近似熵和小波变换在降水突变分析中的应用

鉴于流域降水量的演变受不同时间尺度的气候变率的影响,采用近似熵计算分析了渭河流域21个站点1960~2012年逐月平均降水量的复杂性演变特性,发现渭河流域逐月平均降水量复杂性在20世纪80年代中期开始逐步增加,并在20世纪90年代末期发生了突变;对近似熵序列进行小波变换分解重构处理发现,渭河流域逐月平均降水量的演变与准10年气候变率周期密切相关,太阳黑子活动在其中起主导作用。可见近似熵与小波分析相结合可有效分析不同时间尺度上降水演变的气候归因。     

榆林地区降水蒸发时间序列的多尺度特征和突变分析

基于榆林地区4个站点1978～2004年降水和蒸发实测资料,采用Morlet函数作为小渡函数,对序列结构进行详细剖析,并探讨了降水和蒸发的多时间尺度变化及突变特征.结果表明:降水变化具随机性,蒸发具有一定规律性,蒸发量从南向北有逐渐递减的趋势;降水量、蒸发量演变过程存在明显的多时间尺度特征,具有16、15 a的近似主周期,3、7、9 a的次周期,且周期变化复杂,大时间尺度包含着小时间尺度;a=16、15 a比a=9 a突变点发生时间滞后3～4 a,且降水比蒸发突变约滞后1 a;在不同时间尺度上,突变点也有一定差异,降水时间序列突变点较多出现于80年代后期和90年代后期,蒸发时间序列的突变多出现于80年代中期和90年代的中后期.     

1961~2018年嘉陵江流域降水量时空分布特征

利用嘉陵江流域9个气象站点1961~2018年共58年实测降水资料,选用Morlet小波分析方法研究流域降水序列的多时间尺度,同时对降水数据做Mann Kendall非参数检验,并结合GIS空间分析技术,探讨了嘉陵江流域降水量年际变化特征、降水变化时间周期及空间分布特征。结果表明,嘉陵江流域58年的年平均降水量为9541 mm,并以3.9 mm/10a的速率减少,在1984年突变最明显,降水由丰变枯; 降水变化存在4个主周期,分别为32、14、8、3年,且周期波动强度依次由强到弱变化;受季风因素影响,流域降水地域性差异较为明显,由西北至东南方向呈逐渐上升趋势;只有达县和沙坪坝两区降水量呈增长趋势,增加倾向率分别为14.1、15.1 mm/10a,其余地区降水量均有不同程度的降低,所以东南地区偏涝。     

嘉陵江流域降水量时空分布特征

利用嘉陵江流域9个气象站点1961～2018年共58年实测降水资料,选用Morlet小波分析方法研究流域降水序列的多时间尺度,同时对降水数据做Mann-Kendall非参数检验,并结合GIS空间分析技术,探讨了嘉陵江流域降水量年际变化特征、降水变化时间周期及空间分布特征。结果表明,嘉陵江流域58年的年平均降水量为954.1mm,并以3.9mm/10a的速率减少,在1984年突变最明显,降水由丰变枯;降水变化存在4个主周期,分别为32、14、8、3年,且周期波动强度依次由强到弱变化;受季风因素影响,流域降水地域性差异较为明显,由西北至东南方向呈逐渐上升趋势;只有达县和沙坪坝两区降水量呈增长趋势,增加倾向率分别为14.1、15.1mm/10a,其余地区降水量均有不同程度的降低,所以东南地区偏涝。     

流域径流演变多时间尺度特征探讨

采用Morlet子波变换等分析方法,结合逐月实测径流资料分析了大沽夹河流域径流演变的多时间尺度变化特征.结果表明,流域径流演变过程存在明显的多时间尺度特征,具有18～32 a,8～17 a和3～7 a的3类尺度的周期变化规律.流域径流的演变过程在一定程度上受降水控制,但其变化趋势和降水的变化趋势并不能完全吻合,同时还受人类活动的影响.在不同的时间域和时间尺度内,气候变化和人类活动对流域径流变化的影响同时存在.     

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。     

江苏省东台市近65年气温和降水量特征分析

分析江苏省东台市的水文气象变化对该区域的开发管理意义重大。基于江苏省东台站1951~2015年月平均气温、逐月降水量序列资料,采用5年滑动平均法、Spearman秩次相关法、Mann-Kendall法、有序聚类分析法、滑动t检验法、Morlet小波法和R/S分析等方法,对东台市的年平均气温和年降水量进行趋势分析、突变检验、周期分析,并预测未来变化趋势,选取降水集中度和集中期等指标分析降水的年内分配特征。结果表明,东台市近65年气温呈显著上升趋势,在1993年发生突变,20年尺度下周期震荡最强,未来气温将持续上升;降水量存在减小趋势但不显著,1965年发生突变,存在22、13、9、3年的多时间尺度周期,未来降水量仍将减少;降水年内分配不均,但未来趋于均匀,集中期由7月逐渐前移。研究成果可用于指导该区域的水资源开发与管理。     

洞庭湖流域极端降水指数变化特征分析

基于洞庭湖流域17个气象站1961～2009年逐日降水资料,采用Mann-Kendall检验法和滑动t检验法对洞庭湖流域四种极端降水指数进行趋势分析和突变检验。结果表明,四种极端降水指数在洞庭湖流域不同测站表现出不同的变化趋势,但变化均不显著,基本上未通过置信水平检验,非常湿天、极端湿天在西北和东南方向的各测站均表现为上升趋势,雨日数在位于北部的部分测站表现为上升趋势,日最大降水量在大部分测站均表现为上升趋势;各指数突变年主要集中于20世纪后期,2001年后明显减少,表现突变减少年的测站数量明显多于表现突变增加年的测站数量。     

贵州省近50年降水量时空分布及变化特征

基于贵州省19个站点1960~2009年月降水资料,运用降水集度、气候趋势系数、Mann-kendall突变检验法、滑动T检验及小波分析等方法,分析了贵州省降水在不同时间尺度下的时空规律。结果表明,贵州省年降水量空间分布不均,整体呈东多西少的分布趋势,并形成了三多三少的降水集中区;近50年降水量呈下降趋势,年内降水呈季节性变化,春、秋季降水量有显著下降趋势,夏、冬季降水量呈上升趋势但不显著;贵州省年降水量存在22年左右的周期变化,在1984、1991、2001年发生突变,各季节周期变化和突变位置有所差异,这均增强了极端气候事件发生的概率,加剧了农业旱灾发生的风险。     

近58年大汶河流域降水量演变特征分析

为进一步系统识别气候变化背景下大汶河流域降水量演变特征,基于大汶河流域32个雨量站1956~2013年逐日降水资料,分析了大汶河流域降水量年内分配与年际变化特征及趋势性、随机性、突变性、周期性的变化规律。结果表明,大汶河流域降水量年内分配不均,连续最大四个月均出现在6~9月,所占比例超过70%;年际变化较大,各分区多年平均降水量极值比分布在3.71~5.26之间;降水量呈现不显著下降趋势;降水序列并非完全独立,表现为正持续性;降水量在1964年发生不显著突变,降水量变化周期以14年为主。     

浑河干流径流变化及其驱动力分析

根据浑河干流大伙房水库、沈阳和邢家窝棚3个水文控制站1964~2011年的逐月径流资料和逐月降雨资料,运用数理统计、Kendall秩次检验、R/S分析法和M-K突变检验等方法,计算分析了浑河流域径流的年际变化、代际变化、年内分配和径流变化趋势等多种特征,并利用降水—径流双累积曲线法研究了浑河流域降水和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明,浑河流域径流的年际变化剧烈,下游的变差系数与极值比大于上游,说明下游更不利于水资源综合利用和管理;浑河干流丰水期历时短,枯水期历时长,大部分年份处于枯水期;浑河干流径流的代际变化不明显,但径流年内分配很不均匀,主要集中在5~10月,约占全年径流量的75%;浑河流域的径流序列呈现出丰枯交替变化,处于不显著递减状态;影响浑河干流径流变化的主要因素是人类活动,其次是降水变化。     

广西降雨量时空变异规律

为揭示广西不同地区降雨量的时空变化规律,利用17个气象站点1957~2001年的降雨资料,通过年际极值比、变差系数、累积滤波器、Kendall秩次相关法、Mann Kendall非参数统计法,分析了广西单个站点和区域降雨量的年际变化特征、变化趋势及其突变点。结果表明,桂南降雨量年际变化最剧烈,桂北年际变化最小;非岩溶发育地区降雨量的年际变化比岩溶发育地区剧烈;17个单站点中,64.7%的降雨量呈上升趋势,35.3%呈下降趋势;桂北、桂南和桂西的降雨量主要呈增加趋势,桂中和桂东的降雨量主要呈下降趋势。     

气候变化背景下降雨序列的变异分析

为了有效地了解气候变化背景下我国降雨序列变异情况,采用Hurst系数法进行趋势诊断和跳跃诊断,从而分析年降雨序列的变异,并利用基尼系数法对年内降雨序列的均匀度进行量化分析。对宁波市北仑区5个国家雨量站降雨序列的变异分析结果表明,降雨序列的变异点与当时的气候条件相关性很强。     

洛阳市降水量时空变化特征分析

基于洛阳市11个代表站1956~2013年日降水量数据,运用滑动平均法、Pettitt检验、小波分析对年降水量进行趋势分析、突变检验和周期分析,研究了洛阳市时间变化特征和空间分布规律。结果表明,近58年洛阳市年平均降水量为670.60mm,降水偏少且集中在夏季;年降水量倾向率为-13.733mm/10a,且呈明显减少趋势;年平均降水量存在15年的主周期,在1985年发生突变;洛阳地区降水量大体呈现出西多东少、南多北少的分布规律,东北部降水量少且减少速率快;洛阳市降水量减少,时空分布极不平衡将成为经济发展的制约性因素。     

变化环境下滁州市降水及气温变化分析

基于1952~2013年滁州站降水量及平均气温资料,采用参数T检验法、5年滑动均值法、Mann-Kendall检验法、Pettitt法、Morlet小波分析法研究了滁州市降水量和气温序列的趋势、突变、周期特征,运用R/S分析法计算的Hurst指数预测了两者未来的变化趋势。结果表明,研究时段内滁州市年降水量呈略微上升趋势,未发生突变,降水序列存在5、2、13年三个周期,未来年降水量有减少趋势;研究时段内滁州市年平均气温呈明显升高趋势,在1993年发生突变,气温序列存在3、12年的周期,未来年平均气温有升高趋势。     

吉林省近60年降水量时空演化特征分析

为准确分析吉林省1951~2011年近60年年降水量时空演化特征,基于8个雨量站年降水量数据,采用一元线性回归分析法、预置白Mann-Kendall法(PW-MK法)进行趋势特征分析,结合预置白Mann-Kendall法和滑动t检验法进行突变特征检测,并采用Morlet小波进行周期特征识别。结果表明,1951~2011年吉林省各站年降水量均呈减少趋势,年降水量多年平均值在三大地貌单元上自西向东呈增加趋势,其与雨量站高程存在较强的正相关关系,且年降水量自东向西减少趋势越来越显著,其中西部和中部呈显著性减少趋势,东部呈不显著减少趋势;吉林省西部和中部降水突变年份在1998年前后,东部突变年份在1975年前后;吉林省各站均存在5、10年左右的主周期,其中,西部和中部还存在15、20年左右的主周期,东部还存在15、28年左右的主周期。     

基于时间序列的滇池流域降雨变化特征分析

针对云南省连续4年大旱、降雨偏少的问题,基于滇池流域内18个雨量站1965~2011年降雨资料,分析了降雨年际年代变化特征,采用线性回归法和Mann-Kendall非参数检验方法对年降雨序列进行趋势预测,利用Morlet小波进行周期分析,并通过小波系数方差检验年降雨序列主周期。结果表明,滇池流域降雨年际变化大,变差系数在0.17~0.24之间;年内分配不均,雨季占全年降雨量的87%左右;年降雨序列呈减少趋势,但减少趋势不明显;降雨序列主周期为23年,次周期分别为4、15年。     

滹沱河流域汛期气温、降雨及径流变化特征分析

分析汛期水文气象等要素的变化特征对认识流域水资源演变规律非常重要。选取滹沱河流域1958~2004年的水文气象数据,采用线性趋势回归检验法、滑动秩和法及Morlet小波分析法分别对汛期水文气象要素序列的趋势、突变及周期性进行分析,并基于Surfer 9软件分析了降雨变异前后空间分布的变化情况。结果表明,滹沱河流域汛期月平均气温呈升高趋势,而降雨及洪量则呈下降趋势;气温、降雨和洪量序列均存在突变现象,变异点大致出现在1980年前后;变异后流域平均降雨量明显减少,且变异前后降雨空间分布也存在明显差异,变异前降雨在流域空间上更为集中,更易形成洪水过程,变异后滹沱河流域洪涝灾害发生可能性有所降低。     

百色市区近70年降雨演变规律分析

为研究百色市区降雨演变规律,基于百色气象观测站1951~2019年的降雨资料,采用Mann-Kendall趋势检验法分析了该地区年降雨量的演变趋势,采用R/S分析法分析降雨量演变趋势的持续性,采用小波分析法对百色市区降雨时间序列进行多时间尺度分析,分析出该地区年降雨量的变化周期,采用滑动平均差检测法、累积距平法和Mann-Kendall突变检验法检测降雨时间序列的突变点。结果表明,研究时段内年降雨量变化总体有上升演变趋势,但趋势不显著,这一演变趋势具有正持续性;1951~2019年期间百色市区年降雨序列存在不同时间尺度的周期变化,主要存在20、13年的周期,其中20年为第一主周期;百色市区1951~2019年年降雨序列的突变点位于1965、2012年附近,Mann-Kendall突变检验法可能无法完成包含多突变点的时间序列突变点检验。