基于不同时间尺度的降雨时空演变规律分析

为研究降雨时空演变特征规律，基于金华市区 1954—2018 年降雨量资料，运用 5 a 滑动平均、累积距平法和线性趋势法分析了降雨演变的趋势。通过 Mann-Kendall 检验和滑动 t 检验研究了降雨发生突变的年份，采用 Morlet 小波探究了降雨变化的周期性。 结果表明：金华市区年内降雨量总体呈线性上升的趋势； 年降雨量存在显著性突变年份为2009 年；金华市区年降雨量在不同时间尺度上呈现不同的“丰枯交替”的周期性变化，主变化周期为 45 a、27 a、19 a，其中45 a 为第一主变化周期；金华市区在近期仍将处于偏丰水年份，中长期逐渐过渡到偏枯水年份。研究成果对金衢盆地水资源综合利用和气候变化特征研究具有借鉴意义。     

湘江株洲水文站近60年降雨特性分析

降雨是湘江水资源量的主要来源,其变化趋势对水资源的开发利用和合理配置有着重要意义。利用1955—2016年湘江株洲水文站降雨序列资料,采用数理统计、线性趋势、5 a滑动平均法、Mann-Kendall突变检验、滑动t突变检验和小波分析法分析区域降雨特性。得出以下结论:近60 a来湘江株洲水文站降雨年内分配不均,但有规律,多年年均降雨量主要呈现丰枯交替变化过程,总体呈上升趋势显著。多年平均降雨天数虽呈波动变化,但总体趋势表现平稳。多年年均降雨量和降雨天数在14 a和20 a左右时间尺度上的周期振荡最强。2016年后短时间内降雨量和降雨天数会相对减少,随后又会增加。研究结果可为湘江流域水资源变化特征研究、水资源规划管理、防涝抗旱、农牧林业生产提供数据支持。     

基于TerraClimate数据集的1960—2019年中国干湿气候变化特征

考虑地理地形和下垫面等因素的影响，选用高空间分辨率TerraClimate数据集分析中国干湿气候变化特征具有重要意义。以该数据集1960—2019年的降水和蒸散月度数据为基础，基于降水量和湿润指数对中国各干湿区范围、干湿气候界线以气候变化趋势进行了分析。结果表明：前后30 a相比，基于两种指标划分的干旱区和湿润区面积负增长，半干旱区和半湿润区面积正增长；各区分界线主要在黑龙江、内蒙古中部和东北部、淮河以及黑龙江等地按年代波动；近60 a来，我国的降水量和湿润指数变化趋势不显著，均在西部和东南部趋于增大，气候变湿，在中部和东北部趋于减小，气候变干。与利用气象站点观测资料的研究结果进行对比评价，TerraClimate数据集能够很好反映中国区域的干湿状况及其变化特征，且降水数据的适用性更为突出。     

天山西部地区近50年干旱指数的演变特征

利用天山西部地区9个县市气象站近50年的降水、气温和水面蒸发观测资料,确定适合该区的干旱指数计算方法,分析了该区干旱指数的主要特征和演变趋势。结果表明,按行政分区和流域分区两种方法统计,研究区的气候类型为半湿润—半干旱区,其年干旱指数具有明显的地区分布特性和年际变化。近50年来,各行政分区和流域分区各分级年干旱指数发生的频次及频率也不尽相同,半湿润区湿润化程度较高,而半干旱区的年度和夏季的干旱化程度高,春、秋两季干湿化程度则基本相近。研究区50年以来的平均年干旱指数总体呈下降趋势,尤以夏季干旱指数的下降趋势明显,可以初步认为,水面蒸发量的显著减少是主要影响因素之一。     

天山西部地区近50年干旱指数的演变特征

利用天山西部地区9个县市气象站近50年的降水、气温和水面蒸发观测资料,确定适合该区的干旱指数计算方法,分析了该区干旱指数的主要特征和演变趋势。结果表明,按行政分区和流域分区两种方法统计,研究区的气候类型为半湿润—半干旱区,其年干旱指数具有明显的地区分布特性和年际变化。近50年来,各行政分区和流域分区各分级年干旱指数发生的频次及频率也不尽相同,半湿润区湿润化程度较高,而半干旱区的年度和夏季的干旱化程度高,春、秋两季干湿化程度则基本相近。研究区50年以来的平均年干旱指数总体呈下降趋势,尤以夏季干旱指数的下降趋势明显,可以初步认为,水面蒸发量的显著减少是主要影响因素之一。     

鄱阳湖区分级雨日及雨量变化特征分析

为了分析鄱阳湖区降雨量的变化特征,按照相关标准对年降雨日数和降雨量进行分级,深入研究各级雨日(量)的年际变化特征和年内分配规律。利用鄱阳湖区都昌站1953—2012年逐日降雨资料,采用趋势突变检验、Hurst指数、集中度和集中期等方法对鄱阳湖区年和季节分级雨日(量)的变化特征进行分析。研究结果表明:①鄱阳湖区年平均降雨日数为134 d,其中,小雨日数、中雨日数、大雨日数和暴雨日数所占雨日的比例分别为70.9%,18.66%,8.2%,2.98%;过去几十年,年总雨日数、小雨日数和暴雨日数均呈现显著减少的趋势并可能持续减少,年总雨日数在1978年发生突变,突变后雨日数减少了14 d;季节性降雨中,春、夏2季以大雨暴雨为主,秋、冬2季以小雨、中雨为主。②鄱阳湖区年平均降雨量为1 335.66 mm,小雨、中雨、大雨和暴雨占年降雨的比例分别为20.74%,29.50%,27.35%,22.41%;过去几十年,年降雨量呈显著减少趋势并可能继续减少,并在1976年发生突变,突变后年平均降雨量减少了301.26 mm。③鄱阳湖区降雨集中度平均为0.4,但受降雨年内分配的影响,降雨集中度年际差异较大;降雨集中期主要集中在3月中旬—6月中旬,其中,4月中旬—5月中旬占了71.43%。鄱阳湖区降雨日数的减少主要是由小雨日数减少引起的,降雨量的减少是各级雨量共同减少造成的;降雨集中度的大小与大雨和暴雨量所占年降雨量的比例密切相关,且与降雨不均匀系数显著正相关。研究结果可为进一步认识鄱阳湖湿地水文情势变化特征提供依据。     

基于PDSI的1982—2015年我国气象干旱特征及时空变化分析

利用中国地面气象观测的月值资料构建1982—2015年月尺度帕默尔干旱指数(PDSI)来度量中国气象干旱,并对气象干旱特征和时空变化规律进行分析。结果表明:我国气象干旱特征空间差异显著,半湿润、半干旱区平均干旱历时较长,烈度较大;从全国整体来看,单位面积上干旱频率为0.44次/a,平均干旱历时6月/次。气象干旱特征变化明显,干旱频次、历时和烈度呈上升趋势,半湿润、半干旱区干旱形势逐渐严峻。气象干旱时空变化显著,年际性、季节性PDSI均呈下降趋势,气象干旱总体呈加重趋势,集中在半湿润、半干旱区(青海东南部、陕甘宁、山西、内蒙古北部及黑龙江北部区域),部分湿润区(四川中部、重庆、湖北及云贵地区)气象干旱加重趋势同样显著。     

西安市降雨模式变化及其对排水系统的影响

基于西安市1961~2011年共51年分钟自记雨量资料,以5a为间隔分段统计了各段年均降雨量及降雨日数、大雨量及大雨日数、暴雨量及暴雨日数和设计降雨强度,运用Mann-Kendall突变分析法和线性趋势法分析了西安市降雨模式变化。结果表明自2005年后年均降雨量和降雨日数均减少,降雨日数减少幅度更大,而大雨和暴雨日数及其雨量均增加,雨量增加幅度更大,表明降雨、大到暴雨集中度增加,2005年以后大雨和暴雨发生频次更高;同一强度降雨的重现期在2005年后较小,同一重现期的降雨在2005年后雨强更大,在2005~2009年段在重现期为1~5a的降雨中各历时强度均达到最大,结合气候变化及城市化分析了西安市降雨模式变化的原因;讨论了在气候变化和降雨模式变化条件下,以降雨历史资料为基础推求降雨强度公式,设计雨水排水系统存在的问题及与城市内涝之间的关系。     

三峡库区龙河流域降雨和人类活动对水沙关系变化贡献率分析

以三峡库区中心区域的龙河流域为研究对象,利用1963—2010年流域水沙资料,采用Pettitt突变点检验、累积距平法及双累积曲线法分析了该流域输沙量和降雨量的变化趋势,判别出降雨量在1982年、输沙量在1982年和1990年发生了突变。并采用累积量斜率变化率比较法分析了1963—1981年,1982—1990年,1991—2010年3个时段降雨量和人类活动在龙河流域输沙量变化中的相对贡献率。研究表明:以1963—1981年为基准期,1982—1990年间降雨量和人类活动贡献率分别为29.49%和60.51%,1991—2010年间分别为3.38%和96.62%;以1982—1990年为基准期时,1991—2010年人类活动对输沙减小的贡献率为100%。该研究揭示了1963—2010年输沙量的变化趋势及降雨和人类活动对其贡献率,研究不仅对该区水土流失治理、水土保持效益评价具有重要意义,同时为研究三峡水库区间水沙锐减的原因提供一定的理论支持。     

黄河流域1982—2015年不同气候区植被时空变化特征及其影响因素

研究不同气候区植被覆盖的时空变化及气候因子与植被生长的关系,对生态环境建设与治理具有重要意义。基于1982—2015年GIMMS NDVI 3g数据集,运用均值法、Sen+Mann-Kendall趋势分析、偏相关系数、多元线性回归模型+残差法等方法,分析了黄河流域不同气候区生长季植被时空变化特征及气候因子与人类活动对植被变化的影响。结果表明:①1982—2015年黄河流域及不同气候区归一化植被指数(NDVI)年际变化呈缓慢上升趋势,干旱区变化波动平稳,半湿润区变化较明显。②34 a来各气候区大部分地区植被呈显著增加,半干旱区所占面积比例最大,不显著减少主要分布在半湿润区西南部及南部。③各气候区降水、气温、日照时数对NDVI表现出正影响,且日照影响最大;在半干旱区降水对NDVI影响最大,在半湿润区影响最小,在半湿润区气温对NDVI影响最大,在干旱区影响最小。④34 a来,人类活动对各气候区植被的积极影响明显大于消极影响。     

Analysis of Drought from Humid,Semi-Arid and Arid Regions of India Using DrinC Model with Different Drought Indices

The study aims at evaluating the various drought indices for the humid, semi-arid and arid regions of India using conventional indices, such as rainfall anomaly index, departure analysis of rainfall and other indices such as Standard Precipitation Index (SPI) and Reconnaissance Drought Index (RDI) that were analyzed using the DrinC software. In SPI, arid region has seven drought years, whereas humid and semi-arid regions have four. In case of RDI, the humid and semi-arid regions have 11 drought years, whereas arid regions have 10 years. The difference in SPI and RDI was due to the fact that RDI considered potential evapotranspiration, and hence, correlation with plants would be better in case of RDI. Humid region showed a decreasing trend in initial value of RDI during the drought as compared to semiarid and arid regions and indicated possible climate change impact in these regions. Among all the indices, RDI was considered as an effective indicator because of implicit severity and high prediction matches with the actual drought years. SPI and RDI were found to be well correlated with respect to 3 months rainfall data and SPI values led to prediction of annual RDI. The results of our study established that this correlation could be used for developing disaster management plan well in advance to combat the drought consequences.

     

水循环生态效应与区域生态需水类型

本文从水循环基础理论出发，通过分析水文循环过程的能量转化规律，揭示水循环生态效应变化机理，提出判断生态系统演变与水循环关系的基本准则，以此区分生态需水类型。降雨分布决定了内陆河干旱区与外流域生态需水的基本格局，降雨径流关系的稳定性决定了半湿润半干旱区与湿润地区生态需水的差异，依附于地表水体的水生态系统随水量发生变化，其临界点取决于径流量的丰沛程度。我国区域生态需水类型可分为：西北内陆河干旱区植被生态系统需水；半湿润半干旱区河湖与地下水连通系统的整体生态需水；北方湿润地区河湖水生态系统需水；南方湿润地区维持河流生态服务功能最大化的流量。     

关中盆地植被覆盖动态及其对气候因子的响应

基于MODIS植被指数和气象数据,采用趋势分析和地统计分析方法对关中盆地植被覆盖时空分布特征进行分析;借助基于像元的空间分析方法揭示研究区植被覆盖对气候变化的响应。结果表明:从年际变化特征看,关中盆地植被覆盖呈波动性上升趋势,年均增长率为0.006 1 a^-1;从年内分布特征看,关中盆地植被覆盖年内波动明显,呈单峰型曲线;从空间分布特征看,关中盆地植被覆盖度呈现明显的空间异质性;从年尺度来看,关中盆地植被覆盖度与降雨量和温度均呈现不显著正相关;从月尺度来看,关中盆地植被覆盖度与当月降雨量和气温均呈现显著正相关,这说明水热因子的季节波动对研究区植被生长的影响更大。研究结果可为干旱半干旱地区生态建设和环境保护提供科学依据。     

我国西南地区典型降雨特征——以贵州湄潭县为例

 在气候变化和人类活动双重影响下,我国降雨在不同区域呈现不同的演变特征。以西南地区为例,选择研究较少的贵州省湄潭县,利用线性回归和Morlet小波分析方法,分析湄潭县年降雨量、汛期降雨量和暴雨的变化特征。结果表明：区域年降雨量不断减少,暴雨发生频次以加快的速率增大,最大暴雨量增加,但发生时间在推迟,且均以1980年和2000年为转折点,呈现减少—增加—减少的趋势。在变化环境下,我国西南典型县城区域对全球气候变化响应敏感,降雨呈现典型的区域演变特征。     

近50年中国不同气候区典型流域降雨径流变化趋势

应用近50年中国4个不同气候区典型流域重点控制站的降雨、径流观测资料,采用线性回归法和M-K检验法分别分析了各个流域的降雨、径流量变化情况。结果表明,南方湿润气候区石角站以上流域的降雨、径流量均表现出了增加的趋势,而处于其他气候区典型流域的降雨及径流量呈现出了下降的趋势,特别是处于半湿润半干旱气候区的邢家窝棚站以上流域的降雨、径流下降趋势明显,这严重影响了我国经济社会的发展。     

三峡库区龙河流域降雨侵蚀力的时空分布特征

为详细研究三峡库区龙河流域降雨侵蚀力的时空分布特征,根据流域及其周边共12个雨量站连续41 a(1970—2010年)的日降雨资料,按照降雨侵蚀力简易模型,对龙河流域降雨侵蚀力年内分配和年际变化规律进行了计算和分析。研究表明龙河流域多年侵蚀力变化范围为2 031.47~10 927.57 MJ·mm/(hm²·h),多年均值为4 662.00 MJ·mm/(hm²·h);流域年降雨侵蚀力总体趋势为由东北向西南递减,侵蚀力高值区在黄水和悦来场一带,低值区位于廖家坝站附近。流域年降雨和年降雨侵蚀力年内分布较集中,汛期降雨、汛期降雨侵蚀力分别占全年比重的78.43%和78.56%;流域侵蚀力分布最集中时段为5—7月份。龙河流域4站M-K统计值Z值均>0,其降雨侵蚀力为增加趋势;其余3站Z值均<0,其降雨侵蚀力为减小趋势;但所有站点的Z值都没有通过α=0.05的显著性水平检验。1970—2010年间,对整个流域而言,降雨侵蚀力减小趋势不显著,降雨量增加趋势不显著。     

1901—2018年“一带一路”陆域地区降雨量时空变化格局

"一带一路"地区是全球气候变化的敏感区和显著区,为了安全推进"一带一路"的高质量建设,亟需全面认识域内气候变化特征。基于1901—2018年英国东英格利亚大学气候研究所提供的0.5°×0.5°的网格降水数据集CRU TS4.03,采用线性趋势、变异系数等多种数理统计方法,从气候分布、变化趋势和波动特征及时相差异特征诊断"一带一路"陆域地区的降雨量时空变化特征。主要得到如下结论:(1)1901—2018年"一带一路"陆域地区年总降雨量气候分布呈现纬向地带性和海陆地带性特征,其中季风气候区和热带地区分布较大,多数超过了1 600 mm。1960年前后"一带一路"陆域地区的年总降雨量在北半球高纬度地区和东南亚地区差异显著。在时序上1901—2018年"一带一路"陆域地区年总降雨量呈增加趋势且具有30年分段并在1938年发生了突变,整体趋势值为2.90 mm/10 a, 1901—1930年、1931—1960年、1961—1990年和1991—2018年的趋势值分别为6.90 mm/10 a、15.69 mm/10 a、-0.94 mm/10 a和1.25 mm/10 a,均通过了0.05显著性水平的检验。(2)1901—2018年"一带一路"陆域地区年总降雨量在北半球高纬度地区和大洋洲呈现明显增加趋势,趋势值超过了20 mm/10 a。对比来看"一带一路"陆域高纬度地区在朝着暖湿化方向发展,而北半球中纬度地区在朝着暖干化方向发展。1960年前后"一带一路"陆域地区的年总降雨量趋势差异整体以负差异为主。(3)1901—2018年"一带一路"陆域地区年总降雨量波动特征较大的地区主要分布在非洲北部及毗邻的阿拉伯半岛、中国西部、澳大利亚中部等地区。1960年前后"一带一路"陆域地区年总降雨量的波动差异也主要集中在上述地区,但面积分布上有所减小。