基于环流特征及海温影响的滦河流域干旱响应分析

滦河流域地处欧亚大陆东岸，降水及气候特征主要受鄂霍茨克海域附近中纬度高压与西太平洋副热带高压影响，而北极涛动（AO）和太平洋海表温度异常（SSTA）通过影响中纬度高压和西太平洋副热带高压来间接影响滦河流域的降水过程与气候特征。本文利用大气环流过程、空气比湿、位势高度变化及海表面温度异常等数据，对2009典型干旱年的大气环流特征及影响因素进行了分析。通过对影响干旱发生相关因素的监测，可对地区干旱的发生做出预报预警，为相关部门抗旱工作的决策部署及工程设计提供依据。     

海河流域1961—2020年极端气候变化及其与大气环流关系

中国极端气候变化具有显著的区域性差异,有必要明晰区域尺度极端气候的时空变化特征及成因。基于海河流域41个气象站点1961—2020年的逐日气温、降水资料,计算并选取7个极端气温指数和4个极端降水指数,借助线性趋势法、Mann-Kendall突变检验和小波分析法等方法探究了海河流域的极端气候变化及其与大气环流的关系。结果表明：1961—2020年海河流域极端暖指数呈现显著上升趋势,TX90p、TN90p和SU25分别在流域东北部、南部和北部地区上升更明显;极端冷指数呈现显著下降趋势,TX10p在流域东部和西部地区下降趋势较大,TN10p和FD0在流域东南部和西北部地区下降趋势较大;海河流域极端降水指数总体呈非显著下降趋势,Rx1day、R95p、PRCPTOT和R10分别在流域西南部、中部、东南部和东部地区下降更多;大气环流会对海河流域的极端气候指数产生影响,其中影响较大的因子是北极涛动;北极涛动与海河流域的极端暖指数普遍呈现正向关系,与极端冷指数和极端降水指数则呈现负向关系,且北极涛动与海河流域的极端气候指数存在多个共振周期。     

中国多尺度不同量级极端降水发生率非平稳性研究

利用中国1951—2014年728个气象站点日降水数据,采用核估计技术、Cox回归模型、泊松回归和广义可加模型(GAMLSS)等全面分析了不同阈值条件下基于超阈值(POT)抽样的中国极端降水发生率非平稳性特征。研究表明:(1)西北部极端降水发生率在年际上分布最不均匀,阈值的增加导致不均匀程度和范围加深和扩展。西北部和东南部年际尺度极端降水发生率呈显著上升趋势,可能引发更严重的洪涝灾害;中部和东北部则相反,极端降水频率趋于减弱;(2)基于Cox回归模型的分析表明,厄尔尼诺/南方涛动(SOI)、北大西洋涛动(NAO)、印度洋偶极子(IOD)和太平洋年代际涛动(PDO)等气候指标均为影响不同区域年内尺度极端降水发生率的显著气候因子,年内尺度极端降水发生率在很大程度上依赖气候指标的变化,呈现出非平稳性特征;(3)除西北部外,其他大部分区域极端降水年发生次数没有展现过于离散的特征,然而阈值的增加导致出现过于离散特征的倾向愈益明显。当太平洋年代际涛动(PDO)和厄尔尼诺/南方涛动(SOI)处于正相位且越大时,中国西部和中部年极端降水发生次数将随之增加,东北部则相反。气候指标与850 hPa的回归关系表明风向及携带的水汽量则可能是气候指标影响极端降水频率的因素。     

全球气候不同变化指标对流域暴雨洪水极值非一致性变化影响分析

文章以辽河流域为例,结合GAMLSS模型定量分析4类全球气候变化指标对流域暴雨洪水极值非一致性变化的影响。结果表明:流域年最大降雨量序列很可能受到SOI(南方涛动)、AO(北极涛动)、PDO(太平洋年代际振荡)的共同影响,而最大流量序列则很可能受到SOI、PDO的共同影响。最大降雨量及最大流量序列与气候因子存在复杂的非线性关系。     

海河流域60年降水量的变化及未来情景分析

降水量是水文循环的重要因素。利用Mann-Kendall趋势检验方法,分析了1951—2010年海河流域降水量的历史演变规律;并根据大气环流数据分析了降水变化的原因;利用全球气候模式数据预测了未来降水量的可能变化情景。主要结论为:(1)1951—2010年,海河流域的年降水量呈显著减少趋势,达到了5%的显著性水平,其中夏季降水减少的幅度最大。(2)南方涛动指数(SOI)和海河流域降水具有较好的正相关,而太平洋年代波动(PDO)和太平洋年代内的波动(IPO)与海河流域降水具有较好的负相关。(3)在未来气候变化背景下,海河流域的年降水量和月降水量都将呈现出增加趋势;在A1B情景下,总体上流域东部降水量的增加幅度要大于流域西部。相关研究成果对于保障流域的水资源安全,支撑区域经济社会可持续发展,具有重要的科学价值和实际意义。     

长江流域降水集中突变特征及其遥相关因子分析

降水时域集中特征研究对流域抗旱防涝至关重要。基于长江流域1960～2020年气象站点降水数据计算降水集中度(PCD)与集中期(PCP)指数，采用滑动t检验、交叉小波变换与小波相干分析等方法，检测降水集中指数序列突变点，分析突变前后降水集中程度时空变化特征，并揭示降水集中指数对遥相关因子的响应。结果表明：(1) PCD与PCP突变节点约为1988年，突变前后PCD和PCP空间上皆大致呈由东南向西北递增的趋势，突变后流域年内降水分配趋向于均匀坦化且集中期提前。(2) PCD、PCP与太平洋年代际振荡(PDO)、北极涛动(AO)、厄尔尼诺(ENSO)、太阳黑子(SS)存在共振周期，其中PDO和ENSO与PCD和PCP共振相互作用更加显著，表明该遥相关因子可能是导致长江流域降水特征突变的重要因素之一。研究成果可为长江流域灾害防治、生态保护、水资源管理等工作提供技术支撑。     

1959—2019年辽河流域气象干旱时空特征分析

【目的】在全球气候变化的背景下，干旱问题日趋明显，对辽河流域干旱特征进行分析可为当地的防旱抗旱工作提供指导。【方法】基于1959—2019年辽河流域40个气象站点数据，应用标准化降水蒸散指数(SPEI),结合Copula函数、重现期计算探究流域气象干旱特征，并利用交叉小波分析探究SPEI与遥相关因子的相关关系。【结果】结果显示：1959—2019年，夏、秋季流域SPEI呈下降趋势；下辽河平原、东辽河平原、辽东丘陵南部以及西北、西南山地地区气象干旱同现重现期较短，在3～10 a之间；大兴安岭山地地区、下辽河平原、东辽河平原和辽东丘陵南端联合重现期较低，在1.5～3.5 a之间；SPEI与太阳黑子(SN)、北极涛动(AO)、太平洋年代际涛动(PDO)、南方涛动指数(SOI)、北大西洋涛动(NAO)在不同时间尺度的共振周期上，有较好的相关关系。【结论】结果表明：夏、秋季流域气象干旱呈加剧的趋势；基于Copula函数进行联合概率分析，更利于全面表征干旱事件的发生和发展规律，其中Gumbel Copula和Frank Copula函数能更好地拟合辽河流域绝大多数站点干旱烈度及干旱历时的联合分布；...     

辽宁东南部山区极端降水指数时空变化特征及其与大气环流的相关性分析

文章结合辽宁东南部山区35个降水站点1955—2018年降水数据,对区域近10项极端降水指数时空变化特征进行分析,并定量分析其与大气环流指数相关性。结果表明,在空间上,除干湿变化特征外,其余8项极端降水指数呈现由南到北逐步递减变化规律;在时间上,最大1日、5日、雨强及极强降水4项指数呈现显著上升趋势,其余各指数呈现递减变化;各指数均与北极涛动(AO)相关程度最高,北大西洋涛动(NAO)是持续湿期影响的主要大气环流因子。研究成果对于辽宁东南部水灾害治理规划具有重要参考。     

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...     

海陆温差指数与我国华北地区降水的相关性分析

选取中国东部边缘海(渤海、黄海、东海)与我国华北地区20个站点的气温构建海陆温差序列,通过相关性分析的方法探讨三大海域海陆热力差异与华北地区降水的相关性,并利用海温或海温差定义的北极涛动(AOSST)和北太平洋涛动(NPOSSTD)分析其与华北地区降水的相关性,直接描述海气系统对我国华北地区气候的影响。结果表明:(1)华北地区降水对不同海域海陆温差的响应有所差异,其相关性非常显著,相关系数最高可达到0. 77。超前和滞后的相关系数明显高于同期相关系数,且超前和滞后的相关系数相差不大,并表现出相同的正负相关性,对应的月份形成12个月的周期变化。(2)涛动指数与三大海域海陆温差的相关性形成12个月的周期,但是SOI和Nino3. 4与三大海域海陆温差的相关系数很低,说明ENSO的发生通过其他的物理因素间接地影响我国的降水。(3) AOSST和NPOSSTD与华北地区降水的相关性与海陆温差相比没有提高,说明海洋上的大气环流与陆地的气候变化是相互影响的,其中通过中国邻近海域与陆地的热力差异可更准确地描述我国华北地区气候的变化。     

珠江三角洲地区极端降水时空演变特征

研究区域极端降水演变对科学应对变化环境下区域水资源利用及防灾减灾具有重要意义。选取气候变化检测指数专家组（ETCCDI）定义的6个极端降水指数（最大持续干旱日数、最大持续降水日数、极端降水日数、极端降水总量、最大日降水量和日降水强度）,采用线性趋势法和克里金插值法对珠江三角洲地区极端降水变化进行时空演变分析,并采用交叉小波识别大气环流异常因子（厄尔尼诺-南方涛动、北大西洋涛动、太平洋年代际振荡和印度洋偶极子）与极端降水的相关关系。结果显示:（1）除最大持续降水日数外,各极端降水指数均有不同程度增加,表明珠江三角洲地区极端降水正在增加,但变化不显著;（2）极端降水增加的站点主要集中在区域中部和北部,其中变化显著站点主要位于珠江口北部和区域北部;（3）不同气候态下各极端降水指数总体空间分布相似,但变化趋势空间差异较大,且变化幅度有所增加,表明随着年代际的推移极端降水越来越明显;（4）印度洋偶极子对最大持续干旱日数的影响最显著,而厄尔尼诺-南方涛动对其他极端降水指标的影响最显著。     

基于VIC模型的滦河流域综合干旱指数的构建与应用

干旱频发已成为严重制约社会经济可持续发展的重要因素,但由于干旱形成机理复杂,影响因素众多,目前尚无公认普遍适用的干旱指数,因此寻找并构建适用于研究区的综合干旱指数成为当前研究的热点和重点。本文以滦河流域为研究对象,选取1960-1979年为研究期,通过对降水距平百分数、相对湿润度和由VIC模型的中间变量-土壤含水量计算得到的土壤相对湿度指数进行主成分分析,构建了适用于该流域的综合干旱指数,对研究期的旱情进行了评价,并与标准化降水指数(SPI)、帕默尔指数(PDSI)的评价结果进行比较,验证其适用性。结果表明:基于VIC模型的综合干旱指数能较好地评价滦河流域历史旱情。该研究在提升海河流域干旱监测和评价能力方面具有一定的理论与实用价值,也为其它流域的干旱评价具有参考价值。     

滦河流域径流变化及其驱动力分析

根据滦河流域滦县站1950年-2009年的逐日降水资料、逐日流量资料,运用数理统计等方法系统分析了滦河流域径流的年际、代际、年内变化特征和径流的变化趋势,并对滦河流域降水变化做了相应分析,探讨了降水和人类活动对径流变化的影响。结果表明:滦河流域径流的年际变化剧烈,代际变化明显,1950年-1979年基本处于丰水期阶段,1980年后基本处于枯水期阶段;径流年内分配极不均匀,主要集中在7月-9月,几乎占全年的66.2%。滦河流域径流有显著的递减趋势,降水与径流变化趋势基本一致,不同阶段降水和人类活动对径流的影响不同,1959年-1968年,降水和人类活动均对径流的增加做出了贡献;1969年-2009年,人类活动是该时期滦河流域径流减少的主要原因。     

滦河流域干湿变化及大尺度气候因子影响

利用经验正交函数、小波变换等方法,基于标准化降水指数分析滦河流域1957-2016年的干湿变化趋势,研究流域干湿变化典型场的时空和周期特征,并通过对比大尺度气候因子对不同典型场的影响差异,讨论滦河流域干湿变化的气候成因.结果 表明:滦河流域干湿条件在1989年发生突变,干旱有加剧趋势且在研究时段内年际干旱事件频发;流域...     

气候变化和人类活动对滦河下游地区水资源变化影响分析

通过对滦河下游地区气温、降水、地表水资源量、水资源总量、地下水水位等系列的变化分析,认为降水变化是造成滦河流域下游水资源年际波动性变化的主要因素,但造成流域水资源量显著下降的主要影响因素是人类活动的影响,包括以农业灌溉为主的水资源利用、土地利用活动对流域水资源的间接影响,以及向外流域持续调水等因素的直接影响。     

长江上游径流对气象要素变化的敏感性分析

选取长江上游8个主要水文站(直门达、石鼓、屏山、高场、北碚、寸滩、武隆、宜昌)控制流域作为子流域,利用其1979—2015年径流及气象数据,采用机器学习方法计算径流对降水与气温变化的敏感性,并与多元线性回归法和Budyko框架法进行对比,分析降水与气温变化对径流变化的贡献。结果表明：1979—2015年8个子流域径流与降水变化趋势整体不显著(p=0.01),气温呈显著上升趋势(p<0.01);径流对降水、气温的敏感性系数均值范围分别为0.37～0.76 mm/mm、-4.77～-33.53 mm/℃;径流对降水、气温的敏感性系数随着干旱指数的增大而减小;在干旱指数大的子流域降水变化对径流变化的影响更大,在干旱指数小的子流域气温变化对径流变化的影响更大。     

近50年河源地区汛期降水特征及影响因子分析

利用河源市气象局提供的河源地区1952—2010年月平均资料集和1948—2010年NCEP/NCAR再分析格点资料,分析近50年河源市汛期降水场的主要变化特征及与之相关的水汽输送和高度场变化,讨论环流指数如涛动、南海夏季风等与河源地区汛期降水的相关性。结果表明:近50年河源地区降水呈现西南多、东北少的特征,与西南暖湿水汽有很大关系;日本海上空(120°E～145°E,33°N～47°N)500 hPa位势高度的变化与河源汛期降水有很好的负相关关系。此外,北大西洋冬季涛动指数与河源汛期降水有很好的相关性。     

基于Budyko假设的滦河流域上游径流变化归因识别

近50年来,气候变化和人类活动在不同程度上对滦河流域水文过程产生了影响,为了识别径流变化的主要原因,以滦河流域上游地区为研究区,利用Mann-Kendall检验法等分析研究区1966-2015年气象及水文要素变化趋势,同时建立基于Budyko假设的水热耦合平衡方程,运用弹性系数法对研究区径流变化的影响因素进行敏感性分析,并对各要素对径流变化的贡献进行定量评估。结果表明,1966-2015年间滦河流域上游地区年径流深呈显著减少趋势,年降水与年潜在蒸散发均无显著变化趋势。同基准期(1966-1979年)相比,下垫面变化是径流减少的主要影响因素,1980-1997年(影响Ⅰ期)与1998-2015年(影响Ⅱ期)下垫面变化对径流变化的贡献率分别为52.68%、88.12%。在气候要素中,降水对径流变化的影响大于潜在蒸散发的影响。     

基于水文模型的滦河流域综合干旱指数研究

土壤墒情是判定流域干旱的一个重要指标,其测定具有片面性且无法预测,而水文模型可有效模拟整个流域的土壤含水量。以滦河滦县水文站以上流域作为研究区域,基于垂向混合产流模型模拟流域土壤含水量,构建土壤相对湿润度干旱指数,并运用主成分分析法将土壤相对湿润度、降水距平百分数以及相对湿润度3种干旱指数进行综合,构建综合干旱指数,定量评估研究流域不同时间尺度(年、月、季尺度)发生干旱的频率。结果表明,综合干旱指数可用于滦河流域的干旱评估,与已发生的干旱事件具有较好的吻合度;1960—1989年滦河流域发生连续3月特旱的频率最大、为18.23%,发生连续5月中旱的频率最高、为17.26%,发生连续7月轻旱的情况较多、为9.24%;滦河流域冬季发生干旱的频率最高、为37.8%,夏季发生干旱频率较低、为22.6%,冬季发生重旱和中旱的频率较高、分别为6.0%和11.3%,春季发生特旱的频率最大、为3.5%,夏季出现轻旱的频次最高、为18.1%,研究成果对滦河地区干旱预测预警具有重要的参考价值。     

近60年江西省时段最大降水变异诊断

选取江西省91个气象站点1954—2012近60年小时尺度降水数据,采取水文变异诊断系统（HDMS）分别对各站点连续1、3、6、12、24 h年最大降水进行变异诊断分析。首先,在详细诊断中结合数理分析法利用线性趋势、Kendall、Spearman法进行趋势检验,跳跃诊断则采取M-K、累积距平、有序聚类、滑动F、滑动秩和等多种检验法判别;其次,综合诊断采取效率系数值R²判断最终诊断结果并时空分析;最后,对站点各时段最大降水量分别大于等于16、30、50 mm发生频次的空间特性分析。结果表明:（1）江西省最大1、3、6、12、24 h时段内最大降水的空间分布特征较为相似,伴随历时的增加,变异站点类型以跳跃增大居多,其中发生显著变异的站点数北部平原多于南方山岭地区,空间分布呈现为"北密南疏";（2）南方山岭与北方平原地区降水序列变异程度与高程分别成正相关性、负相关性,研究表明大气环流指数AO（北极涛动）、NAO（北大西洋涛动）、PNA（太平洋-北美涛动）与研究区域内站点降水量分别呈现负、正、负相关性,因此大气环流指数与江西省降水序列的变化有一定相关性,是造成时段最大降...