太湖流域1991—2020年面雨量强降水特征研究

强降水是导致流域洪涝的重要因素之一,了解流域强降水特征有助于提升对洪涝风险的认识。从水文气象角度,利用太湖流域1991—2020年30年面雨量资料,研究强降水(日面雨量≥20 mm)特征,统计强降水日数年变化、日数月分布、出现频次及极端降水空间分布特征,分析产生极端降水的影响天气系统,探讨流域旱涝与总雨量和平均日雨量的关系。结果表明：太湖流域强降水日数年际差异明显,年平均强降水日数为14.9 d;强降水集中出现在6—8月;超过80%的雨强频次分布集中在20～40 mm段,而60 mm以上的频次只占总数的6%。各个水利分区极端降水均超过120 mm,最近10年相比过去20年的极端性增加显著。面雨量极值排名前11次均超过70 mm,为台风或者准静止锋影响。出现极端最大降雨和当年强降水总雨量的大小并不直接相关。强降水降雨总量呈上升趋势,而平均日雨量没有明显趋势。强降水总雨量大小和平均日雨量大小和旱涝关系紧密。     

洞庭湖区极端降水统计分布模型分析与特征重现

以洞庭湖区汉寿、临湘、湘阴3个城市1990年至2012年逐日降水资料为基础,选取3参数广义极值(GEV)分布和2参数耿贝尔(Gumbel)分布两种统计分布,采用极大似然法估计模型参数,阐述了两统计分布对极端日降水拟合过程,使用χ2拟合优度检验法和均方根误差(RMSE)评判拟合效果,确定洞庭湖区极端日降水统计分布模型,并分析极端日降水重现特征。研究结果表明:洞庭湖最大日降水统计分布为GEV分布,洞庭湖区最大日降水重现水平差异很明显,为当地排水工程设计提供了科学依据。     

金沙江流域强降水天气特征分析

为了研究金沙江流域的强降水天气特征,找出各种气象条件下降水的时空分布特征和量级规律,定义了金沙江流域强降水标准,并对2005~2011年金沙江流域强降水天气资料进行了普查与特征分析。结果表明,约50%的金沙江流域强降水具有其独立性。应用气象学原理,归纳总结出影响金沙江流域强降水的天气系统主要有：川滇切变线、两高间辐合、西南涡和孟加拉湾风暴。详细分析了这4种天气系统对金沙江流域强降水的影响,4种天气系统的强降水分别占强降水总数的60%,19%,10%和11%。     

新疆极端降水事件时空变化特征研究

基于新疆1960—2011年的日降水量数据,选取持续干燥指数、持续湿润指数、年总降水量、强降水天数、强降水量、1 d最大降水量、5 d最大降水量和普通日降水强度8个极端降水指标,采用线性倾向率、Mann-Kendall突变检验及主成分分析法研究新疆极端降水的时空分布特征及演变趋势。结果表明:时间变化上,新疆极端降水的持续湿润指数均呈上升趋势,持续干燥指数呈下降趋势,表明新疆降水量总体呈增加趋势;空间变化上,南疆、北疆极端降水指标的年际变化表现出明显差异,北疆湿润指数大、年际变化率大,南疆湿润指数小、年际变化率小;极端降水指标基本上在1986年、1987年发生突变,各指标突变前后的变化率存在明显差异;时间上的主成分分析表明降水量整体增加,干燥程度下降;空间上的主成分分析表明,北疆降水量多于南疆,南疆较北疆干旱。     

广东省极端降水时空分布特征研究

广东省是极端降水多发区,为分析广东省极端降水的时空分布的主要特征,选取2013年1月1日至2017年3月16日之间共1 553 d的3 370个站点逐时降水量资料,并运用统计学、热点和泛克里金方法进行分析计算。研究结果显示,极端降水量主要集中在4—10月,约占全年降水的78%,广东省的极端降水量与极端降水场次的空间分布基本一致。从不同区域看,广东省极端降水空间分布不均匀,粤东汕尾—汕头—揭阳、粤西阳江—茂名、粤北韶关南部、珠三角江门—惠州北部等地区发生极端降水的总场次达57 756场,占比达到71%,韶关—清远北部、梅州西部—河源北部、云浮东北部和肇庆西部等地区发生极端降水的总场次达23 590场,占比只达到29%,沿海地区发生极端降水的总场次为55 315场,占比达到68%。极端降水由沿海到内陆呈现递减趋势,沿海发生极端降水远远多于内陆地区。极端降水在空间上大致呈现东、西、北部少,中、南部多的格局,极端降水由南向北呈带状递减。研究成果可为制定适应气候变化的水资源管理及防洪策略提供参考。     

贵阳市区强降水成因分析及可能最大降水估算

对贵阳市区强降水的特征和成因进行了详细分析,在此基础上应用当地典型暴雨水汽效率放大法推求计算贵阳12、3、d的最大可能降水量。为分析贵阳可能最大降水的合理性,还采用极值分布法推算贵阳最大1 d降水量的重现期,并与典型暴雨水汽效率放大法的结果进行比较。由计算结果可以看出,典型暴雨水汽效率放大法的结果比极值分布法的结果要偏大,采用此方法对城市防涝工程的设计更安全。     

基于云模型的金沙江流域年降水时空分布研究

传统方法仅能对水文情势进行定性分析,难以对其时空分布的均匀性和稳定性进行量化。为了研究金沙江流域年降水的时空分布特性,收集了金沙江流域29个国家级气象站点1951年—2010年60 a的年降水数据,采用新方法和传统方法相结合的方式,描述流域年降水的时空分布特性。研究结果表明:60 a来流域年降水先减小,1999年后呈现增加的趋势。3个分区年降水在时间上分布都不均匀,中游地区的不均匀性最大,且不均匀的稳定性最差。年降水在时间和空间上分布相比,空间分布更不均匀,且稳定性更差。整个流域下游区域60 a平均降水最多,中游地区次之,上游地区最少。年降水在1984年发生突变,突变后的稳定较突变前增大。更多还原     

贵阳市区强降水成因分析及可能最大降水估算

对贵阳市区强降水的特征和成因进行了详细分析,在此基础上应用当地典型暴雨水汽效率放大法推求计算贵阳1、2、3 d的最大可能降水量.为分析贵阳可能最大降水的合理性,还采用极值分布法推算贵阳最大1 d降水量的重现期,并与典型暴雨水汽效率放大法的结果进行比较.由计算结果可以看出,典型暴雨水汽效率放大法的结果比极值分布法的结果要偏大,采用此方法对城市防涝工程的设计更安全.     

基于R-Vine Copula函数的极端降水联合分布模型及风险识别

在边缘分布函数优选的基础上,采用条件Copula函数和Vine图结构,构建基于R-Vine Copula函数的极端降水联合分布模型,以河南省4个气象站的实测数据进行模型验证和对比分析,并对极端降水指标进行了风险识别。结果表明:构建的模型可以描述变量之间的不同尾部特征,保持原序列Kendall和Spearman相关系数等统计特征,整体精度优于基于C-Vine Copula函数构建的极端降水联合分布模型;河南省年降水量与降水强度、最大1d降水量与最大5d降水量的概率分布密切相关,各指标对联合概率密度的影响程度呈现出空间异质性。     

陕北黄土高原极端降水对温度变化的响应研究

随着全球变暖,极端降水事件频发,容易造成滑坡和洪水等自然灾害。研究极端降水与露点和地表温度变化的响应关系,可以为未来极端降水趋势的预测及其灾害风险研究提供可靠依据。以陕北黄土高原为研究区域,基于1970—2017年6个气象站的资料,选取6个极端降水指数,采用线性趋势法、滑动平均法和空间插值法等分析其极端降水指数的时空演变规律以及极端降水对露点和地表温度变化的响应特征,并评估其稳健性。结果表明：1970—2017年陕北黄土高原露点和地表温度呈波动上升趋势,极端降水指数中除持续湿润指数略呈下降趋势外,年总降水量、日降水强度、强降水量、强降水天数和5 d最大降水量均呈上升趋势,且呈现“南高北低”特征。日极端降水与露点温度的响应关系呈单调递增趋势,其响应强度均呈C-C标度,而日极端降水与地表温度的响应关系呈Hook结构,其在吴旗和横山站响应强度呈超C-C标度,在其余4个站均呈C-C标度,且日极端降水与露点温度的响应强度小于地表温度的。相比地表温度,极端降水与露点温度的响应关系更为稳健。     

Spatial Pattern Characterization and Multivariate Hydrological Frequency Analysis of Extreme Precipitation in the Pearl River Basin, China

Consecutive extreme rainfall events, especially those having unfavourable spatio-temporal patterns, always trigger large floods. This paper aims to examine, through the multivariate hydrological frequency analysis, the probability of the synchronous occurrence of rainfall extremes in the Pearl River basin. The copula method together with the stationarity and independence tests, which are crucial to the valid use of statistical methods in regional frequency analyses, were applied in the study. The obtained results indicate that: (1) major precipitation events of the annual maximum 1-, 3-, 5- and 7-day rainfall recorded at 42 stations are the flat looking series and variables are independent, (2) the marginal distribution of all extreme rainfall variables in four homogeneous hydrologic regions fits the log-normal probability distribution and most of their joint distribution fits the Gumbel-Hougaard distribution, (3) on that basis the contour maps of the joint distribution of annual maximum 1-, 3-, 5- and 7-day rainfall between different regions are drawn and the probability of the synchronous occurrence of the extreme rainfalls in different regions are estimated. These findings have great practical value for the regional water resources and flood risk management and are important in exploration of the spatial patterns of rainfall extremes in the Pearl River basin in order to reveal the underlying linkages between precipitation and floods from a broader geographical perspective.     

金沙江流域降水特征分析

为了分析金沙江流域的降水特征,采用金沙江流域17个代表站的逐日降水量资料,对其多年降水量的时间分布、空间分布、多年时段特征和多年1,3,5,7 d连续最大降水量等进行了初步分析.结果表明:金沙江流域降水量年际变化不大,但年内分配极不均匀,雨季降水量大而集中,约占全年总量的90%;旱季降水量少而不稳定,约占全年总量的10...     

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。     

Reservoir Flood Routing Considering the Non-Stationarity of Flood Series in North China

Owing to the increasing anthropogenic activities, flood frequency analysis and flood control scheduling of reservoir become more and more complicated because of the non-stationarity of flood series. This paper aims to assess the effects that non-stationary flood series, which is affected by land use change of Daqing River Basin (in North China), has induced on the reservoir flood routing. And the analysis has been carried out in Xidayang Reservoir, which is located in south branch of Daqing River Basin of North China. In this paper, the annual maximum peak discharge series and the annual maximum flood volume (1-day, 3-day and 6-day) series of Xidayang Reservoir were selected to detect their variation using three steps change point diagnosis. Mixed distribution was employed to fit the non-stationary flood series, estimating parameters by simulated annealing algorithm. The results indicate that (1) mixed distribution provided a more appropriate and superior fit than conventional distribution (P3 distribution) to non-stationary flood series, (2) design flood values estimated by mixed distribution reduced by 0.03 %–20.24 % with different return periods compared with the results computed by conventional P3 distribution, and (3) through reservoir flood routing, the maximum water level and maximum discharge with various return periods considering the series’ non-stationarity also showed a decrease by up to 0.56 m and 81.68 % respectively compared with the results regardless of the series’ non-stationarity. These results provide a significant theoretical basis for flood control and water resources management in Daqing River Basin.     

赣南地区近58年来极端气候变化趋势分析

极端天气事件对人类和自然环境的影响巨大,为评估其变化趋势,采用Mann-Kendall趋势检验和线性倾向估计法分析了赣南地区1956—2013年基于气温和极端降水的8个指标的变化趋势。结果表明:①年降雨总量没有显著变化,季节性变化差异较大;②气温在年尺度和季节尺度变化一致,几乎全部站点年最高气温和年最低气温都有显著上升趋势,且秋季上升幅度最大,其最低气温最大上升幅度为每10 a上升0.39 ℃;除春季外,日温差均为减小趋势;③极端降水事件有增加趋势,年尺度上最大日降雨量和最大3日降雨量均有显著增加趋势,冬季增加趋势更加显著。本研究结果显示赣南地区气温变化趋势与全球变暖保持一致,极端降水事件也在加剧。     

金沙江流域径流特征及变化趋势分析

采用金沙江干流上、中、下游各主要水文站多年径流系列资料,分析计算了各站径流的极值比、变差系数、径流年内分配不均匀系数、集中度和集中期等反映径流年际年内变化情况的特征值。同时应用Mann-Kendall法分析检验了金沙江流域的径流长期变化趋势。研究成果表明,金沙江流域径流量的年际变化不大,上游较中下游的变化稍大,径流年内分配十分不均,上游较之中下游更不均匀;自20世纪50年代以来,在置信水平值为0.05时,金沙江干流各主要水文站的年径流系列检验值均没有突破临界值,这表明年径流系列没有显著的上升或下降趋势。     

The Spatiotemporal Characteristics of Extreme Precipitation Events in the Western United States

Changes in the frequency or intensity of extreme precipitation events would have profound impacts on both human society and the natural environment. In this paper, we present the results of a comprehensive analysis of the spatiotemporal changes of extreme precipitation in the western United States. The analyses explore the spatial characterization of the El Nino-Southern Oscillation (ENSO)-extreme precipitation response pattern and identify the multi-scale temporal variability in precipitation extremes in the western United States. Results indicate: (1) Extreme precipitation expressed in indices such as seasonal count of days when precipitation is large than 10 mm (R10), seasonal maximum 5-day precipitation (R5D), maximum length of dry spell (CDD), and seasonal total precipitation exceeding 95 percentile (R95) have a dipolar pattern and a transition zone which separates the west into two main dipolar centers regarded as Pacific Northwest and Desert Southwest. The simple precipitation intensity index (SDII) has little correlation with large scale natural oscillations over most of the west. (2) The spatial distributions of annual trend of R10, R5D, SDII, and R95 have seasonal variability in southern California and Lower Colorado River Basin. (3) There are consistent multi-year bands ranging from 2 to 20 years in the R10, R5D, CDD, and R95 winter time series which may be caused by the inter-decadal or multi-decadal modulation of ENSO effects on precipitation extremes. The results can provide beneficial reference to the prediction of precipitation extremes in the west.

     

淮河上游紫罗山流域枯水频率及退水规律分析

应用枯季径流退水规律预报枯季径流总量和径流过程是枯季径流预报最常用、有效的方法。但目前,尚未有一种通用的分布可以很好地模拟所有枯水径流。以淮河上游紫罗山流域为研究对象,以1952～2010年各年最小7 d平均流量作为枯季径流统计特征序列,采用P-Ⅲ,LP-Ⅲ,GLO,GPA,LN3和GEV 6种分布,利用适线法、矩法等进行参数估计,推求经验频率对应的理论线型计算值。利用概率点据相关系数、四阶线性矩系数、确定性系数,均方根误差和平均绝对误差5个特征统计量,比较各分布线型拟合情况,确定该流域枯水频率最优拟合线型为P-Ⅲ分布。此外,利用退水曲线法推求各年份退水系数与多年综合退水系数。结果表明:流域年退水系数在0.007～0.200范围内波动,其变化与降水无关,随着最小7 d平均流量的变小而增大,流域多年综合退水系数为0.08。研究成果对合理开发利用水资源、保护河流生态系统平衡具有现实意义。     

金沙江流域降水空间分布特征及变化趋势分析

依据金沙江流域25个气象站点1961~2010年的降水观测数据,采用Mann-Kendall非参数检验及经验模态(EMD)趋势拟合等方法,分析了流域降水时空分布特征及其近期变化趋势。结果表明,金沙江流域年季降水量存在明显的区域差异。高程4 000 m以上的区域降水总体呈显著增加趋势,面平均年降水量变幅达1.68 mm/a;高程4 000~3 000 m的区域降水量总体呈不显著增加趋势,面平均年降水量变幅为0.8 mm/a;高程3 000 m以下的区域降水量总体表现为不显著下降趋势,面平均年降水量降幅为-0.59 mm/a。年降水量变化主要体现在夏秋季降水量变化上;高程4 000 m以上和3 000 m以下两个区域降水集中性和降水强度存在增加趋势,其干旱现象也愈发严重;近期流域极端降水可能存在增加趋势。     

两变量极值分布在洪水频率分析中的应用研究

采用了一种两变量极值分布来研究长江流域上某个站点的洪峰流量Q和洪水总量V之间的联合分布。该联合分布由实测资料来进行率定。率定结果表明,观测值(Q,V)联合分布的理论概率和经验概率基本上相符。在洪峰流量Q和洪水总量V联合分布函数的基础上,就可以很方便地推求洪峰流量和洪水总量同时发生的概率,或者在给定一个变量(比如洪水总量)的发生概率的条件下推求另外一个变量(比如洪峰流量)发生的概率,从而能对水文事件的统计规律有更加全面的认识。