基于小波分析的大伙房水库流域降水周期分析

用降水距平和莫莱(Morlet)小波函数,对大伙房水库流域近50年来降水的季节变化和年际变化时间序列进行了小波分析.研究结果表明,近50年来,大伙房水库流域春、夏、秋、冬和年平均降水分别存在6,9,16,6a和l0 a的主周期.在主周期分析基础上,预测研究区在2005年之后未来一段时间季、年平均降水都不同程度、不同时间范围仍将处于降水偏多阶段.小波分析的时频局部化特性可展现降水时间序列的精细结构,为分析降水多时间尺度变化特征、短期降水预测等预防洪水灾害等关键问题研究提供了一种新途径.     

精河流域径流变化特征及其对降水变化的响应

利用精河水文站1964年-2012年径流、降雨数据,采用M-K检验、累积曲线模型及交叉小波分析等方法,对艾比湖流域精河的径流、降水的变化特征及多时间尺度相关进行分析,并定量分析了降水变化对径流变化的贡献率。精河年径流量总体上径流呈增长趋势,但趋势不明显;降雨总体上呈增加趋势,且增加趋势明显。精河年径流量与降水量在多时间尺度上存在显著相关关系,且以正相关关系为主,显著相关区域集中在1986年-1991年在2~4a的周期带、1985年-1990年的7a周期带、2002年-2011年的4~5a周期带。分析认为,近50年来该流域降水变化对径流增加的贡献率平均为68.4%。     

近50年来长江宜昌站水温变化的多尺度分析

基于1956~2006年月均水温和年均水温资料,采用复Morlet小波函数,对长江中游宜昌水文站近50年来河流水温的年内变化和年际变化时间序列进行了小波分析,揭示了宜昌水文站水温变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下水温序列变化的周期和突变点,并根据主周期对未来水温变化进行了预测。结果表明,近50年来宜昌站河流水温变化具有多层次的时间尺度结构,年水温和各季节水温均存在10~16年和4~6年左右时间尺度的周期变化,水温变化的阶段性特征明显。经水温变化趋势分析,2006~2008年左右年均水温处于偏高期,在2009~2012年左右水温将偏低。该研究结果为长江中游宜昌江段重要水生生物动态变化的水温响应研究提供了参考。     

近58年马鞍山市降水量变化规律分析

利用马鞍山市及周边的四个气象站近58年的降水资料,采用Morlet小波分析方法研究了流域降水序列的多时间尺度。探讨马鞍山地区降水强弱时间周期、分析极端降水的分布特征。结果表明:(1)马鞍山7月、8月是暴雨频发时期,占全年暴雨次数的63%～68%,9月中旬后逐渐减少;(2)降水演变过程中有3 a～8 a、13 a～20 a及22 a～32 a的三个尺度周期变化,其中22 a～32 a尺度的周期变化最明显,地区降水存在着32 a、26 a和16 a,3个时间尺度,其中32年为流域年均降水变化第一主周期;(3)马鞍山春、秋季平均降水变化率为负,夏、冬季平均降水变化率为正,且降水量整体呈增长趋势。     

黄河三角洲地区降水时序变化特征研究

基于黄河三角洲内5个气象站1961—2007年逐日降水资料,采用Mann Kendal非参数检验、小波分析等方法,对近50年来黄河三角洲地区降水量时序变化特征进行研究。结果表明,黄河三角洲地区近50年来,年际和年内不同季节降水量均呈逐步下降趋势,并在1976年左右发生突变,之后降水量下降显著。年际降水存在约8~9年的主变化周期,而春夏秋冬四季降水存在约16~17年的主变化周期。根据周期变化特征,预测2012—2014年黄河三角洲地区将处于多水期,其中秋季和冬季降水较多,而春季和夏季降水较少。     

新疆某河流域气温、降水变化趋势分析及径流响应关系

基于新疆北山区某河流域1959年～2015年以来的气温、降水和年径流序列资料,采用累积距平法、 M-K检验以及小波分析等方法,分析该流域近57年来年际变化特征。结果表明,某河流域在近57年以来,其气温和降水序列均呈不同程度的上升趋势,且分别以0.50℃/10 a和20.4 mm/10 a的速度上升;而径流序列虽有微弱的上升趋势但不显著;气温序列在1994年发生突变,降水序列在1993年、2004年、2013年发生突变,径流序列在1960年、1989年、2008年发生突变;某河流域水文气象要素均存在多时间尺度特征效应,流域气温、降水序列年代年际变化周期均以26年为第一主周期,而年径流序列则以24年为第一主周期,可为流域水资源合理开发利用以及防洪减灾提供依据。     

东江流域汛期降雨序列的小波分析

为了揭示流域汛期降雨变化的多时间尺度的复杂结构,采用Morlet小波函数,对东江流域1956~2005年汛期降雨时间序列进行了小波分析,找出了不同时间尺度下降雨序列变化的周期和突变点,并根据降雨主周期对未来汛期降雨变化进行了预测。研究结果表明,汛期降雨序列呈现微弱的减少趋势,倾向率为每10 a12.08 mm,近50 a汛期降雨量减少了约60.4 mm;汛期降雨量变化的特征时间尺度为2、4、7、12 a与19 a,其中4、7 a左右的周期振荡最强,为汛期降雨量变化主周期;依据主周期的变化趋势,预测2006年前后东江流域汛期降雨将偏少,在2008~2010年汛期降雨将偏多。     

基于EOF和REOF方法的海河流域近61a夏季降水时空演变规律分析

采用海河流域1956—2016年近61 a 82站逐月降水资料,通过EOF、REOF等方法分析了海河流域夏季(6—8月)降水的时空演变规律。结果表明:(1)近61a流域降水量总体空间分布特征是西北部山区偏少,东北部山前平原区偏多,流域中南部接近正常年份。降水年际变化总体呈显著下降趋势,并存在20 a左右的周期波动。(2)EOF分解得到的前4个模态可以较好地反映海河流域夏季降水的4种空间分布类型,即东西反向型、南北反向型、东南—西北反向型、中部和两头反向型。REOF进一步分析显示,存在西南型、南部型、中部型。(3)EOF、REOF时间系数重点分析了第1模态,结果表明当前流域降水处于少雨年背景下的增加阶段,对应于流域降水西北部少东部多的分布型。     

太子河流域本溪段降水径流特征分析

掌握区域降水和径流的演变特征对区域水资源的规划和管理有着十分重要的作用。本文基于实测降水径流资料,采用Mann-Kendal分析、小波分析等方法对太子河流域本溪段降水和径流的趋势和周期特征进行了分析。结果表明,太子河流域本溪段降水、径流的年际分配不均匀,但演变趋势具有一致性,径流变化受降水的影响显著,二者均呈现振荡下降趋势,径流下降趋势显著;降水和径流序列的突变时间基本吻合,有3个明显的突变点,分别为1977年(1978年)、2011年、2016年;降水和径流主要存在3个时间尺度上的变化周期。该研究可为太子河流域本溪段水资源的规划、合理开发利用及防洪减灾提供依据。     

海南省牛路岭水库流域极端降水时空演变研究

基于11个雨量站1979—2020年降水资料,采用Mann-Kendall趋势检验、滑动t检验、小波分析的方法对牛路岭水库流域8个极端降水指标的空间分布、趋势、突变和周期性进行分析。结果表明：(1)流域PRCPTOT、SDII、R50、R100从上游到下游逐渐增加,其余指标空间分布无显著规律;(2)8个极端降水指标趋势分化,未通过MK检验,PRCPTOT、CWD、R50、R99PTOT呈增加趋势,其余指标呈减少趋势;(3)流域PRCPTOT、SDII、R50、R100突变点为2008年,CWD、Rx1day、Rx3day突变年份分别为1999、1998、2006年,R99PTOT在1998、2015年发生2次突变;(4)流域8个极端降水指标均存在2个或3个周期信号。其中,除了R100和R99PTOT,其余6个极端降水指标时间尺度周期第一、第二周期平均周期分别为19、14 a, R100、R99PTOT第一、第二周期平均周期分别为10、19 a。     

额尔齐斯河流域年降水量时间序列分析

分别采用Morlet小波分析法、R/S分析法对额尔齐斯河流域塞米巴拉金斯克、托博尔斯克两站的年降水量资料进行分析。Morlet小波分析结果表明:两站的年降水量变化表现出多个时间尺度的相对丰枯交替特征,并且两站均存在显著的16 a左右的主周期。R/S分析结果表明:两站年降水量存在明显的赫斯特现象,即降水量变化存在着持续性,未来年份降水量可能呈现增多趋势。     

雅鲁藏布江河川径流变化的季节性规律研究

利用雅鲁藏布江干流奴下水文站1956~2008年实测径流序列资料,采用Morlet小波分析雅鲁藏布江干流径流年际变化和季节性变化的多时间尺度演变规律,揭示了不同尺度下径流变化周期。结果表明:雅鲁藏布江流域年径流和各季节径流存在8~10 a左右时间尺度的丰枯交替,表现出明显的周期特征,其次14~16 a左右时间尺度的周期特征也较明显。研究还发现,雅鲁藏布江夏季径流量占年径流量的53.62%,夏季径流变化趋势与年径流具有较大相似性,不同时间尺度的周期特征之间有不同程度的吻合,说明夏季径流较大程度的控制着年径流。     

海流兔河流域径流变化的周期和趋势分析

以荒沙草滩区典型河流海流兔河为例,利用连续小波变换、多时相趋势分析,并联合利用离散小波变换和Mann-Kndall秩次检验法对1957—2011年的年均径流分别进行周期、趋势以及趋势结构分析。结果表明:1海流兔河年均径流量在时间序列上主要存在着12~21 a周期变化,第一主周期为17 a,且径流量偏少阶段将从2010年持续至2016年左右,之后将进入偏多阶段。2海流兔河流域径流量呈现显著下降趋势,与整个黄河中游总体径流量减少趋势相一致。3联合利用离散小波变换和Mann-Kendall秩次检验法可以很好地解释趋势的基本结构,8~16 a的周期性事件对海流兔河径流的趋势影响最大。水文时间序列周期部分的周期性越强,其对序列趋势的影响越大。4序列趋势的显著性和方向取决于其长度以及在整个序列中的位置,主要是因为序列中长周期丰枯交替的存在,多时相趋势分析一定程度上解决了由于序列长周期丰枯交替的存在造成的序列趋势判断的不确定性问题。     

额尔齐斯河流域气候变化特征分析

选取新疆额尔齐斯河流域富蕴、阿勒泰、哈巴河气象站1962—2013年实测逐月降水与气温资料,采用复Morlet小波分析法、R/S分析法及相关水文统计方法对流域气温变化特征及变化趋势进行了分析。结果表明:额尔齐斯河流域内3个气象站年降水量、年平均气温均呈现出上升趋势,同时流域年降水量呈现出多个时间尺度的相对丰枯交替特征,富蕴、阿勒泰、哈巴河气象站主震荡周期分别为22 a,18 a,22 a;赫斯特指数表明未来额尔齐斯河流域内年平均气温总体上继续保持上升趋势,且其未来年份年平均气温上升趋势的变化程度为:富蕴>哈巴河>阿勒泰。     

基于小波变换的开都河径流量多时间尺度分析

以开都河大山口站1956—2006年的年径流量资料为例,利用Morlet小波变换对其水文序列的多时间尺度演变特性进行了分析,并预测了开都河2006年以后的年径流量变化趋势。结果表明:开都河存在6 a、10 a、15 a和38 a等4个主周期,其中38 a和10 a分别为第一和第二主周期;2006年后的未来几年内开都河将处于偏枯期。     

玛纳斯河流域地表径流过程时空分异特征研究

新疆内陆河流域干旱缺水。在全球气候变化影响下,流域水资源不确定性增加。以玛纳斯河流域为研究典型,依据流域内塔西河、玛纳斯河、金沟河以及八音沟河出山口水文站1957-2012年径流量资料,统计分析了56年来玛纳斯河流域各河流年径流量的多年变化规律以及空间变异特征。研究结果表明,玛纳斯河流域内各河流年径流过程大致存在4~5个时间尺度的周期性规律,其中8~10 a和16~20 a左右的周期性变化起作用主导。通过泊松相关分析,基本可以认定,流域4条河流年径流过程存在着正相关性,也即存在着同步变化规律。     

人类活动对晋江流域径流演变影响的分析与定量评估

为了进一步探讨人类活动对流域径流演变特征的影响,以东南沿海晋江流域为例,基于1960年-2010年逐月径流、降水数据,应用Mann-Kendall趋势分析法、差积曲线-秩检验法和小波分析等方法,分析了径流的变化趋势、突变和周期;利用SCRCQ方法定量估算了气候变化和人类活动对石砻水文站年径流及年内分配特征变化的贡献率。结果表明:在跨流域调水和山美水库调蓄等人类活动影响下,石砻水文站年径流上升趋势较不受水库影响的安溪水文站明显,年内径流变化幅度更趋于平稳。径流序列主要存在6~7a、11~12a和20~21a左右三个时间尺度的周期变化,与流域年降水周期变化基本保持一致,但20世纪80年代后石砻站周期变化与流域降水周期变化出现微弱差别。石砻站年径流序列在1982年发生变异,而安溪站年径流序列未发现明显变异;变异期内,以山美水库为主的人类活动对石砻站年径流、年内不均匀系数和集中度变化的贡献率分别为67.17%、84.76%和71.16%。     

基于小波变换的楚雄市近50年降水序列多时间尺度研究

以滇中高原核心城市楚雄市为研究对象,分30个代表性气象站点1950—2009年降水时间序列,通过Morlet小波变换等方法对其进行多时间尺度研究,探讨其演变趋势和变化规律。结果表明楚雄市降水序列均呈较明显的增加趋势,对于各种时间尺度的降水序列均表现出一致的降水变化规律,传统干旱区干湿季节差异性缩小;年降水相关性最好,最大6、24 h降水量相关性非常高,短历时(即最大1、6、24 h)降水与中长时间尺度(即月、年)降水相关性最差,短历时降水对中长时间尺度降水的影响较小,区域使用的数据资料序列小于由气象资料数据序列的长度限制,说明周期性的可靠度不高,还需要进一步根据更长的序列资料进行验证。     

黑龙江流域降水变化特征分析

为了全面研究黑龙江流域降水变化情况,收集黑龙江流域国内外25个气象站的降水资料,通过线性趋势法、距平累积法、变尺度趋势分析法分析降水趋势特征;用Mann-Kendall法分析降水突变特征;用小波分析法分析降水周期性特征。结果表明:在1954—2012年的研究期内,黑龙江流域降水线性趋势变化率仅为-0.74%/(10 a),变尺度趋势分析发现降水在97.7%的有效统计时间段内均无显著趋势变化;距平累积法和Mann-Kendall突变检验结果发现降水具有明显的阶段性变化;小波分析证实了降水存在主周期为28,12,4 a的显著周期性。综上,黑龙江流域降水变化的周期性要明显强于趋势性。研究成果可为中俄跨界河流管理提供现实基础。