海河流域不同降水极值的时空变化分析

采用4种日降水情景,分析1961-2010年海河流域降水极值的时空变异性。研究结果表明,海河流域日降水量的平均值呈下降趋势,且随着时间的推移,其波动变弱。从20世纪60年代到2000年代,日降水量的平均值为1. 4 mm/d,降水的等高线向流域东南部移动了100 km以上。4种日降水情景的变化具有很大差异性;天津市和廊坊市是80年代后海河流域的P0干旱中心,无降水的天数和地区数随着年份的增加而增加; P10极值的大小在过去50年中没有明显变化,但是降雨中心随海河流域区域的不同而不同; P20极值的变化幅度在1961-2000年没有明显变化,但在2000年有所增加;在过去50年中,P50极值的变化幅度明显下降,降雨中心从海河流域的东北部向南部移动。城市化的影响反映在80年代和90年代的一些城市,但在2000年之后,由于海河流域的降雨量显著减少,导致其城市化影响表现并不显著。     

海河流域近现代降水量变化若干特征

根据器测资料、代用资料和文献资料,综合分析海河流域1956年以来、1880年以来和1736年以来降水量变化的主要特征,探讨影响降水多年代尺度变化的可能机制。结果表明:1海河流域平均年降水量距平百分率在1956—2013年表现出较明显下降趋势,每10 a下降速率为2.6%,但在1880—2012年期间下降趋势很弱;21736—2012年,海河流域平均年降水量距平百分率未表现出任何长期趋势变化,1956年以来和1880年以来的趋势性减少现象也不再显得异常,但存在一系列年代到多年代尺度振动;320世纪40年代后期到60年代早期是1736年以来最湿润阶段,但20世纪初以来几次持续性干旱,包括1997—2003年的严重干旱,在1736年以来历史上并非罕见,1826—1843年曾出现持续时间最长的严重干旱;4海河流域平均年降水量具有准周期性振动特点,较明显的准周期包括2~7 a、11 a、22~23 a、33 a和63~65 a;520世纪60年代后期以来海河流域降水的趋势性减少,是区域气候63~65 a自然低频周期性振动的组成部分,预计未来几十年整个流域降水量总体上将呈增多趋势,并可能在2035—2040年达到峰值区间。     

气候变化条件下流域径流演变趋势分析

为了预测流域未来径流演变趋势,通过主分量分析、降尺度模型和SWAT模型,预测分析了流域在大气环流模型(GCMs)A2/B2气候情景下2010—2099年的日最高最低气温、日降水和月径流量。主分量分析提取大尺度下气候预测因子的主成分,降尺度模型利用提取的主成分预测站点的最高最低气温和降水,SWAT模型利用预测的站点数据计算未来径流量。结果表明,A2/B2两种气候情景下流域未来气温呈波动上升趋势,降水、径流均呈波动下降趋势,其中B2情景变化幅度大于A2情景。     

海河流域1961-2010年极端气温与降水变化趋势分析

以海河流域30个气象基准站1956年－2010年气温和降水日值资料为基础,选取12个表征极端气候变化指标,分析了海河该流域极端气温与降水的变化趋势。结果表明：海河流域极端高温的强度、频度和持续时间均有较强的增加趋势,;极端低温的强度、频度显著降低,反映出流域整体增温的气候变化背景。;海河流域短历时极端降水强度有增大趋势,年极端降水的发生频次降低,连续湿日表现出一定的减少趋势,而连续干日在近几十年来有一定的增加趋势,区域呈现弱干化趋势。从年代际变化特征看,20世纪90年代以来,年极端高温事件和短历时强降水事件发生趋于频繁,而长持续性降水事件的降水量减少。海河流域整体的暖干趋势以及降水集中的趋势,将对农业生产、水资源开发利用造成不利影响;,同时,短历时极端强降水事件的增加可能加剧局地的山洪灾害和城市内涝的风险。     

气候变化与海河流域地表水资源量的关系

利用近50年海河流域气候、水资源、多模式预估数据等资料,分析了海河流域气候变化特征及对地表水资源量的影响。结果表明：近50年,海河流域年降水量呈明显减少趋势,平均每10年减少21mm,年气温呈明显升高趋势,平均每10年升高0．3℃。海河流域气候暖干化趋势造成地袁水资源大量减少,平均每10年减少18％。地表水资源量变化与降水量、气温有很好的复相关关系。如果降水量保持不变,气温每升高1℃,海河流域地表水资源量将减少7％;如果气温值保持不变,降水每增多10％,地表水资源量将增加约22％。多模式预估,未来50年海河流域降水量将比1961-1990年增加3％～10％,年气温将升高0．4～2．3℃。参考多模式预估结果,在未来降水量比1961-1990年增加5％的情况下,如果气温比1960-1990年平均值升高0℃（1．0℃,2.0℃）,海河流域地表水资源量变化为＋20％（＋13％,＋6％）。未来海河流域地表水资源会随着降水量的增多而增加,随气温的升高而减少,总体结果未来地表水资源量是增加的。由于对未来降水预估结果不确定性较大,对气温预估结果可信度较高,所以未来海河流域地表水资源号增加还存在很大的不确定性．     

基于CMIP5模式和SDSM的抚河流域未来气候要素模拟与预估

为了解变化环境下的流域未来气候要素变化趋势,以抚河流域为研究对象,利用该流域两个气象站的1961—2005年水文逐日气温、降水和NCEP再分析数据等资料,建立了SDSM降尺度模型,并对未来的温度与降水研究。将模型应用于CanESM2模式下3种RCP排放情景,得到了流域未来气温与降水的变化趋势。结果表明SDSM模型对温度的模拟效果好于对降水的模拟效果,3种情景下未来温度总体呈现上升趋势,最低温度上升幅度高于平均温度和最高温度上升幅度;各情景下增温幅度2080s2050s2020s,2080s平均增温3.0℃;未来降水总体表现为减少趋势,局部表现为震荡趋势,减少主要集中在夏、秋季,其中5-6月降水减少量普遍较大,在30mm以上,而冬季降水量增幅在50～90mm;总体来说,抚河流域未来气温将持续上升,降水量呈现下降趋势,干旱形势严峻。     

海河流域1961年-2010年极端气温与降水变化趋势分析

以海河流域30个气象基准站1956年-2010年气温和降水日值资料为基础,选取12个表征极端气候变化指标,分析了该流域极端气温与降水的变化趋势。结果表明:海河流域极端高温的强度、频度和持续时间均有较强的增加趋势;极端低温的强度、频度显著降低,反映出流域整体增温的气候变化背景;流域短历时极端降水强度有增大趋势,年极端降水的发生频次降低,连续湿日表现出一定的减少趋势,而连续干日在近几十年来有一定的增加趋势,区域呈现弱干化趋势。从年代际变化特征看,20世纪90年代以来,年极端高温事件和短历时强降水事件发生趋于频繁,而长持续性降水事件的降水量减少。海河流域整体的暖干趋势以及降水集中的趋势,将对农业生产、水资源开发利用造成不利影响,同时,短历时极端强降水事件的增加可能加剧局地的山洪灾害和城市内涝的风险。     

太湖流域气候变化检测与未来气候变化情景预估

基于1954—2006年太湖流域6个气象站点的降水、气温资料,探讨了1954年以来太湖流域的气候变化问题,并同时应用统计降尺度模型SDSM和动力降尺度模型PRECIS,对太湖流域的日降水量和日最高、最低气温进行降尺度处理,建立未来2021—2050年的气候变化情景。结果表明:20世纪90年代以来,太湖流域发生了突变式增温,冬、春季节尤为显著;太湖流域降水变化相对较复杂,Mann Kendall法检测到太湖流域年降水量呈振荡性周期变化,并在1980年和2003年发生突变,而Pettitt方法没有检测出太湖流域年降水量的突变。两种降尺度方法模拟的未来时期日最高、最低气温季节和年的变化情景增幅总体上基本一致,均呈显著增加趋势,与Mann Kendall趋势分析结果一致,高排放情景A2下模拟生成的情景增温幅度较低排放情景B2大,最高气温增加幅度比最低气温明显。降水变化情景差异较大,SDSM模拟的未来时期降水并无明显变化趋势,而PRECIS模拟结果与趋势检验结果较为一致,即未来降水增加趋势明显,增幅较大,总体上全流域年降水量呈增加趋势,并且在未来一段时间内仍将持续增加。     

1951—2009年北京市降水变化情势分析

建立北京市1951—2009年的降水变化时间序列,采用经验模态分解(EMD)方法求出该序列的本征模态函数(IMF),分析原序列内在的多尺度振荡变化;综合运用Mann-Kendall法和R/S法分析原序列的突变以及未来趋势特征。结果表明:北京市降水变化序列主要由IMF1、IMF2和IMF3这3个本征模态构成,3～4a、5～6a、14a尺度的振荡变化对整个变化起主要作用;短期内,北京市年降水量有在波动中减少的趋势。1951年来,降水序列整体上呈减少趋势;减少的突变年份是1994年,2005年以后降水显著减少。从M-K与R/S方法的综合分析来看,在未来的长时间尺度上,北京市的年降水量整体上将在波动中不断增加。     

气候变化影响下的赣江流域水资源变化趋势与幅度分析

利用全球气候模式输出结果,经统计降尺度模型降解后得到流域尺度的降水和气温要素,根据实测资料建立气温—蒸发回归关系以及新安江水文模型,使用耦合模拟和MK趋势分析评估未来气候变化情景下赣江流域水资源量的变化趋势和幅度。研究结果表明:未来不同排放情景下的年降水量、年蒸发量和年径流量等水文气候要素变化趋势以显著增加为主。未来年降水量、年蒸发量和年径流量的多年平均值相对基准期有较小幅度增加,最大增幅为年径流量的13.81%。降水、蒸发和径流的年内变化有明显的季节性特征,汛期径流增加、非汛期径流减少的不均匀情况加剧,在一定程度上可能增加赣江流域未来的防洪压力和枯水期供水压力。     

基于SPEI的海河流域干旱时空演变特征及环流成因分析

基于海河流域31个气象站1961—2017年逐日气象资料、美国国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)再分析数据集,计算了多时间尺度标准化降水蒸散指数(SPEI),分析了海河流域1961—2017年干旱时空演变特征,并结合流域夏季500 hPa等位势高度场分析了流域干旱演变特征的环流成因。结果表明:1961—2017年海河流域有轻微干旱趋势,且长历时干旱主要集中于1980—2017年,但干旱强度呈减弱趋势,春末(5、6月)湿润化趋势显著,夏季(7、8月)干旱化趋势显著;空间分布上,海河流域内57.4%的区域呈现干旱化趋势,19.0%的区域呈现干旱减弱趋势,全流域夏季呈显著干旱化趋势;蒙古高压增强、西太平洋副热带高压西移、南扩以及增强的环流特征不利于水汽输送及降水形成,高压系统的增强和水汽输送的减少是流域夏季干旱化趋势的原因之一。     

大渡河流域年径流变化特征及其归因分析

根据1951—2012年大渡河流域内气象站年降水量、年平均气温和铜街子站年径流量资料,利用Mann-Kendall秩次相关检验法识别年径流量变化趋势,基于小波分析法检验其周期成分,采用有序聚类法、累积距平法及Pettitt法诊断年径流量突变点,利用累积量斜率变化率比较法揭示气候变化与人类活动对流域年径流量的影响程度。研究结果表明:1951—2012年大渡河流域年径流量整体呈不显著的减少趋势,其中,1951—1968和1988—2012年期间呈不显著的减少趋势,1969—1987年期间呈不显著的增加趋势;年径流量存在7年、11年、17年和28年的周期成分;流域年径流量在1968年和1987年发生突变;以1951—1968年为基准期,1969—1987年期间气候变化和人类活动对大渡河流域径流量减少的贡献率分别为36.22%和63.78%;在1988—2012年期间的贡献率分别为33.68%和66.32%;人类活动是大渡河流域年径流量变化减小的主导因素,气候变化是次要因素。     

黄淮海流域实际蒸散发时空演变规律分析

蒸散发是气候系统能量循环和水分循环的关键要素，探究黄淮海流域实际蒸散发的演变规律及其影响因素对深入理解该区域水循环对气候变化的响应具有重要意义。基于1980—2018年黄淮海流域的GLEAM蒸散发产品数据、气象数据和NDVI数据，采用线性回归法、Mann-Kendall检验及相关性分析等方法，分析了实际蒸散发的时空演变规律及其影响因素。结果表明:GLEAM产品的计算值在黄淮海流域的验证精度较好，流域内多年平均实际蒸散发量为474 mm，呈显著上升趋势。实际蒸散发的空间变化范围是183~708 mm，空间差异显著，呈现从东南向西北方向递减的趋势，季节的空间分布与年际分布特征基本一致。实际蒸散发与NDVI均呈显著正相关关系，与降水和气温以正相关关系为主。黄淮海流域降水变化不明显，气温显著升高，NDVI增加是流域内实际蒸散发量显著上升的主要原因。     

海河流域区域干旱特征的分析与研究

海河流域素有“十年九旱”的说法,是我国水资源短缺问题非常严重的地区.根据海河流域1951～2001年的逐月降雨资料和历史的灾情文献记载,采用游程理论识别拟定了适合海河流域干旱状况的干旱指标,并用该指标分析了海河流域典型干旱年份的旱情区域分布特征,给出了各等级干旱的区间分布.结果表明干旱现象具有明显的地区差异,不同地区在干旱规划管理中应采取相应不同的措施.     

气候变化对海河流域水文特性的影响

本文应用大尺度陆面水文模型——可变下渗能力模型VIC(Variable Infdtration Capacity)与区域气候变化影响研究模型PRECIS(Providing Regional Climatefor Impacts Studies)耦合，对气候变化情景下海河流域水资源的变化趋势进行预测。结果表明：未来气候情景下，即使海河流域降水量增加，年平均径流量仍将可能减少，预示海河流域的水资源将十分短缺；若考虑21世纪人口增长因素，海河流域的水资源形势将更加严峻；未来气候情景下，汛期的径流量增加，说明海河流域发生洪水的可能性将增大。     

Drought variability and its connection with large-scale atmospheric circulations in Haihe River Basin

Drought is one of the most widespread and devastating extreme climate events when water availability is significantly below normal levels for a long period. In recent years, the Haihe River Basin has been threatened by intensified droughts. Therefore, characterization of droughts in the basin is of great importance for sustainable water resources management. In this study, two multi-scalar drought indices, the standardized precipitation evapotranspiration index(SPEI) with potential evapotranspiration calculated by the Penmane Monteith equation and the standardized precipitation index(SPI), were used to evaluate the spatiotemporal variations of drought characteristics from 1961 to 2017 in the Haihe River Basin. In addition, the large-scale atmospheric circulation patterns were used to further explore the potential links between drought trends and climatic anomalies. An increasing tendency in drought duration was detected over the Haihe River Basin with frequent drought events occurring in the period from 1997 to 2003. The results derived from both SPEI and SPI demonstrated that summer droughts were significantly intensified. The analysis of large-scale atmospheric circulation patterns indicated that the intensified summer droughts could be attributed to the positive geopotential height anomalies in Asian mid-high latitudes and the insufficient water vapor fluxes transported from the south.     

Impacts of climatic variability on northward flowing rivers in North America,using a paired basin approach

Northward flowing rivers are the most vulnerable system to a general early warming trend in terms of flood risk. In a changing climate, how well we understand the variability of precipitation and streamflow and the correspondence between them determines the appropriateness and efficiency of river engineering activities, flood control structures, and water resource management policies. Using both time and frequency domain approaches, this study investigated variations and periodicities in precipitation and discharge of two neighboring northward flowing river basins, the Red River of the North (referred to hereafter as the Red River) basin and the Little Missouri River basin in North America. Additionally, this study also characterized whether the most dominant quasiperiodic climate variation El Niño Southern Oscillation (ENSO) affected regional precipitation and streamflow. Results indicated that the southern and central Red River basin experienced significant increases in precipitation and discharge, particularly in cold season, while the Little Missouri River basin had no statistically significant change in precipitation or discharge. The global atmospheric oscillation ENSO had little effects on the regional precipitation and streamflow increases in the Red River basin. Furthermore, strong spectral coherences and prominent annual/semi‐annual periodicities in precipitation and discharge were revealed, confirming how precipitation determines frequency peaks and primary oscillation cycles of discharges in both basins. By removing broad‐scale climatic driver, this study indicated that some local forcing is most likely responsible for the excessive water abundances in the Red River basin, among which agriculture land usages stand out to be the most promising driver.     

Impact of Climate Change on the Hydrology of Upper Tiber River Basin Using Bias Corrected Regional Climate Model

The use of regional climate model (RCM) outputs has been getting due attention in most European River basins because of the availability of large number of the models and modelling institutes in the continent; and the relative robustness the models to represent local climate. This paper presents the hydrological responses to climate change in the Upper Tiber River basin (Central Italy) using bias corrected daily regional climate model outputs. The hydrological analysis include both control (1961–1990) and future (2071–2100) climate scenarios. Three RCMs (RegCM, RCAO, and PROMES) that were forced by the same lateral boundary condition under A2 and B2 emission scenarios were used in this study. The projected climate variables from bias corrected models have shown that the precipitation and temperature tends to decrease and increase in summer season, respectively. The impact of climate change on the hydrology of the river basin was predicted using physically based Soil and Water Assessment Tool (SWAT). The SWAT model was first calibrated and validated using observed datasets at the sub-basin outlet. A total of six simulations were performed under each scenario and RCM combinations. The simulated result indicated that there is a significant annual and seasonal change in the hydrological water balance components. The annual water balance of the study area showed a decrease in surface runoff, aquifer recharge and total basin water yield under A2 scenario for RegCM and RCAO RCMs and an increase in PROMES RCM under B2 scenario. The overall hydrological behaviour of the basin indicated that there will be a reduction of water yield in the basin due to projected changes in temperature and precipitation. The changes in all other hydrological components are in agreement with the change in projected precipitation and temperature.     

浏阳河流域降水时空演变规律分析

通过线性回归、滑动平均、Mann-Kendall检验、累积距平联合滑动t检验和Morlet小波分析等方法,分析了浏阳河流域1969~2013年的年、汛期和非汛期降水的演变规律。结果表明:(1)45 a来,年、汛期降水量呈非显著性下降趋势,非汛期降水量呈非显著性上升趋势。(2)年降水量的空间分布存在不均衡性,降水量总体从东北部向西南部逐渐减少。(3)年、汛期降水量均在1992年发生显著性均值突变,非汛期降水量突变不显著。(4)年降水量均存在27 a左右主周期,汛期和非汛期降水量在时间尺度上的相位变化与年降水大体一致。研究结果可为浏阳河流域气候分析和气候预测提供参考。