华北地区夏季降水变化特征和极端降水多、少年环流异常特征分析

根据1961—2004年6—8月的逐日降水资料,用Morlet小波分析和滑动平均等方法,分析了近44 a来华北地区夏季降水的年际和年代际变化特征,不同量级降水事件的发生频率和强度,极端降水时间多年和少年的大气环流差异.结果表明,华北夏季降水量总体呈下降趋势,但极端降水天气发生的次数并没有减少,强度也呈增加趋势.华北地区夏季极端降水多年,印度季风强度较强且能够伸展到我国东北地区,副热带高压强度也较强且位置偏北,在我国内蒙古北部和贝加尔湖南部有气旋性环流存在,造成极端降水量偏多;极端降水少年,印度季风强度较弱,水汽仅输送到较低纬度,从而导致北纬30°以北地区水汽大量减少,副热带高压强度较极端降水多年弱且位置偏南,造成极端降水量偏少.     

淮河流域近70年极端水文气象特征分析

以淮河流域23个气象站点1951—2016年的降水数据和蚌埠水文站的径流数据为研究对象,应用线性拟合法、滑动平均法、非参数MK检验法分析了流域的降水和干旱的变化特征,并结合R/S分析法、Pearson和Spearman相关系数法分别分析了降水、干旱与径流的相关关系及长程记忆性。结果表明,除连续湿日外,淮河流域极端水文指数均呈显著增长趋势,突变年份集中在20世纪50、60年代初;近70年,年干旱频率达21. 2%,轻旱比例最高,从年、季尺度来看,冬旱最严重,年、季干旱均呈现减少趋势;最大30天、15天降水径流相关关系均呈中度相关,汛期、非汛期降水距平与径流相关关系分别呈中度和弱相关,未来4～11年,最大30天降水和径流、汛期和非汛期的降水距平及径流均呈不显著增长趋势。     

1951—2017年丽江极端气温和降水事件的变化特征

为系统弄清丽江极端气温和降水事件的变化特征,基于丽江气象站1951—2017年逐日最高气温、最低气温和降水量资料,采用线性倾向估计、Mann-Kendall突变检验、滑动t检验和Morlet复小波的方法对16个极端气温指数和11个极端降水指数的变化趋势、突变和周期特征进行了分析.1)变化趋势分析表明：月最低气温极大值、月最低气温极小值、夏季日数、暖夜日数、暖昼日数、热日持续指数呈显著增加趋势,霜冻日数、冷夜日数、冷日持续指数、月平均日较差呈明显减少趋势,月最高气温极大值、热夜日数、作物生长期呈不显著增加趋势,月最高气温极小值、冷昼日数呈不显著减少趋势,冰封日数在研究期内均为0 d;极端降水指数日降水≥1 mm的降水日数呈显著减少趋势,特强降水量呈显著增加趋势,中雨日数、持续湿期、年总降水量、5日最大降水量均呈不显著减少趋势,大雨日数、强降水量、持续干期、1日最大降水量、降水强度均呈不显著增加趋势.2)突变检验分析表明：部分极端气温指数和降水指数的突变年份显著,大部分指数的显著突变年份集中在20世纪80年代至21世纪初,其余指数的显著突变年份在20世纪50至70年代,并且极端冷事件指数霜...     

1961—2015年赣江流域极端降水时空变化特征分析

以1961—2015年赣江流域22个站点逐日降水量数据为研究对象,采用线性趋势、pettitt突变检验、Mann-Kendall显著性检验、累积距平法、反距离加权法等方法,分析了赣江流域8个极端降水指数时间和空间变化特征及其影响因素。结果表明:(1)P95、P99指数整体呈下降趋势,I95、I99指数整个流域(除寻乌站的P99)呈上升趋势,其余指数在整个流域同样呈上升趋势,但变化不显著。(2)极端降水指数上游和中游的I95指数和中游的I99指数,在0.05显著性水平下,显著上升。突变年份主要集中在90s和2000s,是极端降水事件多和强度较大的年代,发生突变次数最多的在1991年。(3)R50、RX1day、RX5day三个指数都呈现出有东北向西南方向递减的趋势,P95、P99、I95、I99指数的最高值都在井冈山一带,流域的东北部和中游西部存在较高的极端降水可能性,易发生泥石流、洪水等自然灾害。本研究可为当地的防灾减灾及水土保持提供科学依据。     

BCC_S2S预报长江上中游流域夏季降水精度评估

为评估我国国家气候中心季节-次季节预报模式产品(BCC_S2S)在长江上中游流域对日降水和夏季极端降水事件的预报性能,本文基于BCC_S2S模式在2005-2020年的每周两次滚动预报未来60天降水回报格点数据,把格点预报降水双线性插值到站点,将其与站点观测降水进行对比分析。通过相关系数、均方根误差和平均误差三个指标,评估模式预报日降水的性能;对于极端降水事件,依照百分位法定义极端降水,基于HSS指标评估单站极端降水,并利用层次聚类方法划分区域性极端降水类型,进一步评估预报性能。结果表明：BCC_S2S模式在各季节日降水的预报性能随预见期的增加而下降,在预见期大于5~10日后,进入低预报技巧阶段;将长江上中游划分为六个子区域进一步分析,各区域平均的相关系数仍然是在预见期较短时较高,平均误差表明预报模型在流域中东部区域整体呈现出正偏差,金沙江流域则是负偏差,均方根误差同样在流域中东部偏大;通过分析三个指标的箱型分布图,表明在长江上中游的大多数区域,模式预报6月份的降水精度最佳,误差范围相对较小。对极端降水事件,单站极端降水事件的HSS指标随预见期增加而下降;对大多数区域,模式的预报技巧在月降水总量偏多、极端降水频发的月份较高。针对四类区域性极端降水,模式超前0~10日预报的多雨带空间分布与观测较为一致,降水量值偏小,在超前10日以上预报时效果较差。总体上,模式对长江上中游地区的日降水和极端降水事件的预报性能随预见期的增加而下降,6月预报精度相对较好,可能与6月主要受大范围水汽输送或锋面这样较容易预报的天气系统有关。     

长江上游降水径流趋势分析

通过对长江上游流域1956-2014年合计59年的降水、径流资料,采用线性回归分析、Mann-kendall秩和检验进行了趋势分析,结果表明长江上游流域径流量减少主要诱因为降水量减少所致。     

Study on the Change of Extreme Events of High-temperature and Heavy-Precipitation in Shanxi Province in Recent 48 Years

利用山西68个台站逐日最高气温、降水等资料,采用百分位值极端事件定义方法和Mann-Kendall突变检验、小波分析等方法,研究山西1961-2008年极端高温和极端强降水事件的变化特征。结果表明：1961年以来,山西极端高温日数呈显著增加趋势,趋势为5.9 d/10 a,20世纪90年代中期以前变化趋势不明显,1997年以来增多趋势显著。与此同时,极端强降水事件趋于减少。极端高温事件在2001年发生了突变,2001年以后极端高温事件显著增多。极端高温日数有3～4 a,8～12 a及30 a的周期,极端强降水日数有准3 a,6～10 a及准16 a的周期。极端高温事件的增加与气候变暖有密切联系,Nino_3区海温、欧亚地区的纬向环流及西太平洋副热带高压（下称西太副高）对极端高温事件有很大影响,当Nino_3区海温偏高、纬向环流偏强、副高面积偏大、位置偏西时,容易导致极端高温日数偏多。极端强降水的发生则与东亚季风和Nino_3区海温有密切联系,当季风强盛、Nino_3区海温偏低时,往往引起极端强降水事件增多。     

基于CMIP6的中国主要地区极端气温/降水模拟能力评估及未来情景预估

基于耦合模式比较计划第6阶段(the coupled model intercomparison program in phase 6, CMIP6)的全球气候模式模拟数据,评估分析了全球气候模式对中国主要地区1979―2014年极端气温与极端降水特征的模拟能力。通过泰勒图及各种统计参数的对比表明,全球气候模式对中国各个地区的极端降水/气温的模拟存在显著差异,对中国地区极端气温与降水模拟最好的模式是EC-Earth3。对EC-Earth3在4种未来情景下的气温/降水数据进行偏差校正,并对中国地区未来时期极端降水/气温进行了预估。结果表明:2021―2100年,中国地区升温趋势和极端降水的增加趋势显著,4种情景下的极端气温指标和极端降水指标在21世纪50年代之前是相似的,但之后变化趋势差异增加;SSP1-2.6情景下,2021―2100年升温速率和极端降水速率增加趋势较为平缓;SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5 3种情景下,升温速率和极端降水增加速率随着模式和时间增加逐渐增大。     

关于极端纤度检出指标的研究

利用电子计算机模拟生丝抽样检验的方法,对纤度开差、最大偏差等6个极端纤度检出指标的检出特性、统计特性及实用性能等进行比较分析,提出选择合理适用的极端纤度检出指标的准则。指出了国际丝协SSC研究小组提议采用的开差检验方法的各种弊端。     

赣江上游典型流域输沙过程及对降水与径流变化的响应——以贡水流域为例

论文以贡水流域为研究对象,结合流域内2010—2013年的16个气象站日降水资料和7个水文站逐日径流及输沙数据,运用统计分析法、Mann-Kendall检验等方法分析了贡水流域的输沙时空变化以及对降水变化的响应.主要结论有:(1)贡水流域年内降水分布不均,在空间上为区域性降水;(2)贡水流域径流以峡山站贡献最大(占贡水流域的59%),流域径流年内变化显著;(3)贡水流域内泥沙以贡水主河道贡献最多,占贡水流域总输沙量的74%,年内泥沙分布不均;(4)月输沙量与月降水量间关系式为Q=351+2.1P+0.008P~2+3.87*10~(-7)P~3;(5)月均输沙率与月均径流量关系式为Q=-2.771+0.007R+0.0003R~2-7.35*10~(-8)R~3;(6)降水是影响输沙的主要因素,而径流是影响输沙的直接因素.     

基于样本熵的降雨和径流时间序列突变检验

传统的突变检验方法Mann-Kendall法主要基于线性和概率统计理论,对于高度复杂和非线性的水文时间序列检测能力不足。采用基于非线性动力学参数的样本熵方法,结合滑动技术和滑动移除技术,利用湘江流域1961~2009年多个气象站点日降雨资料和控制站湘潭站日径流资料,对降雨和径流时间序列进行突变检验。结果表明:日尺度降雨和径流时间序列样本熵值最小,复杂度最低,可预测性最高;径流分别在1966年、1983年、1992年以及2002年发生突变,降雨在1966年、1987年以及2002年发生突变;滑动样本熵与滑动移除样本熵相结合不仅能有效地识别突变,更能发现突变前后时间序列的动力学变化特征。     

青藏高原东部地区水文气候变化趋势分析

青藏高原是众多河流的发源地,为了解该地区水文气候变化的情况,对其东部地区雅鲁藏布江(奴下站)、怒江(嘉玉桥站)、澜沧江(昌都站)、通天河(直门达站)、雅砻江(泸宁站)、黄河(唐乃亥站)共6个流域自20世纪80年代以来的年气温、年降雨和年径流的变化趋势进行研究,分析了年径流对气候变化的响应。结果表明:6个流域的年气温和年降雨基本呈较明显的上升趋势;年径流受气温和降雨的共同影响,奴下站、嘉玉桥站和泸宁站呈一定的上升趋势,昌都站、直门达站和唐乃亥站呈一定的下降趋势。区域内径流多年平均变化率与冰雪面积比例大致呈正相关关系:年径流呈现上升趋势的流域,冰雪面积比例较大,受降雨增加和融雪增加的影响偏大;年径流呈下降趋势的流域,冰雪面积比例较小,受气温上升导致蒸散发增大使径流减少的影响偏大。这些研究结果将对青藏高原地区防洪抗旱、水资源的合理配置和开发、区域水资源可持续利用等具有重要的作用和意义。     

基于小波变换的径流周期与ENSO事件响应关系研究

在气候变化和人类扰动下,河川径流过程变化日益复杂,探索径流变化对气候因子(ENSO事件)的响应规律,掌握区域水资源发展动态,对科学制定区域水资源规划和管理策略及满足人类需求与生态系统的水平衡要求极为重要。通过交叉小波变换法与凝聚谱方法,分析陕西省渭河咸阳站、无定河丁家沟站、汉江安康站河川径流规律与ENSO事件的相关性,从物理驱动因素层面探讨径流周期变化的潜在机理。分析结果显示:20世纪70年代以前,各站径流与ENSO指数(MEI指数)在小尺度2~4 a周期上均存在着显著的负相关;从20世纪70年代开始,径流与ENSO指数的相关性变得复杂,这与研究区内人类活动影响增强并成为径流驱动的主因有关。研究表明:交叉小波变换法与凝聚谱方法适用于水文和气象要素间响应关系的分析,可深层次地揭示两者之间的相关性和响应时滞方面的联系,可反映气候因子对径流过程影响的时域变化特征。案例结果表明:陕西省河川径流变化在20世纪70年代以前主要受气候因子驱动,响应较为紧密;20世纪70年代以后,人类活动影响逐渐超越气候因子影响,径流变化表现为人类与气候双驱动模式,且以人类活动为主。     

黄土高原变绿对黄河中游延河流域径流演变的影响估算

近年来,黄土高原变绿对黄河中游,特别是黄土高原的径流演变扰动显著且影响强烈,估算其影响对保障区域水安全与黄河流域高质量发展意义重大。基于1959～2016年黄河中游延河干流延安水文站控制流域(以下简称“延河流域”)径流量及同期面降水量,识别了径流演变的变异年份,分析了径流与降水和土地利用/覆被变化间的响应关系,定量估算了黄土高原变绿对延河流域径流非一致性变化的影响。结果表明:延河流域在1970、1996年发生了径流变异,总体呈现衰减趋势; 若以1970年之前径流过程为参照基准,则可得统计期内降水变化导致径流减少2.8×10⁸ m³,贡献率为18.1%; 1971～1995年,延河流域径流主要受以水利工程建设为主导的人类活动影响,驱动径流减少4.75×10⁸ m³,贡献率为30.6%,之后径流变化由新增人类活动和植被恢复为主导的黄土高原变绿联合驱动,贡献率分别为3.7%和47.6%。综上所述,黄土高原变绿正在成为驱动延河流域径流减少的主要因素,潜在威胁着黄土高原未来的水资源安全与社会发展。     

黄河中游支流无定河流域水沙情势与变异特性

近年来,黄河中游支流无定河流域水沙情势发生了显著变化,径流量与输沙量都出现了急剧减少的现象,其年径流量与输沙量序列变异类型(尤其是趋势变异、均值跳跃变异及方差变异)的信息重叠问题尚没有有效的解决方案,导致很难给出较为准确的变异归因解释。为此,以无定河流域10个水文站的实测年径流量和输沙量序列为研究对象,采用经验模态分解、STARS法和迭代累积平方和(ICSS)法对年输沙量序列进行趋势变异、均值跳跃变异和方差变异检验,识别无定河流域年输沙量序列变异的类型构成。同时,采用双累积曲线探讨无定河流域的水沙关系变化,并结合流域实际,分析变异类型产生的原因。结果表明:无定河流域年输沙量序列的变异类型均为复合类型,且复杂多变,其中趋势变异主要为先减后增型,均值跳跃变异为向上向下型和下沉型,方差变异主要为振幅缩减型; 归因分析结果显示,无定河流域的淤地坝建设驱动年输沙量序列的下沉型均值跳跃变异,与其他水土保持措施一起驱动序列的趋势变异和方差变异; 年降水量及沙尘暴频率因变化较小,仅在趋势变异上有微弱影响; 淤地坝施工期间强降水引发的水土流失和淤地坝拦沙后清水下泄引发的河道冲刷驱动年输沙量序列均值向上的跳跃性变化,而淤地坝群淤积库容随时间的衰减则应该是驱动年输沙量序列趋势变异的关键因子。     

四川省河流水质指标时序特性分析

为了全面掌握四川省主要河流12个典型监测站点的各水质指标值在水中的持续情况,了解水质指标的时序特性,对各水质指标进行污染特性分析和时序趋势性分析,并首次采用流量历时曲线模型的研究方法,对各个典型监测站点的水质指标进行季度历时曲线分析.通过对四川省主要河流各个典型站点水质指标特性分析,可以看出:水质特性分析综合反映了各个典型监测站点的水质情况,其中水质历时曲线模型能较好地、直观地反映河流中污染物持续历时状况.     

黄河中游无定河流域的水文模拟研究

基于SIMHYD降水径流模型,研究了黄河中游无定河流域的水文模拟问题.对无定河流域的7个子流域的日、月流量过程进行了模拟,结果表明:该模型不能很好地模拟无定河流域的水文过程.分析认为:资料的代表性不足、模型本身的局限性及流域下垫面等条件的复杂性是模拟效果不理想的主要原因.