江西省水稻生长季需水量及旱涝特征分析

水稻是江西省最主要的粮食作物,了解江西省水稻生长季旱涝演变及急转特征,有利于保障水稻生产力制定适当防灾减灾策略。基于1960～2018年江西省77个站点的气象数据,利用标准化降水蒸散发指数(S_(PEI))和短周期旱涝急转指数(S_(DFAI)),研究水稻生长季旱涝演变及急转特征,并分析水稻需水量与气象因子的变化过程及相关关系。结果表明,早稻期间洪涝事件多发,晚稻期间干旱事件频发,早晚稻生长季S_(PEI)均呈上升趋势,旱涝事件空间上范围广、成片化;4～8月旱涝急转指数呈上升趋势,趋向"旱转涝",8～10月倾向"涝转旱",2000年后极端旱涝急转事件发生的频率明显增多;水稻生长季需水量显著减少(P0.01),主要与平均日照时长显著降低(P0.01)有关。     

金沙江水文过程对赤道中东太平洋海温的响应

赤道中东太平洋海温异常变化对气象和水文过程具有强烈干扰,金沙江流域降水和径流特征对该区域海温异常的响应对整个长江流域旱涝灾害的发生有重要影响。综合EOF方法、相关分析与集中期方法,通过分析金沙江流域1981～2010年间流域内降水对赤道中东太平洋Nino3.4区海温的滞后响应期及降水对径流的超前影响期,确定了径流对海温的滞后响应期。结果表明,金沙江降水对赤道中东太平洋海温的滞后响应存在短期(4个月)和长期(11～12个月)两种时距;多数年份,流域内降水对径流的超前影响期为1个月;一般情况下,金沙江径流对赤道中东太平洋海温的滞后响应模式亦分为短期(5个月)和长期(12～13个月)两类。结果可为海温异常引起的金沙江流域旱涝灾害及径流丰、枯事件预警提供依据。     

皖北地区旱涝演变及急转特征

根据皖北及其周边的16个气象站点1961～2013年每日降水数据,利用SSPI指数和夏季长周期旱涝急转指数,分析了皖北年降水量时空变化、旱涝发生频率的空间分布特征及旱涝急转规律。结果表明,皖北的年降水量呈微弱的减少趋势,呈现出从西北向东南递增的趋势;皖北干旱与洪涝在不同时间尺度下分布较为均匀,呈现出反复交替出现的情况。从时间尺度看,秋季为旱涝高发时期;从空间尺度看,淮北、宿州、蚌埠为秋季干旱高发区,阜阳、宿州为春季洪涝高发区;旱涝急转事件均为旱转涝事件,在2000年之后旱涝急转事件具有更高的发生频率,占53年中旱涝急转次数的40%。     

红河流域径流演变分异及其特征

红河流域径流演变分异研究对于揭示流域径流的形成、演变规律及跨境水管理具有重要意义。选取红河流域9个代表站点,利用累积距平法、滑动t检验和Mann-Kendall-Sneyers法研究了红河流域的径流演变分异。结果表明,径流演变空间差异显著,各控制断面波动不一致;流域各站点(除大东勇站)均出现径流突变,但突变时间不一致,且越往下游,突变时间越晚;此外,各站点丰枯转化时段不一致。     

王快水库与西大洋水库连通条件下入库径流演变及影响因素分析

研究王快水库与西大洋水库两库连通状态下的入库径流变化规律与丰枯遭遇,对于保障雄安新区用水安全有重要意义。基于1971～2015年共45年的径流和降水的月数据系列,利用滑动平均法、有序聚类法、不均匀系数、集中度、集中期和频率分析法等,研究了王快与西大洋水库入库径流的年际年内变化,并分析了两库的丰枯遭遇状况。结果表明,王快水库与西大洋水库年际入库径流总体呈减少趋势,随时间变化表现出丰枯交替现象,45年间均出现两次突变,突变时间为1979、1996年;入库径流年内分配不均匀性、集中程度均呈下降趋势,随着时间推移入库径流年内分配趋于均匀,两库入库径流的变化规律在年际、年内一致。不论是全年还是年内各月,王快水库与西大洋水库丰枯同步频率大于丰枯异步频率,丰枯同步性高,丰枯补偿特征不明显。入库径流的变化受降水及人类活动的综合作用影响。研究成果可为径流调控提供参考。     

基于R/S分析法的云南干热河谷降水变化趋势分析

以云南干热河谷区涉及四大流域的典型代表站1956～2000年的降水资料序列为研究对象,应用基于分形理论的R/S分析模型对云南低纬度高原区干热河谷近45 a来1月、7月和年均降水量变化趋势进行了分析,研究表明存在明显的Hurst现象,表现为持续上升的趋势效应,且年降水量变化趋势的持续性强度明显大于1月和7月,而未来年降水量将可能出现继上世纪90年代初以来持续上升的趋势,利用R/S方法预测降水丰枯变化趋势是较为有效的途径.     

海河流域1469～2008年旱涝变化趋势及演变特征分析

基于对历史时期旱涝灾害的重建及其影响研究,采用1469～2008年的历史资料统计了海河流域旱涝灾害的特征参数,运用数学统计方法建立了历史丰枯指数序列,对流域内旱涝等级的一致性进行了分析,得出流域水旱灾害发生的周期和时期,并运用t检验法、功率谱分析和小波分析等方法进行了定量分析和进一步校核.结果表明,海河流域540年可划分为6个以旱为主和6个以涝为主的阶段,流域旱涝的发生具有连续性,且存在8～12、14～20、35年的显著周期.     

典型土地利用类型旱涝急转事件发生时段气温变化特征

基于安徽省土地利用数据遴选出灌木、草地和湿地3种典型的天然生态系统,结合灌木和湿地(1960～2013年)、草地(1967～2013年)3个相应气象站点逐日降雨和气温资料,采用连续无雨日和降雨等级标准,筛选出近50年天然生态系统中夏季(6～8月)发生的旱涝急转事件,分析3种土地利用类型在发生旱涝急转时段内气温的变化特征。结果表明,旱涝急转发生时段的平均气温均高于同时段多年平均气温;旱涝急转发生时段气温表现出先升高,后在降雨日前或降雨日开始逐渐降低,并在降雨日当天气温降幅较大;灌木、草地和湿地3种天然生态系统旱涝急转发生时段气温的变化特征基本一致。     

金沙江下游及三峡梯级空间径流均匀度变化

针对金沙江下游及三峡梯级流域开发可能对空间径流均匀度产生的影响,基于屏山、寸滩和宜昌水文站1954~2007年径流资料,利用Lorenz曲线和Gini系数计算了径流时空分布均匀度变化。结果表明,屏山、寸滩、宜昌3站年径流Gini系数整体呈下降趋势,流量时间分布趋于均匀,流域洪枯变化和干支流建坝蓄水调节均对径流均匀度产生较大的干扰。表明上游水库对下游径流量的影响程度取决于上游水库的调节性能及来流量,对于调节性能不高的水库,流域天然径流的丰枯变化大于水库的调蓄影响。     

澜沧江流域近51年来极端降水事件的变化趋势和突变特征

基于澜沧江流域1960～2010年31个气象站点的逐日降水资料,采用百分比阈值法定义了不同站点极端降水事件的阈值,应用Mann-Kendall检验方法分析了极端降水事件的降水量、降水频率、降水强度和严重干旱频率等的时空变化特征。结果表明,澜沧江流域极端降水阈值的空间分布呈西北至东南逐渐增大的分布趋势;极端降水事件整体上呈显著上升趋势,且在空间上存在差异,各指标均呈西北向东南逐渐增加的趋势,尤其是德钦站以南的澜沧江中下游地区为干湿事件发生较频繁的区域;极端降水事件在气候的长期变化过程中还存在突变现象。     

长江下游湿润流域不同水源的同位素组成对台风雨响应

鉴于不同水源对降水事件的响应,对于深入理解流域产流机理及地下水补给有重要意义,通过对长江下游和睦桥小流域台风雨事件的林外降水、贯穿降水、土壤水、河水采样,分析其氢氧稳定同位素组成,探究不同水体同位素组成对降水事件的响应。结果表明,最小二乘法求得的和睦桥流域台风降水的林外和贯穿降水线的斜率和截距均小于全球大气水线;由于植被截留和蒸发共同影响,贯穿降水相对于林外降水稳定同位素更加富集;降水事件中土壤水的δ18 O时程波动最大,主要与真空蒸馏采样方法及事件前水的存在有关,雨强和气温也可能会对土壤水同位素的组成带来很大影响;河水同位素的相对丰度时程变化最小,可能由于其主要补给来源是降水事件发生前储存在流域的水,降水事件对河水的δ18 O影响较小。     

海河流域极端降水时空变化规律及其与大气环流的关系

为了解海河流域极端降水时空变化规律,基于海河流域40个气象站1960～2016年逐日降水资料,采用线性回归、M-K趋势检验法、Pearson相关性分析法,分析了海河流域近57年来10个极端降水指数的时空变化及其与大气环流的相关性。结果表明,除了持续干期(CDD)和持续湿期(CWD)外,大多数极端降水指数多年平均值在空间上呈自东南向西北减少的分布规律,CDD呈现自北向南减少的规律,CWD呈现自东南向西北增加的规律;在时间变化上,所有极端降水指数均呈下降趋势,只有最大一日降水量(RX1day)的下降趋势显著;在空间变化上,除中雨日数(R10mm)和降水强度(SDII)呈上升趋势的站点与呈下降趋势的站点个数相同外,多数站点各极端降水指数呈下降趋势;除CDD与其他极端降水指数相关性较弱外,各极端降水指数的变化具有较好的一致性;除CWD外,极端降水指数与厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)现象关系密切,而AO(北极涛动)和NAO(北大西洋涛动)是CWD变化的重要因素。研究成果对于海河流域水灾害防治及水资源配置有重要意义。     

和睦桥流域同位素示踪剂划分事件水的试验研究

流量过程线的划分结果对流域滞时分析、降雨径流关系确定和坡地汇流计算影响很大。以和睦桥小流域为例,基于该区域2015~2016年4场降雨资料,运用同位素方法对流域的流量过程线进行划分,探究降水总量和平均雨强对事件水贡献比例的影响。结果表明,事件前水占总流量的百分比例很大(67.9%~98.3%),肯定了事件前水的重要性;总降水量和降雨强度与事件前水占总流量的百分比例均呈负相关,这主要与流域所处地理位置的气候条件和下垫面前期土壤含水量有关;不同雨型主要通过降雨事件过程中的蒸发作用来影响事件前水的贡献比例,而相同雨型的降雨事件可能与前期土壤含水量有关。     

基于WGEN天气发生器的石羊河流域降水模拟

为实现石羊河流域降水的模拟,通过改进WGEN天气发生器模型算法,选择民勤、永昌、武威、门源、乌鞘岭、景泰、靖远和西宁等8个站点,利用各站点1968～1997年雨季逐日降水资料进行了降水模拟参数估计,并在此基础上采用KS检验及绘制Q-Q图对模型在石羊河流域的适用性进行评价,发现除尾部拟合不理想外,GAMMA分布能较好地拟合石羊河流域的降水状况;利用各站点1998～2017年雨季逐日降水资料实测值与模拟值,选取月平均降水日数、日平均降水量、雨日平均降水量和月最大降水量作为评价要素,分别计算4个评价要素中模拟值与实测值的均方根误差、平均绝对百分误差和相关指数,以此来评价降水模拟效果。结果表明,该模型能较好地模拟石羊河流域除极端降水情况以外的其他降水状况。     

近61年武汉市降水变化特征及趋势

武汉市是我国暴雨灾害频发的城市之一,研究其降水量变化特征及趋势,对做好区域防灾、减灾工作具有重要意义。基于武汉市1951~2011年逐日降水资料,采用线性回归法、5年滑动均值法、累积距平法、Mann-Kendall法和R/S分析法,选取最大1d降水量(P_(1d))、连续最大3d降水量(P_(3d))、中雨日降水量(P_(10))、大雨日降水量(P_(25))、暴雨日降水量(P_(50))、中雨日数(D_(10))、大雨日数(D_(25))、暴雨日数(D_(50))和降水日数(D0.1)等指标,研究了武汉市降水的年际、季节和逐日变化特征及趋势。结果表明,武汉市降水经历了"丰-枯-丰"三个阶段,春夏两季降水偏多、秋冬两季降水偏少,四季降水分别以-7.4、8.7、-2.4、3.7mm/10a的速率呈线性变化;除P_(1d)、D_(0.1)呈线性减少变化外,中雨日、大雨日和暴雨日数存在同步放大趋势,这会加剧区域内干旱、洪涝的发生,并给区域水资源规划与管理工作带来一定的压力和挑战。研究成果可为武汉市水资源优化分配、防洪抗旱提供决策依据。     

新疆塔里木河流域干旱特征演变时空分析

基于塔里木河流域25个气象站1960~2011年的逐年降水资料,利用Z指数及相应的区域旱涝指标、M-K秩次相关法、R/S法、克里格插值法对该流域的降水量特征、干旱特征的变化趋势进行了时空分析。研究表明,流域由北向南多年平均降水量逐渐减小,年降水量变差系数逐渐增大;20世纪90年代前流域多以干旱为主,90年代后则多为偏雨,流域25个气象站中24个站的Z指数值存在上升趋势,并有11个站通过了90%置信度的M-K显著性检验,22个站点的Hurst值表明未来Z指数仍保持上升的趋势;流域有由干旱向湿润转化的趋势,转化趋势以源流区阿克苏河及中下游区域的站点最为明显;各年代Z指数值的空间分布状况有所不同,90年代的规律性最强。     

安徽省梅雨空间特征及其对西太平洋副热带高压的响应

根据梅雨判别标准识别了安徽省江南、江淮和淮北3个区域1957～2016年的入出梅时间,通过Z指数对江南梅雨期时江南和淮北的降水量进行了等级划分,归纳了降水的空间分布类型及其对同期副高的响应。结果表明,仅有一段梅雨期时3个区域的梅雨期平均为6月16日～7月11日、6月19日～7月11日、6月25日～7月14日,梅雨量分别为344.1、234.7、207.8mm;3个区域二度梅分别为7、5、4年,空梅为5、6、9年;江南梅雨期时降水可分为南北正常、南北同丰、南北同枯、南丰北枯和南枯北丰5种,南北正常时副高脊线、强度、面积和西伸脊点与多年均值接近,南丰(南丰北枯和南北同丰)时脊线位置偏南,南枯北丰时脊线偏北,南北同枯时副高强度、面积异常偏小,西伸脊点异常偏东。     

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。     

基于改进多目标蝙蝠算法的洛河流域水库优化调度

为了发挥水资源综合利用的最大效益,实现水库发电和供水效益双赢的优化调度需求,以水库发电量最大和水库下游用水区域总缺水量最小为目标建立了多目标优化调度模型。同时,提出改进多目标蝙蝠算法(IMOBA)用于求解多目标优化调度模型,该算法引入外部精英蝙蝠集EBS()来存储算法寻优过程中的非劣解,设计一种基于混沌原理的脉冲发射率生成机制来增强算法的搜索能力,并加入变异操作以提高算法的种群多样性。将改进多目标蝙蝠算法应用在洛河流域故县水库,得到丰、平、枯三种典型年下的故县水库调度方案集。结果表明,IMOBA算法合理有效且优于多目标蝙蝠算法(MOBA),能较好地反映洛河流域故县水库的发电和供水要求。同时验证了多目标优化调度模型的可行性,为流域水库多目标优化调度方案的制定提供了新途径。     

基于深度学习的无资料地区多源降水融合与性能综合评估

为研究卫星-地面站点降水融合校正对遥感降水数据在无资料地区水文应用的意义,构建了考虑时空因素的深度神经网络(CNN-LSTM)融合模型,结合地形因子和气象站点实测资料对渫水流域TRMM 3B42遥感数据进行融合校正,并定量评估校正后的日降水误差。结果表明,经过CNN-LSTM模型校正后的降水数据精度有所提高,其与站点降水资料的相关系数在0.65以上,均方根误差、平均绝对误差、探测率分别比原始TRMM数据精度提升4.01%、8.09%、16.61%,且校正后的数据明显低估了降水;在不同雨强条件下遥感融合校正降水精度表现良好,但对于暴雨事件探测的精度仍有待提高。