基于EEMD的鄱阳湖流域年降水量周期预测

气候变化影响下的降水量周期变化对于认识鄱阳湖枯水具有重要意义。采用EEMD方法分别将实测和模拟年降水量分解成不同频率的成分,然后采用FFT求得各IMF分量周期,以便对比未来和基准期的周期变化。结果表明,鄱阳湖流域1961~2001年的实测年降水量序列整体存在2.5~3.5、6.5~8.0年的周期,较大尺度的周期表现不显著;ASD统计降尺度模型对序列的周期特性模拟能力良好。未来情况下,主周期相对基准期整体呈增大趋势,中小尺度周期仅有微小差别,较大尺度周期普遍增大,鄱阳湖流域年降水量过程波动剧烈程度降低。     

鄱阳湖五河流域入湖年径流变化特征分析

为探讨鄱阳湖入湖流量变化特征,以便为鄱阳湖五河流域的水资源管理提供科学依据,根据鄱阳湖五河流域6个水文站近60年的实测径流量资料,采用差积曲线—秩检验联合识别法分析五河流域入湖年径流量的变异性,采用五点滑动平均法、Mann-Kendall秩次检验法分析各站年径流量的变化趋势,应用小波分析法识别各站的变化周期。研究结果表明,各水文控制站年径流序列均未发生突变;各水文站的年径流变化趋势均不显著,鄱阳湖入湖总量在1953~1956、1968~1976、1990~2001年处于丰水年,在1958~1967、1978~1985、2002~2013年处于枯水年;各站均存在19年左右的主周期。     

鄱阳湖流域降水时空变化特征

基于鄱阳湖流域81个气象站逐日降水数据,采用强度-面积-持续时间(IAD)方法研究了气候变化背景下鄱阳湖流域降水时空变化特征.结果 显示:鄱阳湖流域总降水量呈略增加的趋势,但是由于雨日数的明显减少,导致降水强度的增加,降水概率分布曲线右移,强降水事件发生概率增大;从降水事件看,鄱阳湖流域极端强降水事件平均强度为60.9 mm/d,增加趋势不显著,但强降水频率却在以1.5次/10a的增幅显著增加,同时强降水的影响面积也在以400 km2/a持续增加.鄱阳湖流域整体面临的洪涝风险持续增大,必须采取更加有效的防灾减灾措施.     

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。     

基于SDSM-SWAT模型的汉江上游径流变化模拟

为分析汉江上游流域径流对气候变化的水文响应过程,耦合了SWAT水文模型和SDSM降尺度模型,选用石泉和黄家港水文站1990～2005年历史月径流资料,对水文模型进行率定和验证,并将2011～2100年CanESM2模式下低等排放情景(RCP2.6)和高等排放情景(RCP8.5)两种情景输出因子降尺度到汉江上游流域各站点,生成未来气候情景数据,模拟流域未来气候变化下的径流响应过程。结果表明,SWAT模型在该流域径流模拟中具有很好的适用性;未来流域径流会呈现增加态势,RCP8.5情景较RCP2.6情景变化剧烈,且未来各月径流相对基准期变化更加剧烈,这为流域水资源管理与保护提供了参考与支持。     

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。     

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。     

基于Budyko假设的乌伦古河源区径流变化特征及归因识别

揭示流域径流演变特征及定量识别驱动因素贡献率对流域水资源适应性管理和水安全保障至关重要。基于乌伦古河源区二台水文站1960～2015年实测逐月径流序列及同期气象和人类水土资源开发利用影像数据，采用滑动移除小波分析法、Mann-Kendall趋势检验法、滑动t检验法等方法分析水文气象要素序列演变趋势及突变特征，基于Budyko假设的弹性系数法定量识别气候变化与人类活动对研究区径流变化的贡献率。结果表明，乌伦古河源区径流序列呈不显著上升趋势，降水序列呈显著上升趋势，潜在蒸散发序列呈显著下降趋势；径流序列于1995年发生突变，相较于基准期1960～1994年，变化期1995～2015年径流对降水、潜在蒸散发及下垫面特征参数的敏感性系数分别增加了8.8%、25.0%、7.8%;降水与潜在蒸散发、下垫面特征参数变化对径流变化的贡献率分别为39.2%、7.0%、53.8%,研究区径流变化由人类活动与气候要素共同驱动，人类活动为主要驱动因素。     

1980～2020年黑龙江省降水量时空变化特征

为探讨黑龙江省年降水量时空变化及降水场的类型，采用Mann-Kendall检验法、EOF分解法、Morlet小波分析等现代气候统计诊断中常用方法分析了1980～2020年黑龙江省降水量时空变化特征。结果表明，1980～2020年黑龙江省降水倾向率为15.52 mm/10a,即降水量有明显上升趋势，夏季降水量约占全年的65%,冬季仅占3%;受地形和气候的影响，黑龙江省降水量表现出显著的空间差异，整体表现为南部和中部的降水量较大，东部次之，西部和北部小；根据EOF分解，黑龙江省降水共分为3种模态6种降水场，其中第1模态表明全省降水偏多或偏少；第2模态表明省内中部和东北部降水偏多，西南部和大兴安岭地区降水偏少或相反，第3模态表明省内西南部降水偏多，东南部和大兴安岭地区降水偏少或相反；黑龙江省降水量存在11～30、3～7年两种尺度变化周期，28年为第一主周期。     

基于主成分分析与逐步回归法的降尺度预报模型及应用

全球气候模式(GCM)的空间分辨率较低,缺少趋于气候信息,很难精确预测区域尺度的气候变化,而统计降尺度法简单,可弥补此缺陷。结合NCEP数据和国家气象观测站的站点数据构建月平均降水量的统计降尺度模型,选取HadCM3、ECHAM5和CSIRO-Mk3.0模型的SRA2气候排放情景,并采用主成分分析及多元线性回归相结合的方法预测了淮河流域蚌埠上游地区未来30年的降水变化趋势。结果显示,检验期逐月降水量拟合结果较好,未来30年年平均降水量与基准年相比有上升的趋势。     

怒江中上游流域降水趋势和周期变化分析

基于怒江贡山水文站以上流域1958～2008年降水资料,运用M-K检验法及Morlet小波函数方法,分别对该流域的年降水和四季降水序列进行了趋势和周期分析,揭示了该流域各降水系列均有增加的趋势,其中年降水系列和春季、冬季降水系列增加趋势明显,并确定了各降水系列的震荡主周期。由此预测未来3～5年内怒江中上游流域年降水和夏季、秋季降水处于偏枯期,春季、冬季降水处于偏丰期。     

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。     

龙刘水库联合运用对黄河上游径流量变化的影响

为分析龙刘水库联合运用对黄河上游径流变化的影响,选取黄河上游八个水文站1950~2009年径流资料,根据水量平衡原理还原水库运用后径流序列,采用Mann-Kendall趋势分析法、突变检验法及小波分析法,分析了龙刘水库运用前后兰州站与下河沿站实测与还原年径流量的变化特征。结果表明,实测与还原序列都存在显著的下降趋势,实测序列突变年份为1987年,还原序列为1990年;实测序列与还原序列都存在3~5、6~9、14~17、23~27年四类周期变化尺度,兰州站与下河沿站实测径流序列的主周期都依次为25、16、8和4年,兰州站还原序列主周期依次为23、8、4年,下河沿站还原序列主周期依次为24、4、8年。说明龙刘水库的联合运用加剧了径流序列下降的趋势,有促使序列突变提前的可能性,且对径流序列的周期变化产生了一定的影响。     

大渡河流域近51年降水径流特征分析

为给大渡河流域水资源科学开发利用提供参考依据,根据大渡河流域1960～2010年流域的降水和径流资料,采用线性倾向估计法、Morlet小波变换、肯德尔秩次相关法和双累积曲线等方法,分析了年降水、年径流和年降水—年径流关系。结果表明,流域年降水量呈增加趋势但不明显;流域年降水存在准4～7、8～13、23～27年的振荡周期,未来10年将处于多雨期;年径流与年降水变化趋势一致,年径流变化主要受降雨影响。     

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。     

长江中下游长时间降水序列及其与PDO的关系

为分析长江中下游长时间降水序列与太平洋年代际振荡(PDO)的关系,基于九江海关测候所1885~1937年降水实测记录,结合建国后九江站降水记录,重建了长时间的长江中下游地区九江站的年均降水序列。利用南昌站、吉安站与九江站现代降水数据构建一元回归模型,插补缺测的1938~1950年数据,恢复了九江站近132年的降水序列。分析表明,九江站年平均降水量为1 435.4 mm,其中1898年降水量最小,为764.8mm;1954年降水量最大,为2 165.7mm。线性倾向估计结果表明,近132年来九江站降水量具有不显著的增加趋势,速率为32.5mm/100a。累积距平结果表明,降水的变化呈现出以30年为一个周期,先减少后增加的变动过程。降水在1885、1920、1955、1975、2000年达到所在周期的顶点。目前正处在第6个顶点的前期,未来一段时间降水量将呈上升趋势。综合功率谱分析和多窗谱分析结果,九江站降水量在高频振荡方面主要有5、2~4年周期,低频振荡方面主要有35、21~22、11~16年周期。小波变换表明,在年代际尺度上降水与PDO之间呈现出比较复杂的关系。1885~1900年降水变化落后于PDO约1/4个周期;1900~1980年,降水与PDO呈反相位相关;1980年以来,PDO落后于降水约1/4个周期。小波交叉谱分析表明,在8~16年尺度范围内降水与PDO的交叉谱值最高,且通过了95%置信度检验。研究成果可为长江中下游地区降水变化及防汛抗旱、水利工程建设、水资源合理利用提供依据。     

变化环境下江南运河设计洪水位研究

针对江南运河流域的环境变化状况,对其年最高日平均水位序列进行非一致性诊断,并通过多层感知器(MLP)人工神经网络定量分析气候变化和人类活动对于该流域水位的影响,构造P-Ⅲ型混合分布模型,推求非一致性条件下江南运河流域的年最高设计洪水位.结果 表明,水位序列突变年份为1988年,以该年份将时间序列划分为基准期(1967～...     

沙颍河上游区降水序列变化趋势分析

分析降水序列变化趋势对于流域内气候预测及水资源管理利用等具有重要作用。根据沙颍河上游区1951~2010年降水量观测数据,采用一元线性回归法和Mann Kendall检验法对降水量的变化趋势进行了分析检验,并引入R/S分析法估算了降水序列的Hurst指数,以预测其未来变化趋势。结果显示,沙颍河流域年降水量呈微弱上升趋势,未来年降水序列表现出反持续性,但因其Hurst值接近0.5,故随机性较大;流域北部的北汝河区域年降水表现出下降趋势,而中南部的沙河和澧河年降水均呈微弱上升趋势;38个雨量站中,雨量呈上升趋势的站点多集中在流域南部,呈下降趋势的站点多集中在北部,且大多表现出持续性特征。     

沱沱河流域水文气象要素变化特征分析

为更好地理解气候变化对沱沱河流域径流变化的影响,采用累积距平法、M-K检验和小波分析方法综合分析了沱沱河流域1961~2010年以来的气温、降水和径流深序列年际变化特征。结果表明,近50年以来,沱沱河流域气温、降水和径流深序列均呈不同程度的上升趋势,且分别以0.32℃/10a、8.7mm/10a、4.1mm/10a的速度上升;气温、径流深序列均有显著上升趋势,而降水的上升趋势不太显著;气温、降水、径流深序列分别在1999、2004和2007、2004和2007年发生突变;沱沱河流域水文气象要素呈现出多年周期不同尺度的振荡特性,气温、降水和径流深年代年际变化周期分别以25、20、22年为第一主周期。     

巴尔喀什湖流域降水量及其年内分配的变化特征

了解巴尔喀什湖流域降水变化特征是开发利用流域水资源、探究流域生态环境改变原因的前提,基于巴尔喀什湖流域5个气象站1936~2005年的逐月降水资料,采用分摊熵、趋势系数和Mann Kendall非参数统计检验法对降水量特征、变化趋势进行分析。结果表明,流域年均降水量在100～700 mm之间,70%的降水集中于4~7、10~12月;流域的年、月降水量呈上升趋势,1~2、11~12月显著;流域降水年内分配整体上无显著变化。