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。     

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。     

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。     

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...     

基于小波变换的长江中下游地区极端降水与大气环流响应关系研究

在气候变暖背景下,探讨极端降水对大气环流的响应规律,对区域洪涝灾害防护以及科学管理极为重要。基于长江中下游地区435个气象站点1980-2018年的日降水数据,以连续小波变换为基础,采用交叉小波变换与小波相干方法分析了长江中下游地区近40年来极端降水指数以及大气环流指数的振荡周期特征及其之间在时频域中的共同特征和相关关系。结果表明:极端降水指数均存在多尺度周期性震荡,这些指标的周期性震荡趋向于高时频尺度,这意味着从1980年到2018年,极端降水各个指标"增加-减少"变化更加频繁;大气环流指数在20世纪80年代中期至90年代中期均出现显著周期;大气环流指数与极端降水之间的相互影响主要体现在年际尺度上,不同时域中存在明显差异,但是EASM与PDO在高能量谱区对长江中下游地区极端降水的影响较弱,IOD在低能量谱区对极端降水指数影响较弱。     

1951-2018年河北围场地区降水的多尺度变化特征

利用1951-2018年河北围场地区气象站年降水量和同期的厄尔尼诺（ENSO）、太平洋年代际振荡（PDO）数据,采用集合经验模态分解（EEMD）和Morlet 小波分析等方法,研究了河北围场地区1951-2018年降水量的多尺度变化特征及其与厄尔尼诺和太平洋年代际振荡的关系。结果表明：1951-2018年围场地区年降水量总体上表现为增加的变化趋势,增幅为0.8 mm/10a;围场地区年降水量在时间尺度上存在显著的准4 a和准27 a的年际和年代际周期,分别与厄尔尼诺的2~7 a和太平洋年代际振荡的20~30 a周期相对应;交叉小波谱和小波凝聚谱表明,围场地区的年降水量与ENSO和PDO之间具有较好的共振周期,说明1951-2018年围场地区的年降水量可能受到厄尔尼诺和太平洋年代际振荡的影响。     

粤港澳大湾区极端气候时空演变及其驱动因子研究

近年来，极端气候事件频发，成为学术和社会各界关注的焦点问题。研究粤港澳大湾区极端天气的时空分布特征和变化规律，对及时、准确地做出防灾减灾预报、预警具有重要意义。以1961—2016年降水、气温数据为基础，通过启发式分割法、Mann-Kendall趋势检测和交叉小波法对粤港澳大湾区极端气候时空演变特征及其与驱动因子之间的相互关系进行分析。结果表明：极端降水和气温变化与太阳黑子和大尺度环流因子(多元ENSO指数(MEI)、太平洋年代际振荡(PDO)存在潜在联系，但它们对极端气候的影响作用存在差异。气候变化对城市建设和发展将持续产生重大影响。在对粤港澳大湾区气候变化的研究中，需关注珠江流域和典型区域气候变化的影响评估，加强流域极端天气发生机理、风险评估与对策研究，减轻极端气候事件带来的危害。     

珠江流域极端降水群发性特征研究

全球气候持续变化下,极端气候事件及其衍生灾害对社会和经济的影响力和破坏力越来越严重。相对一般的极端降水事件而言群发性极端气候事件具有影响力更大、破坏力更强的特点。极端降水群发性事件的理解和定义多样,主要从区域丛集性角度研究珠江流域日降水极端事件的群发性规律及变化趋势。采用频数标准化分析了不同百分位阈值下极端降水群发性事件年际变化特征,采用k阶最近邻距离提取算法提取1959—2009年年际极端降水群发站点数,分析珠江流域51年来极端降水群发性特征。结果表明:a)不同百分位下,极端降水群发性年际变化趋势一致,阚值百分位越大,极端降水事件年际区分度越大;b)珠江流域1959—2009年,流域极端降水群发性站点数逐渐增多,极端降水群发性范围呈逐步扩大趋势。     

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。     

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；...     

近60 a来增江流域降水时空变化特征及其趋势分析

基于增江流域17个雨量站1956—2015年的逐年降水数据,采用Mann－Kendall趋势分析法、 EOF经典正交分解、 Morlet小波分析等方法,分析了流域降水量的时空变化特征。并用层次聚类法对研究站点进行分类和分区,以研究60 a来降雨中心的移动轨迹。结果表明：①增江流域多年平均降雨量为2098．3 mm,呈现微弱下降趋势,1976年为突变点,1976年以后进入降雨偏少时期,主周期由原来的6 a及2 a突变为5 a。②60 a来流域东北部和西部呈现微弱的增加趋势,西北部至东南部一带呈现微弱的减少趋势。③ EOF分解展示了高值区与低值区分布,左右岸区域呈相反的分布形态。④1973—1975年及2010—2015年,高值区和低值区发生了移动。     

洞庭湖流域极端降水变化特征分析

随着极端降水事件变率增强,洞庭湖流域频繁的极端洪旱事件严重威胁了地区人水和谐。基于洞庭湖流域28个国家气象站1961-2015年的逐日降水资料,采用RClim Dex模型定义阈值来识别极端降水事件,利用线性倾向估计法和集合经验模态分解(EEMD)组合的方法进一步分析了洞庭湖流域极端降水变化特征,由EEMD方法分解得到的各类极端降水指数的3个固有模态函数分量分别表现出3~6a、8~15a和21~27a的准周期。结果表明:洞庭湖流域极端降水频次峰值出现在6月,4-10月份极端降水频次之和占全年的82.7%,南岳和安化为极端降水高发带。洞庭湖流域除持续湿润日数CWD略有减小外,各项极端降水指数均表现出小幅上升趋势。在空间分布上,该流域东南部受山区地形地貌的影响,极端降水呈明显上升趋势。洞庭湖流域极端降水时空格局变化特征分析对流域水资源开发利用和水安全预警具有重要参考价值。     

1980—2016年清源河流域降水量时序变化规律及趋势研究

清源河是渭河的上游,属西北内陆典型小流域范畴,位于半干旱气候区,为了流域内水资源能够合理分配,对流域内降水量变化特征进行研究,掌握了其发展规律具有重要意义。本文采用垂直平分法对流域内的年平均降水量做了计算,采用不均匀系数法、集中期、极差法对降水量的年内分配进行了分析;采用线性回归法、斯波曼秩次相关法、Mann-Kendall秩次相关法对年降水量变化显著性进行了检验。结果表明：降水量年内分配极不均,主要集中在5—8月;年际变化趋于稳定,整体呈现不显著减小趋势;枯水期出现周期在2～8年,丰水期出现周期在4～10年,平水期持续时间短;降水量呈现由东北向西南递增趋势。经验证,本次研究成果精度相对较高,可以作为今后区域内水资源量计算等工作的参考依据。     

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。     

我国西南地区典型降雨特征——以贵州湄潭县为例

 在气候变化和人类活动双重影响下,我国降雨在不同区域呈现不同的演变特征。以西南地区为例,选择研究较少的贵州省湄潭县,利用线性回归和Morlet小波分析方法,分析湄潭县年降雨量、汛期降雨量和暴雨的变化特征。结果表明：区域年降雨量不断减少,暴雨发生频次以加快的速率增大,最大暴雨量增加,但发生时间在推迟,且均以1980年和2000年为转折点,呈现减少—增加—减少的趋势。在变化环境下,我国西南典型县城区域对全球气候变化响应敏感,降雨呈现典型的区域演变特征。     

中国不同月份暴雨的多属性时空演变特征及区域差异(1961-2016年)

为了诊断变暖背景下中国不同月份暴雨多属性时空差异特征,采用1961—2016年中国545个气象站点的日值降水数据,利用线性回归、变异系数和图谱对比分析等方法,从气候态特征、变化趋势和年际变异3个方面诊断了中国不同月份的暴雨雨量和雨日的时空变化特征。结果表明:(1)1961—2016年中国不同月份的暴雨雨量与暴雨雨日在对应月份具有相似的空间分异特征。暴雨雨量和暴雨雨日的高值区1—7月份逐渐从东南沿海向西北内陆扩张,但主要分布在胡焕庸线以东地区;8—12月份则从西北地区向东南沿海地区缩减;胡焕庸线以西地区的暴雨雨量和暴雨雨日在不同月份分布较少。(2)1961—2016年中国不同月份的暴雨雨量与暴雨雨日的变化趋势时空分异特征基本一致。5—8月份是中国暴雨雨量和暴雨雨日变化趋势最显著的月份,主要分布在东南季风区,且以增加趋势为主;西北地区的暴雨雨量和暴雨雨日的趋势则在不同月份变化较小。(3)1961—2016年中国不同月份的暴雨雨量与暴雨雨日的年际变异特征相似。其中北方地区在4—10月份波动特征较大;南方地区则在1—3月份、11—12月份波动较大。暴雨雨量和暴雨雨日波动较大的高值区随月份发展逐渐从东南向西北、东北和西南地区扩张,且东南地区的波动趋于减小,随后再从西北、东北和西南地区向东南地区缩减,同时伴随东南地区波动增大。研究对于防洪减灾和水资源规划与利用具有一定的参考意义。     

基于CMIP5的中国西北地区暖湿化演变研究

为了解中国西北地区历史与未来时期的气候演变趋势,以CMFD再分析数据集及CMIP5全球气候模式输出数据为基础,从时空维度详细分析了西北地区历史气候的演变特征并对区域未来气候发展进行了预估。结果表明：1979-2018年西北地区的气温、降水量以及近地面空气比湿均呈现出明显的增加趋势,且未来极有可能继续增加;此外,降水量在年内的分配过程越趋均匀化,且降水结构在2001年左右发生了较大突变。整体来看,西北地区的历史气候演变显示出高度的暖湿化倾向。未来情景下,西北地区的气候将继续朝暖湿化方向发展,同时降水量的年内分配不均匀性也将进一步减小,且在RCP8.5排放情景下表现的更为突出。本研究可为西北地区气候变化的影响评估提供参考,同时也为水利、农业、气象和生态等部门的决策提供科学依据。     

基于HBV的黑河流域径流对气候变化的响应

黑河流域是我国西北干旱区内陆河研究的代表性流域,研究未来气候变化对黑河流域山区径流的定量影响,对干旱区水资源规划设计、开发利用和保护管理具有重要意义。采用HBV-light模型,首先根据实测径流数据验证了该模型在黑河流域上游的适用性,然后拟定25种气候变化情景模式,模拟气温与降水变化对径流的定量影响。结果表明:(1)当气温保持不变时,降水增加会造成年径流增加;而当降水维持不变时,气温升高将导致年径流减少。(2)关于径流年内分布,气温变化与6~9月份的径流呈负相关关系,而与4月份的径流呈显著正相关关系;降水变化与径流呈明显的正相关关系;年径流与年内分配均表现为对于降水变化的敏感性高于气温变化。(3)未来气候变化有助于缓解黑河流域水资源短缺的现状。     

松花江流域NPP时空演变及其对极端气候的响应机制

为探究全球气候变化条件下松花江流域陆地生态系统健康程度的变化特征,基于2000—2020年MODIS MOD17A3HGF数据集,采用趋势分析、相关性分析、M-K检验、地理探测器和相对重要性分析等方法,结合气象站点数据和土地利用数据,分析植被净初级生产力（net primary productivity,NPP）时空演变特征及其对极端气候事件的响应机制。结果表明：松花江流域年均NPP值为407.45g/m2（以C计,下同）,以年均4.82g/m2的速率显著上升（p<0.01）;极端降水事件对植被NPP空间分异性的影响强于极端气温事件,极端气候指数间交互作用的影响大于单一极端气候指数的影响,流域及农田和草地生态系统NPP主要受总降水量（PRCPTOT）与年平均最低气温（TMIN）交互作用的影响,森林、湿地和聚落生态系统NPP分别受中雨日数（R10mm）与年平均最高气温（TMAX）交互作用、强降水量（R95P）与TMIN交互作用和 R10mm与暖夜日数（TN90P）交互作用的影响;时间尺度上PRCPTOT、TMAX和TMIN是植被NPP的主要影响因素,空间尺度上PRCPTOT和TMIN是多年平均NPP的主要影响因素。研究结果可为量化气候变化背景下区域生态系统健康程度和应对极端气候事件措施的制定提供科学依据。     

中国中部典型半湿润半干旱区近40年来气候变化特征

以新密市为例对中国中部典型半湿润半干旱区近40年来的气候变化特征进行分析。针对新密市1971-2010年年、季平均气温、蒸发量及降水量采用线性倾向估计、累积距平、Mann-Kendall检验方法进行趋势变化及突变分析。得出近40年来中国中部典型半湿润半干旱区气候变化特征表现为年、季平均气温持续上升,年平均气温线性变化率为每10年0.44℃,平均气温约上升了1.8℃;年、季平均蒸发量反而呈波动式减少趋势;年平均降水量并没有明显的增加或减少趋势,各季节降水量变化趋势各异。这些变化特征与全球变暖背景下我国范围内整体的气候变化趋势基本一致,但是各季节气候特征的年代际变化稍有差异。