山美水库流域极端降水时空变化及非平稳性特征

为探究极端降水的时空变化及其非平稳性特征,基于1972—2010年山美水库流域8个降水站点逐日降水数据,选取9个极端降水指数,利用Pre-Whitening Mann-Kendall（P-WM-K）方法分析流域极端降水的时空变化特征,并采用广义可加模型（generalized additive models for location,scale and shape,GAMLSS）检测极端降水的非平稳性特征。结果表明：在时间变化趋势上,极端降水频率指数中雨日数R10mm和大雨日数R25mm呈下降趋势,暴雨日数R5mm呈上升趋势,且上升趋势达到005显著性水平;除降水总量PRCPTOT外,其余强度指数呈上升趋势,且均达到 0.05显著性水平,其中极端降水量R95线性倾向率达到 30.5 mm/（10 a）;在空间差异上,R50mm和极端降水强度指数在流域东南部呈现上升趋势,且上升趋势显著,西北部PRCPTOT下降较明显;R10mm和R25mm呈平稳特征,R50mm全流域约50%的站点呈现非平稳特征,且以均值非平稳为主,除PRCPTOT外,其余强度指数均以非平稳特征为主,且主要表现为均值非平稳。未来山美水库流域极端降水量和不确定性增加,灾害风险增大。     

珠江流域降雨特征研究

采用珠江流域42个站点1960—2005年46年间的日降雨资料,定义了关于降雨的三大类指标:基本降雨指标、极端降雨指标和连续降雨指标,运用MMK法对降雨序列的变化趋势进行显著性检验,以此从不同角度全面的剖析了珠江流域降雨的变化特征,为深入理解珠江流域降雨的变化规律提供一些视角,也为科学理解洪旱灾害与降雨规律的内在成因提供事实基础,同时也有利于全球气候变化与人类活动作用影响下,珠江流域水资源的有效管理与利用。     

全球变暖背景下珠江流域年日最高气温时空变化特征及影响分析

全球变暖和剧烈的人类活动引起全球气候非平稳性,极端高温等气候事件日益频繁,已严重威胁到人类健康和社会经济发展。分别利用1960—2012年珠江流域43个气象站的年日最高气温和74种逐月大气环流指数分析流域内极端高温时空变化特征并定量探讨其影响因素。结果表明:①珠江流域年日最高气温总体呈显著上升趋势,2002年前后发生显著突变,变化周期为4.8 a,且存在2.0～5.8 a的振荡周期;②流域极端高温呈现出从西部向东部递增的特点,其中东部地区呈明显上升趋势;③对珠江流域极端高温具有重要驱动作用的4个指数分别为太平洋区极涡强度指数、西太平洋副高强度指数、亚洲区极涡强度指数以及北半球极涡面积指数,而北半球副高北界位置指数和亚洲纬向环流指数的相对贡献率最小。     

珠江流域强降雨时空变化特征及与风速的响应关系

分析强降雨时空变化特征,探究强降雨前后期风速的响应规律,对掌握强降雨发生规律、提高强降雨-风速响应关系认识、预防及应对强降雨导致的洪涝等灾害具有重要意义。以珠江流域为研究区,基于183个气象站1961—2018年逐日降雨、风速资料,运用Mann-Kendall等方法分析了流域日尺度强降雨与风速时空变化,探究了强降雨前后期风速变化规律。结果表明：(1)上游年强降雨总量呈显著下降趋势,年平均风速变化趋势则相反,中游年平均风速呈显著下降趋势;(2)上游风速越大,强降雨阈值越低,中下游强降雨阈值随着风速先递增后下降;(3)上游强降雨发生前风速逐渐下降,强降雨发生2 d后开始回升,而中下游强降雨发生前风速递增,强降雨后风速下降。研究结果可为珠江流域强降雨及洪涝灾害管理提供参考依据。     

1980-2015年贵州省不同等级降雨日数时空变化特征

使用贵州省19个气象站1980-2015年的36年逐日降水观测数据,通过计算气候态、倾向率、雨日概率、线性系数,运用样条函数插值法、Mann-Kendall突变检验等现代统计诊断方法,研究了贵州省不同地貌各等级降雨日数的时空分布特征和不同等级降雨日数的趋势变化。得到以下结论:1980-2015年,贵州省各地降雨日数多年平均值在130～200 d之间,全省年总雨日平均值为171 d,小雨日数占总雨日数的81. 31%,对降雨日数的贡献最高,总雨日时空分布由小雨型决定,空间分布上,总体表现为西多东少,中部多南北少;暴雨和大雨日数在空间上呈带状分布,南多北少;中雨日数出现两个大值中心,一个位于东部,另一个位于西南部的岩溶盆地;暴雨和大雨日整体呈微弱上升趋势,而中雨、小雨、总雨日数呈下降趋势,总雨日下降趋势最显著;岩溶峡谷的雨日数最多,非喀斯特区和岩溶槽谷的雨日数最少。暴雨、大雨、中雨日数高值区在岩溶盆地,低值区在岩溶峡谷;降雨日数冬半年少于夏半年,冬季是全年中降雨日数最少的季节,以南部地区较少;贵州省总雨日年内分布可分为3类:平缓型、单峰型、双峰型,岩溶槽谷、非喀斯特区和岩溶高原地区属于平缓型;峰丛洼地地区为单峰型;岩溶峡谷和岩溶盆地为双峰型;小雨日、总雨日数在1997-1998年发生突变,呈显著的下降趋势,暴雨、大雨、中雨日数没有发生突变。     

变化环境下湖南省极值降雨频率时空分布研究

以变化环境为背景,为获得可靠的极值降雨频率计算结果,以湖南省1961～2019年22个降雨站点的年最大日降雨量序列为例,从时空尺度出发进行极值降雨频率分析.采用Hurst系数法对降雨序列进行诊断,识别出非平稳序列,通过小波分解与重构建立还原和还现模型,并分别计算不同模型下的设计降雨量,最后通过GIS空间分析来获得降雨量...     

山西省近61年降雨时空变化分析

选取山西省22个典型雨量站近61年(1956—2016年)逐月降雨量资料,采用线性回归法、滑动平均法、模比系数差积曲线法和克里金插值法对山西省年降雨量和分期(汛期、非汛期)降雨量进行了时空变化分析.结果表明:山西省近61年来年降雨量与分期降雨量都呈下降趋势;降雨年内分配不均,汛期降雨量占全年的72.3％;降雨受地形影响...     

长江流域极端降雨事件时空分布特征

近年来,许多学者对中国的极端降水进行了研究,但对长江流域极端降水的研究多集中在日时间尺度强降水事件,从不同子流域极端降水事件入手的研究较少。利用1961～2017年长江流域各子流域面雨量资料,根据面雨量的分布曲线确定长江流域各子流域极端降雨事件判断的阈值,得到各子流域极端降雨年份,分析极端降雨事件的时间变化特征,以及不同子流域间极端事件的相关关系。研究表明:①20世纪60年代长江上游极端多雨事件频发,70年代以全流域极端少雨为主,80年代极端多雨事件中心转移至长江中下游,90年代长江上游变为极端少雨事件中心,2000年以来,长江流域处在由少雨向多雨转变的年代际背景中。②当子流域发生极端少雨事件时,流域其他流域大部也是以降雨偏少为主,空间的一致性较好。但是子流域发生极端多雨事件时,存在大部分地区少雨的情况,会出现旱涝并存的情况。     

1961-2020年沂蒙山区极端降水时空变化特征

基于1961-2020年20个国家级气象站日降水数据,通过选取9个极端降水指数,利用5 a滑动平均法、Mann-Kendall法和累积距平法、Morlet小波变换法、泰森多边形法及克里金空间插值等方法,分析了研究区极端降水的时空变化特征。结果表明：研究区1 d最大降水量、5 d最大降水量和降水强度呈上升趋势,大雨日数、年降水量、强降水量、极强降水量、连续干旱日数及连续湿润日数呈不显著下降趋势;年降水量与大雨日数的突变情况类似,1980年后下降趋势明显,降水强度在1998年发生突变,突变之后变为增强趋势;各极端降水指数基本存在20 a左右的第一主周期;空间分布上,除连续干旱日数与降水强度外,其他7个指数空间分布相似,基本呈现从东南向西北减少的分布格局,连续干旱日数整体呈现从东到西递减的趋势,降水强度整体呈现南高北低的趋势;1980-2000年为降水异常年份多发时段,1964、2003和2020年为降水量典型异常偏高年份。研究结果可为沂蒙山区水资源规划、防灾减灾等提供理论和数据支撑。     

广东省1960—2018年间降雨侵蚀力时空变化特征分析

为分析广东省降雨侵蚀力时空变化特征,利用广东省86个站点1960—2018年的日降雨资料,采用日降雨侵蚀力模型、Mann-Kendall趋势和小波分析等方法进行了系统的研究。结果表明,广东省1960—2018年多年降雨侵蚀力平均值为9 839 (MJ·mm)/(hm²·h·a),介于7 137～14 339 (MJ·mm)/(hm²·h·a);空间分布上呈现由北向南逐渐递增的特征,沿海地区降雨侵蚀力值较大。广东省内大多数站点呈上升趋势,插值结果显示,除省内粤东小部分地区外,其余地区的降雨侵蚀力均呈上升趋势;周期分析表明,在1960—2018年的年降雨侵蚀力变化主周期为7 a,且存在2～8 a的振荡周期。研究结果可为广东省水土保持等工作提供一定的指导依据。     

洞庭湖流域极端降水变化特征分析

随着极端降水事件变率增强,洞庭湖流域频繁的极端洪旱事件严重威胁了地区人水和谐。基于洞庭湖流域28个国家气象站1961-2015年的逐日降水资料,采用RClim Dex模型定义阈值来识别极端降水事件,利用线性倾向估计法和集合经验模态分解(EEMD)组合的方法进一步分析了洞庭湖流域极端降水变化特征,由EEMD方法分解得到的各类极端降水指数的3个固有模态函数分量分别表现出3~6a、8~15a和21~27a的准周期。结果表明:洞庭湖流域极端降水频次峰值出现在6月,4-10月份极端降水频次之和占全年的82.7%,南岳和安化为极端降水高发带。洞庭湖流域除持续湿润日数CWD略有减小外,各项极端降水指数均表现出小幅上升趋势。在空间分布上,该流域东南部受山区地形地貌的影响,极端降水呈明显上升趋势。洞庭湖流域极端降水时空格局变化特征分析对流域水资源开发利用和水安全预警具有重要参考价值。     

金沙江流域极端强降水分布拟合

极端降水的统计分布研究是当前国内外极端水文事件研究的前沿方向之一。根据金沙江流域45个气象站的长系列日降水资料,采用年极大值抽样方法建立了不同统计时段(最大1 d、最大3 d、最大7 d等)的降水极值系列,通过比选11种常见的概率分布函数确定了金沙江流域极端强降水的最优分布。对基于站点与面暴雨的2套极端强降水序列的频率分析表明,韦克比分布是拟合金沙江流域极端强降水发生概率的最优分布形式。     

黄河流域极端降水特征分析

利用黄河流域1965-2012年252个观测站日降水资料,分析了黄河流域年极端降水、汛期日极端降水的时空分布特征。研究结果表明:黄河流域年极端降水在空间分布上呈现出从东南向西北递减的特点,不同区域的年极端降水强度有显著空间差异,下游大汶河年极端降水强度最大,内蒙杭锦后旗临河一带年极端降水强度最小。极端降水站数偏多的年份,该年黄河流域总降水量也趋于偏多。汛期日极端降水强度从黄河上游到下游逐渐增强,主要发生在7-8月。     

1960-2016年三峡库区极端降水事件时空变化特征

利用三峡库区20个气象站1960-2016年的逐日降水资料,应用线性倾向估计、Mann-Kendall 突变分析法、小波分析法和克里金插值法,分析库区极端降水事件的时空变化特征。结果表明：1960-2016年,三峡库区极端降水事件总体上呈现减少的趋势,其中Rx5day、CWD减少趋势显著,而SDII、Rx1day、R99p等指数表现为不显著增加趋势,这可能是由于PRCPTOT减少速率小于CWD而造成了雨量再分配;极端降水指数突变多发生于1990年前后;PRCPTOT、R10、R95p的气候倾向率在三峡库区中部地区均表现为明显下降趋势,而CWD则在东北和西南部呈增加趋势,表明三峡库区极端降水存在均化的趋势;三峡库区极端降水指数的变化主周期相似,大多数为4~6 a的短周期,仅R10与R25存在12~16 a的中周期,表明三峡库区极端降水事件正在向强度大、周期短的方向演化;气候因子均对极端降水指数有较大影响,太阳黑子相对数与极端降水指数呈正相关关系,其他则为负相关,在时序性上,表现为PRCPTOT滞后于大多数气候因子。该研究可为三峡库区极端气候变化的模拟预测及防灾减灾提供参考。     

淮河流域过去60年干旱趋势特征及其与极端降水的联系

利用淮河流域28个国家基本气象站建站（约1951—1958年）以来至2011年间的月值地面气象观测数据,分析了近60年来干旱的趋势特征以及极端降水特征对干旱特征的影响。对不同时间尺度（1月、3月、12月）的标准化降水指数SPI及湿润指数HI的变化特征分析表明,在1个月和3个月尺度上,春季（尤其是4月）有较一致的气象干旱化与湿润度下降倾向,而夏季（尤其是7—8月）有较一致的湿润化趋势;在12个月尺度上,流域中、西部没有显著的气象干湿变化趋势,但西部有普遍湿润化倾向,东部则同时存在气象干旱化与湿润度下降倾向。由于全流域总降水量无显著变化,而潜在蒸散发量呈减少趋势,使得淮河流域在过去60年间湿润指数（HI）总体有所增大。由于整个淮河流域的日降水量≥0.1mm日数总体呈显著下降趋势,导致降水总体有更加集中的趋势,而降水的集中程度与标准化降水指数（SPI）具有一定的负相关性,因而降水更集中使SPI趋于减小,加大发生气象干旱的可能性。     

赣江上游章水流域极端降水时空变化特征

以赣江上游章水流域内15个雨量站1957-2016年逐日降水资料为基础,获取了12个极端降水指数。分别采用线性趋势、Modified Mann-Kendall非参数检验法、累积距平法、Pettitt突变检验法、小波分析、Hurst指数分析和克里金插值等方法对12个极端降水指数的时空变化特征进行探讨。结果表明:1957-2016年间,暴雨量及日数、强降水量及贡献率和最大湿润日数均呈现上升趋势,极强降水量及贡献率、最大干旱日数、年最大雨量、连续5日最大雨量呈现下降趋势,且其未来趋势均将得到加强;大雨量及日数呈现上升趋势,但未来趋势将可能减弱;所有极端降水指数的过去趋势均不具有显著性,同时未发生显著的突变,并且普遍存在以1988年为中间轴的33～34a主周期;大雨量及日数、暴雨量及日数、强降水量、最大湿润日数、年最大雨量、连续5日最大雨量的高值中心均在流域西南区域的内良站附近,并呈上升趋势,低值区域主要分布在流域的东部区域,并呈现下降趋势,且其整体空间分布大致相同,均为西南向东北递减;而强降水贡献率及极强降水贡献率为东南向西北递减,最大干旱日数是从东向西的递减趋势。未来章水流域极端降水的变化趋势可能还会增强,加强流域极端降水事情的预防对流域水旱灾害防治意义重大。     

CRU高分辨率格点降水资料在海河流域的适用性

利用海河流域及其子流域漳河流域的实测站点资料,采用皮尔逊相关系数、均方根误差、平均绝对误差以及相对偏差作为评价指标,对CRU(climate research unit)数据降水产品的月尺度降水数据在海河与漳河流域的适用性进行评估分析,结果表明：CRU数据在海河子流域漳河流域的适用性好于整个海河流域,各项评价结果均达到预期期望;突变性与周期性规律检验结果与以往基于实测数据分析结果相符;从相关系数角度来看,应用于2个流域的CRU数据在1990年之前整体表现良好,但在1990年后海河流域的相关系数显著下降。综上CRU数据可应用于海河流域与漳河流域的气候变化背景下水文过程模拟与分析,但应用于海河流域实测站点数据的还原时,应充分考虑其年际表现不一的问题。