基于条件分布模型的气象水文干旱传递分析

气象干旱发展到一定程度可以传递为水文干旱。以潘家口水库流域1961—2010年逐月平均降水数据和潘家口水库的入库径流序列为基础数据,分别计算了1、3、6、12个月时间尺度的标准化降水指数（SPI）和标准化径流指数（SRI）,以表征研究区域的气象干旱和水文干旱。基于条件分布模型,分析了不同时间尺度的气象干旱传递到未来的不同等级和不同的预测期（或滞后期）的水文干旱的概率。结果表明,当SPI时间尺度较短或预测期（滞后期）较短时,其对应的SRI水文干旱等级越倾向于维持与SPI相同的干旱等级;随着SPI时间尺度的增长或预测期（滞后期）延长,其对应的SRI水文干旱等级略低于气象干旱或恢复到正常状态。     

甘肃省河东地区气象-水文干旱时空演变特征

干旱半干旱区是气候变化和人类活动的敏感和脆弱区,研究地区干旱时空演变特征有助于成灾机理分析。甘肃省河东地区是我国典型干旱半干旱区,主要依靠自然降水维持农业生产,旱灾尤为突出。基于标准化降水指数和标准化径流指数探讨河东地区气象-水文干旱的时空演变特征,结果表明：（1）气象干旱多发生于春夏两季及陇东地区,较少发生季节型以上气象干旱;（2）水文干旱较气象干旱历时更长,多年尺度干旱时有发生;（3）不同季节气象-水文干旱滞时不同,春夏两季几乎无滞后,秋季约滞后1个月,冬季约滞后4个月;（4）陇中和陇东地区历史受灾/成灾面积较大。本研究可为干旱半干旱区的旱灾预警评估和旱灾防控工作提供参考。     

长江流域陆地水储量与多源水文数据对比分析

从趋势性、滞后性及相关性三方面,对2002—2013年间GRACE重力卫星反演的长江上游与中游陆地水储量与模型模拟土壤含水量、实测降水和实测径流数据进行了对比分析,并从干旱强度及发展时间两方面评估了标准化陆地水储量指数SWSI、标准化降水指数SPI、标准化径流指数SRI和标准化土壤含水量指数SSMI对区域性干旱的表征能力.结果表明:长江上游地区陆地水储量与降水、径流和土壤水蓄量均无显著变化,而中游地区陆地水储量则与水库蓄量同样具有显著性增加,反映人类活动对中游地区陆地水储量变化有很大影响;各指标指示的各等级干旱月份数量基本相当,但各指标反映的特旱具体月份有较大差别,基于GRACE数据构建的SWSI指标对特大干旱的指示性不好;对比各指标对上游与中游地区干旱事件发展时间,体现出水文干旱、农业干旱对气象干旱存在一定的迟滞关系.     

2015—2017年南非西开普省干旱事件的时空特征分析

2015—2017年南非西开普省遭受了特大干旱冲击,造成了城市可用水资源的极度短缺,使其首都开普敦市成为人类历史上首个面临“零日”灾难（关闭该城市水龙头的确切时间）威胁的现代城市。但此次灾害的多种致灾因素的交互机理和过程尚不明确,人为供用水管理如何科学应对自然降水变异的模式有待进一步挖掘。因此,通过气象干旱、水文干旱和城市供用水管理3个维度挖掘其中的关键阶段、空间分布和管理效益。结果表明：(1)西开普省2015—2017年气象干旱面积和强度显著增加,且2017年5月干旱情况最为严重。相比于标准化降水指数,标准化降水蒸散指数检测到的干旱更为显著。(2)西开普省的水文干旱在2017年5月最为严重,这与气象干旱的时空特征规律大体一致,体现出气象—水文干旱迅速传播的特征。标准化径流指数结果与水库储水量变化均反映该地区的水资源缺乏,表明此次干旱事件对严重依赖降雨和水库供水的西开普省产生了显著影响。(3)西开普省政府针对此次干旱演进过程采取了不同等级的用水限制和管理政策,有效推迟和避免了“零日”灾难,但在政治和经济等方面解决用水不平等的问题还值得商榷和改良。研究表明城市干旱问题涉及气象、水文和供用...     

水文干旱指数在汾河上游的适用性分析

为准确评价水文干旱,客观合理地构建干旱指数。以汾河上游的月径流为研究对象,首先从逻辑斯特、正态、对数正态、威布尔分布中选择出最优分布,利用最优分布计算标准径流干旱指数（Standardized Streamflow Drought Index, SSDI）;其次依据标准正态曲线特点对水文干旱事件进行等级划分;最后将标准径流干旱指数与径流Z指数和距平指数进行分析比较,并根据汾河上游实际干旱情况验证标准径流指数的适用性。结果表明:对数正态分布对汾河上游月径流的拟合程度最佳,根据该分布计算得到的指数以及干旱等级与汾河上游历史记载的旱涝情况基本相符;汾河上游不同干旱等级出现频率相对于时间尺度的变化具有稳定性。     

青岛市气象和水文干旱变化特征分析

利用青岛市气象和天然径流资料,借助极端降水指数、气象和水文干旱指数,采用回归分析、相关分析和ARCGIS空间分析等方法对该市气象和水文干旱的变化特征进行分析。主要结论为:(1)青岛市无雨日数明显增多,降水量则呈减少的趋势;最大连续无雨日数(pxcdd)和平均干旱期长度(pdsav)的上升在西部地区大于东部地区,而降水量(prcptot)的下降在东部地区大于西部地区。(2)气象干旱指数SPI和水文干旱指数SSI均表明青岛市干旱呈加剧特征;SSI所反映的旱涝发生频次少于SPI,但持续时间大于SPI,尤以1个月和3个月尺度更明显。(3)干旱指数与历史旱灾面积的相关性较好,其中水文干旱指数与成灾面积的相关性更强,而气象干旱指数与受灾面积的相关性更强。此外,由于干旱的累积效应,在降水并不十分稀缺的年份,造成的局部旱情亦十分严重。     

环境变化下荆南三口河系水文干旱演变特征及归因分析

环境变化下水文干旱研究是水科学研究领域的热点问题之一。根据荆南三口河系1956-2017年5个水文站和22个气象站实测数据,采用标准化径流指数（Standardized Runoff Index,SRI）、降水-径流多元非线性模型、累积量斜率变化率比较法辅以Mann-Kendall检验法等方法,分析环境变化前后荆南三口河系62年水文干旱演变特征,并定量分解气候变化（降水量、蒸发量）和人类活动对径流量衰减的影响。结果表明：荆南三口河系整体干旱频率较高,变化期干旱事件发生频次多且等级高,多尺度干旱平均频率达42.96%,稳定期极少出现干旱现象;三口地区年径流量、年蒸发量在长时间序列上均呈下降趋势,年降水量较为稳定,年径流量检验的突变年份为1970年、1985年和2003年;人类活动是促使三口河系年径流量逐渐衰减的主要原因,1971-1985年、1986-2003年和2004-2017年三个时期人类活动对径流量变化（水文干旱演变）影响的贡献率依次为91.14%、103.73%、78.33%。     

水库径流调节对水文干旱的影响分析

对水文干旱研究做了简要综述,在此基础上,分别探讨了不考虑径流调节和考虑径流调节情况下的水文干旱分析方法.利用人工生成径流系列,以实际需水量作为截断水平产生干旱事件,得到了天然水文干旱的统计特征,主要包括不同频率(重现期)的水文干旱烈度、历时和强度;考虑水库系统对径流的调节作用,在水库采用SOP运行规则下,分析了径流调节下的供水系统水文干旱和判断依据,得出了考虑径流调节下的水文干旱统计特征.对两种情况下水文干旱统计特征进行对比分析,定量刻画了水库径流调节对水文干旱的影响.     

变化环境下渭河流域水文干旱演变特征剖析

环境变化影响区域水资源的可持续开发利用,导致水文过程出现非平稳特征,需发展非平稳水文干旱评估方法。选取渭河流域为研究区,依据流域内2个水文站、62个雨量站和24个气象站1961-2013年数据,基于可变下渗容量模型定量分离气候变化和人类活动对径流衰减的贡献;采用标准化径流指数（Standardized Runoff Index, SRI）剖析水文干旱时空演变特征;提出多种SRI参数化方案,对比评定各方案表征非平稳干旱的合理性以及环境变化对干旱演变的影响作用。结果表明:自1991年以来渭河流域年径流量呈显著衰减趋势,人类活动是径流演变的主要因素,对咸阳和华县站径流量变化的贡献率分别为-66.7%和-71.0%;时变参数方案计算的干旱指数能合理重建历史水文干旱序列;人类活动是渭河流域1991年以来短历时水文干旱发生的主导因素,气候变化主要影响长历时旱涝的演变趋势。     

多尺度干旱指数在江淮流域的适应性研究

利用1960-2010年江淮流域34个地面气象观测站的逐日降水、日平均气温、相对湿度等实测资料, 分别计算了江淮流域的Z指数、降水距平百分率、相对湿润指数、标准化降水指数以及CI指数, 经与江淮流域干旱记录对比分析, 结果表明: 月尺度的Z指数在5种干旱指数中应用效果最好, 符合率达70%以上;在时间域上, 月尺度的Z指数仅在春季吻合率稍差, 其余月份均在70%以上;月尺度的SPI指数在冬季吻合率较差, 其余月份同Z指数总体相当;MI指数效果最差;日尺度的CI指数应用效果存在时空差异, 在河南最好, 在山东最差, 夏季效果最好, 春季、冬季最差.     

乌力吉木仁河水文要素时间尺度变异分析

由于气候变化和人类活动的影响,水文要素的分布形式和参数可能在统计意义上产生了变异。为了揭示水文要素在时间尺度上的变异关系,将乌力吉木仁河梅林庙测站1956~2000年的逐月径流资料,按照不同的时间尺度划分为季度、汛/非汛期和年径流序列,利用水文变异诊断系统分别对其进行变异诊断,并查阅相关文献得出剧烈的人类活动是导致变异的主要原因。通过归纳不同时间尺度的变异诊断结果得出,对于按照季度尺度划分的径流序列,不同月份径流量占年径流量的比例是影响季度变异的主要因素,在变异程度方面,第一季度的变异程度最大,而第三季度的变异程度则最小;对于汛/非汛期尺度划分的径流序列,其变异则受所包含月份的综合影响,且月径流量比例系数越大,其影响程度也越大;对于年径流序列,其变异则主要受到第三季度或汛期径流的影响。     

Regional analysis of streamflow drought: a case study in southwestern Iran

Droughts are complex natural hazards that, to a varying degree, affect some parts of the world every year. The range of drought impacts is related to drought occurring in different stages of the hydrological cycle and usually different types of droughts such as meteorological, agricultural, hydrological, and socio-economical are the most distinguished types. Hydrological drought includes streamflow and groundwater droughts. In this paper, streamflow drought was analyzed using the method of truncation level (at 70 % level) by daily discharges at 54 stations in southwestern Iran. Frequency analysis was carried out for annual maximum series of drought deficit volume and duration. 35 factors such as physiographic, climatic, geologic and vegetation were studied to carry out the regional analysis. According to conclusions of factor analysis, the six most effective factors include watershed area, the sum rain from December to February, the percentage of area with NDVI <0.1, the percentage of convex area, drainage density and the minimum of watershed elevation, explained 89.2 % of variance. The homogenous regions were determined by cluster analysis and discriminate function analysis. The suitable multivariate regression models were ascertained and evaluated for hydrological drought deficit volume with 2 years return period. The significance level of models was 0.01. The conclusion showed that the watershed area is the most effective factor that has a high correlation with drought deficit volume. Moreover, drought duration was not a suitable index for regional analysis.     

基于SPEI指数的兰州干旱特征与气候指数的关系

基于1961~2012年逐日气象及同期4个气候因子资料系列,采用标准化降水蒸散发指数(SPEI)定量描述兰州地区干旱状况,利用M-K检验分析了该地干旱变化趋势,采用皮尔逊相关系数法以及交叉小波变换法研究了SPEI与北大西洋涛动(NAO)、北极振荡(AO)、太平洋十年涛动(PDO)以及厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)四个气候因子之间的关系。研究结果表明:干旱指数SPEI在月、春、夏、秋及年尺度上均呈显著下降趋势、冬季增长趋势不显著,未来兰州春、夏和秋季缺水有加重趋势,冬季有变湿润倾向;SPEI与PDO、ENSO在秋季呈显著负相关;ENSO主要影响干旱短周期的年际变化;干旱与PDO和AO呈滞后的负相关关系,两指数主要影响较长周期干旱的年际和年代际变化。     

1957—2019年昆仑山北麓车尔臣河流域水文情势及其对气候变化的响应

气候变暖背景下干旱区水文、水资源的变化仍是影响区域水资源利用和洪水灾害防治的关键科学问题。基于1957—2019年长序列的水文、气象资料,系统分析了昆仑山北麓车尔臣河流域的水文变化特征及其对气候变化的响应。总体上,车尔臣河流域的水文过程的显著变化发生在1990s末期,变化前后年径流量约增加了54.67%,所有季节径流的增加共同造成了年径流的增加,其中夏季径流的增加对年径流增加的贡献最大,其次依次为秋季、春季和冬季。降水增加（第一控制因素）和气温升高（第二控制因素）共同造成了车尔臣河流域水文过程的变化。具体到径流年内变化,降水是春夏季径流变化的主控因素,而秋冬季径流变化的主控因素是气温。径流增加为中下游提供更多水资源的同时,也导致年际间水文洪涝和干旱事件发生的频率增加、强度增强。冰冻圈在该地区水文循环中起着重要的作用,但其对水文过程的影响仍不明确,加强阿尔金高山区的冰川、多年冻土监测将为进一步预估水文对气候变化的响应提供基础数据支撑。     

Study on rainfall variations in the middle part of Inner Mongolia,China during the past 43 years

The study area, the middle part of Inner Mongolia including Hohhot city, Baotou city, Wulanchabu city, Ordos city, Bayannaoer city and Wuhai city, is one of typical eco-geographical transition zones in China. Using monthly precipitation data (1961–2003) from 45 meteorological stations in the study area, this paper analyzes characteristics and tendencies of annual and seasonal rainfall variations, and reveals multi-time scales structures of these time series through wavelet analyses; also, the periods of annual and seasonal precipitation series are identified, and the periodical oscillations and points of abrupt change at the principal period scale are discovered. The results show that annual precipitation varies in a large range, and has an ascending tendency at an increasing rate of 1.482 mm/10a; the multi-time scales periodical oscillations are clear; differences in tendencies, ranges and decadal precipitation anomalies exist within each decade during 1961–2000. The seasonal allocation of overall annual precipitation is extremely uneven; in terms of tendencies of seasonal precipitation, winter and spring have upward trends while summer and autumn have downward tendencies; distinctions in tendencies, ranges and decadal precipitation anomalies among each seasons are in existence within each decade during 1961–2000. The periodical oscillations of each seasonal precipitation time series are also evident. The research results not only provide convincing evidence for global climate change research, but also facilitate the understanding of specific natural process and pattern to make steps to rehabilitate and reconstruct vegetation, and contribute to fulfill the sustainability of water management.     

Joint pattern of seasonal hydrological droughts and floods alternation in China’s Huai River Basin using the multivariate L-moments

Under the current condition of climate change, droughts and floods occur more frequently, and events in which flooding occurs after a prolonged drought or a drought occurs after an extreme flood may have a more severe impact on natural systems and human lives. This challenges the traditional approach wherein droughts and floods are considered separately, which may largely underestimate the risk of the disasters. In our study, the sudden alternation of droughts and flood events (ADFEs) between adjacent seasons is studied using the multivariate L-moments theory and the bivariate copula functions in the Huai River Basin (HRB) of China with monthly streamflow data at 32 hydrological stations from 1956 to 2012. The dry and wet conditions are characterized by the standardized streamflow index (SSI) at a 3-month time scale. The results show that: (1) The summer streamflow makes the largest contribution to the annual streamflow, followed by the autumn streamflow and spring streamflow. (2) The entire study area can be divided into five homogeneous sub-regions using the multivariate regional homogeneity test. The generalized logistic distribution (GLO) and log-normal distribution (LN3) are acceptable to be the optimal marginal distributions under most conditions, and the Frank copula is more appropriate for spring-summer and summer-autumn SSI series. Continuous flood events dominate at most sites both in spring-summer and summer-autumn (with an average frequency of 13.78% and 17.06%, respectively), while continuous drought events come second (with an average frequency of 11.27% and 13.79%, respectively). Moreover, seasonal ADFEs most probably occurred near the mainstream of HRB, and drought and flood events are more likely to occur in summer-autumn than in spring-summer.     

基于地理空间要素的雅砻江流域面雨量估算

反映流域整体降水情势的面雨量一直是水文模型的重要输入参数之一,在泰森多边形雨量法的基础上考虑地理空间要素对降雨空间分布的影响,采用面向对象的遥感信息聚类方法提取出雅砻江流域2项形状因子(周长、面积)和5项地形因子(平均高程、平均坡度、平均坡向、高程差周长比和高程差面积比)。降雨—径流相关性分析结果表明:地形因子雨量法在月尺度上的降雨估算精度高于年尺度,且在月尺度上能更好地反映流域不同区段的降雨空间分布特征;在月、年际降雨变化趋势分析方面,年尺度上的降雨与径流一阶差分后平均相关系数为0. 903,高于月尺度的0. 629,主要由于水电站调蓄过程对流域径流异质性的影响,且影响度随着时间尺度缩小而放大。     

考虑不同水文年及IHA指标相关性的水文特征评估方法

变动范围法(RVA)是国内外评价河流水文特征变化的重要方法,但其存在忽略水文年变化特征及中低度改变指标的缺陷。针对此问题,采用CRITIC法结合欧氏距离对传统RVA进行改进,并将改进方法用于黄河源区(唐乃亥水文站),分析黄河源区径流量的水文指标变化趋势和整体水文变异程度。研究结果表明:唐乃亥水文站在1990年时水文情势发生突变,突变后流量呈减少趋势;受干扰后的唐乃亥水文站2/3月份平均流量、年最小7/30/90d流量、年最大90d流量、高流量平均延时、流量平均减少率/增加率共9个指标为中度改变,其余指标为低度改变;黄河源区水文特征年改变度为41.36%,水文指标整体改变度为27.33%,水文情势整体改变度为57.39%,属于中度改变。     

Assessment of climate change impact on the stream-flow in a typical debris flow watershed of Jianzhuangcuan catchment in Shaanxi Province, China

The study on the stream-flow change associated with future climate change scenarios has a practical significance for local socio-economic development and eco-environmental protection. A study on the Jianzhuangcuan catchments was carried out to quantify the expected impact of climate change on the stream-flow using a multi-model ensemble approach. Climate change scenarios were developed by ensemble four Global Climate Models, which showed good performance for Jianzhuangcuan catchment. Soil and Water Assessment Tool (SWAT), a physically based distributed hydrological model, was used to investigate the impacts on stream-flow under climate change scenarios. The model was calibrated and validated using daily stream-flow records. The calibration and validation results showed that the SWAT model was able to simulate the daily stream-flow well, with Nash–Sutcliffe efficiency >0.83 for Yaoping Long station, for calibration and validation at daily and monthly scales. Their difference in simulating the stream-flow under future climate scenarios was also investigated. The results indicate a 0.6–0.9 °C increase in annual temperature and changes of 12.6–18.9 mm in seasonal precipitation corresponded to a change in stream-flow of about 0.62–3.67 for 2020 and 2030 scenarios. The impact of the climate change increased in both scenarios.