基于信息熵的淮河流域降水时空变异特征研究

为了深入研究淮河流域的降水时空变化特征,以淮河流域1961~2005年36个气象站日降水数据为基础,基于信息熵理论,首先利用边际熵研究年、季、月等不同尺度下降水的变化特征;再利用分配熵和强度熵研究年内不同月份降水的分配情况;然后利用改进的Mann-Kendall趋势检验方法对淮河流域降水序列不确定性的变化趋势进行检验;最后对降水月份分配情况与极端降水量进行相关分析,以研究极端降水量与降水月份分配的关系。结果表明,淮河流域降水量较小的季节或地区,其降水量的年际变化也较大,淮河流域北部降水的不均匀性及其较小的降水量可能加剧该区的干旱风险;降水量与降水天数月份分配的不均匀性均表现出由南向北增大的空间分布特征;对于淮河流域大部分站点,降水量月分配不均匀的年份面临洪灾的风险也会增加,而淮河流域西部降水月份分配不均的情况可能加剧,且该区面临的洪灾风险也可能加剧。     

淮河流域主汛期降水演变规律研究

基于淮河流域1953～2007年主汛期(6～8月)的降水量资料,分析了流域内淮河水系和沂沭泗水系主汛期降水量的趋势性、突变性和周期性变化规律。结果表明,两水系6～8月的总降雨均呈减少趋势,但淮河水系6月呈增加趋势,沂沭泗水系6、8月无显著变化;两水系主汛期的降水过程并非是一个完全独立的随机过程,除淮河水系7月表现为负持续性外,两水系其他各月均表现为正持续性;淮河水系6月、沂沭泗水系7月降水量发生显著性突变,但两者的突变性质相反,突变后淮河水系6月的降水量增加了24%,而沂沭泗水系7月降水量减少了19%;淮河水系和沂沭泗水系主汛期均具有8年的主周期,淮河水系主汛期各月的丰枯交替频率较沂沭泗水系高,但淮河水系各月的周期性变化与整个汛期周期性变化规律的一致性较差,而沂沭泗水系较好。     

沱江流域汛期极端降水事件时空演变特征

为分析沱江流域汛期极端降水事件的时空演变特征,基于沱江流域内20个气象站点1960～2016年汛期逐日降水数据,建立汛期总降水量PTOT、极强降水量R99p、强降水量R95p、暴雨日数R50、大雨日数R20、连续5d最大降水量RX5d、1d最大降水量RX1d这7项极端降水序列,并对极端降水序列做趋势分析、突变点检验、周期分析和空间分布分析。结果表明,沱江流域近57年来极端降水事件呈衰减趋势,但极端降水量的减少趋势明显,极端降水日数减少趋势不明显。极端降水指数PTOT、R99p、R95p、R50、R20、RX5d、RX1d在1960～1963年呈增加波动变化,1964～2016年表现为减少波动变化,突变点集中在1960、2010年代。PTOT、R95p、R99p、RX5d、RX1d的第一主周期为20年,年代际震荡稳定;R50、R20年际震荡更稳定。沱江流域极端降水指数中心57年来主要在简阳、资阳、仁寿三个站点间呈条带状分布。总之,沱江流域汛期极端降水集中分布于流域中上游,时间上呈衰减变化。研究成果可为提高流域对洪水、泥石流等自然灾害的预警能力,为防洪减灾等相关工作提供依据。     

甘肃省陇东地区极端降水的时空特征

为阐明甘肃省陇东地区极端降水的变化规律,利用该地区13个气象台站1961～2015年的逐日降水资料,应用超门限峰值法、反距离加权法、线性倾向估计法、滑动平均法、Mann-Kendall突变分析法、复值Morlet小波分析法研究极端降水的时空变化特征。结果表明,陇东地区各站第95百分位极端降水阈值在27.8mm附近变化,即可以大雨事件作为极端降水事件进行监测;极端降水指数主要表现为从南向北递减的趋势,极端降水事件对环县和崆峒的影响较小;极端降水事件虽然在总量、强度上表现为减小趋势,但其发生频次及对总降水的贡献率逐渐增强;极端降水总量和极端降水强度周期变化均在21年左右能量最强,而极端降水频次和极端降水贡献率周期变化分别在28、5年左右能量最强。     

海河流域极端降水事件时空变化特征分析

为研究气候变化背景下海河流域的极端降水事件变化规律,基于流域内30个气象台站1960~2008年的逐日降水资料,选取不同的降水指标,应用M-K趋势检验和滑动t检验方法分析了海河流域极端降水的时空变化特征。结果表明,海河流域的极端降水事件的发生频率和强度在年际变化中均呈减小趋势;在空间大部分范围内,降水频率和强度指标也均呈负趋势,仅滦河上游山区、子牙河山区和胶东沿海部分地区呈微弱上升趋势,但趋势并不显著。总体而言,海河流域趋向于干旱化,流域内洪涝灾害发生的概率有所减小。     

淮河流域近58年降水特征分析

为了更明确、具体地了解淮河流域降水的时空分布特征,基于1959～2016年淮河流域170个高密度站点逐日降水资料,采用Spearman秩次相关和对趋势分析较准确的成对斜率回归中值等统计方法,分析了流域不同级别降水的降水量、降水日数和降水强度等指标的时空分布特征。结果表明,淮河流域年降水南北差异较显著,由西北向东南递增,年降水量和降水日数最大的地区均位于流域最南部大别山地区,其值为最小值的2倍左右;平均日降水强度及年暴雨量和暴雨日数的分布相似,东部沿海地区和西南部山区为大值区,西北部海拔流域最高的地区为最小值分布区,在流域中部由西北向东南方向逐渐增多;平均暴雨强度的一个大值区位于流域中部偏西的河南驻马店地区,淮河流域极端强降水的发生地也集中在此地周围;流域整体年降水量有轻微下降趋势,降水日数明显减少(东北部地区尤其显著,干旱风险增加),导致平均日降水强度显著增加。这主要是由10mm以下的小雨尤其是0.1～1mm的微量降水的频数显著减少导致的,而50mm以上的暴雨各指标在流域整体上均无显著的变化趋势;流域春秋两季降水量呈减少趋势,夏冬两季降水量呈增加趋势,属于春秋变干、冬夏变湿的地区。     

海南岛极端暴雨事件时空演变规律分析

为分析海南岛极端暴雨事件长期时空演变趋势,基于海南岛7个观测站近53年逐日降雨资料,采用线性倾向估计、Mann-Kendall方法和稳定性分析探讨了海南岛极端暴雨事件时空演变规律。结果表明,近53年来海南岛极端降雨指标均显示出上升趋势,但极端降雨日数增加趋势较弱,短历时暴雨强度增加;海南岛极端降雨指标变化趋势整体上不是很显著,且大部分地区各指标的变化趋势均较不稳定,但三亚市大部分指标均呈稳定增加趋势,应更加注重该地区的防洪排涝建设。     

淮河流域1960~2011年干湿时空变化特征

在分析淮河流域26个气象站1960～2011年降水变化的基础上,计算了流域年尺度和季尺度降水距平百分率和标准化降水指数（SPI）,并分析了淮河流域近52年干湿时空变化。结果表明,淮河流域年尺度降水距平与SPI较为一致,季尺度降水距平较SPI变化敏感;干旱多发生于春季,且2000年后发生频次减少;空间尺度上,流域中西部地区有变湿润趋势,东部沿海地区有变干旱趋势,变化趋势呈现近似纵向分带。     

基于RClimDex模型的四川省极端降水时空变化特征分析

基于1980～2017年四川省40个气象站逐日降水、最高温度和最低温度数据,利用RclimDex模型定量计算了9个极端降水指数(C_(DD)、C_(WD)、R_(10mm)、R_(20mm)、R_(95p)、R_(99p)、Rx1day、R_(x5day)、S_(DII)),分析了四川省极端降水的年际变化。同时,通过绘制极端降水指数的等值线图,结合川西北高原、川西南山地和四川盆地的极端降水指数平均值,分析了四川省极端降水的空间分布特征。结果表明,四川省过去38年中极端降水量逐渐减少,但极端降水事件频率增多,雨季延长。1994～1998、2014～2017年极端降水量波动较大,极端降水事件发生频率差异较大,极端现象发生概率不稳定。在空间分布上,四川省西部比东部更易发生干旱,极端降水量和概率都较小,雨季短。川西北高原的连续降水事件较多,但也易发生干旱;川西南山地发生强降水较频繁;四川盆地的极端强降水量和事件更多,湿润期更长。     

计及前后期降水的极端降水事件特征及与风速的响应规律

分析极端降水时空分布特征及前后期风速的响应变化，对掌握极端降水发生规律、提高极端降水-风速响应关系认识、预防及应对水灾害具有重要意义。定义考虑前后期降水的极端降水事件并根据雨峰位置划分为峰前、峰后和双峰3种雨型，分析我国极端降水事件时空分布特征及与风速的关系。结果表明，单峰雨型发生频次高于双峰雨型，量级从西北到东南逐渐递增，西北地区极端降水事件上升趋势明显；东南、东北地区风速越大，极端日降水阈值越高，西南地区则相反；极端日降水发生前后风速存在异常波动现象，西南地区表现为风速减弱，其他地区先增强后减弱、极端日降水当天风速最大。     

淮河流域洪涝时空分布规律

基于淮河流域18个分区1953～2007年主汛期(6～8月)降水资料,采用Z指数法、数理统计方法和经验正交函数分解(EOF)研究了淮河流域洪涝的时间分布规律及空间分布特征。结果表明,淮河流域汛期各月发生洪涝几率的趋势变化不显著,但6、7月发生洪涝的几率比8月大;6月在1988后发生重涝、大涝频率较1988年前明显增加;6、8月发生洪涝事件主周期较长,分别为11、10年,7月较短为3年,7月需注意旱涝急转;淮河流域洪涝类型主要为流域一致型,即梅雨型洪涝,洪涝中心在润河集至蚌埠区间;淮河流域洪涝空间分布特征受地形、地貌的影响,西南山区汛期发生洪涝的可能性比西北平原大,西南部洪涝中心位于大别山的腹地横排头附近。     

黄河流域极端气候下降雨侵蚀力时空特征研究

研究极端降水事件下流域降雨侵蚀力时空分布特征,对深入认知流域水灾害空间分布结构具有重要意义。基于黄河流域及周边97个气象站点1960～2015年共56年的逐日降水数据,选取Rx5d和PRCPTOT两个极端降水指标分析降雨侵蚀力四季时空分布特征,并采用Spearman相关性分析方法探究了降雨侵蚀力的空间分布格局。结果表明,在时间上,同一区域降雨侵蚀力有明显的季节性,夏季年际波动最明显,冬季呈较平稳状态。Rx5d指标和PRCPTOT指标下降雨侵蚀力之间差异显著,Rx5d极端指标对降雨侵蚀产生了巨大的影响。在空间分布上,黄河流域区域之间降雨侵蚀力差异显著,黄河下游发生严重降雨侵蚀,冬季黄河上游及内流区基本不发生降雨侵蚀。Rx5d和PRCPTOT指标下区域之间的相关性分析结果基本保持一致,PRCPTOT指标下区域相关性更好;夏季区域Ⅶ、区域Ⅷ与其他区域相关性很差,冬季区域Ⅰ、区域Ⅱ、区域Ⅳ之间的相关性较高。     

基于标准降水指数的河南省干旱时空演变规律分析

基于河南省17个气象站1960~2010年的月降水资料,采用标准降水指数（SPI）统计分析了年尺度和季尺度的SPI干旱指数,探讨了不同时间尺度下不同干旱等级的时间演变趋势及空间分布特征。结果表明,河南省年尺度干旱总体上呈增加趋势,不同年代呈现不同的变化趋势;季尺度干旱表现为春旱和秋旱的干旱强度和干旱站次比均呈增加趋势,而夏旱和冬旱有所减缓,在当前气候变化背景下,河南省干旱整体上呈现对农业生产不利影响加重的趋势。在区域上,河南省北部易发生干旱,但干旱程度较低,而南部和西南部相对易发生严重干旱和极端干旱。     

淮河流域降雨集中度的时空演变规律分析

基于淮河流域内30个常规气象站点1957～2008年的逐日降水资料,计算了淮河流域内各站点长期降雨集中度(Lcl)和逐年降雨集中度(Acl).在此基础上,分别采用Mann-Kendall趋势检脸法和Sen's坡度检验法检测了Acl时间上的变化趋势,并采用Pettitt检验找出Acl突变的年份.同时,采用反距离权重插值法分析了淮河流域Lcl的空间分布规律和Acl在时间上的变化趋势.结果表明,在淮河上中游区Lcl值偏小,降水分布较平均,而在沂沐泗河流域和淮河下游区Lcl值偏大,降水较集中,降水极值情况发生的频率相对较高;淮河流域上Acl的年际变化较大,整体呈下降趋势,其中60%的站点下降趋势显著,在流域的大部分地区,降雨Acl有明显的突变,集中发生于20世纪70～80年代初.     

近30年太湖流域极端降水特征分析

基于太湖流域98个代表雨量站1981~2010年逐日降水资料,利用百分位阈值法定义各测站极端降水阈值,分析了不同极端降水事件的频次及其平均强度的空间分布特征,并对极端降水进行趋势分析。结果表明,浙西区极端降水事件频次出现较高,湖西区的中部和东南部降水强度较大;从季节分布来看,汛期5~10月出现极端雨日频次高,且强度相对较大;全太湖流域各区年平均极端雨日普遍呈微弱下降趋势,武澄锡虞区、阳澄淀泖区、浦东浦西区极端降水平均强度呈上升趋势,其他区变化趋势不显著。     

淮河流域近50年天然径流演变规律分析

以淮河流域临沂以上、王家坝以上、王家坝至蚌埠、蚌埠至中渡四个区间近50年的天然径流系列为倒,采用数理统计、线性倾向分析、差积曲线法、t检验法、小波分析等方法分析了多年天然径流量的年内分配与年际变化及趋势性、突变性和周期性等特征.结果表明,淮河流域天然径流年内分配差异大、年际丰枯变化剧烈;四个区间年径流序列存在不显著的下降趋势;临沂以上和蚌埠至中渡区间的天然年径流序列均在1965年发生突变,其他两区间不存在突变年;四个区间的主周期和次周期分别为10年和4年、7年和4年、7年和2年、7年和2年.     

黑龙江省降水及旱涝时空演变特征

为全面了解黑龙江省降水和旱涝变化规律,基于黑龙江省1965~2014年30个气象站的逐月降水资料,采用Z指数、累积距平法、反距离权重法等方法,分析了近50年来降水和旱涝时空演变特征。结果表明,黑龙江省近50年来降水呈显著增加趋势,降水倾向率为9 mm/10a,降水呈减少-增加-减少-增加的周期性变化特征,平均变化周期为13 a;降水在空间分布上呈东部和西部较少、中间较多的空间分布格局,从东西两边向中间表现出明显的条带状分布特征;旱涝变化在时程上呈旱-涝-旱-涝交替发生的规律;黑龙江省发生大涝与极涝和大旱与极旱的频率分别为1.2~2.2、1.0~2.2次/10a,尽管大涝与极涝发生的频率比大旱与极旱发生的频率大,但其影响范围小于大旱与极旱造成的影响范围。     

黑龙江省降水及旱涝时空演变特征

为全面了解黑龙江省降水和旱涝变化规律,基于黑龙江省1965~2014年30个气象站的逐月降水资料,采用Z指数、累积距平法、反距离权重法等方法,分析了近50年来降水和旱涝时空演变特征。结果表明,黑龙江省近50年来降水呈显著增加趋势,降水倾向率为9mm/10a,降水呈减少-增加-减少-增加的周期性变化特征,平均变化周期为13年;降水在空间分布上呈东部和西部较少、中间较多的空间分布格局,从东西两边向中间表现出明显的条带状分布特征;旱涝变化在时程上呈旱-涝-旱-涝交替发生的规律;黑龙江省发生大涝与极涝和大旱与极旱的频率分别为1.2~2.2、1.0~2.2次/10a,尽管大涝与极涝发生的频率比大旱与极旱发生的频率大,但其影响范围小于大旱与极旱造成的影响范围。