基于多重现期的京津冀小时极端降雨特征分析及致灾因子危险性评估

为了探究京津冀小时极端降雨特征,本文基于地区线性矩法计算多种重现期下的小时极端降雨值,并分析小时极端降雨的特征与变化趋势,同时探究小时极端降雨致灾因子危险性并得到以下结果。① 研究得到适合计算京津冀小时极端降雨频率估计值的分布线型及不同重现期的频率估计值;② 京津冀大于50年一遇的小时极端降雨的强度虽高（>70 mm/h）但其出现的次数（1~2次）相对较少,且多数站点的频次与强度无显著变化趋势;③ 小时极端降雨致灾因子危险性较高的区域位于北京、保定、廊坊交界地带及唐山、衡水、邢台部分地区。本研究在考虑空间差异的基础上探究小时极端降雨并分析其特征和致灾因子危险性,对于京津冀极端降雨灾害的管理与风险规避有一定的意义。     

不同概率分布函数降雨极值的适用性分析北大核心CSCD

极端降雨极值发生的重现期是流域与城市防洪设施规划设计标准需要参考的最重要参数之一。利用常用的5种水文统计学分布函数,选取中国十大流域内10个站点不同时段的最大降雨极值序列进行拟合,并检验筛选不同站点的适用性分布函数。结果表明:10个站点拟合优度检验拟合效果较好,曲线差异度较小的分布依次为广义极值分布、对数正态分布、皮尔逊III分布;不同站点适宜性曲线的差异程度不同。研究结果可为区域降雨极值序列的拟合提供参考,即不同的区域、不同的季节、不同时长的降雨极值序列都应寻找其较适宜的分布函数并采用多种检验方法来拟合,以降低不确定性。     

不同概率分布函数降雨极值的适用性分析

极端降雨极值发生的重现期是流域与城市防洪设施规划设计标准需要参考的最重要参数之一。利用常用的5种水文统计学分布函数,选取中国十大流域内10个站点不同时段的最大降雨极值序列进行拟合,并检验筛选不同站点的适用性分布函数。结果表明：10个站点拟合优度检验拟合效果较好,曲线差异度较小的分布依次为广义极值分布、对数正态分布、皮尔逊III分布;不同站点适宜性曲线的差异程度不同。研究结果可为区域降雨极值序列的拟合提供参考,即不同的区域、不同的季节、不同时长的降雨极值序列都应寻找其较适宜的分布函数并采用多种检验方法来拟合,以降低不确定性。     

闽东北沿海罗源县土地利用空间分布格局的多尺度分析

在不同的空间尺度上,制约土地利用空间分布的影响因子及其影响程度并不相同,因此区域空间分布格局分析应优先考虑制约空间分布的影响因子识别及其影响程度的尺度依赖性的研究。本文以闽东沿海的罗源县为研究区域,采样统计方法与GIS技术,选取20个候选影响因子,研究了该县主要土地利用空间分布格局的影响因子及其空间尺度相关性。研究表明模型的解释能力、影响因子及其影响系数均会随研究尺度发生不同程度的变化,回归模型的解释能力以及主要影响因子的制约程度总体上均随研究尺度增大呈增强趋势。除受坡度、海拔高程等地形条件的严格制约外,罗源县主要地类均在一定程度上受到人口因素以及若干可达性因素的影响。     

中等排放情景下中国未来不同强度降雨对总降雨贡献的区域差异（2006―2100年）

采用RCP6.0中等排放情景下2006―2100年WRF 30 km×30 km日值降雨数据,根据中国气象局颁布的降雨强度等级划分标准,探究了中国不同强度降雨及其对总降雨贡献的变化趋势的空间差异特征。结果表明：1）在雨量上,中等排放情景下2006―2100年中国不同强度降雨呈现出不同的空间分异格局。小雨和中雨自东北向西南呈“高―低―高”的三块式空间分布特征;大雨、暴雨、大暴雨和总暴雨均呈“东南高,西北低”的分异格局;特大暴雨仅东南沿海的部分地区分布较多;总降雨呈“南方高,北方次之,西北低”的空间分异格局。2）在雨量贡献率上,强降雨对总降雨的贡献率普遍存在“东南高,西北低”特征,而弱降雨对总降雨的贡献率恰恰相反;不同强度暴雨对总暴雨的贡献率也有类似分布特征。3）在雨量变化趋势上,中国不同强度降雨变化趋势呈现出不同的空间分异格局,但强降雨呈增加趋势的区域显著多于呈减少趋势的区域。4）在雨量贡献率变化趋势上,强（弱）降雨对总降雨的贡献率呈增加（减少）趋势的区域占主导,强降雨对总降雨的贡献率呈增加趋势的地区明显多于弱降雨。5）在不同强度暴雨对总暴雨贡献率的变化趋势上,大暴雨和特大暴雨对总暴雨的贡献率呈增加趋势的区域明显多于暴雨。预估结果表明,中国东部降雨在朝着极端化方向发展。     

基于GIS和RS技术的北京市功能区产流风险分析

城市化进程加大了城市区域暴雨洪水灾害发生的风险,定量研究城市降雨产流特征,可以为城区的科学规划和管理提供科学依据。以北京市五环内地区为研究对象,利用GIS和RS技术提取了五环内的土地覆被信息,并结合不同地区用途进行了功能分区。在此基础上,结合SCS-CN水文模型分析了研究区在不同降雨重现期的降雨产流分布特征,并定量识别了北京市五环区域内的产流风险区。结果表明:在不同重现期降雨下,五环内地区不同等级产流风险区分布格局差异明显。高产流风险区占全区的面积由重现期1 a的18.90%增加到重现期100 a的54.74%;由于不透水面比率不同,不同功能区的产流特征也存在显著差异,其中商业用地区产流风险最高,平均产流量为24.76mm(重现期1 a),天然绿地区产流量最低,均值为7.36mm(重现期1 a);随着降雨重现期的增加,各功能区之间的产流量存在趋同效应;五环内产流风险格局呈现出中心高、四周低的环状分布特征,高产流风险聚集区大多分布在城市中心的商业和居住区,低产流风险聚集区主要为大型公园和天然绿地,分布在四环与五环之间。城市防涝规划工作应该充分考虑城市产流风险聚集区分布以及不同功能区的降雨产流风险特征,分层统筹,科学拟定规划方案,同时还要充分利用城市自身的"生态"优势,多角度解决城市暴雨洪水问题。     

闽东北沿海罗源县土地利用空间分布格局的 多尺度分析

在不同的空间尺度上,制约土地利用空间分布的影响因子及其影响程度并不相同,因此区域空间分布格局 分析应优先考虑制约空间分布的影响因子识别及其影响程度的尺度依赖性的研究。本文以闽东沿海的罗源县为研 究区域,采样统计方法与GIS 技术,选取20 个候选影响因子,研究了该县主要土地利用空间分布格局的影响因子 及其空间尺度相关性。研究表明模型的解释能力、影响因子及其影响系数均会随研究尺度发生不同程度的变化,回 归模型的解释能力以及主要影响因子的制约程度总体上均随研究尺度增大呈增强趋势。除受坡度、海拔高程等地 形条件的严格制约外,罗源县主要地类均在一定程度上受到人口因素以及若干可达性因素的影响。     

基于参数最优地理探测器的江西省山洪灾害时空格局与驱动力研究

江西省是我国山洪灾害严重的省份之一,但目前缺乏对该省山洪灾害时空格局和驱动因子全面系统的研究.该文根据全国山洪灾害调查项目江西省1950-2015年山洪灾害数据集,对江西省山洪灾害时间分布特征、空间分布规律、主要影响因子分布趋势与灾害重心迁移格局进行挖掘;在此基础上,运用参数最优地理探测器对降雨和地形两种连续型因子生成最优离散化因子,分别探测江西省全域范围和流域范围山洪灾害的主要驱动因子及作用机制.结果表明:全域范围江西省降雨因子解释力明显强于地形因子,其中历时短、重现期长的10 min强降雨对山洪灾害的解释力最强,且在特定地形条件与降雨交互作用后呈非线性增强;流域范围降雨多为山洪灾害的主导因子,但各流域的降雨主导因子差异明显,地形因子解释力更强,多数流域最大交互作用的双因子为降雨与地形因子,表明流域内因降雨和地形产生明显的山洪灾害空间分异特征.研究结果可为山洪灾害区划、防治等研究提供科学依据.     

1980—2018年中国极端高温事件时空格局演变特征

基于全国2 419个气象站1980—2018年逐日气象观测资料,利用Mann-Kendall突变检验、滑动t检验、空间自相关及标准差椭圆等方法,选取4个典型的极端高温指数,分析了中国极端高温事件时空格局演变特征。结果表明：① 中国近40 a来夏天日数、热夜日数、暖夜日数和暖昼日数均呈显著的上升趋势,4个指数均在20世纪80、90年代偏少,2000年以后逐渐增加,4个极端高温指数均在2000年左右发生显著变化。② 4种极端高温指数的空间自相关主要是以高?高和低?低2种空间聚集形态为主,夏天日数和热夜日数的聚集性较强,近40 a来暖夜日数和暖昼日数的空间聚集性先增强后减弱,且空间聚集性分布格局由高?高包围低?低转变为低?低包围高?高。③ 4个指数变化率最大的站点均位于南方地区,其中夏天日数变化率最大的站点呈东西向分布格局,其余3个指数变化率最大的站点呈南北向分布格局,西南、西北地区交界地带夏天日数和暖昼日数在近40 a来变化率均显著高于全国其他地区,华东沿海地区暖夜日数的变化趋势方向性分布最明显,且变化趋势高于全国其他地区。     

基于情景的1951-2011年中国极端降水风险评估

随着全球气候变暖,极端降水的风险评估研究成为学界和各国政府广泛关注的热点问题,开展中国极端降水的风险评估研究可以为中国防灾减灾提供参考依据。本文从灾害风险评估视角,依据国际减灾战略（ISDR）的灾害风险评估模型,开展了中国极端降水的风险评估研究。首先,利用1951-2011年全国各站点逐日降水数据,采用Pearson-III方法,模拟不同重现期情景下极端降水量和频次分布,评估中国不同重现期下的极端降水危险性及空间分布;其次,基于人口和GDP指标,分析极端降水脆弱性及空间分布特征;在此基础上,评估了5年、10年、50年、100年一遇情景下中国极端降水风险及其空间分布特征。结果表明：① 中国极端降水危险性等级从东南沿海向西北内陆递减,5年一遇情景下,极端降水高危险区和低危险区的分界线大致与400 mm等降水线相同。② 中国极端降水脆弱性高的地区主要分布在人口稠密且经济发达的东部沿海大城市地区,特别是经济发达的长三角、珠三角和京津冀等城市群地区,以及中部地区的一些大城市。③ 不同情景下,中国极端降水风险等级均呈现由东南向西北方向降低。风险等级高和较高的地区主要位于黑河—腾冲线以东,中和低风险区位于该线以西,这与中国人口密度分布的胡焕庸线大体一致。     

CMIP5全球气候模式对华北平原气候的模拟和预估

以气候变暖为主要特征的全球气候变化对自然环境和农业生产有重要影响,准确预估未来不同气候情景下的气候变化能为应对其带来的负面影响提供必要的数据基础和科学依据。该文通过统计降尺度方法对CMIP5中33个全球气候模式(GCM)的未来气候情景数据进行时空降尺度处理,得到逐日站点数据,并基于多模式集合预估华北平原在两个典型气候情景(RCP4.5和RCP8.5)下未来气候变化的时空特征。结果表明:在时间变化上,2040年后温度在情景RCP8.5下的增幅远高于情景RCP4.5,至21世纪末增幅达到最高;太阳总辐射量变化趋势呈现明显的"减少—增加—稳定"特征;未来降雨量呈微弱上升趋势。在空间变化上,东部和西南部地区未来最高温度增幅最高,最低温度增幅呈现自西南向东北递增的空间格局;太阳辐射增幅表现为明显的"北低南高",而降雨增幅自西北向东南递减。2040s(2031-2060)阶段各主要气候因子(温度、太阳辐射和降雨)增幅较小,而2080s(2071-2100)阶段增幅加大;不同气候情景下各气候因子增幅差异较大,温度和降雨在情景RCP8.5下的增幅明显高于RCP4.5,而太阳辐射在情景RCP4.5下的增幅高于RCP8.5。     

山东省人口空间分布格局的多尺度分析

人口空间分布具有一定的尺度依赖性,从不同尺度上对人口空间分布格局进行分析,可以更确切、真实地揭示人口的空间分布规律,为制定区域发展规划、灾害评价、环境保护等提供科学依据。本文以山东省为研究区,运用空间自相关方法和统计相关分析方法,比较市级、县级、1 km三个尺度上人口分布的空间自相关性及其与环境—经济因子的统计相关性,试图探讨不同尺度下人口的空间分布模式及影响(指示)因素,从不同尺度揭示人口的空间分布格局特征。结果表明:①从不同尺度对人口的空间分布格局进行分析,可以得到从宏观到微观不同详细程度的信息。从市级尺度分析,可以得到山东省整体的人口空间分布特征;从县级尺度分析,可以得到山东省各市内部的人口空间分布特征;从1 km尺度分析,可以得到山东省各县内部的人口空间分布特征。②不同尺度上,人口的空间分布格局特征不同。市级和县级尺度上,人口分布受环境—经济因子的影响表现出与一些因子显著相关,而受空间集聚的作用较小;1 km尺度上,人口分布与环境—经济因子的相关性较小,而主要受空间集聚的作用,在县内部,人口往往集中分布于某一区域,呈现出典型的集聚分布模式。     

不同重现期下淮河流域暴雨洪涝灾害风险评价

为探讨不同重现期情景下淮河流域暴雨洪涝灾害风险变化,利用不同类型共20 种分布函数拟合得到最大日降水量结果,并将其作为致灾因子,结合其他11 种指标,定量化评价淮河流域不同重现期暴雨洪涝灾害风险。研究发现：① 淮河流域暴雨洪涝灾害高风险区为流域中上游干流蓄洪区及周边地势低洼地,流域中部、西南部以及东部部分地区为中高风险区,低风险区分布于流域北部与中南部。② 随重现期增加（10a 一遇至1000a 一遇）,最大日降水量空间分布变化为流域东部整体危险性逐渐减弱,西南部高值区域增幅较大;而最终淮河流域暴雨洪涝灾害风险区划变化则表现为中高风险区保持相对稳定;高风险区与低风险区逐渐缩小,占流域总面积分别由8.3%、42.4%减小至3.2%与30.8%,风险高值保持稳定但区域集中程度越来越明显;中风险区则由28.3%增加至40.9%;整体呈现“流域东部大灾减少、小灾不断,西部高值区遇水成灾,北部中南部相对安全”的空间分布变化格局。     

古尔班通古特沙漠南缘干季土壤水分含量空间异质性

土壤水分含量是荒漠植被发育的主要制约因子。对古尔班通古特沙漠南缘个体、群落、丘间地0~100 cm干季土壤水分含量的空间异质性进行分析。结果表明：（1）同尺度下,土壤水分含量随土层深度增加呈显著升高趋势,且表层土壤水分含量的变异系数高于其他土层。（2）个体尺度,梭梭树干基部周围土壤水分含量在垂直和水平方向存在格局分异。垂直方向,土壤水分含量随土层深度增加呈升高趋势。水平方向,随距树干基部距离增加,坡顶土壤水分含量呈升高趋势,坡中和坡底土壤水分含量呈降低趋势,但没有显著差异。（3）梭梭群落尺度上土壤水分含量异质性较强,且呈斑块状分布。（4）地形是影响丘间地尺度土壤水分含量空间分异的主要因素,形成坡底土壤水分含量最高、坡中次之、坡顶最低的空间分布格局。     

土地空间分形结构的尺度转换特征

应用分形理论以及多元相关分析、灰色关联分析方法,分析浙江省慈溪市土地空间分形结构的尺度转换特征。结论为:①慈溪市、贵州省不同尺度分割区域的土地空间分形结构均客观存在,不因尺度不同而变化;②尺度转折点因尺度不同而出现,贵州省(省域尺度)土地利用存在尺度转折点,慈溪市(县域尺度)土地利用不存在尺度转折点;③不同尺度的慈溪市、贵州省土地空间结构的分维不仅主要受到土地类型本身几何属性的影响,而且其所受到的影响跨尺度存在;④尺度的差异造成不同影响因子的影响程度随尺度出现变化;平均图斑形状指数对慈溪市土地空间结构的分维影响最大,图斑数则对贵州省土地空间结构分维的影响最大。     

1959-2008年淮河流域极端径流的强度和频率特征

基于淮河中上游主干流两侧13个水文站点1959-2008年逐日径流量的年最大值序列和超门限峰值序列,采用Mann-Kendall趋势检验、21种分布函数和Pearson III分布,分析淮河流域极端径流的强度和频率特征。结果表明：① 极端径流强度6个站点呈增加趋势,7个呈减少趋势;极端径流发生频率8个站点呈增加趋势,5个呈减少趋势。② 极端径流在径流值上的频率分布,年最大值序列总体较服从Weibull分布,而非普遍采用的广义极值分布;超门限峰值序列总体仍较服从广义帕累托分布。③ 基于超门限峰值序列和广义帕累托分布估算的50年一遇的极端径流值精度最高,大部分地区误差率低于0.2,精度优于工程标准Pearson III分布。气候变化背景下,极端径流频率特征发生变化,流域上游地区工程标准可能需要调整。受函数形态影响,极值序列最优拟合函数估算精度不如广义极值分布和广义帕累托分布。     

近50年珠江流域降雨多尺度时空变化特征及其影响

利用珠江流域38个站点54 a日降水资料,采用Kendall非参数检验法、线性回归及空间克里格插值,对多种降雨指数时空变化及影响进行了研究。结果表明:1珠江流域西部年降雨有减少趋势,流域大部分的降雨日数则有增加趋势;2流域降雨具有季度、月份集中性,其中,季度集中性趋于空间均匀化,月份集中性趋向空间极端化;3极端降雨阈值东高西低,全区极端降雨在20世纪60、80年代末有突变现象,P0.01%设计值在21世纪达到最高。综合多尺度降雨时空变化结果进行分析,将珠江流域划分为广东(包括江西)、广西中北部(包括湖南)、广西西南及云贵4个降雨特征区,广东尤其是珠三角地区及广西中北部地区应注重防洪安全,广西西南与云贵地区应注重保障用水安全。     

重庆市降雨侵蚀力空间格局及其变化

使用经验正交函数和非参数统计检验方法,对重庆市1960-2010年全年、季节降雨侵蚀力时空格局进行分析。结论如下:①年、季降雨侵蚀力均呈东北、东南偏大,西部偏小的空间格局。②受大尺度气候因素影响,年、季降雨侵蚀力表现为一致性异常分布特征,2000年后年、季降雨侵蚀力增大的年份偏多。③受山地地形影响,全年、秋季和冬季降雨侵蚀力存在反相变化模态,重庆市东北(集中在城口、开县区域)降雨侵蚀力变化趋势与其他区域存在差异。     

华南地区近53a极端高温日数的变化特征及其区域差异

利用1961―2013年华南地区56个气象站点逐日最高气温资料,采用百分位阈值法、线性倾向估计法、Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析等方法分析了华南地区近53 a极端高温日数的趋势变化、突变、周期变化及其区域特征。结果表明:1)从趋势变化看,大部分站点呈增加趋势,绝大部分站点于20世纪90年代后期进入快速增加期,其变化倾向于由东南部沿海逐渐向西北部内陆递减,沿海地区增加趋势明显。2)从Mann-Kendall突变检验看,绝大部分地区的极端高温日数有不同程度突变,显著减少突变和增加突变的起始时间段分别集中于20世纪60和90年代,其区域分布特征与海陆位置和地形关系密切。3)华南地区平均年和各站点分别存在26 a和22~28 a为主的第一主周期,20世纪60年代中后期到70年代的减少突变和2000年左右的增加突变存在于多个振荡周期中,多尺度周期振荡的同位相叠加是引起气候突变的主要原因;第一主周期有明显的区域差异,所引起的潜在突变对气候突变有决定性作用;地域特征与海陆位置和地形的关系密切。     

秦岭南北日照时数时空变化及突变特征

根据秦岭南北47个气象站1960-2011年逐月数据,采用样条曲线插值法（Spline）、气候倾向率、Pettitt突变点检测、相关分析等方法对该区日照时数的时空变化特征以及影响其变化的气象要素进行了分析。结果表明：（1）研究区多年平均日照时数为1 838.7 h,空间分布呈东北向西南递减格局,按各分区日照长短排序为秦岭以北>秦岭南坡>汉水流域>巴巫谷地。四季日照时数分布特征与年尺度上的结论基本一致,4个季节按其大小排序为夏季>春季>秋季>冬季,四季均以秦岭以北的日照时数最大。（2）近52 a各区年日照时数变化趋势较为一致,绝大部分站点呈下降趋势。下降的站点占本区站点总数的比例排序为巴巫谷地>汉水流域>秦岭以北>秦岭南坡,秦岭以南的广大地区相对于秦岭以北日照下降更明显。春季47%的站点呈上升趋势,显著上升的站点集中于中部地区;夏季98%的站点呈显著下降趋势;秋季和冬季变化特征及其空间分布无明显规律。（3）年尺度、春季和夏季突变年份集中于1978-1981年间,秋季的突变特征不甚明显,突变年份和空间分布无明显规律性可言,冬季日照时数突变年份同步性和一致性较差。（4）绝大部分站点日照时数与风速、最高气温、平均气温呈正相关关系,与降水和相对湿度呈负相关关系,与最低气温关系不明显。