中国夏季复合高温干旱分布及变异趋势

利用1961-2014年中国月降水和月气温观测资料,选择常用的标准化降水指数(SPI)及标准化温度指数(STI)识别复合高温干旱事件,通过计算其发生频率和空间发生面积,分析了近54 a中国及七个子区域夏季复合高温干旱事件的时空分布特征及变化趋势.结果 表明:除青藏高原及新疆部分地区以外的中国大部分区域为复合高温干旱事件...     

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...     

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.     

Traceability and response method of sudden water pollution events in typical riverside areasEI北大核心CSCD

针对城市内河突发水污染事件频发引起水资源及经济的巨大损失,提出了Hartree闭环河湖水质预警法,通过事件发生、溯源追踪、预警排查、预测分析、应急处理及恢复原状的处置流程,采取监测预警、水质巡测、河长App、模型预测、紧急抢修及警报解除的措施,提出了基于水污染溯源的快速响应及事故处理方法。以南京金川河水系为例,研究了水污染突发事件后污染物的溯源、响应及事故处理的流程,基于耦合模型计算,通过有无Hartree闭环河湖水质预警法和不同调水量浓度场对比,得到调水量与水质超标时长的相关关系,从方法效用上提高了处理该类事件的效率。     

Influences of coastal underground reservoir construction and utilization on saltwater and freshwater transport law in aquifersEI北大核心CSCD

In order to reveal the impact of underground reservoir construction and extraction methods on the saltwater and freshwater transport law in coastal aquifers, a 300m × 900m × 30m conceptual numerical model was established. The variable density current simulation method of unconfined aquifer was used to analyze the saltwater and freshwater transport law in coastal aquifer under different extraction scenarios before and after the construction of underground dam. The results show that the construction of underground dam can significantly reduce the scope and degree of seawater intrusion. Groundwater extraction can accelerate the intrusion and diffusion of residual saltwater in underground reservoirs within a certain time range. The coefficient of saltwater intrusion is exponentially related to extraction scale and the distance between extraction wells and underground dams. Reasonable layout of the location and scale of extraction wells can effectively reduce the negative impact of groundwater extraction on water salinity in the reservoir area. © 2023, Editorial Board of Water Resources Protection. All rights reserved.     

Study on coupling coordination development and dynamic response of water system of sponge citieEI北大核心CSCD

Based on the established evaluation indicator system of urban water system, evaluation indicator data collected from six typical pilot sponge cities were analyzed using a coupling coordination model to empirically examine the development status of coupling coordination of the water system of different cities. The key indicators were identified through grey correlation analysis, and a vector auto regression model was established to investigate the mechanism, through which these key indicators impact the development of coupling coordination of the water system. The findings indicate that the water system of the six cities has progressed from serious or moderate incoordination to coordination after the construction of sponge cities, and “sponging” reconstruction had better short-term effectiveness in southern pilot cities, including Wuhan, Shenzhen, and Shanghai, compared to northern pilot cities, including Jinan and Beijing. Furthermore, the coupling coordination degree between the water ecology and water security subsystems is found to be the highest, while river regulation rate and drinking water compliance rate exert fluctuating effects, alternatively impeding or promoting the interrelation between the two sub-systems. By contrast, the coupling coordination degree between the water resources and water culture subsystems is the weakest, while the number of official platform publicity exerts a significant and sustained positive effect on the relationship between the two sub-systems. Additionally, there is a need for further enhancement of the coupling coordination degree between the water resources and water environment subsystems, and the increases of water consumption per 10 000 yuan of GDP and sewage treatment rate have significant promoting but short-lived effects on the coordination between the two sub-systems. © 2023, Editorial Board of Water Resources Protection. All rights reserved.     

Construction of an optimized comprehensive drought index for agricultural watersheds in cold regions and its applicability analysisEI北大核心CSCD

以挠力河流域为寒区农业流域典型区,构建融合多源信息的综合干旱指数用于寒区农业流域干旱特征的评估,并分析其适用性。基于构建的SWAT模型模拟挠力河流域水文气象要素,计算单一的标准化降水蒸散发指数(SPEI)、标准化土壤湿度指数(SSI)和标准化径流指数(SRI),运用主成分分析法和熵权法分别对3种单一干旱指数赋权,通过最小偏差法计算最优组合权重,构建融合气象干旱、农业干旱和水文干旱信息的综合干旱指数(OCDI)。结果表明:OCDI的干旱事件监测结果与历史干旱事件吻合度较高,综合考虑多时间尺度下的OCDI对于挠力河流域干旱状况描述更为准确和全面;3种单一干旱指数监测的干旱程度空间分布差异明显,融合多源信息的OCDI能够从气象干旱、农业干旱和水文干旱多角度揭示挠力河流域综合干旱特征;OCDI与不同类型单一干旱指数均有较高的相关性,在挠力河流域上游对于干旱的综合表征能力更优且年尺度的OCDI综合表征能力优于季尺度和月尺度;OCDI能够较好地识别和区分该流域的综合干旱程度,随着OCDI所识别综合干旱程度的加重,流域实际受旱面积相应增大。     

Study on carbon emission accounting in construction and operation of a sponge city in BeijingEI北大核心CSCD

为量化海绵城市建设和运行过程中的碳排放,分析碳排放的关键影响因素,以北京某100 km^(2)片区为研究区,对其海绵城市建设和运行过程中的碳排放进行了估算,分析了海绵城市达标面积比例、径流总量控制率、压力流管网比例等控制指标与碳排放量的相关关系。研究结果表明:海绵城市建设阶段的碳排放主要集中在材料生产阶段,多数设施的材料隐含碳占建设阶段总碳排放量的80%以上,施工相关的碳排放相对较少;在相同雨水控制水平下,灰色雨水基础设施的碳排放高于绿色雨水基础设施;研究区在30 a全生命周期内建设阶段和运行阶段碳排放量(以CO_(2)计)分别为17.36万t和-16.71万t;海绵城市达标面积比例、年径流总量控制率、排水方式是影响海绵城市建设和运行过程中碳排放的关键因素,海绵城市达标面积比例和年径流总量控制率每提高1%,全生命周期碳排放量约分别减少0.19万t和0.25万t,压力流管网比例每减少1%,全生命周期碳排放量平均减少约249 t。     

Characteristics of thermal stratification in head area of Three Gorges Reservoir and ecological effects in different operation periodsEI北大核心CSCD

为了解三峡水库库首2003—2018年的水温变化特征及其对生态环境的影响,基于庙河断面实测资料,采用LSTM-Logistic模型模拟分析了库首多年水温结构特性,并探讨了其变化对库区支流库湾水华的影响和对坝下鱼类产卵水温的影响。结果表明：LSTM-Logistic模型能较好地适用于三峡水库,准确地模拟水温的逐日变化过程;2006—2013年,三峡水库库首每年4—6月均出现了水温分层现象,从2014年开始,水温垂向差异变小,水温不分层,且春季、秋季和冬季水温升高,下泄水温进一步平坦化;三峡水库库首水温长期变暖的趋势,会使支流库湾倒灌异重流潜入深度上移,从而改变异重流倒灌形式,降低库湾水华风险;梯级水库蓄水缓解了春季下泄低温水的不利影响,但秋冬季水温的升高对中华鲟繁殖造成了进一步威胁。     

Matching of agricultural water and soil resources in Jianghuai Hilly Area based on set pair analysisEI北大核心CSCD

将水土资源自然本底量与农业用水用地量相结合,采用集对分析重建农业水土资源匹配指标,并构建七元半偏减法集对势,对江淮丘陵区2005—2019年农业水土资源匹配进行分析。结果表明:2005—2019年江淮丘陵区广义农业水土资源配比度基本呈现下降态势,但高于水土资源自然配比度;单位耕地用水量有减少趋势,但超出区域本底自然供水量,处于相对缺水状态;狭义农业水土资源配比度与水土资源自然配比度呈现交叉波动,并存在一定程度反相关,降水量的增加会相对减少农业灌溉用水量;2005—2010年和2011—2019年两时段江淮丘陵区广义农业水土资源均处于高度不匹配状态,合肥、滁州不匹配程度最高,安庆最低;两时段农业水土资源匹配集对势均为反势,匹配状态较差,但后期均有所提升,有向好发展趋势,安庆和六安变化程度最为明显;江淮丘陵区降水量年际变化较大,水资源总量变幅明显高于农业用水用地量波动,导致农业用水用地量与水资源总量变化不同步,这是水土资源匹配波动的主要原因。     

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。     

青藏高原东南缘复杂地形条件下降水特征分析

针对青藏高原东南缘泥石流灾害活动频繁,但形成区缺乏较为准确的降水资料的现实需求,按照水系的分水岭将研究区分为6个区域,并利用区内60个气象观测站点1981~2010年年均降水量、海拔高度、坡向、坡度资料,结合GIS和统计分析,建立了各分区的降水垂直分布关系式,并以金沙江流域的拉哇沟、大渡河流域的江咀沟对该统计模型进行了初步验证。结果显示:针对不同的流域,该降水垂直分布关系式能够获取缺气象观测站点的山区降水数据,大体上适用于青藏高原东南缘降水测算,能为泥石流等山地灾害形成区的汇流计算提供参考。     

云南高原岩溶区极端降水变化规律研究

利用云南高原岩溶区9个气象站1960-2017年逐日降水量数据,通过MATLAB软件计算了6个极端降水指数,基于反距离加权插值、线性倾向估计、Mann-Kendall突变检验以及Morlet连续小波变换等技术方法,探讨了云南高原岩溶区极端降水的演化规律。结果表明:云南高原岩溶区1960-2017年各极端降水指数中,CDD、RX1day、RX5day、SDII主要呈缓慢的上升趋势,CWD呈显著的下降趋势,PRCPTOT整体减少趋势不显著;1960-2017年间仅有CDD和PRCPTOT发生了显著突变,突变年份分别为2006年以及2000年,其余4个指数CWD、RX1day、RX5day、SDII无明显突变现象;各极端降水指数周期性震荡较为明显,CDD、CWD、RX1day、RX5day分别存在28~30a、26~30a、27~30a、27~30a的主周期,SDII与PRCPTOT在27~30a时间尺度上周期最为明显;1960-2017年云南高原岩溶区各极端降水指数空间差异较为明显,除CDD表现为由南向北逐渐递增趋势外,其余5个指数表现为由北向南逐渐递增的相反趋势;1960-2017年间,CDD、CWD、RX1day、RX5day以及SDII均与PRCPTOT呈一致的极显著正相关,相关系数均达0.98以上。极端降水的这些变化可为未来岩溶水资源管理、生态环境建设等方面提供参考。     

黄土高原植被建设的水资源环境及对策

本文分析了黄土高原植被建设的水资源环境现状及其发展趋势,认为气候暖干化、土层干燥化致使水资源更趋缺乏,是黄土高原在可预见的未来所面临的重大课题,将严重影响区域植被建设和环境改善,提出了黄土高原植被建设必须严格遵守植被分布自然规律,重新界定植被分区和充分利用降水资源等,正确处理"林-水"关系的对策,尤其是以未来气候变化趋势作为重新调整植被分区的依据,应该引起广泛关注.     

近20年青藏高原水资源时空变化

青藏高原被称为“亚洲水塔”和“第三极”,青藏高原水资源变化对我国乃至周边众多国家的水资源安全及人民生活均产生深远的影响。利用《青海省水资源公报》及《西藏水资源公报》数据,采用线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验法和Person相关系数法对1997—2018年青藏高原地表及地下水资源时空变化进行了研究。结果表明:①青藏高原水资源分布呈东多西少、南多北少的分布态势,水资源分布极其集中,主要集中在山南、林芝市,雅鲁藏布江流域及藏南诸河流域。②1997—2018年青藏高原地表水资源量呈不显著的上升趋势,地下水资源量呈显著下降趋势(－166.4亿m³／(10 a))。水资源变化趋势存在显著的空间差异,青藏高原北部青海省大部分地区地表水资源(98.3亿m³／(10 a))及地下水资源量(58.0亿m³／(10 a))均呈显著的上升趋势,南部西藏自治区大部分地区地表水资源量呈不显著的下降趋势,地下水资源量呈显著的下降趋势(－195.4亿m³／(10 a))。③青藏高原近年来气温呈十分显著的增加趋势,上升速率约为0.49 ℃／(10 a),北部青海省降水量呈显著增加趋势,南部呈不显著的下降趋势。综合降水与气温的影响,降水量变化是青藏高原地表水资源与地下水资源变化的主要影响因素。     

基于LiDAR的青藏高原山坡小流域地形提取方法

数字高程模型(DEM)的精度和分辨率影响着地形分析的结果,这种影响在高原、高山地带尤为明显。以拉萨河夺底沟小流域一处山坡为研究对象,选取典型剖面对比3种DEM数据对实际地形的还原效果。分析表明:SRTM和ASTER GDEM地形数据在青藏高原高山区存在高估山谷谷底高程、漏失地形要素的现象,使用LiDAR技术获取的DEM则可以准确反映实际地形。针对8种分辨率(1,2,5,10,15,20,25,30 m)的LiDAR DEM,使用局部方差均值分析坡度、平面曲率、剖面曲率等地形属性,发现低分辨率DEM在高山地区会遗失大量地形信息,造成地形平坦化和山坡微地形改变。为避免高山地区地形特征失真,给出了坡度和曲率研究适用的最小分辨率阈值:在坡度研究中使用的DEM分辨率应<5 m,曲率研究的最优分辨率为1 m。研究表明在青藏高原高山区,使用LiDAR技术提取高分辨率DEM具有远大的应用前景。     

黄土高原现状梯田和林草植被的减沙作用分析

2000年以来,黄河来沙明显减少。本文以黄土高原主要产沙区为对象,利用卫星遥感与实地调查相结合方法,获取2012年研究区各支流的梯田面积和质量信息,分析2010—2013年林草植被覆盖率及其较天然时期的变化;提出林草与梯田叠加作用地区的减沙量计算方法。基于流域尺度上构建的黄土丘陵沟壑区林草植被覆盖率与产沙系数、梯田比与减沙幅度之间的响应关系,计算在多年平均降雨条件下黄河龙门、北洛河状头、汾河河津、渭河咸阳和泾河张家山等5站以上现状林草植被和梯田的减沙能力,其值为10.65亿t,占该区天然年均来沙量的60%。     

青藏高原土地利用/覆被时空变化特征

在对公开的土地利用数据集精度评价的基础上,选用较高精度的青藏高原科学研究所300 m土地利用数据(简称TPDC_LUCC),采用土地利用时空分布和变化率等指标,分析青藏高原1992—2015年土地利用变化特征,并结合气候数据集及社会经济数据对土地利用变化归因进行了分析。结果表明:①公开数据集中,TPDC_LUCC数据集序列最长,精度最高,尤其是对耕地、城镇用地及水体分类精度较好;欧洲航天局300 m 土地利用数据(ESA_LUCC)对草地的分类精度最高,耕地精度最差;中国科学院空天信息创新研究院30 m土地利用数据(CASearth_LUCC)对冰川和城镇用地的分类较准确,未利用土地误差较大;②青藏高原草地分布最广,多年平均占比约70.02%,其次是沙地、裸地等未利用土地,约占15.81%;城镇用地扩张较快,1992—2005年、2005—2015年两期增长率分别是2.34%、4.69%;1992—2015年,青藏高原未利用土地的9.14%转为草地,灌丛和耕地的3.27%转为林地,冰川的5.5%转为水体;③1992—2018年,青藏高原平均气温上升了1.17 ℃,降水和气温增加,是东部区域草地、灌丛、林地增加的主要驱动因素,气温明显上升致使西北部冰川融化,城市化促使城镇用地增加、耕地减少,实施生态保护政策对青藏高原草地、林地的恢复有显著推动作用。     

和田绿洲地下水特征及其对生态植被的影响分析

介绍了和田绿洲地理气候概况,研究了该地区地下水化学组成、地下水矿化度与各组分离子之间的关系及其随地下水埋深的变化规律,对其地下水的化学类型变化规律作了简单分析。并对和田绿洲生态植被状况与地下水水质和水位之间的关系进行了分析。结果表明:和田绿洲的地下水水质不会形成钠害,对野生生态也没有构成制约因素,但地下水水位的高低对野生生态的分布起着重要作用。在降水稀少,而蒸发强度极大的和田绿洲,在水资源开发过程中将地下水位维持在一定范围之内,对保持绿洲生态稳定和社会经济可持续发展,具有重要意义。     

长江与黄河流域复合高温干旱事件时空演变特征

利用1961—2014年月降水与日最高气温数据,定义了3d/90%型和5d/90%型两类复合高温干旱事件,比较分析了长江流域和黄河流域夏季复合高温干旱事件的分布特征与时空变化规律,量化了复合高温干旱事件与单独热浪事件的温度差异。研究结果表明：复合高温干旱事件在长江流域中下游地区发生频率较高,在黄河流域空间差异不大;两流域复合高温干旱事件频率均呈增加趋势,长江流域3 d/90%型和5 d/90%型复合高温干旱事件日数增加趋势分别为每10 a 0.19 d和0.14 d,黄河流域的增加趋势分别为每10 a 0.29 d和0.096 d;长江流域复合高温干旱日数在西北部与南部地区增加较多,下游东北部地区有所减少,黄河流域在中部和西部增加较多;两流域1988—2014年复合高温干旱事件影响范围总体上比1961—1987年增加,黄河流域影响范围占比大于长江流域;相比于单独热浪事件,复合高温干旱事件的平均温度更高,长江流域和黄河流域3 d/90%(5 d/90%)型复合高温干旱事件与单独热浪事件平均气温差值分别为0.65℃和0.64℃(0.54℃和1.21℃)。