过去500年海河流域旱涝变化规律

研究历史旱涝变化规律对于区域综合防灾减灾具有重要的现实意义。以海河流域的旱涝灾害文献记录和旱涝等级资料为基础,重建过去500a区域综合旱涝指数序列,探讨海河流域1470年-2000年旱涝变化的规律。研究发现海河流域旱涝灾害的频发期具有明显的时段性,呈现出"旱-涝-旱"波动。从16世纪初期开始由洪涝转向干旱,并于17世纪初期达到顶点;从17世纪中后期开始海河再次进入相对易受洪涝灾害影响的时期,其中19世纪初期处在最低值,到20世纪20年代左右,流域再次进入相对干旱的时期,且干旱的严重程度逐年增加。同时,研究区存在2.5a、9.8a、18.6a、31.3a、83.50a、125.3a和167.0a等旱涝周期性过程。     

基于Markov 模型分析黄淮海中东部地区540 年来的旱涝演变特征

研究黄淮海中东部地区的旱涝演变过程对于揭示其变化规律,实施灾害风险管理具有重要意义。在收集黄淮海中下游16 个代表站541 年的旱涝状态历史数据的基础上,利用Markov模型获得不同旱涝状态发生的稳定概率、期望持续时间、重现时间、各旱涝状态转向干旱状态的平均持续时间,以及旱涝事件1~3年的转移概率。结果表明：研究区域长期以来总体上以偏旱和干旱多发为主;黄河流域中游具有干旱多发、连发特征,海河流域次之,淮河流域具有洪涝多发、连发的特征;唐山、保定、石家庄、天津、北京以及郑州存在干旱、洪涝连发特征,但总体上干旱重于洪涝;榆林、延安、临汾、太原、西安更易发生2 年以上的连旱,而洪涝不易连发;阜阳、蚌埠、菏泽和临沂易发洪涝和旱涝急转。     

东江流域汛期旱涝急转的时空演变特征

基于东江流域32个雨量站1956-2009年的月降雨量资料,通过定义长周期降雨旱涝急转指数LDFAI(Long-cycle Drought-Flood Abrupt Alternation Index)和短周期的降雨旱涝急转指数SDFAI(Short-cycle Drought-Flood Abrupt Alternation Index),分析了东江流域汛期长周期和短周期降雨旱涝急转现象的趋势变化和时空分布特征,结果表明:①高LDFAI和高SDFAI对应着降雨的旱转涝,低LDFAI和低SDFAI对应着降雨的涝转旱,SDFAI在反映旱转涝优于LDFAI。②长周期降雨旱涝急转主要以全涝为主,短周期降雨旱涝急转发生频率最高的是全旱,其次是旱转涝和涝转旱,4-5月的全涝发生的频率高于其他短周期的频率。③前汛期-后汛期、6-7月东江中上游地区和5-6月东江流域全部区域涝转旱的趋势减小,并且旱转涝的趋势增加,东江下游和东江三角洲地区有涝转旱的趋势;4-5月、7-8月和8-9月中上游地区有旱转涝的趋势,东江下游和东江珠三角地区有涝转旱的趋势,而且越往上游地区,旱涝急转趋势变化越明显,此研究结果对于东江流域水资源管理具有重要指导意义。     

贵州省烟草生长期内旱涝急转时空关联性分析

根据贵州省18个气象站点1958—2012年5—8月的逐日降水数据,利用长、短周期旱涝急转指数、关联规则等方法,分析了贵州省烟草生长期内旱涝急转的时空演变特征。结果表明:生长期内长周期旱涝急转以旱转涝为主,且由西部向东部逐渐减少,LDFAI强度年际变化曲线以0.109/(10a)的速率下降,极端旱涝急转事件有减少的趋势;短周期旱涝急转事件转换频繁,其中,5—6月旱转涝、涝转旱发生次数均等,6—7月以涝转旱为主,7—8月以旱转涝为主,较强旱转涝的次数大于较强涝转旱的次数,但强度均有所降低。除东部地区外,其他区域各地市间旱转涝、涝转旱联动性均较强,尤其是置信度为100%的各地市间会同时发生旱涝急转事件,应及早采取相同的防范措施。这一分析结果为烟农防汛抗旱提供了有利的帮助。     

基于马尔可夫链的北京市546年来的旱涝演变特征

基于北京546年的旱涝资料,通过Mann-Kendall检验、滑动t检验等方法,分析得到不同旱涝变化趋势,并使用马尔可夫链研究了整体和每个趋势各状态间的转移概率以及重现期。研究表明北京地区旱涝灾害具有明显的趋势性,整体呈现"涝-旱-涝-旱"波动,局部有旱涝急转的现象。1470-1579年整体偏涝,转向偏涝年份的概率最高(31.3%);1580-1768年整体偏旱,转向正常年份的概率最高(34.3%),且容易发生多年连旱;1769-1898年整体偏涝,转向正常年份的概率最高(41.5%),且旱涝灾害发生概率基本相同;1899-1961年由涝转旱,转向偏旱年份的概率最高(35.1%);1962-2015年整体偏旱,转向偏旱概率最高(29.7%),且容易发生多年连旱。对546年旱涝整体分析,旱涝转移趋向于正常,但整体处于一个偏旱的状态。     

贵州兴仁县烟草生长期内旱涝急转特征分析

为了探究兴仁县烟草生长期内旱涝急转特征,利用兴仁县1961—2012年烟草生长期内(5—8月)的日降水资料,通过定义长、短周期旱涝急转指数,采用滑动平均法、降水距平法等,全面分析兴仁县烟草生长期内的长、短周期旱涝急转变化趋势、月降水变化规律。研究结果表明:烟草生长期内长周期旱涝急转以旱转涝为主,在今后涝转旱事件有增多趋势,并且强度有所降低;短周期旱转涝事件演变趋势为增加—减少—减少;5—6月旱转涝事件有增多趋势;6—7月是旱涝急转易发时段,且强度较高;7—8月涝转旱事件有减少趋势,且强度有所降低。在烟草成熟期,月均降水较多,降水波动较大,极易发生旱涝急转。此研究成果可为防灾减灾对策的制定提供理论依据。     

基于SPEI指数的辽宁省多尺度旱涝特征分析

近年来辽宁省深受旱涝灾害的影响,明确其时空演变特征对进一步制定防灾减灾策略具有重要意义。利用1989—2018年辽宁省23个气象站点逐日气象数据,基于不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI指数),运用Mann-Kendall突变检验、线性倾向率等数理统计方法,对辽宁省近30年来旱涝演变及持续性特征进行分析,并结合通径分析方法探究其影响因素。结果表明:(1)近30年来辽宁省经历涝-旱-涝的演化过程,辽西干旱化显著,变涝趋势最显著的是辽中和辽北,其次是降水量最丰富的辽东;(2)从中度及以上旱涝灾害频率看,1999—2008年为典型的干旱时段,而2009—2018年则为偏涝时段,旱涝事件发生频率春季冬季秋季夏季;(3)持续性干旱事件强度变小,主要发生在春季。持续性洪涝事件呈增加趋势,主要发生在春、夏两季;(4)降水量是影响旱涝变化的主要因素,蒸散量次之,气温是通过影响降水量和蒸散量进而影响旱涝变化的。     

基于SRI的浑河流域水文干旱特征分析

以浑河流域为研究对象,以标准化径流指数(SRI)为工具,选择流域内3个代表性水文站1975—2014年的逐月径流量为实验数据,计算不同时间尺度的SRI,采用游程理论和Mann-Kendall趋势性检验法,分析了流域水文干旱时空演变特征。研究表明:自1975年以来浑河流域干旱化呈减弱趋势,旱涝过程具有较好的周期性,平均每14～16年经历一次旱涝过程;流域的干旱在时间上呈现季节特征,春、夏、冬季干旱化趋势减弱,秋季呈现不显著的干旱化趋势,降水对流域水文干旱趋势和季节差异具有较大影响;流域发生干旱的频次由大到小依次为中游、下游、上游区域,上、中游以轻旱和中旱为主,下游较上、中游更可能发生重旱和特旱。     

海河流域历史水旱序列变化规律研究

对历史时期旱涝灾害的重建及其影响研究是当前探求气候事件发生规律的热点之一,而对周期的计算和对突变点的检测又是探求规律的重要手段。基于海河流域540a旱涝等级资料,运用谱功率分析、小波分析、指数分析和Mann-Kendall法等方法分别对海河流域水旱发生周期和突变点进行计算分析。结论显示：海河流域水旱灾害在历史上分别存在10a,23a,37a和75a左右的主导周期;在17至18世纪间,流域经历了旱型－涝型的转变。     

淮河流域极端旱涝特征分析

利用淮河流域历史水文气象、水旱灾害受灾成灾等系列资料,分析了极端旱涝的暴雨、洪水、洪灾和干旱灾害特征,以及天气成因,揭示了交替随机发生极端旱涝的基本规律.结果表明,1470-2010年淮河流域发生的极端旱涝分别为46和63次,平均5a发生1次极端早涝;梅雨期降水量的极端偏多(或偏少)是形成极端洪涝(或干旱)最直接的因素;中高纬度西风环流和副高的季节性异常是发生极端洪涝(或干旱)的根本原因.     

海河流域干旱特征与旱涝交替降雨事件概率分析

在气候变化影响下,极值事件频发,旱涝交替加快。以海河流域42个代表性气象站点1963~2013年的逐日降雨资料为基础,使用SOM神经网络算法,对气象站点进行聚类分区,选取连续无雨日干旱评价方法确定海河流域干旱等级,在此基础上采用Pearson-Ⅲ频率曲线对干旱之后的最大降雨量进行保证性分析,计算不同等级干旱发生后降雨强度达到中到大雨及大到暴雨的概率。结果表明,随着年内干旱发生次数的增加,降雨频次在减小,降雨强度明显增强,海河流域极大可能同时遭受旱涝灾害。研究结果可为海河流域旱涝事件的应对提供有力支撑。     

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。     

我国旱涝交替事件识别及演变规律

为了识别我国旱涝交替事件以及探究其时空演变规律,引入降雨距平指数(RAI),并提出了一种在月尺度上识别旱涝交替事件的简便易操作的研究方法。结果表明:我国旱涝交替事件具有明显的年内分布规律,4—8月份旱涝交替事件发生频次明显增加,8月份以后,旱涝交替事件发生次数减少。不同月份,旱涝交替事件高频区的分布也不同,4—6月份主要在华南地区,6—9月份主要在西南、华中、华北和东北地区。总体而言,全国旱涝交替发生的频率呈现东南高西北低的特点。而旱涝交替强度的空间格局与频率完全不同,呈现出西北高东南低的特点。21世纪以来,珠江流域、黄河、海河流域片旱转涝事件发生频率呈上升趋势;全国旱涝交替事件强度无明显变化趋势。研究成果能为我国旱涝灾害管理与防控提供科学参考,具有较强的实用价值。     

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.     

海河流域农业水资源承载力评价研究

为充分了解水资源支撑当前农业发展规模所处的状态,以科学调整农业发展战略及相应政策,保障海河流域水安全及粮食安全,开展农业水资源承载力评价研究。在构建农业水资源承载力评价体系的基础上,通过熵权法确定权重,采用基于集对分析理论的五元联系数法对海河流域农业水资源承载力进行评价,并通过模糊综合分析法验证该结果。研究结果表明:两者计算结果基本相同,表明计算方法可行。研究结论为:山西、内蒙古、辽宁的承载潜力处于V_3级临界状态,北京、天津、河北、河南、山东的农业水资源承载力处于V_4级饱和状态,表明海河流域的农业水资源承载力的强弱与地下水失衡状况密切相关。通过承载能力"等级逆推",得出现状条件下流域内各行政区的地下水开采率及有效灌溉面积的适宜区间,即:未来海河流域地下水需减少开采1.782×10~(10)～2.031×10~(10) m~3。     

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.     

基于熵-云模型的我国水利高质量发展评价

基于对水利高质量发展的概念解析,提出了以水旱灾害防御、水资源集约安全利用、水资源优化配置、河湖生态保护治理4项能力为切入点的判断准则,构建了水利高质量发展评价体系,并基于熵-云模型对全国31个省市区的水利高质量发展现状进行了评价。结果表明:水旱灾害防御能力方面,东部多数省份较优;水资源集约安全利用能力方面,黄河沿线各省份、海河流域及东南沿海表现较好;水资源优化配置能力方面,长江、珠江流域表现更好;河湖生态保护治理能力方面,西南及中东部表现突出。水利高质量评价结果的不确定性分析表明,水利高质量发展系统复杂度较高,有进一步改进和提升的空间。