1961～2022年长江流域高温干旱复合极端事件变化特征

2022年长江流域高温干旱复合特征显著,给水资源、生态系统、经济社会等带来重大影响。基于1961～2022年长江流域逐日气象观测数据和气象干旱综合指数(Meteorological Drought Composite Index, MCI),分析了长江流域极端高温、干旱以及高温干旱复合事件的长期趋势和相互关系,给出了基于频次、强度、持续时间和影响面积的综合危险性指数评估结果。研究表明：(1)四川盆地东部和长江中下游干流沿线及以南地区是2022年高温干旱复合事件相对影响最大的地区,同时上述地区也是高温干旱复合风险增加趋势显著的地区。(2)在局地复合事件持续时间增加以及上游复合事件风险增大的叠加作用影响下,长江中下游干流周边水文干旱风险可能增加。(3)气候变暖背景下,高温、复合极端事件将变得更为极端,特别在四川盆地东部和长江流域东南部最为显著;高温事件增加是复合事件增加的原因,越来越多的干旱事件与高温关联;长江上、中游在20世纪90年代末以后高温事件强度对复合事件强度起主要贡献的年份明显增多。(4)从综合危险性来看,长江全流域强高温事件并发的年份较多,而严重干旱常在上、中、下游中的两个区域...     

基于复合事件指数的西北地区高温干旱复合事件风险评估

基于标准化降水指数SPI和标准化温度指数STI构建了两个监测高温干旱复合事件指数：标准化复合事件指数SCEI和混合干热事件指数BDHI,并评估了SCEI和BDHI在西北地区高温干旱复合事件中的监测能力。以严重程度、面积覆盖百分比和发生频率分析了高温干旱复合事件的风险变化。结果表明：由于BDHI充分考虑了不同干热条件之间的相关性,其在西北地区监测高温干旱复合事件的能力明显优于SCEI,而SCEI存在将湿热状况误判为高温干旱复合事件的情况。相较于1982—1993年,1994—2022年西北地区发生高温干旱复合事件的严重程度、范围和频率更高;1994—2022年西北地区发生轻度、中度、重度等级以上的高温干旱复合事件的面积占比分别为35%、25%、10%;新疆中部、甘肃北部和东部、青海南部和陕西大部分地区在1982—1993年几乎未发生过重度等级以上的高温干旱复合事件,但上述地区在1994—2022年的发生频率明显增加。     

2022年夏季长江流域复合高温干旱事件的影响及应对

基于ERA5月尺度数据,分别计算干旱指标(SPI)和高温指标(STI),从复合型极端事件的角度分析了长江流域2022年夏季复合高温干旱事件及影响。研究结果表明：该事件是长江流域1979年以来覆盖范围最广的复合高温干旱事件,导致水资源供给减少,影响农业生产及民众健康,同时导致电力供需失衡,增加森林火灾风险;未来应在复合高温干旱事件的发生机制、联合监测和预测、影响评估、联合调度及适应性措施等方面加强研究。     

基于联合干旱指数的黄河流域干旱时空特征

依据黄河流域100个气象站1961—2013年的降水数据,采用高斯Copula函数并联合5个时间尺度的标准降水指数(SPI),构建了联合干旱指数(JDI),进而剖析流域干旱时空演变特性和评估历史时期干旱特征(历时、烈度)及联合特征分布规律。结果表明:JDI具备短时间尺度SPI对干旱事件开始时刻的快速捕捉能力,同时考虑到长时间尺度SPI的时间滞后性,在捕捉干旱传播及演变过程方面体现出较大优势;从时空分布特征来看,黄河流域中南部地区在20世纪90年代存在明显的干旱高频区,渭河、泾河、洛河流域存在以年代为周期的旱涝交替现象;黄河流域西北部地区、北部河套平原和大黑河子流域及中南部少数地区比其他地区更易发生长历时、大烈度干旱事件;变动阈值水平能引起历时和烈度较大的变化幅度,而联合特征对阈值水平变化的响应不敏感。     

黄河流域农业干旱特征研究

本文以作物根系层土壤含水率为基础建立了作物干旱指标模型，并综合考虑作物不同生育阶段水分条件对作物的影响，引进敏感系数，建立了干旱等级模型，研究了黄河流域干旱的地域性，季节性，持续性等特征，并对黄河流域区域干旱进行了分析。     

黄河流域气象干旱与水文干旱时空特征及其传递关系EI北大核心CSCD

基于标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化径流指数(SRI),比较了黄河流域气象干旱和水文干旱的时空分布差异,分析了二者时间尺度上的关联性,并选取典型干旱事件进一步探讨了两种干旱类型的传递关系。结果表明:两种干旱类型空间上有相似的趋势和频次,但在黄河源区和黄河中南部(渭河流域)差异显著,其干旱历时均有随年代延长的趋势,水文干旱历时增长尤为明显;在时间尺度上,SPEI与SRI在大部分区域基本一致,但在黄河源区和渭河流域差异较大,尤其是短时间尺度上差异更显著;气象干旱与水文干旱并非一一对应,多场短历时间断气象干旱受时滞效应、异常气象波动等影响,可能引发一场长历时连续水文干旱或多场短历时间断水文干旱,一场长历时连续气象干旱强度衰减可能引发多场短历时间断水文干旱。     

1961—2021年华南地区复合干旱-高温变化

近几十年,我国华南地区遭受干旱和高温的影响越来越严重,当干旱和极端高温即复合干旱-高温同时发生时,对人类经济、社会和自然生态环境造成的危害更大。基于264个气象站的逐日降雨和高温数据,探究了1961—2021年华南地区（包括广西、广东、福建和海南4省（自治区））复合干旱-高温的时空变化。研究发现,华南大部分地区复合干旱-高温事件的频率呈上升趋势,尤其是广东珠三角地区,其趋势为0.89 d/10 a,而广西大部分地区呈现负增长趋势。在复合干旱-高温频率变化方面,1992—2021年华南地区的复合干旱-高温事件发生频率大于1961—1991年,分别为5.45 d/10 a和3.49 d/10 a。考虑到复合事件的影响和危害越来越大,建议气候变化研究者未来更多地关注复合事件的发生。     

黄河流域干旱时空演变的空间格局研究

干旱因子是突变性和连续性并存的复杂地理要素(即空间异质性和相似性并存),理清其空间分布格局,对于深入认识流域水资源演变规律具有重要意义。本文以黄河流域为例,采用标准化降水指数(SPI)分析流域干旱时空演变规律,基于此,运用游程理论方法从标准化降水指数中识别出干旱发生次数、历时和烈度三种属性变量,并分析季尺度干旱因子的空间分布规律;最后,利用全局和局部Moran’s I指数探究了不同特征变量的全局和局部空间自相关性,确立了流域季尺度干旱因子的空间聚集(离散)位置及其空间分布格局。结果表明:(1)黄河流域四季干旱化程度加剧,下游干旱化程度高于上游,随着季节的变化,同一响应单元存在由湿转干再转湿的变化规律;(2)不同季节,流域旱情空间分布格局差异明显,春季西安及周边区域存在区域性干旱现象(干旱次数少、历时长、烈度大);夏季黄河源区旱情严重(历时长、烈度大);秋季黄河下游三门峡、孟津和运城区域存在区域性干旱现象(干旱次数少、历时长、烈度大);冬季宁蒙河段旱情严重,而兰州断面干旱历时和干旱烈度呈现"低高异常"的空间分布格局,旱情可能会加剧。掌握旱情空间分布类型,重点布控"高高聚集"格局区域,可以有效提高旱灾决策的准确度。     

黄河流域水质污染时空演变特征研究

为评价黄河流域的水污染状况,根据2004—2015年流域上、中、下游9个监测断面4个水质指标的监测数据,对流域水质达标情况及各水质指标的时空演变特征进行了分析。结果表明:研究时段内,黄河流域水质整体呈逐步改善趋势,水质达标率由2004年的48.5%上升至2015年的77.4%;年际变化上,除pH值无剧烈波动外,DO浓度各代表断面呈上升趋势,COD_(Mn)和NH_3-N浓度则基本呈下降趋势;年内变化上,受流域水文要素年内分配不均匀性影响,各代表断面除pH值年内波动幅度不大外,其余3个水质指标年内变化显著,基本在汛期6—9月达到最小值,在12月至次年3月达到最大值;空间变化上,受地区工农业发展及非人为因素影响,断面间水质指标存在较大差异,pH值与DO浓度空间变异性较弱,COD_(Mn)和NH_3-N浓度则存在较强空间变异性。     

长江与黄河历史洪水对比

 为研究洪灾发生的规律，减少洪灾损失，根据历史记录，分析了长江与黄河洪水和干旱出现的原因，根据长江流域近1 000年来的气候干湿变化规律，探讨洪水和干旱周期；对1840年以来长江与黄河洪灾等级和频率进行对比；对洪水和洪灾发生的特点及减灾措施进行综合分析。研究表明，两流域同时发生大洪水的机率较小，而同时干旱的机率较大；长江流域洪水频率大于干旱频率，且中下游发生洪灾的机率大于上游；长江流域水灾频率比黄河大。     

长江流域极端降雨事件时空分布特征

近年来,许多学者对中国的极端降水进行了研究,但对长江流域极端降水的研究多集中在日时间尺度强降水事件,从不同子流域极端降水事件入手的研究较少。利用1961～2017年长江流域各子流域面雨量资料,根据面雨量的分布曲线确定长江流域各子流域极端降雨事件判断的阈值,得到各子流域极端降雨年份,分析极端降雨事件的时间变化特征,以及不同子流域间极端事件的相关关系。研究表明:①20世纪60年代长江上游极端多雨事件频发,70年代以全流域极端少雨为主,80年代极端多雨事件中心转移至长江中下游,90年代长江上游变为极端少雨事件中心,2000年以来,长江流域处在由少雨向多雨转变的年代际背景中。②当子流域发生极端少雨事件时,流域其他流域大部也是以降雨偏少为主,空间的一致性较好。但是子流域发生极端多雨事件时,存在大部分地区少雨的情况,会出现旱涝并存的情况。     

长江源区和黄河源区降水量变化分析

利用长江源区和黄河源区22个气象站1961—2010年的逐日降水量资料,基于正态分布和Gamma分布,从概率角度讨论了两个源区的年、季节和日降水量的变化特征。结果表明：黄河源区年平均降水量和标准差均大于长江源区,近年来长江源区降水量明显增多,两者之间差异减小。两个源区年内降水量分布很不均匀,长江源区降水量大多集中于夏季,年际间丰枯差异显著;黄河源区降水量集中于夏季,年际变率随时间变化减小,降水稳定性增加;两个源区的日降水量以小雨为主,极端日降水量可达暴雨程度,近年来,随着形状参数和尺度参数的增大,日降水量概率分布有偏度和陡峭度减小的趋势,导致日降水量有所增大,进而影响到极端日降水量,使其有增大趋势。     

Capability of TMPA products to simulate streamflow in upper Yellow and Yangtze River basins on Tibetan Plateau

Due to the high elevation, complex terrain, severe weather, and inaccessibility, direct meteorological observations do not exist over large portions of the Tibetan Plateau, especially the western part of it. Satellite rainfall estimates have been very important sources for precipitation information, particularly in rain gauge-sparse regions. In this study, Tropical Rainfall Measuring Mission （TRMM） Multi-satellite Precipitation Analysis （TMPA） products 3B42, RTV5V6, and RTV7 were evaluated for their applicability to the upper Yellow and Yangtze River basins on the Tibetan Plateau. Moreover, the capability of the TMPA products to simulate streamflow was also investigated using the Variable Infiltration Capacity （VIC） semi-distributed hydrological model. Results show that 3B42 performs better than RTVSV6 and RTV7, based on verification of the China Meteorological Administration （CMA） observational precipitation data. RTVSV6 can roughly capture the spatial precipitation pattern but overestimation exists throughout the entire study region. The anticipated improvements of RTV7 relative to RTVSV6 have not been realized in this study. Our results suggest that RTV7 significantly overestimates the precipitation over the two river basins, though it can capture the seasonal cycle features of precipitation. 3B42 shows the best performance in streamflow simulation of the abovementioned satellite products. Although involved in gauge adjustment at a monthly scale, 3B42 is capable of daily streamflow simulation. RTV5V6 and RTV7 have no capability to simulate streamflow in the upper Yellow and Yangtze River basins.     

长江黄河含沙量垂线分布的分形研究

为了从流体内部结构入手分析挟沙水流含沙量分布,以长江、黄河实测资料为例,从分形标度的角度出发,探讨了天然河道含沙量垂线分布的规律。研究结果表明：天然河道含沙量垂线分布呈二阶累计和变维分形现象,分维数可以反映含沙量垂线分布的均匀程度,分维数越大,含沙量垂线分布越均匀;长江含沙量垂线分布的分维数（绝对值）要小于黄河的分维数,并且同一条河道的不同位置分维数不同;含沙量垂线分布的分维数大小与泥沙粒径、水深等有关。     

长江黄河垂线流速和含沙量分布规律

根据长江和黄河实测的流速、悬移质含沙量及其级配的垂线分布资料，分析了它们变化的规律性，检查了现有理论和经验公式与实测资料的符合程度，并对有关参数进行了探讨，分析表明：各垂线流速分布可以用指数流速分布公式和对数流速分布公式表示，各垂线含沙量分布既可用指数分布又可用对数流速分布导出的含沙量公式表示。相对水深η＝ｙ／ｈ＝０．４处的流速和含沙量及级配基本上都等于垂线平均值。从而可知，用η＝０．４处的流速和     

洋口港开发建设与江苏“江海联动”战略研究

江苏沿江港口水深不足、布点密集、重复建设、盲目竞争,长期未得到充分开发,江苏沿海地区在很大程度上影响了江苏经济的发展。"江海联动"战略是以提高港口经济的整体竞争力为基点,以提升江苏省综合竞争力为目标,重新审视"整合沿江",高度重视"开发沿海",对于江苏经济社会全面发展,特别是苏中、苏北地区实现跳跃式发展有着重大的现实意义。研究江苏区域经济发展战略,就要使苏中、苏北的发展有突破口,突破口就在港口。洋口港是江苏建港条件最好的深水海港,现在经济论证、技术论证都取得了很多成果,应加快洋口港的开发,以此拉动长江北岸港口的整合,带动江苏沿海经济的开发开放,进而辐射整个长江流域。     

黄河流域植被水分利用效率对干旱的时空累积响应EI北大核心CSCD

Using gross primary productivity (GPP) of vegetation and evapotranspiration (ET) data, combined with standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) data, the variation characteristics of vegetation water use efficiency (WUE) in the Yellow River Basin from 1982 to 2018 were revealed, and the cumulative effect of drought on vegetation WUE were quantified. The results indicate that the cumulative impact of drought on WUE can be measured by the months with the most significant correlation between multi-scale SPEI and WUE. The annual average WUE shows a distribution pattern of low in the north and high in the south, showing a certain similarity to the spatial distribution of annual average GPP. The WUE shows an upward trend, mainly because the GPP growth rate is greater than the ET growth rate. Drought has a cumulative effect on 58. 48% area of vegetation WUE in the Yellow River Basin, with cumulative time scales of 1 ~2 months, 6 ~8 months, and 19 ~ 24 months accounting for 43. 58%, 23. 10%, and 16. 96%, respectively. The cumulative time scale of drought on WUE varies depending on vegetation types and hydrological and climatic conditions. The cumulative impact of drought on grasslands and farmland near desert areas in the north is long-term (> 18 months), while the cumulative impact on grasslands and forests in humid and semi humid areas is short-term (≤4 months). The average cumulative time scale decreases with the increase of annual average SPEI, and the larger the SPEI, the shorter the cumulative time scale of drought on vegetation WUE. © 2023, Editorial Board of Water Resources Protection. All rights reserved.     

气候变化对长江、黄河源区水资源的影响

利用1961—2010年长江、黄河源区22个气象站的月降水量和月平均气温资料,分析长江、黄河源区的气候特征,用降水与蒸发的差值作为水资源量的代表,分析了气候变化对水资源的影响。结果表明,长江源区和黄河源区降水、气温和蒸发都有明显变化,尤其是近20年有明显增加趋势,但是两个源区的变化并不一致,黄河源区水资源量一直呈波动变化,而长江源区在最近10多年水资源量有明显增多现象。降水增多可直接增加水资源量,但是气温升高会促进蒸发,导致更多的水资源消耗,因此降水和气温的变化可相互抵消对水资源的影响,这是黄河源区水资源量变化不大的原因。但是近10多年长江源区气温显著增加,导致更多冰川融化,这可能是近年来长江源水资源量增多的原因。     

2022年长江流域极端干旱事件及其影响与对策

2022年7月以来,长江流域遭遇从1961年有完整气象观测记录以来最严重的特大干旱事件,引起社会广泛关注。本文基于长系列历史资料,统计分析了长江流域历史典型干旱及其致灾情况;剖析了2022年长江干旱发生的成因及特点;提出了科学抗旱减灾和综合施策的思考。分析表明：长江流域干旱发生成因受全球气候等多因素影响,尤其大气环流异常,夏季梅雨期过短,入陆台风少,副热带高压长时间大范围控制等,导致了流域大范围降雨量和径流量显著减少;长江干旱具有周期性特点,其中严重及极端旱灾中下游发生概率高于上游;2022年干旱显著特点是极端高温地区和范围具有实测记录以来第一,夏秋连旱问题十分突出。但是由于流域抗旱能力提高显著,严重干旱至今尚未引起严重旱灾。未来抗旱减灾的重点是,科学认识干旱的自然属性和成因;在进一步完善流域和区域水网及水利工程建设基础上,着力提高抗旱能力的基础建设,要加强以减轻重大干旱风险为主要目标的预警预报和调度等非工程措施,建立流域水旱减灾风险管理体系和适应性管理系统。