20世纪后半期以来赣江流域极端降水事件分析

全球气候变暖的背景下,局地极端降水事件发生频率逐渐上升。选用极端降水阈值(EPT)、极端降水量(R95)、极端降水天数(RD95)、极端降水强度(RI95)、连续五日最大降水量(RX5day)和一日最大降水量(RX1day) 6个极端降水指数,采用百分位阈值法、M-K趋势分析法、滑动t检验法和Kriging空间插值法对1964—2013年赣江流域的极端降水事件进行分析。结果表明:(1)赣江流域内大部分站点的极端降水指数呈不显著上升趋势;(2)各站点极端指数的突变时间大多数集中于20世纪八九十年代,且有少数站突变非常显著(α=0.01);(3)各极端降水指数除RD95外均呈现由东向西递减的规律,与之相反,RD95呈现出由西向东递减的变化。研究结果可为赣江流域防洪减灾和水资源的开发利用提供参考价值。     

云南高原岩溶区极端降水变化规律研究

利用云南高原岩溶区9个气象站1960-2017年逐日降水量数据,通过MATLAB软件计算了6个极端降水指数,基于反距离加权插值、线性倾向估计、Mann-Kendall突变检验以及Morlet连续小波变换等技术方法,探讨了云南高原岩溶区极端降水的演化规律。结果表明:云南高原岩溶区1960-2017年各极端降水指数中,CDD、RX1day、RX5day、SDII主要呈缓慢的上升趋势,CWD呈显著的下降趋势,PRCPTOT整体减少趋势不显著;1960-2017年间仅有CDD和PRCPTOT发生了显著突变,突变年份分别为2006年以及2000年,其余4个指数CWD、RX1day、RX5day、SDII无明显突变现象;各极端降水指数周期性震荡较为明显,CDD、CWD、RX1day、RX5day分别存在28~30a、26~30a、27~30a、27~30a的主周期,SDII与PRCPTOT在27~30a时间尺度上周期最为明显;1960-2017年云南高原岩溶区各极端降水指数空间差异较为明显,除CDD表现为由南向北逐渐递增趋势外,其余5个指数表现为由北向南逐渐递增的相反趋势;1960-2017年间,CDD、CWD、RX1day、RX5day以及SDII均与PRCPTOT呈一致的极显著正相关,相关系数均达0.98以上。极端降水的这些变化可为未来岩溶水资源管理、生态环境建设等方面提供参考。     

1961－2012年贵州省极端降水时空变化特征

利用贵州省1961-2012年日值降水资料,选取并计算了6个极端降水指数,结合Arc GIS空间分析工具与Mann-kendall非参数检验、滑动T检验、小波理论以及R/S分析等方法,就贵州省极端降水的时空变化规律进行了分析。结果表明:1贵州省近52年以来,连续湿日(CWD)呈显著下降趋势,年最大1日降水量(RX1day)和降水强度(SDII)增多但不显著,年最大5日降水量(RX5day)、强降水量(R95)和年极强降水日数(R20mm)表现为不显著的下降趋势;2RX1day、RX5day、SDII和R20mm分别在1973、1972、1981和1992年发生明显的突变现象;3极端降水普遍存在6~7a的主周期和10~12a的次周期;4极端降水的高值区位于黔西南和黔东南地区,而低值区集中在黔西北地区;5各极端降水指数与年总降水量之间存在显著的正相关性;6极端降水在未来变化趋势中具有长期记忆性。极端降水的变化对贵州当地农业生产和水资源利用造成负面影响,增加了自然灾害发生的风险。     

万泉河流域极端降水时空变化特征分析

基于22个雨量站长序列降水资料,采用线性趋势法、滑动平均、MK检验、滑动t检验等方法,选取8个极端降水指数,分析万泉河流域极端降水的时间演化和空间分布,并进行突变检验。结果表明:(1)万泉河流域北源(除思河站外)及中下游干流8个指标年均值空间分布相似,波动相对较小,南源8个指标年均值空间分布差异性较大,年均值整体波动较大;(2)流域极端降水指数呈增加趋势但不显著,长期的变化趋势仍有很大的不确定性,南源、北源、中下游干流长期变化趋势分化;(3)除CWD外,流域的PRCPTOT等7个指标年代际规律相似,21世纪后年代际变化明显,起落显著,CWD年代际变化规律明显,波动起伏较大;(4)流域极端降水指数突变年份差异性较大,PRCPTOT与Rx1day、R99PTOT突变年份相近,其他指标各不相同。     

海南省牛路岭水库流域极端降水时空演变研究

基于11个雨量站1979—2020年降水资料,采用Mann-Kendall趋势检验、滑动t检验、小波分析的方法对牛路岭水库流域8个极端降水指标的空间分布、趋势、突变和周期性进行分析。结果表明：(1)流域PRCPTOT、SDII、R50、R100从上游到下游逐渐增加,其余指标空间分布无显著规律;(2)8个极端降水指标趋势分化,未通过MK检验,PRCPTOT、CWD、R50、R99PTOT呈增加趋势,其余指标呈减少趋势;(3)流域PRCPTOT、SDII、R50、R100突变点为2008年,CWD、Rx1day、Rx3day突变年份分别为1999、1998、2006年,R99PTOT在1998、2015年发生2次突变;(4)流域8个极端降水指标均存在2个或3个周期信号。其中,除了R100和R99PTOT,其余6个极端降水指标时间尺度周期第一、第二周期平均周期分别为19、14 a, R100、R99PTOT第一、第二周期平均周期分别为10、19 a。     

赣江上游章水流域极端降水时空变化特征

以赣江上游章水流域内15个雨量站1957-2016年逐日降水资料为基础,获取了12个极端降水指数。分别采用线性趋势、Modified Mann-Kendall非参数检验法、累积距平法、Pettitt突变检验法、小波分析、Hurst指数分析和克里金插值等方法对12个极端降水指数的时空变化特征进行探讨。结果表明:1957-2016年间,暴雨量及日数、强降水量及贡献率和最大湿润日数均呈现上升趋势,极强降水量及贡献率、最大干旱日数、年最大雨量、连续5日最大雨量呈现下降趋势,且其未来趋势均将得到加强;大雨量及日数呈现上升趋势,但未来趋势将可能减弱;所有极端降水指数的过去趋势均不具有显著性,同时未发生显著的突变,并且普遍存在以1988年为中间轴的33～34a主周期;大雨量及日数、暴雨量及日数、强降水量、最大湿润日数、年最大雨量、连续5日最大雨量的高值中心均在流域西南区域的内良站附近,并呈上升趋势,低值区域主要分布在流域的东部区域,并呈现下降趋势,且其整体空间分布大致相同,均为西南向东北递减;而强降水贡献率及极强降水贡献率为东南向西北递减,最大干旱日数是从东向西的递减趋势。未来章水流域极端降水的变化趋势可能还会增强,加强流域极端降水事情的预防对流域水旱灾害防治意义重大。     

1961—2019年大香格里拉地区极端气候事件时空演变特征

大香格里拉连接青藏高原、云贵高原、横断山区,具有重要地理意义,区内五江并流,气候脆弱,探讨其极端气候变化及响应机制对区域气候风险评估、灾害预警具有重要意义。基于1961—2019年56个气象站点逐日气温和降水数据集,采用Mann-Kendall、Sen’s斜率估计、Pettitt检验和Pearson相关探究该区域极端气候指数变化趋势及与大尺度环流指数的相关性,结果表明：(1)极端暖指数、降水强度指数(RX1day、R95p、R99p、SDII)趋于显著增长,冷指数(CSDI、FD、ID、TN10p、TX10p)和持续湿润日数趋于显著下降,季节变化上大部分极端气温指数冬季增温幅度高于夏季,降水强度表现出夏秋季节逐渐增大,冬季微弱减小的趋势;(2)空间分布上,青藏高原以北气温日较差高于南部,区域极端高温发生频率增大并多发生于南部和东部的干旱河谷,横断山区南部与西部地区降水强度大,北部雅砻江流域和金沙江上游降水持续性强;(3)极端气候指数与南海夏季风指数(SCSMI)表现出同年显著相关,极端降水指数与北极涛动(AO)、北大西洋涛动(NAO)、太平洋年代际震荡(PDO)存在滞后1年响应。通过以...     

1960-2016年三峡库区极端降水事件时空变化特征

利用三峡库区20个气象站1960-2016年的逐日降水资料,应用线性倾向估计、Mann-Kendall 突变分析法、小波分析法和克里金插值法,分析库区极端降水事件的时空变化特征。结果表明：1960-2016年,三峡库区极端降水事件总体上呈现减少的趋势,其中Rx5day、CWD减少趋势显著,而SDII、Rx1day、R99p等指数表现为不显著增加趋势,这可能是由于PRCPTOT减少速率小于CWD而造成了雨量再分配;极端降水指数突变多发生于1990年前后;PRCPTOT、R10、R95p的气候倾向率在三峡库区中部地区均表现为明显下降趋势,而CWD则在东北和西南部呈增加趋势,表明三峡库区极端降水存在均化的趋势;三峡库区极端降水指数的变化主周期相似,大多数为4~6 a的短周期,仅R10与R25存在12~16 a的中周期,表明三峡库区极端降水事件正在向强度大、周期短的方向演化;气候因子均对极端降水指数有较大影响,太阳黑子相对数与极端降水指数呈正相关关系,其他则为负相关,在时序性上,表现为PRCPTOT滞后于大多数气候因子。该研究可为三峡库区极端气候变化的模拟预测及防灾减灾提供参考。     

山东省极端气候指数变化特征研究

为探究山东省极端气候指数的时空变化与特征，选取山东省1979—2020年95个气象站点的逐日气温和降水量实测数据，采用Mann-Kendall（M-K）检验方法和Sen斜率估计法计算时间变化特征，及Inverse Distance Weight（IDW）反距离权重法探究空间变化趋势。结果表明:（1）山东省境内低温极端气温指数（TN10p和FD0）呈下降趋势，下降速率分别为0.004 8和6.42 d/（10 a），高温极端气温指数（TX90p、TXx和SU25）呈上升趋势，上升速率分别为4.06 d/（10 a）、0.32 ℃/（10 a）和2.31 d/（10 a）；其内陆区域和沿海区域极端气温指数表现出了与山东省整体较好的一致性，空间趋势不明显。（2）极端降水指数均呈上升趋势，沿海区域多大于内陆区域。降水强度指数（R95p、R99p和RX5day）呈显著增加趋势，增加速率分别为22.16、10.83和10.55 mm/（10 a），空间分布上，高值区域多分布在东部沿海区域和南部部分区域，可能会增加洪涝灾害风险。     

基于Max-Stable模型的海河流域气候极值变化特征

为了解在全球变暖的背景下海河流域对气候极端事件的响应,基于海河流域1961-2016年气温与降水数据,使用RClimDex模型、MK趋势检验、Max-Stable模型对海河流域气候极值进行建模分析,研究海河流域气温极值、降水极值不同重现期的时空分布、变化特征。结果表明:海河流域温度极值TXx在空间上表现出从北向南递减趋势,值域为30～40℃,其中36～40℃占大部分地区。TXx在南方呈降低趋势,北方呈上升趋势。降水极值RX1day空间上表现出从东南向西北方向递减的趋势,值域为50～100mm,其中60～90mm占据绝大部分区域。RX1day整体呈下降趋势,其中渤海地区RX1day下降趋势最大。海河流域GEV模型拟合结果表明,海河流域气温极值主要受纬度、海拔影响,随纬度、海拔增加而降低,其变化波动为北方强于南方。降水极值RX1day受海拔和经度影响较大,主要表现为随海拔增大而下降的空间分布,其次表现为随经度变化由西向东递增的空间分布,其变化波动随海拔升高而降低。通过Q-Q百分位图、非参数极值系数θ、GEV与Max-Stable参数和重现期强度散点图判定系数R2,确定Max-Stable模型可以很好地模拟海河流域气候极值,达到GEV模型同等效果。气候极值TXx与RX1day主要受到纬度、经度和海拔的影响,但距海岸距离的加入仅可以优化TXx模型的建立。2年、10年、50年、100年一遇气温极值TXx的空间分布均表现为自东北向西南递增的分布模式,高值区均分布于西南大部一带,最高温度达40～44℃。2年、10年、50年、100年一遇降水极值TX1day的空间分布主要受纬度影响,其次受经度和海拔的影响,均表现为从西南偏中向北方递减,高值区分布在西南偏中一带,最大降水量达80～200mm。     

鄱阳湖流域1961—2010年极端降水变化分析

基于鄱阳湖流域14个国家气象站1961—2010年的日降水量数据,采用百分位法定义阈值,识别极端降水事件;采用线性回归方法进行趋势检验,进而对鄱阳湖流域1961—2010年极端降水的时空变化特征进行分析。结果表明,相比年降水,流域极端降水的变化趋势更为明显;1961—2010年鄱阳湖流域极端强降水强度呈显著增大趋势而极端强降水天数显著减小;极端降水强度增大的区域主要分布在赣江流域和抚河流域。1961—2010年鄱阳湖流域大部分站点极端降水不存在突变,降水在时间上有分布更加集中的趋势。鄱阳湖流域极端降水的上述变化,对流域水资源管理提出了更加严峻的挑战。     

山美水库流域极端降水时空变化及非平稳性特征

为探究极端降水的时空变化及其非平稳性特征,基于1972—2010年山美水库流域8个降水站点逐日降水数据,选取9个极端降水指数,利用Pre-Whitening Mann-Kendall（P-WM-K）方法分析流域极端降水的时空变化特征,并采用广义可加模型（generalized additive models for location,scale and shape,GAMLSS）检测极端降水的非平稳性特征。结果表明：在时间变化趋势上,极端降水频率指数中雨日数R10mm和大雨日数R25mm呈下降趋势,暴雨日数R5mm呈上升趋势,且上升趋势达到005显著性水平;除降水总量PRCPTOT外,其余强度指数呈上升趋势,且均达到 0.05显著性水平,其中极端降水量R95线性倾向率达到 30.5 mm/（10 a）;在空间差异上,R50mm和极端降水强度指数在流域东南部呈现上升趋势,且上升趋势显著,西北部PRCPTOT下降较明显;R10mm和R25mm呈平稳特征,R50mm全流域约50%的站点呈现非平稳特征,且以均值非平稳为主,除PRCPTOT外,其余强度指数均以非平稳特征为主,且主要表现为均值非平稳。未来山美水库流域极端降水量和不确定性增加,灾害风险增大。     

1975—2015年清远市汛期极端降水时空变化特征分析

基于清远市60个雨量站1975—2015年汛期逐日降水资料,利用数理统计和空间分析方法,选用14个极端降水指数分析清远市极端降水时空变化特征。结果表明:①清远市面平均降水中,除R95P呈明显下降趋势、R95ptot无明显趋势外,其余指数均呈上升趋势,除CDD、CWD、R95P和R95ptot外,清远市北部地区其余极端降水指数均呈上升趋势,南部地区则呈下降趋势;②"三连一阳"地区强降水有增加趋势,降水更加集中,易发生洪涝灾害,需加强关注。     

1975—2015年清远市汛期极端降水时空变化特征分析

基于清远市60个雨量站1975—2015年汛期逐日降水资料,利用数理统计和空间分析方法,选用14个极端降水指数分析清远市极端降水时空变化特征。结果表明:①清远市面平均降水中,除R95P呈明显下降趋势、R95ptot无明显趋势外,其余指数均呈上升趋势,除CDD、CWD、R95P和R95ptot外,清远市北部地区其余极端降水指数均呈上升趋势,南部地区则呈下降趋势;②"三连一阳"地区强降水有增加趋势,降水更加集中,易发生洪涝灾害,需加强关注。     

西江流域极端降水演变规律及其对洪水径流的影响

为探究西江流域水文气象要素演变规律,分析极端降水对洪水径流的影响,基于西江流域1956—2019年水文气象资料,综合利用趋势分析、突变检验等方法剖析了西江流域极端降水、年均径流和年最大日平均流量的演变规律,并采用Pearson相关系数与双累积曲线法评估了极端降水指标与年均径流、年最大日平均流量的相关性,探讨了极端降水对洪涝灾害损失的影响。结果表明：相较于上游高海拔地区,西江流域中下游低海拔地区极端降水的变化更为明显,表现为极端降水频率增大以及降水强度增大;Rx1day、R99p和SDⅡ呈现显著上升趋势,极端降水指标多在1992年发生突变,年均径流和年最大日平均流量均呈现不显著的上升趋势,且均有两个突变点;PRCPTOT、R25、R10、R95p与年均径流呈显著相关关系,R95p、R99p、CDD和R25对洪涝灾害指标的影响相对较大;2002年后极端降水指标同洪涝灾害指标的相关关系发生了显著改变。     

1960—2013年昭通市极端降雨时空演变规律研究

气候变化引起的极端降雨量级和频次变化已经引起了广泛的关注,极端降雨演变规律的研究对于区域防洪减灾和水资源管理具有重要意义。基于昭通市及其周边的16个气象站点1960—2013年共54 a的降雨数据,选取世界气象组织推荐的6个极端降雨指数,采用线性趋势分析、Mann-Kendll法和滑动T检验等方法分析了昭通市的极端降雨时间演变规律,并基于ArcGIS10.2采用反距离插值法(IDW)分析了昭通市极端降雨指数的空间分布格局。结果表明:在趋势演变方面,昭通市的总降雨量PRCPTOT有下降趋势;而反映极端降雨量级的3项指数SDII,RX5day,R95p均呈上升趋势,其中RX5day上升趋势显著;而R10mm和CWD这2项反映极端降雨频率的指数均呈下降趋势,其中R10mm下降趋势显著。在空间分布方面,昭通市6项极端降雨指数具有较高的空间异质性,东北部降雨量级和频率较高,中部趋缓,而西南部总体上相对较低。相关分析的结果表明昭通地区极端降雨指数与高程呈现负相关关系,极端降雨主要发生在低海拔地区。研究成果有助于加深对该区域极端降雨发生规律的认识,为区域防洪减灾和水资源管理提供参考。     

1961—2016 年西宁市极端降水事件变化特征

为研究西宁市极端降水事件变化规律,利用西宁气象站 1961—2016 年逐日降水量序列资料,计算得出年总降水量、5 日最大降水量、极端降水量、日降水强度、持续降雨日数及大雨日数等 6 个极端降水指标的年际序列,应用线性倾向估计法、滑动平均法、Mann － Kendall 非参数检验法、Morlet小波分析、相关性分析等方法分析各极端降水指标的变化趋势、变化周期及各指标间变化一致性。结果表明,近 56 年间西宁市各极端降水指标呈波动式增加趋势,其中 PＲCPTOT 的增加趋势显著,而其余各指标变化趋势不显著; PＲCPTOT、ＲX5day、Ｒ95 及 SDII 序列在整个研究时段内均存在明显的突变现象,其中在 1960 年代后期及 1970 年代中期 ＲX5day 与 Ｒ95 发生了一致的突变,在 1980年代末和 1990 年代初,PＲCPTOT、ＲX5day 与 SDII 发生了一致的突变; 在近 56 年间各极端降水指标的振荡变化均存在明显的主周期,其中除 SDII 外,从 1990 年代开始各指标多存在约 11—13 年的主周期,SDII 及 CWD 的振荡变化均在整个研究时段上存在 40 年及 29 年左右的主周期; 各极端降水指标与总降水量均呈一致的正相关性,对总降水量的变化具有较好的指示作用,ＲX5day、Ｒ95、SDII 及 Ｒ20mm 四个指标相互之间均存在显著的正相关性。研究结果可为区域水资源规划及洪旱灾害防御提供参考。     

近60年三峡库区极端降水变化及其与环流指数遥相关分析

分析大尺度气候环流与极端降水相关性，对区域洪旱灾害预警和极端天气管理意义重大。现有研究较好揭示了单一环流指数的影响，而多种环流的影响特点尚不明确。基于三峡库区1960—2019年21个气象站的逐日降水数据，从降水持续性、绝对性等方面构建8个极端降水指数(CDD、CWD、R10、R20、Rx1d、Rx5d、R95p、R99p),运用Mann-Kendall趋势检验、Spearman相关分析和多元线性回归(MLR)等方法，分析了库区极端降水的时空变化，从单因子和多因子两方面揭示了气候环流与极端降水的相关性。结果表明：(1)近60年，库区R10、R20、Rx1d、Rx5d、R95p、R99p在空间上均呈西北向东南递减状态，与多年平均降水空间趋势相同；(2)CWD、CDD、R10、Rx5d总体呈下降趋势，而R20、Rx1d、R95p和R99p则表现为上升趋势，三峡库区持续降水事件的持续时间有所降低，但短期强降水事件发生的频次和强度均有所增加；(3)从极端降水与环流指数的遥相关分析来看，多因子回归分析对极端降水指数的解释程度优于单因子，其中EASMI和SASMI组合为最强解释因子组合。该研究成果...     

大理地区极端气候事件长期变化特征研究

利用大理气象站的1960—2014年逐日降水和气温资料,计算出12个极端气候指数,采用线性趋势分析,M-K方法、Pettitt法相结合和谐波分析等方法对极端气候指数的趋势、周期和突变进行分析,得出如下结论:(1)整体来看,大理地区的极端降水指数中,最大1 d降水量、大雨日数、连续湿日、强降水量以及年降水量分别以1.278、0.211、0.1、6.987、15.25 mm/10a的趋势在减少,降水强度以0.03 mm·d-1·(10 a)-1的趋势增加;极端温度指数中,年平均温度以0.15℃/10a的趋势在增加,暖昼、暖夜、热持续天数的增加速率分别为43%、39%、2.56 d/10a,冷昼、冷夜、冷持续日数分别以5%、43%、0.8 d/10a的趋势在减少;(2)极端降水指数中存在4、6、20、27 a不同的主周期变化;极端温度指数中,冷夜、暖夜、暖昼、冷持续指数的主周期为27a,与年平均气温的周期变化一致;(3)热持续日数和暖昼的大幅变化对大理地区的增温现象产生一定影响;(4)年降水量在2011年发生突变,其它极端降水指数均未检测到显著性突变,年平均气温在2006年发生显著性突变,冷夜、暖夜、暖昼指数在90年代前后发生突变,并且均通过了0.01的显著性检验。     

基于Budyko假设的赣江流域径流变化归因识别

利用赣江流域1953—2017年的水文气象数据,采用非参数Mann-Kendall检验和滑动t检验等方法分析研究区水文气象要素变化特征,并基于Budyko假设理论,应用弹性系数法进行影响要素的敏感性分析,定量评估各要素对赣江流域径流变化的影响程度。结果表明：(1)1953—2017年赣江流域径流量及降水量呈现不显著增加趋势,潜在蒸散发呈显著下降趋势;(2)径流变化与降水成正相关,与下垫面特征参数和潜在蒸散发量成负相关,赣江流域径流对降水的变化最为敏感;(3)气候变化对赣江流域径流增加产生正效应,是影响径流变化的主导因素,贡献率为73.7%～104.9%,人类活动影响次之,占-4.9%～27.0%。人类活动对上中游的径流影响较为显著,赣江上游的生态建设工程及中游水利工程建设工程的实施,改变了流域下垫面条件,进而影响河川径流。