气候变化对澜湄流域气象水文干旱时空特性的影响

受全球气候变化影响,澜沧江-湄公河流域气象水文干旱发生了较大变化,预测未来流域干旱的时空变化与传播特征是应对气候变化、开展澜湄水资源合作的基础。利用SWAT模型通过气陆耦合方式模拟了澜沧江-湄公河流域历史（1960—2005年）和未来时期（2022—2050年,2051—2080年）的水文过程,采用标准化降水指数和标准化径流指数预估并分析了流域未来气象水文干旱时空变化趋势。结果表明:①澜沧江-湄公河流域未来降水呈增长趋势,气象干旱将有所缓解,但降水年内分配不均与流域蒸发的增加,将导致水文干旱更为严峻,干旱从气象到水文的传播过程加剧;②水文干旱具有明显的空间异质性,允景洪和清盛站的水文干旱最为严重,琅勃拉邦、穆达汉和巴色站次之,万象站最弱;③未来流域水文干旱事件发生频次略有减少,但其中重旱、特旱事件占比增加,极端干旱将趋多趋强,且空间变化更加显著。     

基于SPI的鄱阳湖流域干旱时空演变特征及其与湖水位相关分析

以标准化降水指数(SPI)为工具,以鄱阳湖流域为研究对象,选择流域内13个气象站共50a的逐月降水量和5个水位站共50a的逐日水位为实验数据,通过Mann-Kendall检验方法和Kriging插值方法,分析了鄱阳湖流域干旱的时空演变特征,以Spearman秩相关系数为评价指标,比较了流域不同时间尺度的SPI值与各站湖水位、不同时间尺度干旱强度与各站年最低水位之间的相关程度。研究表明:鄱阳湖流域的干旱具有明显的季节性特征,春季和秋季具有较为明显的干旱化趋势;鄱阳湖的干旱覆盖面较广,干旱在不同区域内的不同时期都有可能发生和转移;鄱阳湖流域的气象干旱对湖水位具有较为显著的相关性,湖水位对3个月尺度和6个月尺度的SPI值响应最为明显,其与湖水位的相关程度,自近出湖口地区向远离湖口地区递增。     

基于MCI的新疆干旱变化特征分析

基于新疆92个国家气象站1961—2019年逐日气温和降水数据,通过气象干旱综合监测指数（MCI）分析新疆干旱过程及干旱强度,结果表明：（1）全疆年平均干旱日数在空间分布特征为：各地轻旱、中旱的年平均干旱日多数分布在研究区西北部,少数分布在研究区东南部;重旱年平均干旱日数以昆仑山脉为轴线,自西向东呈递减趋势,北疆特旱年平均干旱日数大于南疆;（2）年平均干旱强度呈自东南向西北依次加重的分布特征,春、夏季区域间干旱强度空间差异较小,秋季区域间干旱强度差异性较大;（3）干旱强度与其影响范围时序变化特征趋向一致;通过旋转经验正交函数（REOF）的时空分析,将新疆分成三个模态：第一模态南北疆成相反形式的分布特征,第二模态为东西部相反的分布特征,第三模态呈伊犁河谷偏湿的分布特征,且各模态干旱强度随时间变化趋势不同。     

变化环境下澜沧江-湄公河流域干旱趋势

为提升变化环境下澜沧江-湄公河(简称澜湄)流经国对干旱的抵御能力, 亟需对流域未来干旱趋势进行科学研判。本研究选取了CMIP6的5个GCM模式, 使用3种共享社会经济路径-典型浓度路径组合情景下的驱动数据, 采用分布式水文模型CREST-Snow, 预估了2020—2050年澜湄径流演变和气象、水文干旱发展趋势, 量化了澜沧江梯级水库调度对未来径流的调节作用。结果表明: 2020—2050年, 澜湄流域整体呈湿润趋势, 但极端干湿事件发生频率增加, 其中2020—2029年干旱频发, 2030—2050年更偏湿润, 老挝、泰国2020—2050年干旱发生的频率和强度比流域内其他国家更高; 澜沧江梯级水库可有效提升下游干季径流量, 增幅从上游(99%)至下游(68%)递减, 在缓解湄公河干季旱情方面具有重要作用。未来有待进一步加强澜湄水资源合作, 优化水库调度方式, 促进澜湄流经国水旱灾害防治。     

气候变化下中国主要流域气象水文干旱潜在风险传播

全球气候变化影响了气象水文要素的时空分布特性,气象水文干旱事件的转化关系及风险传播特征亟待研究。基于站点、栅格观测资料和CMIP5（Coupled Model Inter-comparison Project Phase5）的19个气候模式输出数据,采用新安江等4个水文模型模拟了中国135个流域历史（1961—2005年）和未来时期（2011—2055年,2056—2100年）的水文过程,计算了SPI（Standard Precipitation Index）和SRI（Standard Runoff Index）干旱指标,通过游程理论识别了气象干旱与水文干旱事件,利用Copula函数与最大可能权函数度量二维干旱风险特征,定量评估了气象干旱至水文干旱的潜在风险传播特性。结果表明:①气象-水文干旱对气候变化响应强烈,华北和东北地区的干旱联合重现期增大,干旱潜在风险减小,华中和华南地区的干旱联合重现期减少60%~80%,干旱潜在风险增加;②气象干旱与水文干旱风险在历史和未来时段均存在显著的正相关关系,相关系数超过0.99;③各流域水文干旱风险变化对气象干旱风险变化的敏感程度不会随气候变暖发生较大变化,但未来北方地区水文干旱同气象干旱同时发生的概率将会小幅度增加。     

淮河流域近500年洪旱事件演变特征分析

为了认识淮河流域过去500年洪旱事件发生规律并鉴别当前的洪旱情势,收集并对比分析了流域实测降雨资料、重建历史雨季降雨资料、历史旱涝等级资料、历史洪旱文献记录和历史调查洪水资料等多源洪旱灾害数据。以重建历史雨季降雨资料和历史旱涝等级资料为主要依据,通过滑动平均、频率计算、小波分析和突变检验等方法,分析流域过去500年洪水干旱时空分布特征和演变规律。结果表明,17世纪淮河流域洪旱灾害最严重,但20世纪极端洪旱事件发生频次最多。淮河流域洪旱事件存在40年左右的稳定长周期,主周期从18世纪的15~20年逐渐减少到19世纪的5年周期,近20年来出现2~3年的主周期,洪旱灾害事件呈增加趋势,流域社会经济发展面临着严峻的洪旱灾害威胁。     

1961年以来海河流域干旱时空变化特征分析

以干旱易发区海河流域为例,利用流域内及其周边地区58个气象站点1961-2010年逐日气象观测数据,结合累积相对湿润度指数和模糊集对评价法,考虑了干旱的累积效应以及评价标准等级边界的模糊性和评价因子的时程分配,分析了海河流域干旱时空变化特征。结果表明:①近50年来流域主要干旱类型为中旱和重旱,平均面积分别约为7.30万km2和7.78万km2,重旱面积呈现出显著的增加趋势;②近25年来,重旱易发区范围表现出扩张的态势,1985-2010年重旱易发区面积达到14.9万km2,为1961-1985年的1.6倍。     

澜沧江水电开发对缓解 2019 年湄公河干旱影响分析

采用气象、遥感影像、水库蓄水量变化等多元数据分析了2019年澜沧江-湄公河干旱的原因以及上游电站开发对干旱的影响。结果表明,2019年澜沧江-湄公河发生了全流域性气象干旱过程,进而导致湄公河流域水量骤减;澜沧江电站充分发挥削峰补枯、兴利除害的作用,一定程度上缓解了下游旱情;但由于澜沧江出境流量仅占湄公河流域水资源量的13.5%,澜沧江水电开发对下游干旱的缓解作用非常有限,并且影响程度随着往下游的推移而减弱。     

淮河流域旱涝灾害致灾气候阈值

采用淮河流域内1959—2008年110个气象站的逐日降水资料,结合流域1978—2008年农作物旱涝灾害受灾面积数据,基于降水致灾因子与农作物承灾体受损程度等研究,提出旱、涝致灾气候阈值概念,在此基础上分析旱涝灾害发生的时空特征,确定淮河流域合理的旱涝致灾气候阈值区间并建立致灾气候阈值与农作物受灾面积之间的定量关系。结果表明:①致灾气候阈值可通过计算发生旱涝事件时间段累积降水量除以1959—2008年相应时段累积降水量的平均值来定义,得到的旱、涝致灾气候阈值在不同尺度下对旱、涝灾害事件均有较好地稳定反映,可满足研究区旱、涝事件分析需求;②洪涝致灾气候阈值与农作物受灾面积存在一致的变化趋势,而干旱致灾气候阈值与农作物受灾面积相关系数高达0.96,构建了基于干旱致灾气候阈值的农作物受灾面积预测模型。     

淮河流域旱涝灾害致灾气候阈值

采用淮河流域内1959—2008年110个气象站的逐日降水资料,结合流域1978—2008年农作物旱涝灾害受灾面积数据,基于降水致灾因子与农作物承灾体受损程度等研究,提出旱、涝致灾气候阈值概念,在此基础上分析旱涝灾害发生的时空特征,确定淮河流域合理的旱涝致灾气候阈值区间并建立致灾气候阈值与农作物受灾面积之间的定量关系。结果表明:① 致灾气候阈值可通过计算发生旱涝事件时间段累积降水量除以1959—2008年相应时段累积降水量的平均值来定义,得到的旱、涝致灾气候阈值在不同尺度下对旱、涝灾害事件均有较好地稳定反映,可满足研究区旱、涝事件分析需求;② 洪涝致灾气候阈值与农作物受灾面积存在一致的变化趋势,而干旱致灾气候阈值与农作物受灾面积相关系数高达0.96,构建了基于干旱致灾气候阈值的农作物受灾面积预测模型。     

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.     

三峡水库运用对鄱阳湖调蓄能力的影响

鄱阳湖调蓄能力受“五河”(赣江、抚河、信江、饶河、修水,以下简称五河)及长江干流的双重影响,三峡水库运用后,干流水文情势变化影响鄱阳湖与长江之间的水量交换。基于实测资料统计和湖口出流影响因素分析,建立了一种新的鄱阳湖出流及临界调蓄水位的计算公式,进而对三峡水库运用前后鄱阳湖各月调蓄水量的变化情况进行了定量分析。研究结果表明,长江干流和五河来流通过改变星湖落差和湖口水位来影响湖口出流及湖泊调蓄水量,但影响过程及影响量有所差异,若湖口水位不变,五河入流每增加1000m^3/s,湖口出流约增加304m^3/s,九江流量每增加1000m^3/s,湖口出流约减小723m^3/s。三峡水库运用会改变湖泊调蓄水量,年内各月相比,9月鄱阳湖水量减小约49.4%,5月鄱阳湖水量增加约47.7%。     

Response of hydrothermal activity in different types of soil at ground surface to rainfall in permafrost region

In order to understand the hydrothermal activity mechanism of active layers to rainfall in permafrost regions caused by humidification of climate, the differences of ground surface energy balance and hydrothermal activity in different types of shallow soil with the consideration of rainfall were discussed. Based on the meteorological data in 2013 observed at Beiluhe observation station of Tibet Plateau, three types of shallow ground soil (i.e., sandy soil, sandy loam and silty clay) were selected to compare the differences in the water content and energy balance at the ground surface, dynamic processes of water and energy transport in active layers and coupling mechanism under rainfall condition in the plateau using a coupled water-vapor-heat transport model. The results show that the increase of soil particle size leads to the increase of surface net radiation and latent heat of evaporation, but the decrease of soil heat flux. The difference of surface energy balance, especially the sensible heat flux and latent heat of evaporation, are larger in the warm season but smaller in the cold season. The liquid water transport under hydraulic gradient and the water-vapor transport under thermal gradient are obvious as the particle size in soil increases. However, the water-vapor flux under thermal gradient increases but the liquid water flux under hydraulic potential gradient decreases. As a result, the water content in shallow soil decreases accordingly but it increases slightly at the depth of 25 ~75 cm. Moreover, with the increase of soil particle size, the thermal conductivity of soil, convective heat transfer under rainfall and surface evaporation increase, but the soil heat conduction flux and soil temperature gradient decrease. Thus, soil temperature in sandy soil is much higher than that of sandy loam and silty clay at the same depth. The permafrost table declines with the increase of the thickness of active layer, which is unfavourable to permafrost stability. The results can provide theoretical reference for stability prediction and protection of permafrost caused by humidification of climate.     

荒漠地区土壤初始状况对水平入渗的影响

通过对沙坡头荒漠地区人工植被固沙区生物土壤结皮与固沙区外天然沙丘沙以及天然植被红砂、珍珠分布区砂粘土在不同初始含水率（θ_i）条件下土壤水平入渗过程的对比试验研究,探讨土壤质地以及θ i对水平入渗系数（λ_f）、剖面平均含水率（θ_m）状况的影响。生物土壤结皮对降水入渗量的截持作用大于沙丘沙,因而将显著地改变降水入渗过程中土壤水分的再分配格局,减少降水对深层土壤（沙丘沙）的有效补给。通过对土壤剖面平均含水率θ_m与距离湿润锋前缘0～5 cm、5～10 cm处体积含水率θ_fA、θ_fB比较,生物土壤结皮的θ_m、θ_fA和θ_fB分别约为沙丘沙的1．5倍。     

Statistical analysis of the temporal stability of soil moisture in three desert regions of northwestern China

Soil moisture and its variations are key factors for understanding hydrological processes, which are characterized by a high temporal variability at different scales. The study was conducted at three field stations in the desert regions of northwestern China, where soil moisture measurements with gravimetric method were used to characterize the temporal stability of soil moisture using various statistical parameters and an index of temporal stability (ITS). The soils are a gray–brown desert soil at the Linze station, an aeolian sandy soil at the Fukang station, and a brown desert soil at the Cele station. Soil textures are accordingly sandy loam at Linze and Cele, and loamy sand at Fukang. The dynamic variation in soil moisture depends strongly on the rainfall pattern (amount and frequency) in these desert ecosystems. Soil moisture content is low and significantly different among the three desert ecosystems, with the maximum at the Linze station (6.61 ± 2.08 %), followed by the Cele (4.83 ± 0.81 %) and Fukang (3.46 ± 0.47 %) stations. The temporal pattern exhibits high variability because soil moisture is characterized by low temporal stability and a high coefficient of variation (CV). The standard deviation, CV, and ITS increase significantly with increasing soil moisture. Soil moisture displays a skewed frequency distribution that follows a logarithmic function at lower soil moisture but a log-normal distribution at higher values.     

基于FY-3 A/VIRR数据的藏西北干旱遥感监测研究

藏西北地区生态环境脆弱,由于地形复杂、气候独特,该区的观测资料非常缺乏。利用遥感技术开展藏西北地区的干旱监测,能获取在空间上连续变化的地表干旱情况,对于指导该区农牧业生产具有重要的意义。基于FY-3A/VIRR的一级数据和标准旬产品（地表温度、植被指数）,采用温度植被干旱指数（TVDI）进行藏西北地区的干旱监测研究,并将监测结果分别与基于EOS/MODIS数据监测的结果、同期的野外实测土壤水分数据以及气象站点的降水量数据进行了对比分析。结果表明：利用FY-3A/VIRR数据的TVDI遥感监测结果与实测土壤水分、气象站累计降水量数据均呈显著的负相关关系,通过了0.01水平的显著性检验;利用FY-3A/VIRR数据与EOS/MODIS数据估算的TVDI干旱等级空间分布特征基本一致,FY-3A/VIRR数据可以代替EOS/MODIS数据在藏西北地区开展干旱遥感监测,可为指导藏西北地区农牧业生产提供数据支持。     

基于区域气候模式的流域农业干旱成因分析

以湄公河流域为研究区,采用区域气候模式RegCM3为模拟工具,以根系层土壤含水量为代表性指标,对A1B情景下未来研究区月尺度农业干旱进行了预估。基于地表能量平衡原理,系统分析了降水、蒸发、地表温度和根系层土壤含水量等农业干旱主要影响因素与区域气候模式模拟的大气环流、地表感热通量、地表潜热通量、地表净通量之间的联系和变化规律,从气陆间能量和水汽通量平衡角度,对农业干旱发生机理进行了识别。预估结果表明:从年内各月地表净通量和地表温度变化来看,未来春末(6月)和秋末(10月)湄公河流域温度增加明显,且土壤含水量减少也较为明显;同时,这两个时段蒸发旺盛和降水减少的趋势,有可能导致流域局部地区(尤其是非灌溉农业区)农业干旱的发生。     

内蒙古鄂尔多斯西北土壤水流动示踪实验及自流井群补给源讨论

降水模拟实验证明,鄂尔多斯北部沙土层单次降水入渗最大深度小于1 m,降水在土壤中受到蒸发后排泄到大气中。实验证实,只有当土壤含水率达到最大田间持水率,吸附在土颗粒表面的薄膜水才能克服电磁引力转化为重力水,在重力的作用下继续下渗。鄂尔多斯北部的年降水量小而蒸发量大,降水入渗土壤不能形成累积效应,无法形成连续下渗的重力水流。同位素示踪分析表明,土壤水主要来源于地下潜水,结合土壤含水率与TDS分析证实,地下水是通过薄膜水与蒸发-凝结方式补给到土壤水中,薄膜水从高温区向低温区流动,对于等温的薄膜水而言,薄膜水从厚层向薄层流动。同位素分析表明,都思兔河流域的河水、泉水、井水、湖泊、土壤水接受相同的外源水补给。鄂尔多斯盆地降水比地表水与地下水明显富集重同位素,不符合补给区降水同位素特征。鄂尔多斯盆地地下水分水岭与基底断裂带重合,据此推断,外源水以深循环方式通过基底断裂带补给鄂尔多斯盆地,在干旱地区形成自流井群。