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。     

近60年辽宁省极端气候事件时空演变规律分析

全球变暖导致极端气候事件频发，给自然和人类社会带来极大的危害。基于RclimDex模型和去趋势波动分析法（DFA），分析了辽宁省1960年～2019年10项极端气候指数的时空分布特征和未来一段时间内的变化趋势。极端降水指数研究表明，辽宁省近60年极端降水指数年际间波动幅度较大；空间分析显示辽宁省东部山脉地区极端降水强度高于西部地区；5日最大降水量的DFA值达0.713，表明区域集中降水事件将持续增多。极端温度指数研究表明，辽宁省近60年来气候明显变暖；持续无雨加上高温使辽西地区更易遭遇干旱灾害；DFA分析中4项极端温度指数均具有较好的长程相关性，表明辽宁省未来20年气候将保持持续变暖趋势。研究成果对于今后辽宁省科学应对极端气候具有重要意义。     

西江流域极端降水演变规律及其对洪水径流的影响

为探究西江流域水文气象要素演变规律,分析极端降水对洪水径流的影响,基于西江流域1956—2019年水文气象资料,综合利用趋势分析、突变检验等方法剖析了西江流域极端降水、年均径流和年最大日平均流量的演变规律,并采用Pearson相关系数与双累积曲线法评估了极端降水指标与年均径流、年最大日平均流量的相关性,探讨了极端降水对洪涝灾害损失的影响。结果表明：相较于上游高海拔地区,西江流域中下游低海拔地区极端降水的变化更为明显,表现为极端降水频率增大以及降水强度增大;Rx1day、R99p和SDⅡ呈现显著上升趋势,极端降水指标多在1992年发生突变,年均径流和年最大日平均流量均呈现不显著的上升趋势,且均有两个突变点;PRCPTOT、R25、R10、R95p与年均径流呈显著相关关系,R95p、R99p、CDD和R25对洪涝灾害指标的影响相对较大;2002年后极端降水指标同洪涝灾害指标的相关关系发生了显著改变。     

嘉陵江流域极端连续性降水时空变化及其驱动因素研究

针对嘉陵江流域极端连续性降水气候驱动因素复杂且主控因素尚不明确的问题,利用1960—2019年逐日降水资料,采用Sen’s斜率、Mann-Kendall检验和随机森林等方法,分析流域连续干旱日数(CDD)和连续湿润日数(CWD)的时空变化特征,探究其气候驱动因素。结果表明：流域CDD和CWD多年趋势分别为-3.8～4.8 d/10a和-0.42～0 d/10a,分别有2个(3.3%)和10个(15.9%)气象站点的趋势达0.05显著性。局地气候驱动因子方面,CWD与年降水量存在较强正相关,共34个(54%)站相关系数达到0.05显著性;气候环流驱动因子方面,单、多因子分析均表明Nino3.4和SOI(southern oscillation index)是流域极端连续性降水的主控气候因子,CDD和CWD各有28个(44.4%)和15个(23.8%)气象站点的相关系数达0.05显著性,而SASMI(south Asian summer monsoon index)和PDO(Pacific decadal oscillation)分别为流域CDD和CWD的次要气候驱动因子。     

基于夜间灯光数据的长三角城市群城市用水时空演变及驱动研究

从更精细的尺度分析城市用水的时空演变特征及其驱动因素,对于区域水资源的合理规划具有重要意义。基于夜间灯光数据,结合用水量数据建立了城市用水空间化模型,并利用标准差椭圆、空间自相关分析、地理探测器和因子分析方法,对长三角城市群城市用水的时空演变特征及驱动因素进行研究。结果表明：2000-2018年长三角城市群城市用水空间分布由“正东-正西”方向逐渐转变为“西北-东南”方向,重心整体向东南方向偏移;长三角城市群县域尺度用水量具有显著的空间正相关性,高值集聚区主要分布在中部地区,低值集聚区则分布在边缘地区;人口、综合供水能力、建成区面积与GDP反映的城市经济发展水平是长三角城市群城市用水时空演变的主导因素,价格、产业结构与节水措施则为重要因素。应注重长三角城市群内部城市协同发展,深化水价改革,优化产业结构与城市供水系统,改善居民用水行为,促进区域水资源的合理规划与可持续发展。     

极端气候事件对洞庭湖水文连通性变化的影响

为揭示洞庭湖近十几年水文连通性的变化特征并对其未来变化进行预测,研究极端气候事件在洞庭湖水文连通性变化中作出的贡献,使用水文连通性指数法、ETCCDI极端气候指数、Hurst指数以及数理统计分析方法进行研究。研究结果表明：洞庭湖水文连通性整体呈现夏季>秋季>春季>冬季的特征,夏季、秋季、春季和冬季的整体连通性指数均值分别为0.95、0.88、0.81和0.63,且洞庭湖的水文连通性在近30年比较稳定;经持续性预测发现洞庭湖水文连通性Hurst指数均大于0.5,表示其在没有人类活动干扰的情况下会在未来呈延续下降的趋势;洞庭湖水文连通性指数随着水位增加逐渐增加且增速逐渐放缓,水位增加对其具有正向影响的边际递减效应;极端降水事件对洞庭湖水文连通性具有较为明显的正向影响,而极端气温事件对洞庭湖水文连通性影响作用较小。研究结果有助于充分认识洞庭湖水资源演变规律,对保障洞庭湖流域水资源安全具有重要的理论和现实意义。     

长江流域陆地生态系统NDVI时空变化特征及其对水热条件的响应

为辨识长江流域陆地生态系统植被的时空变化特征及其对水热条件的响应,根据长江流域2000—2015年MODIS NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)资料和气象资料,利用时间序列分析技术研究长江流域及主要陆地生态系统NDVI和水热条件的年际变化及相关性特征。结果表明:①近16 a来,全流域及主要生态系统NDVI均呈现出显著的增加趋势,农田、森林、水体与湿地生态系统NDVI增长率较大;②降水量整体略微增加,具有明显的空间差异性,积温(≥10℃)增加明显,且在空间上普遍呈现出增加的趋势;③受气候条件和生态系统类型差异性的影响,不同水热条件分区上NDVI与降水量和积温(≥10℃)的相关性有所差别,但整体而言,由于长江流域水量相对丰沛,降水量并不是长江流域植被生长的限制性因子,降水量与NDVI相关性并不显著,但对于森林、草地和荒漠生态系统而言,植被NDVI与积温呈现出较为明显的正相关关系,表明热量条件是长江流域植被生长的限制性因子。研究成果可为长江流域主要陆地生态系统变化的监测和预测提供一定的数据和技术支撑。     

利用ABCD模型预测流域水文对极端气候的响应

ABCD模型只有4个参数,以降水量和潜在蒸散量为输入,可以同时模拟蒸散、径流以及土壤水、地下水储量的变化,适用于进行月尺度或年尺度的流域模拟。把ABCD模型运用到美国内布拉斯加州的北Loup河流域,该流域有超过60 a的气象和水文数据。经过对初值和参数进行敏感性分析,确定合理的模型参数和土壤水、地下水储量取值区间,发现模型初值误差只影响10 a以内的径流量模拟结果。利用对初值不敏感时期的实测径流量优化识别了模型参数,在此基础上再利用前10 a数据优化识别了模型的初值。模拟得到的地下水储量变化特征与前人根据地下水位变化推算的结果基本一致,径流量模拟的Nash效率系数为0.68,验证了ABCD模型对北Loup河流域的有效性。然后,对流域气象数据进行统计分析,确定了50 a一遇的极端干旱和极端湿润气候条件,采用ABCD模型预测了持续极端气候情景下的流域水文状态变化情况。结果表明:土壤水储量对极端气候的响应很快,在气候变化的第2年基本达到稳定,对流域径流几乎没有调节作用;地下水储量对极端气候响应较慢,衰减或增加50%所需要的时间均超过10 a,从而降低了流域径流对极端气候的敏感性。     

京津冀绿色水资源利用效率及其时空差异与驱动因素分析

京津冀是我国水资源短缺情况最为严重的地区之一,提高绿色水资源利用效率是从根本上解决该地区水资源供需矛盾、实现经济-社会-生态和谐发展的必由之路。基于考虑非期望产出的Super-SBM模型测度2008-2018年京津冀城市群绿色水资源利用效率并对其时空差异进行分析,随后利用地理探测器模型探究绿色水资源利用效率驱动因素。结果表明：研究期内京津冀城市群绿色水资源利用效率均值处于非有效状态,且呈不稳定的波动态势,城市群内部效率极差较大;绿色水资源利用效率地区差异明显,北部地区高于南部地区,且南北差异呈增大趋势;人口规模、产业结构、自然资源条件和经济发展水平对提升京津冀城市群绿色水资源利用效率的驱动效应显著,城市开放程度的驱动效果提升较快但尚不稳定,而科技发展水平的驱动作用始终较低且呈减小趋势。     

基于时空分异的中国1961—2018年不同极端气温指数演变特征

为诊断变化环境下中国极端气温事件的动态演变特征,基于中国气象局国家气象信息中心的《中国地面气象要素年值数据集》的545个气象站点观测数据,考虑平均气温、气温年较差、极端最高气温和极端最低气温4项指标,采用距平分析、线性趋势、变异系数等多种统计方法,从多属性角度诊断1961—2018年中国极端气温指数时空分异特征。结果表明:(1)在气候态上,1961—2018年中国不同极端气温指数表现出多种时空分异特征,首先是纬度主导下的南北分异,其次是经度主导下的东西分异,最后是海拔主导下的高低分异。(2)在年代距平上,中国平均气温距平随年代发展逐渐由负距平为主演变为以正距平为主。气温年较差距平在东西地区具有年代差异特征。极端最高气温距平在西藏地区演变特征与平均气温距平相一致。极端最低气温距平在1960年代和1970年代以负距平为主,而在1980—2010年代以正距平为主,且具有东西和南北分异特征。(3)在变化趋势上,中国平均气温和极端最低气温在1961—2018年均以增加趋势为主,且多数地区增加趋势速率分别超过了0.8℃/10 a和0.4℃/10 a。气温年较差和极端最高气温在西藏地区以减少趋势为主,且多数地区的减少趋势速率超过了0.4℃/10 a。中国整体趋于增暖的背景下,东部地区的高温事件在区域增多增强。(4)在年际变异上,1961—2018年中国平均气温年际变异最大,极端最低气温次之,气温年较差再次之,极端最高气温最小。上述结果表明中国气温在朝着极端化方向发展,需要高度关注极端气温事件风险及其引发的工程灾害事件。     

雅鲁藏布江流域近18年来植被变化及其对气候变化的响应

基于MODIS(moderate resolution image spectroradiometer) NDVI(normalized difference vegetation index)数据、DEM数据、1∶100万中国植被类型图,运用Mann-Kendall趋势及突变点检验法对2001—2018年雅鲁藏布江流域不同海拔梯度和植被类型的NDVI进行提取,分别在时间和空间尺度上分析其年际变化并探究流域NDVI变化与植被类型和气候因子的相关性。结果表明:全流域尺度、不同海拔梯度和不同植被类型近18年的NDVI年际变化均呈增长趋势且在2013年之后呈现明显的增长趋势。在空间尺度上,80%的流域近18年来NDVI呈增长趋势,植被状况得到较好的改善;流域NDVI在海拔小于等于3 500 m时主要受针叶林和阔叶林的影响,大于3 500 m且小于等于5 000 m主要受灌丛、草原及草甸的影响,大于5 000 m受高山植被和草甸影响较大;流域植被的NDVI受降水和气温的影响较大,其中温度的影响略强于降水;气候变化对流域植被的影响具有滞后效应,在该条件下流域植被的NDVI与气候因子的相关系数由大到小为草原、草甸、灌丛、高山植被、针叶林、其他植被、阔叶林。若一种植被类型受气温的影响大于降水,其对气温变化的响应也会更为敏感;反之,若该植被类型受降水的影响大于气温,则会对降水变化的响应更为敏感。     

黄淮海流域近50年气候分区时空演变特征

根据黄淮海流域及其周边地区204个气象站点1961~2010年(50年)的逐日气象资料,计算了干燥度中的潜在蒸散项,并在此基础上使用克里格(Kriging)插值法生成黄淮海流域干燥度和气候分区,分析近50年黄淮海地区基于干燥度的气候分区的时空演变特征。研究结果显示:(1)自1961年以来,黄淮海流域干燥度呈缓慢波动增大趋势,但增幅较小,其多年平均值为2.46,年干燥度在1998年前后有显著突变;(2)利用干燥度指数将黄淮海流域划分为湿润、半湿润、半干旱和干旱4个干湿气候区,近50年来半干旱区与其他干湿气候类型区之间的干湿度差异有逐渐加大的趋势;(3)从空间尺度上看,全流域干燥度总的特点是北大南小,呈现由北向南逐渐递减趋势。     

MIKE BASIN模型在松花江流域的应用研究

根据松花江流域实际情况和水资源管理需求,提出松花江流域水资源配置模型框架.对项目区域和模型结构进行了详细介绍,下一阶段进行参数率定、未来相关规划方案的制定等一系列工作,以期更好地为流域水资源管理服务.     

松花江流域河流泥沙及其对人类活动的响应特征

对松花江流域主要水文站输沙量变化的分析表明：51年来,嫩江除1998年发生洪水外其余年份输沙量变化不大,第二松花江输沙量表现为明显的下降趋势,松花江干流输沙量也表现为下降趋势,而松花江整个流域在1979年之前为下降趋势,1979年之后为上升趋势。松花江干流区域和第二松花江为主要的泥沙来源区,分别占整个松花江流域输沙量的72.1%和16.2%。通过对单位降雨侵蚀力输沙量的分析,松花江流域输沙量负荷的变化与流域内重大历史事件、国家政策等人为活动的变化密切相关。＂大跃进＂时期嫩江流域输沙量负荷显著增大,三年自然灾害时期各区段输沙量负荷都出现峰值,＂文革＂时期各区段输沙量负荷起伏变化比较大,改革开放特别是家庭联产承包责任制实施以后,各区段输沙量负荷都呈现显著增长的趋势,90年代自然灾害频发使输沙量负荷持续出现峰值,直至1999年退耕还林后输沙量负荷才有所下降,但此后输沙量负荷又有不同程度的增长趋势。     

珠江流域未来30 年洪水对气候变化的响应

从第5次耦合模式比较计划（CMIP5）的47个全球气候模式中,根据模式对珠江流域降水模拟的相似性,筛选出5个相对独立的模式,耦合大尺度水文模型（VIC模型）模拟了21个主要干支流控制站日流量过程。以洪峰流量和洪水总量为指标,评估了IPCC RCP4.5情景下未来30年洪水对气候变化的响应。结果表明：2011—2040年洪峰流量和洪水总量在西江和粤西桂南沿海诸河可能呈增加趋势;而在北江（洪水总量）和东江多半可能呈减少趋势。与1970—1999年相比,郁江、桂江、东江及粤西桂南沿海诸河特大洪水可能呈增加趋势,红水河和北江多半可能呈增加趋势;柳江则可能或多半可能呈减少趋势。西江洪水与红水河、郁江关系将更为密切,北江与西江及红水河与柳江洪水遭遇的情况多半可能增加。     

阿克苏河径流演变及其对气候变化的响应

气候变化深刻影响着径流变化过程,是造成我国西北干旱区水资源短缺和生态环境荒漠化等问题的重要原因。以阿克苏河流域上游水文站1961-2014年的月径流资料和气象网格数据为基础数据,通过线性回归法、Mann-Kendall非参数检验法和Pearson相关系数法,分析了阿克苏河流域径流演变规律并进一步探讨了径流对气候变化的响应。结果表明:近54年来,阿克苏河流域径流量呈现显著的上升趋势,且研究区内气候增暖增湿趋势明显;径流量和气候要素在时间上有良好的一致性,突变时间均发生在20世纪90年代,径流量的突变时间略滞后于气温和降水量;经相关统计检验分析,阿克苏河流域出山口径流量受到了气温和降水的双重影响,托什干河径流对气温更为敏感,而库玛拉克河则是降水对径流的影响占主导作用。     

头道松花江流域水文特征浅析

本文利用头道松花江多年水文资料,对头道松花江流域降水、蒸发、径流及泥沙特征进行了分析。     

松花江流域水污染特征及其调控对策

针对松花江流域日益突出的水问题,研究总结了流域水污染的五大特征,即:入河污水量大,点面源并重;有机污染严重,有机毒物突出;大城市排放集中;水污染趋势加重、冰封期问题突出;污染事故风险高.在此基础上,结合当前流域水环境管理的现状,识别了松花江流域水污染调控的主要问题,即缺乏系统协调性.提出松花江流域构建基于“自然-人工”二元水循环过程的水质水量联合调控体系的思路,在自然水循环和社会水循环两大层面七个方面基础上建立完整的水量控制及水质保障系统,并提出进行综合管理的体制和机制保障措施以及注重水污染的风险管理与应急机制建设的对策建议.     

松花江流域水污染特征及其调控对策

针对松花江流域日益突出的水问题,研究总结了流域水污染的五大特征,即:入河污水量大,点面源并重;有机污染严重,有机毒物突出;大城市排放集中;水污染趋势加重、冰封期问题突出;污染事故风险高。在此基础上,结合当前流域水环境管理的现状,识别了松花江流域水污染调控的主要问题,即缺乏系统协调性。提出松花江流域构建基于"自然-人工"二元水循环过程的水质水量联合调控体系的思路,在自然水循环和社会水循环两大层面七个方面基础上建立完整的水量控制及水质保障系统,并提出进行综合管理的体制和机制保障措施以及注重水污染的风险管理与应急机制建设的对策建议。     

松花江流域水污染特征及其调控对策

本研究分析了松花江流域水污染的五大特征,即流域污染以点源为主,有机污染严重,大城市排放集中,水污染趋势加重、冰封期问题突出和污染事故风险高。在此基础上,结合当前流域水环境管理的现状,识别了松花江流域水污染调控的主要问题,并进一步提出松花江流域应当构建基于“自然-人工”二元水循环过程的水质水量联合调控体系、注重水污染的风险管理与应急机制建设的对策建议。