北运河流域近57 a降水量趋势变化及突变特征分析

北运河流域属于北方典型缺水性流域,研究流域降水趋势变化及其突变特征对于区域水资源优化配置及生态流量保障均具有重要意义。本文利用北运河流域1960—2016年降水数据,运用线性回归法、滑动平均分析和累积距平法分析了流域内降水量的变化趋势,利用滑动t检验、Mann-Kendall突变检验法和Pettitt法进行了降水序列突变分析,并采用小波分析法分析了降水量的周期性特征。分析表明:(1)北运河流域年内降水分布不均,年际降水上升下降交替出现,多年平均降水量总体上出现微弱减少变化。(2)流域降水量空间分布上表现为中游区域降水量相对较多,上游山区和下游平原地区次之。(3)流域降水量在1996年前后出现较明显的突变特征,突变时间节点与海河流域大区域格局变化具有一致性。(4)流域存在3个不同尺度的"丰-枯"变化周期,其中以8～17 a时间尺度的6次振荡表现最为稳定和显著,第一主周期为13 a。     

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。     

江浙沪地区55年夏季降水时空分布规律研究

为了研究江浙沪地区夏季不同等级降水的时空变化特征,利用94个气象站1958~2012年55 a的逐日降水数据,基于MATLAB软件和Arc GIS技术,建立了该地区6~8月多年的大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨发生平均次数空间分布图谱,分析了不同等级降水发生频率的月变化特征;利用小波分析方法揭示夏季不同等级降水的周期性变化规律。结果表明,该地区夏季不同等级降水具有明显的南北分异特征,不同等级的暴雨发生频率南北差异较大;从降水的发生周期来看,几种降水等级在5~20 a的时间尺度上周期振荡最为显著,5 a以下时间尺度上,夏季降水量少与量多循环交替;预计在2015~2020期间,该地区大雨、暴雨、特大暴雨发生次数增加,而大暴雨发生次数将减少。     

基于小波分析的西安市降水周期特征研究

为了研究西安市降水周期的变化规律,通过应用Matlab、Suffer等分析绘图软件,采用Morlet小波函数对西安市1985—2016年的降水量数据进行小波变换,分析该地区年降水量的多时间尺度变化特征,并对降水量变化进行预测分析。结果显示,西安市年降水量存在3~8、9~17和18~30 a三类尺度周期变化规律,且存在4个变化周期,分别为3、6、14和28 a,其中28 a时间尺度为年降水演变主要周期,不同时间尺度具有不同循环交替,大尺度变化中存在小尺度周期变化,2016—2019年年降水量将出现偏少过程。     

赣江流域年降雨和径流量的周期特征分析

亚热带流域降雨是河道径流大小的重要控制因素,两者周期变化引起流域水资源的丰枯变化。研究降雨和径流的多时间尺度周期特征和相关性可以为流域水资源管理和区域经济发展提供重要参考。利用赣江流域15个气象站和赣江下游控制站——外洲水文站的降雨、流量资料(1960—2010年),基于小波分析和R/S分析方法探讨了流域降雨和径流的多时间尺度特征和持续性。结果表明:①近50 a赣江流域年降雨和径流存在6、11、17(18)a三个尺度的主周期;②17 a(18 a)尺度的周期信号在1960—1990年期间占主导地位,在近20 a信号减弱;6 a尺度的小波振荡在近20 a愈加凸显;③1960—2010年降雨和径流的Hurst指数约为0.50,表明未来降水和径流的变化趋势与过去50 a的变化趋势不存在显著联系。因此,从长尺度的周期特征看,2010年以后赣江流域可能进入水量偏多时期,但6 a小尺度的周期振荡加强可能会加剧赣江流域水资源的不确定性。研究结果反映了赣江流域水资源变化的多时间尺度周期特征,可为流域水资源管理提供参考。     

洮河流域降水量的多时间尺度特征及趋势分析

基于洮河流域及周边雨量站点1956—2013年降水数据,采用小波分析方法分析了洮河流域近58 a来年降水量的变化趋势、多时间尺度主周期变化过程及其空间变化特征,并对未来态势进行了预测。结果表明:洮河流域年降水量整体呈减少趋势,倾向率为-4.60 mm/10 a;年降水量主要存在3个尺度的周期变化,分别为20、12、5 a,其中20 a尺度周期震荡最强且贯穿整个时域;流域降水量在空间上具有显著差异性,中部干旱黄土山丘区各尺度的周期波动明显强于上游的;对洮河流域未来一段时期降雨趋势的预测显示,除2017年降水偏少外,2014—2021年间其余年份的降水将处于正常水平或偏多。     

黑龙江流域降水变化特征分析

为了全面研究黑龙江流域降水变化情况,收集黑龙江流域国内外25个气象站的降水资料,通过线性趋势法、距平累积法、变尺度趋势分析法分析降水趋势特征;用Mann-Kendall法分析降水突变特征;用小波分析法分析降水周期性特征。结果表明:在1954—2012年的研究期内,黑龙江流域降水线性趋势变化率仅为-0.74%/(10 a),变尺度趋势分析发现降水在97.7%的有效统计时间段内均无显著趋势变化;距平累积法和Mann-Kendall突变检验结果发现降水具有明显的阶段性变化;小波分析证实了降水存在主周期为28,12,4 a的显著周期性。综上,黑龙江流域降水变化的周期性要明显强于趋势性。研究成果可为中俄跨界河流管理提供现实基础。     

黄河源区汛期降水径流序列多尺度小波分析

基于黄河源区15个地面站点日降水数据、唐乃亥水文站逐日径流数据以及小波分析方法,分析了黄河源区1961—2020年汛期降水和径流的周期规律、变化趋势及相关关系。结果表明,1)黄河源区近60 a汛期降水、径流均存在多时间尺度的变化特征,且不同时间尺度汛期降水、径流丰枯变化趋势均不同;2)汛期降水、径流序列均具有63 a左右、35 a左右特征时间尺度的主周期,两个时间尺度下的平均周期分别为41、25 a左右,汛期降水、汛期径流具有一定的正相关性;3)在63 a特征时间尺度可预测2020年之后未来5～10 a内黄河源区汛期降水、径流整体均呈减小趋势。     

南四湖流域水循环要素的时空变化特征

选取南四湖流域鱼城、孙庄等8个监测站点,利用其1952-2015年的实测水文数据,采用Mann-Kendall非参数检验和Morlet小波变换等分析方法,分析了流域降水、径流、蒸发等水循环要素变化时空特征,研究结果表明:(1)流域降水量呈现增加趋势,径流量和蒸发量呈减少趋势;各水循环要素的年际变化周期都有多种时间尺度相互嵌套,降水量和蒸发量的主周期为25a,径流量的主周期为31a;水循环要素的年内分配不均匀,降水量集中在6月-8月,径流量的峰值较降水量滞后1个月,蒸发量的最大值出现在6月份;(2)空间分布不均匀,表现为降水由东南向西北方向递减趋势,径流深的空间分布格局吻合于降水;湖东区域水循环要素的变化大于湖西区域;(3)流域水循环要素的时空变化特征受到气候变化和人类活动的共同影响。     

白洋淀流域降水特性分析

选取白洋淀流域6个雨量站1959年-2009年日降水量资料,并以此为基础运用滑动平均法、Mann-Kendall非参数秩次检验法及小波分析法对该流域降水特性演变规律进行了分析。结果表明:在流域内,年降水量呈下降趋势且主要由年降水日数显著下降引起;年内各月降水量的不均匀程度呈减小趋势;不同量级降水频率波动较小,但呈现小强度降水比例增加、较大强度降水比例减少的结构变化;暴雨雨量和暴雨强度有较明显的下降趋势,降水潜力下降;年降水量存在4类尺度的周期变化规律,其中16a变化为主周期。     

湟水流域水沙情势演变及驱动力分析

为探究湟水流域水沙变化驱动因素,基于长时间序列径流量、输沙量数据,采用趋势检验法、突变检验法对1956—2020年湟水流域水沙情势演变进行分析。结果表明：(1)1956—2020年湟水流域径流量增长趋势显著（速率为0.2亿～0.5亿m3/10 a）,输沙量呈显著下降趋势,水沙突变不同步。(2)上下游各站径流量呈现相对一致的周期变化,主要存在9、22、34、47 a的周期分布;上游湟源站输沙量以30 a尺度为主周期,西宁、乐都、民和站输沙量在11、14、21 a尺度小波震荡能量较强。(3)水沙变化趋势各异,产水、产沙存在明显异源现象。(4)侵蚀性降水量、侵蚀性降水天数对径流量变化具有促进作用,侵蚀性降水强度变化引起输沙量的变化,植被覆盖度提高和水土保持措施对流域输沙量减少起到重要作用。     

白洋淀流域降水特性分析

选取白洋淀流域6个雨量站1959年-2009年日降水量资料,并以此为基础运用滑动平均法、Mann-Kendall非参数秩次检验法及小波分析法对该流域降水特性演变规律进行了分析。结果表明:在流域内,年降水量呈下降趋势且主要由年降水日数显著下降引起;年内各月降水量的不均匀程度呈减小趋势;不同量级降水频率波动较小,但呈现小强度降水比例增加、较大强度降水比例减少的结构变化;暴雨雨量和暴雨强度有较明显的下降趋势,降水潜力下降;年降水量存在4类尺度的周期变化规律,其中16a变化为主周期。     

鄱阳湖干旱多尺度特征及其与月均水位的相关性

以鄱阳湖13个气象站1957~2013年的逐月降水量、平均气温、各站点纬度和同期水位站逐月平均水位为实验数据,分别计算1、3、6、12、24、48个月尺度下标准降水指数(SPI)和标准降水蒸散指数(SPEI)时间序列,并利用Morlet小波分析理论,分析了该序列多时间尺度变化特征。基于Mann-Kendall检验,分析了鄱阳湖气象干旱趋势特征;利用Spearman秩相关系数,研究了不同时间尺度SPI和SPEI序列与月平均水位的相关关系。研究表明,鄱阳湖流域SPI和SPEI序列存在约68个月变化的主周期,两个主要特征时间尺度变化的强分布;气象干旱与湖水位的相关关系随时间尺度的增大而减弱。     

近30年来云南省不同等级降水时空变化特征分析

利用1987—2016年云南省29个气象站点逐日降水资料,将云南省划分为6个流域,运用线性趋势和小波分析法,分析了云南省不同流域不同等级降水日数和强度的时空变化特征。结果表明:(1)云南省微量降水、小雨、中雨和大雨降水日数和强度整体呈减小趋势,暴雨呈增加趋势,其中微量降水日数和强度、小雨降水日数呈极显著减小趋势;(2)各等级降水强度平均贡献率呈现出中雨大雨小雨暴雨微量降水;(3)各等级降水强度普遍存在22 a和29 a的长周期变化特征;(4)微量降水日数和强度呈现出东北多西南少的分布特征,小雨、中雨、大雨和暴雨降水日数和强度呈现出西南多东北少的分布特征,微量降水日数和强度减少幅度呈现出由东南向西北递增的趋势,小雨降水日数和强度减小幅度较大区域主要集中在中西部,减小幅度较小区域主要集中在长江流域中部和澜沧江流域南部,中雨降水日数和强度减小幅度呈现出由中部向东北和西南递减的趋势,大雨降水日数和强度减小幅度较大区域主要集中在西北和东南部,减小幅度较小的区域主要集中在中南部,暴雨降水日数和强度上升幅度较大区域均集中在西南和东部。研究结果可为区域农业生产和农业用水提供基础性参考。     

关中地区气象水文综合干旱指数及干旱时空特征

根据陕西关中地区22个气象站和3个水文站1961—2016年的气象水文资料,计算了不同时间尺度的标准化降水蒸散发指数(SPEI)与径流干旱指数(SDI),运用Gumbel Copula函数构建了气象水文综合干旱指数(MHDI),探讨了MHDI的适用性,并分析了气象水文综合干旱时空分布特征。结果表明:MHDI综合了SPEI与SDI的优点,可同时表征月尺度和年尺度的气象干旱与水文干旱;关中地区MHDI序列值有明显的下降趋势,干旱情况逐年加剧;MDHI序列存在变异,年尺度变异点集中于1986年和1990年;年尺度的序列值主周期多集中在20～22 a;泾河流域干旱发生频率最低,为19.11%,北洛河流域干旱发生频率最高,为47.97%,渭河流域干旱发生频率介于两者之间,为26.42%。     

抚河临水流域降雨量变化特征及趋势分析

利用抚河临水流域内10个雨量站的1979—2008年降水观测数据,运用集中度、集中期、Mann-Kendall趋势检验法和小波变换等方法对抚河临水流域降雨量变化特征及趋势进行了分析。结果表明:(1)临水流域年平均降雨量集中度在13.6%~52.9%之间,年际变化较大,多年平均的降雨集中期是主要集中在4—6月;(2)临水流域存在15 a和4 a左右尺度的周期性变化,其中,15 a尺度为变化主周期;(3)临水流域春季、秋季及冬季降雨量均存在减小趋势,春季降雨量在1984年发生突变,2003年以后春季降雨量减少趋势达到显著性,夏季降雨量突变发生在1992年,之后降雨量开始增加,在1998—2002年增加显著,秋季降雨量突变点发生在1992年,冬季降雨量总体呈减少趋势,但减少趋势不明显,年降雨量突变点在1984、2002年,2002年之后降雨量开始呈减少趋势。     

1951—2017年通辽地区气温、降水和蒸发演变规律研究

科学分析气温、降水和蒸发的演变规律,可为地区合理利用气候资源和发展农业生产提供参考依据。以 1951—2017 年通辽气象站的气候资料日值数据集为基础,运用年份突变检验、年际趋势分析和周期震荡分析等方法研究多时间尺度下年平均气温、年降水量和年潜在蒸发量的变化特征。运用 Mann-Kendall 检验、有序聚类检验和滑动 t 检验分析气候要素的突变特征,运用线性趋势和滑动平均分析气候要素的年际趋势,运用 Morlet 小波分析气候要素的周期震荡。结果表明: 年平均气温和年潜在蒸发量呈显著上升趋势,其变化率分别为 0. 38 ℃ /( 10 a) 、41. 40 mm /( 10 a) ; 年降水量呈微弱下降趋势,其变化率为－5. 26 mm /( 10 a) 。气温、降水和蒸发的突变年份分别为 1987 年、1963 年和1995 年。上述气候要素突变年份前后 10 a 均值的变幅分别为+14. 60%、－22. 74%、+8. 43%。56 a、15 a 为气温的第一、第二主周期; 41 a、18 a 为降水的第一、第二主周期; 55 a、30 a 为蒸发的第一、第二主周期。年潜在蒸发量具有 55 a 的显著变化周期。     

黄河上游降水变化分析

黄河上游是黄河流域重要的水源涵养区,径流占流域多年平均(1956—2000年)总径流的62%,降水变化不仅是水源的主要影响因素,也关系到涵养能力的变化。本文利用黄河上游43个气象站1960—2021年逐日降水系列数据,基于小波分析划分周期,采用Mann-Kendall检验法、距平法、频率曲线法等对上游区降水变化进行分析,结果表明：(1)黄河上游降水可划分出1963—1981年、1981—1999年、1999—2018年三个明显的周期;(2)1960—2021年年降水量以4.9 mm/10a的趋势增加,三个周期时段内年降水量的倾向率分别为-0.9 mm/10a,-1.0 mm/10a,46mm/10a;(3)1960—2021年年降水量距平百分率在-15%～15%的正常年份占比74%,距平百分率在-30%～-15%的轻旱年份和15%～30%的轻涝年份分别占比15%和8%;距平百分率在30%～40%的中涝年份占3%,旱涝年份基本发生在1963—1981年、1999—2018年两个周期;(4)三个周期时段日降水量具有差异的主要是频率小于10%的降水,且随海拔变化有差异,表现为1999—2018年玛沁站25～45.4 mm/d降水量比以往增强,1999—2018年临夏站20～50 mm/d降水量比以往增强,1963—1981年乌审召站50～65 mm/d降水量比以往增强。     

乌江中上游地区极端降水特征及未来预估

选取乌江中上游地区1961-2019年的逐日降水数据,采用趋势分析、EOF、小波分析等方法,研究极端降水在时空上的变化特征,同时为了使研究具有整体性,利用CMIP6中5个GCMs下的3种情景数据(SSP126、SSP245、SSP585),在降尺度处理后预估未来(2020-2100年)极端降水的变化。结果表明：1961-2019年整个流域地区极端降水事件虽然有增有减,但无显著性变化;在变化周期上,信号强烈的周期主要在23～30 a的时间尺度上,且贯穿整个时序;5个极端降水指数的第1模态表明其在空间变化上具有一致性,第2模态则有差异;未来极端降水事件整体上随SSPs情景的升高而愈发显著,且多以正趋势为主。研究结果可为乌江流域地区水安全管控、规划建设、防灾减灾等提供参考。     

中国北方荒漠区降水多时间尺度变异性研究

依据我国北方荒漠区35个站点1951—2005年月降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,运用降水集度、游程检验、功率谱、Morlet小波分析、MannKendall秩次相关及气候趋势系数等方法,分析了北方荒漠地区降水在年内,年际和年代际几种时间尺度的变异规律及其变化趋势,探讨了同期该地区上空大尺度环流异常对当地降水时空分布及变化趋势的影响。结果表明：我国北方荒漠区降水存在5a、9a及准14a主周期,1988年以来以9a及14a周期为主;降水年内分配的差异趋缓,年际波动呈增加趋势。年代尺度下,以多年均值衡量,21世纪内蒙古高原东部地区降水将减少,平均减幅为15～40mm/a,北疆大部分地区平均增幅为10～40mm/a。各年代,春(秋)季降水占全年百分率变化不大,维持在14.4％～17.5％(17.3％～21.2％),夏季是主要降水期,占全年降水的58％～62％,冬季所占比例较小,最高为5.1％。预计未来：春、夏季降水将增多,冬季降水逐渐减少,年降水有增加趋势;极端干旱区和干旱区的降水有增加趋势的地区概率分别为83％和70％,而半干旱地区降水有明显减少趋势的概率为58％,西部有向暖湿变化、中部地区趋于暖干、而东部地区趋于干旱的可能。