揭示其与ENSO事件的响应关系。结果表明,东江流域近60年来降水以-4.29mm/10a的幅度缓慢减少,年内分布不均,属夏季降水最多,占年降水总量44%;各季节降水变化不一,春、秋两季在缓慢减少,夏、冬两季则在缓慢增加。汛期降水占年总量79%,以-10.6mm/10a的幅度减少;非汛期降水以6.1mm/10a幅度增加。空间上降水地域差异性明显,汛期降水与年际降水呈现由中游向上游、下游逐渐递减的分布;非汛期降水则呈现由上游向下游递减的带状分布;降水与ENSO事件响应关系显著,主要表现在1970年代2~4年周期与1990年代后期3~6年周期尺度上,表明气候变化是目前降水变化的主要驱动因子。     

白龙江流域极端降水年际变化及对气候变化的响应

受极端降水的影响,白龙江流域极易发生地质灾害,严重威胁当地的经济发展与生命安全。为此,根据白龙江流域1965~2011年5个气象站点的逐日降水资料,计算极端降水指数,采用Mann-Kendall检验法分析白龙江流域极端降水的年际变化特征及对气候变化的响应。结果表明,1970年代初期到1980年代中期白龙江流域极端降水指数均显著增加,1990年代中期之后显著减少,其中大雨日数发生了减少突变;各站点强降水次数变化特征差异显著,强降水次数的线性拟合减少率为0.002~0.280次/10a,迭部和武都长期减少趋势最明显,文县和武都发生了减少突变;极端降水指数与年平均气温呈显著负相关,相关系数为-0.46~-0.36(P0.05),与年平均降水量呈显著正相关,相关系数为0.77~0.82(P0.01)。     

横断山区典型干旱河谷干湿状况演变特征及影响因素研究

利用1959～2015年6个气象站点的连续监测数据,基于Vyshotskii模型、线性倾向分析、Hurst趋势预测等方法,研究了横断山区典型干旱河谷干湿状况演变特征及影响因素,发现干湿状况在年际与年内尺度上的变化均表现出明显的非同步性,除巴塘和西昌有暖干化趋势外,其余河谷均呈现出暖湿化趋势,年内春季与秋季的干湿变化规律性较明显;年际尺度上雷波未来演变为暖干化的概率较大,而其余河谷仍将维持历史时期的变化趋势,年内尺度上夏季、冬季的未来趋势倾向规律明显;随着海拔升高及纬度增加,干旱河谷暖干化程度越突出,而越偏东的河谷,暖湿化的演变趋势越突出;干湿状况与降水量、相对湿度和降水日数呈正相关,与平均气温、积温、日照时数及平均风速呈负相关,降水量的变化状况直接影响着干湿状况的波动及演变趋势,而特殊地形与人类活动间接影响干旱河谷区的干湿度演变。横断山区干旱河谷的干湿变化以暖湿化趋势为主,气候变化尤其是降水变化是该趋势的主控因素。     

变化环境下中国不同强度降雨的时空变化特征

受全球变暖和降水的空间异质性影响,局地极端降水事件呈现出广发和频发的态势,提取不同强度降雨变化的时空特征对科学开展防洪减灾布控具有重要的实际意义。为此,以中国大陆为例,采用Mann-Kendall检验方法对各流域不同强度降雨过程进行趋势性检验,利用95%置信水平对其进行显著性判断,并利用变标度极差分析方法(R/S)揭示未来各流域不同强度降雨的持续性演变特征。结果表明,各流域对应的不同等级强度降雨对年降水量贡献的表现形式不同,干旱和半干旱区流域小雨、中雨和大雨的年累积降水量对年总降水量的贡献高达90%左右,而半湿润和湿润区流域的贡献约为70%左右;未来黄河流域、辽河流域和海河流域的极端大暴雨事件将有所减少,而长江流域和珠江流域的极端大暴雨事件将显著增加。研究结果对于流域水管部门提出适应和减轻降水不利影响的应对方案具有重要的指导意义。     

海河流域极端降水时空变化规律及其与大气环流的关系

为了解海河流域极端降水时空变化规律,基于海河流域40个气象站1960～2016年逐日降水资料,采用线性回归、M-K趋势检验法、Pearson相关性分析法,分析了海河流域近57年来10个极端降水指数的时空变化及其与大气环流的相关性。结果表明,除了持续干期(CDD)和持续湿期(CWD)外,大多数极端降水指数多年平均值在空间上呈自东南向西北减少的分布规律,CDD呈现自北向南减少的规律,CWD呈现自东南向西北增加的规律;在时间变化上,所有极端降水指数均呈下降趋势,只有最大一日降水量(RX1day)的下降趋势显著;在空间变化上,除中雨日数(R10mm)和降水强度(SDII)呈上升趋势的站点与呈下降趋势的站点个数相同外,多数站点各极端降水指数呈下降趋势;除CDD与其他极端降水指数相关性较弱外,各极端降水指数的变化具有较好的一致性;除CWD外,极端降水指数与厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)现象关系密切,而AO(北极涛动)和NAO(北大西洋涛动)是CWD变化的重要因素。研究成果对于海河流域水灾害防治及水资源配置有重要意义。     

海河流域极端降水事件时空变化特征分析

为研究气候变化背景下海河流域的极端降水事件变化规律,基于流域内30个气象台站1960~2008年的逐日降水资料,选取不同的降水指标,应用M-K趋势检验和滑动t检验方法分析了海河流域极端降水的时空变化特征。结果表明,海河流域的极端降水事件的发生频率和强度在年际变化中均呈减小趋势;在空间大部分范围内,降水频率和强度指标也均呈负趋势,仅滦河上游山区、子牙河山区和胶东沿海部分地区呈微弱上升趋势,但趋势并不显著。总体而言,海河流域趋向于干旱化,流域内洪涝灾害发生的概率有所减小。     

淮河流域汛期极端降水时空演变规律分析

研究淮河流域极端降水时空演变规律对流域防洪减灾、水资源规划等意义重大。基于淮河流域24个气象站1961~2011年汛期逐日降水资料,建立极端降水序列,并对极端降水频度和强度的趋势、突变及周期变化特征进行了年尺度和年代尺度的时空变化分析。结果表明,极端降水频度和强度均呈较显著的上升趋势,且均在2000年代出现大幅提高,时间变化的第一主周期为4年;频度和强度的空间分布基本符合右岸强、左岸弱,南部强、北部弱,从上游内陆至下游沿海逐渐增加的分布规律;各年代极端降水空间分布发生变化,沿海与内陆的频度差异逐渐缩小,左右岸的强度差异越来越显著。研究成果可为水资源规划管理工作提供参考。     

基于信息熵的淮河流域降水时空变异特征研究

为了深入研究淮河流域的降水时空变化特征,以淮河流域1961~2005年36个气象站日降水数据为基础,基于信息熵理论,首先利用边际熵研究年、季、月等不同尺度下降水的变化特征;再利用分配熵和强度熵研究年内不同月份降水的分配情况;然后利用改进的Mann-Kendall趋势检验方法对淮河流域降水序列不确定性的变化趋势进行检验;最后对降水月份分配情况与极端降水量进行相关分析,以研究极端降水量与降水月份分配的关系。结果表明,淮河流域降水量较小的季节或地区,其降水量的年际变化也较大,淮河流域北部降水的不均匀性及其较小的降水量可能加剧该区的干旱风险;降水量与降水天数月份分配的不均匀性均表现出由南向北增大的空间分布特征;对于淮河流域大部分站点,降水量月分配不均匀的年份面临洪灾的风险也会增加,而淮河流域西部降水月份分配不均的情况可能加剧,且该区面临的洪灾风险也可能加剧。     

华北地区可利用降水量特征分析

选择华北地区1951～2010年的降水和气温观测资料,采用高桥浩一郎公式计算蒸发量及可利用降水量,利用累积距平、线性倾向估计、Mann-Kendall突变检验和Morlet小波变换等方法对华北地区近60年可利用降水量的时间变化特征进行了分析,并分析了影响华北地区可利用降水量的大气环流因子。结果表明,华北地区的年可利用降水量和夏季可利用降水量呈减少趋势,年可利用降水量存在周期性变化,突变发生在1974年;副高、极涡指数、大西洋欧洲环流型和登陆台风等对华北地区可利用降水量的影响较为显著。     

我国西南地区气象要素变化特征及预测

基于我国西南地区112个测站1961~2012年的逐月降水和气温观测资料,采用趋势系数法、线性倾向估计法、Mann-Kendall突变检验法、相关分析及逐步回归周期分析法等分析了我国西南地区近52年降水量和气温的时间变化特征,并在深入分析影响该地区年平均降水量的大气环流因子的基础上,建立了年平均降水量的多因子逐步回归周期分析预报模型,对当前及未来5年西南地区年平均降水量进行了预测。结果表明,西南地区年均降水量和秋季平均降水量呈显著下降趋势,年均降水量在2003、2009年出现突变,秋季平均降水量在1990年存在突变点;年均及四季平均气温都呈显著上升趋势且存在明显的突变点;副高、欧亚经向环流和极涡强度指数对我国西南地区年平均降水量影响较为显著;年平均降水量的多因子逐步回归周期分析预报模型的拟合预报合格率为100%,预测结果可信。     

澄碧河流域极端降水变化分析

根据广西岩溶区澄碧河流域1963～2014年逐日降水资料,结合百分位计算法定义极端降水阈值,在此基础上,采用线性趋势、Mann-Kendall、Morlet小波分析及Pearson相关系数等方法分析了极端降水指数演变规律及其与年径流的关系。结果表明,极端降水量、极端降水日数和极端降水比率呈上升趋势,10年上升率分别为2.3mm、0.034d、0.7%,极端降水强度呈下降趋势,下降率为-0.02mm/(d·10a),经Mann-Kendall趋势检验,上升和下降趋势均不显著;经过多种突变检验法综合诊断,极端降水量和极端降水强度的突变年份为2009年,极端降水日数和极端降水比率的突变年份为1976年;各极端降水指数周期演变特征基本一致,第一、二主周期分别为28、15年,且丰枯交替明显;极端降水量与年径流的相关性最强,极端降水强度与年径流的相关性最弱。