人类活动影响下塔里木河流域气象干旱向水文干旱传播的规律

为了解人类活动影响下塔里木河流域气象干旱向水文干旱传播的规律,基于标准化降水指数(SPI)和径流干旱指数(SDI)分析了气象、水文干旱的变化特征,探讨了人类活动对气象干旱向水文干旱传播规律的影响。研究结果表明：源流区气象、水文干旱均呈减弱趋势,干流气象干旱呈减弱趋势,水文干旱与之相反;随时间尺度增大,干旱历时延长;源流区气象、水文干旱以及干流气象干旱的发生频率受人类活动影响后(1993年后)均降低,仅干流水文干旱的发生频率升高;受人类活动影响后,源流区不同季节气象干旱向水文干旱的传播时间均变长,干流干旱传播时间除春季外均缩短;源流区干旱传播时间延长与气候变化有关,而干流干旱传播时间缩短主要是受人类活动的影响。     

气候变化和人类活动对玛纳斯河流域径流及干旱的影响

基于1956—2020年玛纳斯河流域逐月降水和径流资料,运用Mann-Kendall非参数检验法、双累积曲线法和标准化径流指数(standardized runoff index, SRI)揭示了流域径流量的年际变化趋势,定量描述了气候变化和人类活动对流域径流变化的贡献比例,同时探究了气候变化和人类活动影响下流域季节尺度的干旱变化特征。结果表明：(1)玛纳斯河流域年径流量呈上升趋势,并在1995年发生了显著性突变;(2)气候变化是导致玛纳斯河流域径流量增加的主要因素,气候变化和人类活动对流域径流量增加的贡献率分别为56.73%、43.37%;(3)从季节尺度上看,相较于受气候变化的影响,人类活动降低了流域干旱事件发生的频率,改善了流域冬季的干旱状况,但同时春季农田灌溉需要消耗大量的水资源,使得流域春季呈现出干旱化趋势。     

人类用水活动对中国水文干旱特征的影响评估

【目的】在全球气候变化的背景下，人类用水活动对水文干旱造成了剧烈影响。评估人类用水活动对水文干旱特征的影响，揭示基于单一模型评估的不确定性，对提升干旱风险应对能力有着重要意义。【方法】基于跨部门影响模型比较计划第二阶段(ISIMIP2a)项目提供的1971—2010年径流模拟结果，采用多模型集合方法评估气候变化背景下人类用水活动对我国区域水文干旱特征的影响，并揭示其空间差异及长期变化。【结果】结果显示：人类用水活动加剧了我国北方流域的水文干旱的频次、历时和强度，其中导致水文干旱强度增幅超过40%;同时人类用水活动对南方流域中上游地区水文干旱强度起到缓解作用；另外，相较于1971—1990年，1991—2010年间人类用水活动对我国区域水文干旱频次和历时的影响分别减少7.4%和10.2%,但对于水文干旱强度的影响增加43.1%,尤其是在辽河、西南诸河和珠江流域。【结论】人类用水活动对我国区域的水文干旱特征(频次、历时和强度)的影响表现出明显的时空差异性，基于多模型集合评估方法能够有效降低基于单一模型模拟结果的不确定性。研究深化了干旱演变机制理解，为应对变化环境下干旱风险提供科学支持。     

基于分布式水文模型的怒江流域气象干旱和水文干旱分析

为了评估气候变化对怒江流域干旱演变的影响,本研究建立了GBHM-NJ分布式水文模型,利用实测站点资料率定参数并验证模型精度,模拟了1961—2010年长时间序列流域水文过程,并分别采用标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SSI)分析了流域气象干旱和水文干旱的时空演变特点。结果表明:(1)GBHM-NJ模型能较好地模拟怒江流域的径流过程和水文响应的空间特征。(2)1961—2010年间,怒江流域发生气象干旱的频率、覆盖面积和强度呈增加趋势,其中1994年和2009年气象干旱最为严重。(3)在空间上,怒江流域的年度气象干旱频率约为28%,中游地区干旱频率比较高、主要分布在左贡站和八宿站附近,上游地区次之,下游地区相对较低。(4)水文干旱进入20世纪90年代和21世纪以后明显增强,年尺度干旱以轻旱为主,季尺度干旱特旱多发生在秋冬季。总之,气候变化环境下怒江流域干旱呈现增强趋势。     

近30年内蒙古入湖流域干旱特征时空变化分析

黄河中上游地区入湖流域干旱特征时空变化对下游淡水湖泊水量调控及生态环境改善具有重要作用。基于乌梁素海东部流域23个水文气象站1986-2015年的逐日降水资料,经预白化处理后,选取基于标准化降水指数(SPI)的干旱历时和干旱严重度作为评价指标,应用Mann-Kendall法分析30 a来乌梁素海东部流域的干旱特征及变化趋势。研究结果表明:乌梁素海东部流域山区降水量多于平原地区降水量;干旱历时及干旱严重度随时间变化均不显著,流域北部和东南部地区干旱呈持续发展趋势;短时间尺度气象干旱集中发生在流域中部及东南部,中长时间尺度的农业和水文干旱共同发生在流域北部。在乌梁素海降水量微幅减少的趋势下,由于东部流域受水利工程建设等人类活动的影响,流域径流补给量呈明显降低趋势,而为改善湖泊水质、抑制黄藻,必然需相应增加凌汛期及灌溉间隙期引黄水量,二者关系的有效平衡及合理调控,可为区域从量质综合角度改善湖泊环境提供新思路。     

抚河流域气象干旱向水文干旱传播的影响机制研究

气象干旱是水文干旱发生的前兆,探究影响气象干旱向水文干旱传播的主要因素对建立有效的基于气象干旱的水文干旱监测预警具有重要意义。以抚河流域为例,采用标准化降水指数和标准化径流指数分别评估气象干旱和水文干旱,并构建基于流域分布式二元水循环模型的干旱传播评估方法,采用多因素综合影响贡献量分解法量化气候变化和人类活动对干旱传播变化的贡献。结果表明：建立的抚河流域分布式二元水循环模型模拟流域出口断面流量的纳什效率系数大于0.85,相对误差在5%之内;气象干旱向水文干旱传播关系变化的时间是1980s—1990s。相对于1956—1990年,1991—2019年气象干旱向水文干旱的传播率降低了8.3%;在气象干旱向水文干旱传播的影响中,气候变化的减缓作用占主导地位,贡献量为-9.9%;其次是人类活动的加剧作用,贡献量为1.6%;降水作为干旱的主要致灾因子,变化期增加了144.3 mm,这对于减弱气象干旱向水文干旱传播的敏感性起到主要作用。     

城西试验流域水文特性及水文过程模拟

水文试验是认识水文规律的重要基础工作。根据我国东部低山丘陵区城西试验流域的实测资料,分析不同尺度降雨径流之间的响应关系,再利用新安江流域水文模型进行径流模拟,进一步探讨该模型在我国东部低山丘陵区的适用性。结果表明:在试验流域空间尺度(几十平方公里)的暴雨洪水过程中,洪水峰现时间一般滞后雨峰3～4 h;场次和月尺度上的降雨径流具有较好的正相关关系;在日尺度上,降雨径流关系散乱,以10和70 mm降雨量为阈值呈U型分布; 3种时间尺度上,径流均受到前期退水过程的影响,其中,时间尺度越短,受前期退水过程的影响越显著;新安江流域水文模型在我国东部低山丘陵区具有较好的水文模拟能力,且月尺度水文过程的模拟效果优于日尺度,对天然流域的模拟效果优于人类活动扰动的流域。     

不同季节气象干旱向水文干旱的传播及其动态变化

研究变化环境下气象干旱向水文干旱的传播与影响机制,有利于揭示水文干旱的形成过程与机理,从而建立基于气象干旱的水文干旱预警.为揭示不同季节气象干旱向水文干旱的传播动态变化及其驱动因素,本研究以无定河、窟野河和沁河流域为研究区域,采用标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SRI)分别表征气象干旱和水文干旱,分析气象、水...     

西南地区气象干旱向水文干旱传播的特征

为了解西南地区气象干旱向水文干旱传播的特征,采用西南地区1968—2017年101个气象站观测资料和8个水文站月径流资料,计算了标准化降雨蒸散发指数(SPEI)和标椎化径流指数(SRI),基于皮尔逊相关系数(PCC)确定了干旱响应时间并结合游程理论识别、融合和剔除干旱事件,构建了线性干旱传播模型并确定了西南地区部分流域气象干旱向水文干旱传播的触发阈值。结果表明：西南地区干旱响应时间为2～7月;水文干旱敏感度分布与气象干旱传播率分布较为一致;干旱烈度传播阈值较小的流域,水文干旱事件历时更长。     

关中地区气象水文综合干旱指数及干旱时空特征

根据陕西关中地区22个气象站和3个水文站1961—2016年的气象水文资料,计算了不同时间尺度的标准化降水蒸散发指数(SPEI)与径流干旱指数(SDI),运用Gumbel Copula函数构建了气象水文综合干旱指数(MHDI),探讨了MHDI的适用性,并分析了气象水文综合干旱时空分布特征。结果表明:MHDI综合了SPEI与SDI的优点,可同时表征月尺度和年尺度的气象干旱与水文干旱;关中地区MHDI序列值有明显的下降趋势,干旱情况逐年加剧;MDHI序列存在变异,年尺度变异点集中于1986年和1990年;年尺度的序列值主周期多集中在20～22 a;泾河流域干旱发生频率最低,为19.11%,北洛河流域干旱发生频率最高,为47.97%,渭河流域干旱发生频率介于两者之间,为26.42%。     

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。     

渭河流域水文干旱历时-烈度相依结构动态变化与驱动力分析

变化环境下,探究干旱多属性相依结构动态变化及其驱动力,对区域干旱风险管理具有重要意义。以渭河流域为研究对象,应用Copula函数的极大似然比(Copula-based Likelihood-ratio, CLR)方法,对水文干旱历时-烈度相依结构进行变异诊断,分析变异前后特征;从气候变化(气象因子、气象干旱特征)与人类活动的角度,阐明水文干旱历时-烈度相依结构可能的驱动因素,获得影响因子重要性排序。结果表明：(1)华县、张家山、状头站水文干旱历时-烈度相依结构分别在1993年、1982年、1994年发生变异;(2)在相对长的历时下(华县站9～12个月、状头站5～12个月),华县、状头站相同历时下,变异点前后的烈度增加,且随着历时变长,烈度增加的幅度上升,干旱加剧态势明显;(3)除气象干旱对水文干旱演变的影响外,水文干旱历时-烈度相依结构的动态变化主要受水分“需求侧”因子(人类取用水、潜在蒸散发)的驱动。总体而言,研究成果为干旱多属性相依结构的非平稳性检测提供了一种新的思路,所提框架可推广应用于其他流域。     

Analysis of Impacts of Climate Change and Human Activities on Hydrological Drought: a Case Study in the Wei River Basin,China

Climate change and human activity are the two major drivers that can alter hydrological cycle processes and influence the characteristics of hydrological drought in river basins. The present study selects the Wei River Basin (WRB) as a case study region in which to assess the impacts of climate change and human activity on hydrological drought based on the Standardized Runoff Index (SRI) on different time scales. The Generalized Additive Models in Location, Scale and Shape (GAMLSS) are used to construct a time-dependent SRI (SRI_var) considering the non-stationarity of runoff series under changing environmental conditions. The results indicate that the SRI_var is more robust and reliable than the traditional SRI. We also determine that different driving factors can influence the hydrological drought evolution on different time scales. On shorter time scales, the effects of human activity on hydrological drought are stronger than those of climate change; on longer time scales, climate change is considered to be the dominant factor. The results presented in this study are beneficial for providing a reference for hydrological drought analysis by considering non-stationarity as well as investigating how hydrological drought responds to climate change and human activity on various time scales, thereby providing scientific information for drought forecasting and water resources management over different time scales under non-stationary conditions.     

基于动态权重系数法的区域综合干旱指标研究

为揭示区域总体干旱程度及其变化特征,以长株潭地区为研究区,在标准化降水指数(SPI)、标准化水位指数(SZI)、标准化区域水资源短缺指数(SSDI)基础上,利用动态权重系数法构建区域干旱综合指标MIDI,结合历史受旱面积率、因旱减少供水量等旱情统计资料,对MIDI的适用性进行分析验证。以长株潭地区11个气象站、12个水文站近几十年实测资料为例,分别采用游程理论和Copula函数法识别干旱事件,并计算其发生频率,采用多尺度统计分析法,对区域综合干旱的演变特征进行分析。研究结果表明:SPI、SZI、SSDI对于不同水源、行业类型干旱评价各具优势,SPI、SSDI年干旱累积烈度与长株潭地区农业受旱面积率相关性相对较高;SZI年干旱累积烈度与城镇因旱减少供水量相关性较高,更适用于依靠地表径流为主要供水水源的城镇干旱地区评价。本研究提出的动态权重系数法,综合考虑了区域产业结构的年际变化、产业需水规律的季节性变化等因素,可反映不同阶段各单项指标干旱对于旱情的主导作用,适用于多种水源和产业类型的区域旱情综合评价;从月、季和年3种时间尺度,分析了长株潭地区MIDI综合干旱的变化特征,结果表明长株潭地区近20 a来极端干旱发生频次呈现波动增加趋势。     

不同干旱指数在唐山地区旱情评价中的应用

基于唐山地区1957—2011年的气象资料,比较分析标准化降水指数（S SPI）、标准化降水蒸散发指数（S SPEI）和帕默尔水文干旱指数（P PHDI）3种不同干旱指数的相关性,并评价了各个指数在唐山地区连旱期间的适用性。结果表明：各时间尺度（年、季、月）的S SPI和S SPEI均显著相关;P PHDI与年尺度的S SPI和S SPEI均显著相关。P PHDI对长期干旱判断效果明显优于短期干旱。年尺度S SPEI和S SPI对干旱事件识别效果比较接近,二者对长期干旱判断偏涝,对短期干旱判断效果明显优于P PHDI。在气温偏低的年份,季尺度的S SPI能很好地反映旱情的严重程度,在气候变暖的背景下,季尺度S SPEI比S SPI更能准确地判断和评价旱情。     

资水流域短期/长期综合干旱指数的构建与应用

干旱评估作为干旱灾害监测与防御的一个重要方面,如何准确评价并预测研究区域的旱情是当前研究的热点和难点。基于资水罗家庙以上流域的水文、气象资料,分别计算具有不同时间尺度的干旱指数值,利用主成分分析方法,分别研制基于水文模型的短期/长期综合干旱指数并探讨了其在资水流域的适用性。研究结果表明:短期综合干旱指数和长期干旱指数均能很好识别并评价资水流域的历史干旱。研究成果可为长江流域及其他流域建立和健全干旱监测与预警系统提供重要参考。     

水文变异条件下基于Copula函数的非一致性干旱频率分析方法——以鄱阳湖为例

受环境变化的影响,时间序列的非一致性已对干旱频率分析造成越来越多的影响。针对目前干旱频率分析对时间序列“非一致性”考虑不足的问题,提出通过对时间序列的变异诊断、分时段干旱特征变量提取、Copula联合分布函数构建等过程,对水文变异条件下的非一致性干旱频率进行分析。以鄱阳湖为研究对象,采用非一致性干旱频率计算方法对湖口站1955—2015年的水位序列进行分析。结果显示:湖口站水位序列于2003年出现了跳跃向下的变异,水位变异后的干旱历时和干旱烈度比变异前均有所增大,同频率干旱事件的重现期存在较大幅度的缩减。鄱阳湖区有关水资源管理部门应尽快对干旱应对措施作出相应的调整,以适应水文变异带来的挑战。