基于Copula函数的区域降水联合分布与特征分析

为深入研究降水时空分布特性,以便为流域水资源合理配置提供科学依据,以广东省东江流域内32个代表雨量站1956~2009年月降雨量资料为例,根据泰森多边形法计算四个子区间的面雨量,采用边际插值函数法（IFM）估计Copula函数参数,通过AIC信息准则确定研究时段内任意两相邻区间面雨量指标的联合分布。结合历史雨量极值组合所对应的重现期计算结果表明,东江流域降水时空分布不均匀,前汛期时段流域水资源状况较为安全,流域上游水资源状况也较为安全,后汛期与枯季时段流域下游水资源状况最为严峻。基于Copula函数方法与传统面雨量频率分析方法相比,能更全面地反映降水的分布特征。     

淮河流域汛期极端降水时空演变规律分析

研究淮河流域极端降水时空演变规律对流域防洪减灾、水资源规划等意义重大。基于淮河流域24个气象站1961~2011年汛期逐日降水资料,建立极端降水序列,并对极端降水频度和强度的趋势、突变及周期变化特征进行了年尺度和年代尺度的时空变化分析。结果表明,极端降水频度和强度均呈较显著的上升趋势,且均在2000年代出现大幅提高,时间变化的第一主周期为4年;频度和强度的空间分布基本符合右岸强、左岸弱,南部强、北部弱,从上游内陆至下游沿海逐渐增加的分布规律;各年代极端降水空间分布发生变化,沿海与内陆的频度差异逐渐缩小,左右岸的强度差异越来越显著。研究成果可为水资源规划管理工作提供参考。     

1960~2013年云南省降水时空变化特征分析

鉴于分析云南省降水时空变化特征对该地区旱涝灾害预警和水文模型研究具有重要意义,基于云南省29个气象站点1960~2013年的逐日降水资料,采用滑动平均、线性倾向估计、Mann Kendall突变检验、滑动t检验和普通克里格插值等方法分析了该地区降水变化特征、降水变化趋势及空间分布情况。结果表明,年际降水量以7.7 mm/10a的幅度逐渐减少,在2008年发生突变;空间分布不均,整体由东北向西南呈带状递增分布,并形成2个孤岛状的降水集中区。夏、秋、冬三季降水量均逐渐减少,春季增加;季突变时间存在差异性;夏、秋两季空间分布情况与年际类似,春季自南向北逐渐减少,冬季自中部分别向东南和西北呈带状递增分布,同时还具有自南向北呈带状递减分布的特征。     

梧桐河流域上游径流时序变化特性及趋势

为掌握梧桐河流域上游径流时序变化特性以指导流域水资源开发利用,基于梧桐河上游宝泉岭水文站1951～2013年天然径流序列,采用累积距平法、非参数检验Mann-Kendall法和Morlet小波分析法研究了年、季节径流量的趋势特征、突变特征及周期特征,探讨了引起天然径流量发生变化的主要原因。结果表明,梧桐河流域春、冬两季径流量分别以0.005×10~8、0.004×10~8 m~3/10a平均速率呈增加变化,夏、秋两季径流量分别以0.144×10~8、0.243×108 m~3/10a平均速率呈减少变化,仅秋季径流量减少趋势显著,在季节径流量综合作用下,年径流量以-0.379×10~8 m~3/10a平均速率呈不显著减少变化;年及季节径流量丰枯转变频繁,突变多发生于1960年代中期以前;年及四季径流量存在显著周期特征,第1主周期依次为12、14、12、11、11年;降水减少引起流域径流量减少,使得两者呈基本一致的时序变化特性。研究成果可为流域水资源开发利用及规划管理提供依据。     

气候变化与人类活动对湘江流域径流变化的影响分析

为进一步了解气候变化与人类活动对湘江流域径流变化的影响,将湘江流域划分为上游、中游、下游三个汇流区间,采用Mann-Kendall非参数检验法和累积距平法等数理统计法揭示了湘江流域上游、中游、下游径流与气象因素在1961~2013年之间的演变规律,利用弹性系数法定量分析了气候变化与人类活动对湘江流域径流量变化的影响。结果表明,湘江流域径流与降水变化趋势不明显,潜在蒸散发呈下降趋势,径流变化具有较明显的阶段性;湘江流域气候变化与人类活动均起着增加径流的作用,人类活动对上游与中游的影响较大,下游则是以气候变化的影响为主。     

变化环境下浑河流域近50年来径流变化特征研究

浑河是辽河重要支流,研究其径流变化特征,对做好区域水资源相关工作具有重要的参考意义。基于浑河流域上游大伙房水库站、中游沈阳站和下游邢家窝棚站的1962~2011年逐月实测径流资料,借助累积滤波器法、Mann-Kendall法、小波分析法、集中度和集中期等方法和指标研究了变化环境下浑河流域径流的年际、年内变化特征。结果表明,浑河流域径流存在阶段性特征,其中1962~1984年径流偏枯,1985~2011年径流偏丰;各站年径流变化主周期均为11年,第二周期均为5年,第三周期存在微小差别;径流年内集中度逐渐减小,各月分配的径流量趋于均匀;浑河流域各站年、非汛期径流量分别呈减少、增加变化,总体上,汛期各月径流量呈减少变化,非汛期各月径流多呈增加变化,这些变化有助于发展流域社会经济和保护河流生态系统的健康。     

基于TFPW-MK法的太湖流域湖西区降水时空变化分析

基于太湖流域湖西区13个雨量站近50年(1964~2013年)逐日降水量资料,采用TFPW-MK法分析该地区降水时空变化规律。结果表明,湖西山丘区年平均降水量为1 469mm,平原区为1 397mm;湖西山丘区汛期(5~9月)平均降水量高于平原区,分别为975、732mm;湖西区近50年各序列存在不同程度的自相关性,降水呈显著上升趋势(Z=1.36),其中湖西平原区降水呈极显著上升趋势(Z=1.66);湖西区汛期平均降水量占全年平均降水量的66%,汛期降水空间分布与全年降水空间分布基本吻合,均呈自西南向东北递减趋势;但湖西区近50年来全年与汛期平均降水量变化趋势并不完全一致,如东部小河新闸、宜兴、大浦口全年降水趋势为不显著减少,汛期降水趋势则为不显著增加;西南部茅东闸、平桥全年降水趋势为不显著增加,汛期降水趋势则为不显著减少。     

北京市降水年内分配特征量化研究

为合理开发和利用北京市水资源,根据北京站1951~2011年逐日降水资料,采用年内分配比例、降水集度PCI、集中度Cd、集中期D等指标分析了降水年内分配特征,借助线性倾向估计法、Mann-Kendall法和R/S分析法分析了年内各月、汛期、主汛期、年降水及其年内分配特征指标的变化趋势。结果表明,统计时段内年、汛期和主汛期降水及PCI、Cd和D均呈减小变化,递减速率依次为40.2 mm/10a、41.3 mm/10a、26.4mm/10a、1.560/10a、0.019/10a和0.898/10a,汛期、主汛期时段降水比例亦存在减小变化,降水年内分配过程渐趋均衡;降水呈显著的月际变化且年内高度集中,1960年代降水月际变化最强,2010年代最弱,1970年代降水年内最集中,2010年代最不集中;未来一段时间内,汛期降水将呈增加变化,年、主汛期降水及PCI、Cd、D及汛期、主汛期时段降水比例均呈减少变化,降水年内分配不均匀性和集中程度减小,最大日降水出现时间将会提前。     

沱沱河流域水文气象要素变化特征分析

为更好地理解气候变化对沱沱河流域径流变化的影响,采用累积距平法、M-K检验和小波分析方法综合分析了沱沱河流域1961~2010年以来的气温、降水和径流深序列年际变化特征。结果表明,近50年以来,沱沱河流域气温、降水和径流深序列均呈不同程度的上升趋势,且分别以0.32℃/10a、8.7mm/10a、4.1mm/10a的速度上升;气温、径流深序列均有显著上升趋势,而降水的上升趋势不太显著;气温、降水、径流深序列分别在1999、2004和2007、2004和2007年发生突变;沱沱河流域水文气象要素呈现出多年周期不同尺度的振荡特性,气温、降水和径流深年代年际变化周期分别以25、20、22年为第一主周期。     

气候变化背景下东北地区太阳能资源多时间尺度空间分布与变化特征

利用东北三省71个气象站1961~2012年地面气象观测资料,研究不同时间尺度(年代、年、生长季)下太阳辐射总量的空间分布和变化特征。研究结果表明:东北地区太阳能资源丰富且较稳定,年太阳辐射总量年代际递减,变化幅度为-1.1%/10 a,主要由春季和夏季太阳辐射减少所致。以增暖为主要特征的气候变化使生长季延长,导致生长季太阳辐射总量无显著性变化。     

气候变化对黄河源区水文情势的影响

在CMIP5多种GCM模式和VIC模型基础上,结合水文指标法(IHA)和趋势分析法,研究了未来气候变化对黄河源区水文情势的影响。结果表明,黄河源区的年降水和年平均气温在未来时期(2036~2065、2070~2099年)总体上呈现显著增长趋势,各季气温增幅相当,然而降水季节变化存在较大差异,夏季降水较秋冬季节增长更为显著;黄河源区的汛期径流量呈增加趋势,剩余月份呈减小趋势,该趋势在冬季尤为显著;年极端最小径流有减小趋势,年极端最大径流有增加趋势,可能会对部分鱼类繁殖等产生影响,不利于水生生物的生存。     

三峡水库下游水沙情势变化及影响因素分析

为定量评价三峡水库下游水沙情势变化并分析其影响因素,采用基尼系数分析了宜昌站1952～2016年径流量与输沙量年内分配均匀度,运用Mann-Kendall非参数检验、滑动T、累积距平法确定了水沙年内分配均匀度的变化趋势及其突变年份,进一步将水文要素划分为汛期(6～10月)与非汛期(11月～次年5月),并采用累计量斜率变...     

怒江中上游流域降水趋势和周期变化分析

基于怒江贡山水文站以上流域1958～2008年降水资料,运用M-K检验法及Morlet小波函数方法,分别对该流域的年降水和四季降水序列进行了趋势和周期分析,揭示了该流域各降水系列均有增加的趋势,其中年降水系列和春季、冬季降水系列增加趋势明显,并确定了各降水系列的震荡主周期。由此预测未来3～5年内怒江中上游流域年降水和夏季、秋季降水处于偏枯期,春季、冬季降水处于偏丰期。     

东江流域近50年来径流极值变化特征

流域径流极值事件由于突发性且破坏性强而得到广泛关注。依据东江流域主要水文站1959～2008年历年逐月径流资料及水文控制站博罗站历年逐日径流资料,采用Mann Kendall、R/S分析等方法,对流域近50年来径流及其极值变化特征和原因进行了分析。结果表明,近50年来,东江流域径流增长不显著;博罗站流量极大值指标对应汛期流量减少不显著,而极小值指标对应非汛期流量显著增长;主要水文站月均流量与博罗站极值流量Hurst指数均大于0.5,表明各流量指标未来与过去具有相同变化趋势,变化环境下东江流域径流极值朝着有利于流域水资源开发利用的方向变化。     

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。     

滹沱河流域汛期气温、降雨及径流变化特征分析

分析汛期水文气象等要素的变化特征对认识流域水资源演变规律非常重要。选取滹沱河流域1958~2004年的水文气象数据,采用线性趋势回归检验法、滑动秩和法及Morlet小波分析法分别对汛期水文气象要素序列的趋势、突变及周期性进行分析,并基于Surfer 9软件分析了降雨变异前后空间分布的变化情况。结果表明,滹沱河流域汛期月平均气温呈升高趋势,而降雨及洪量则呈下降趋势;气温、降雨和洪量序列均存在突变现象,变异点大致出现在1980年前后;变异后流域平均降雨量明显减少,且变异前后降雨空间分布也存在明显差异,变异前降雨在流域空间上更为集中,更易形成洪水过程,变异后滹沱河流域洪涝灾害发生可能性有所降低。     

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。     

塔里木盆地西缘山地降水量变化特征研究

基于塔里木盆地西缘山地1960~2015降水量数据,采用Mann-Kendall(M-K)趋势检验、线性趋势分析、多项式拟合、移动平均、Morlet小波函数和滑动t检验(MTT)等方法分析了其降水变化趋势、变化过程、变化周期和突变情况。结果表明,塔里木盆地西缘山地以夏秋降水为主,年降水量和四季降水量在波动中整体呈上升趋势,其中年降水量、夏秋季节降水量递增速率快、趋势显著,这些变化将加大防洪压力,必须引起重视;年降水量、四季降水量存在准4、8、12、28年周期波动,但模方系数变化较大,表明年降水量和不同季节降水量波动周期的主控因素不同,不同时段降水量波动周期的主控因素也不同;年、春季、夏季、秋季和冬季降水突变点分别为1985、1977、1986、1997、2000年,突变前后降水量平均值变化明显。研究结果对于防洪防汛、水资源合理利用及山区或河流上游修建水库设计具有一定借鉴价值。