榆林地区降水蒸发时间序列的多尺度特征和突变分析

基于榆林地区4个站点1978～2004年降水和蒸发实测资料,采用Morlet函数作为小渡函数,对序列结构进行详细剖析,并探讨了降水和蒸发的多时间尺度变化及突变特征.结果表明:降水变化具随机性,蒸发具有一定规律性,蒸发量从南向北有逐渐递减的趋势;降水量、蒸发量演变过程存在明显的多时间尺度特征,具有16、15 a的近似主周期,3、7、9 a的次周期,且周期变化复杂,大时间尺度包含着小时间尺度;a=16、15 a比a=9 a突变点发生时间滞后3～4 a,且降水比蒸发突变约滞后1 a;在不同时间尺度上,突变点也有一定差异,降水时间序列突变点较多出现于80年代后期和90年代后期,蒸发时间序列的突变多出现于80年代中期和90年代的中后期.     

澧水中上游径流变化规律研究

基于澧水中上游三个控制水文站多年实测径流资料,从年内分配和年际变化两方面分析了澧水中上游径流变化特征.结果表明:澧水中上游径流年内分配较集中,各年代径流年内分配不均性变化平稳;年径流总体呈下降趋势,其中4、11、12月径流下降趋势明显,而2月径流呈明显上升趋势;年径流存在多个时间尺度的周期性变化,其中以4、7、20 a尺度的周期性变化为主.     

澜沧江流域干旱气候变化特征及影响因素分析

基于澜沧江流域10个气象站1961～2010年逐日气象资料,利用Penman-Monteith模型计算了年、月湿润指数,并对其进行了标准化,统计了极端干旱事件发生的频率,进而采用Mann-Kendall趋势检验方法分析了澜沧江流域干旱气候变化特征及其影响因素。结果表明,从上游向中下游多年平均湿润指数逐渐增加,上游和中游的湿润指数呈增加趋势、下游呈下降趋势;自20世纪60年代至今,澜沧江流域经历了相对冷干-冷湿-冷干-暖湿-暖干五个阶段,暖干化趋势较为明显,其中冬季和春季为暖干化趋势最明显的季节;年降水量、湿润指数均在波动中呈下降趋势,气温和潜在蒸发量呈明显增加趋势,年降水量、湿润指数、气温和潜在蒸发量的变化倾向率分别为2.095mm/(10a)、0.006/(10a)、0.276℃/(10a)、6.231mm/(10a);澜沧江流域极端干旱事件频率在波动中呈减少趋势,下游呈上升趋势(上升速率为0.010 3次/a),20世纪60年代和21世纪初为澜沧江流域极端干旱事件频发的年代;降水量和日照时数为影响澜沧江流域极端干旱事件的主要气象要素。     

青藏高原江河源区干湿变化特征及影响因素分析

基于青藏高原江河源区内6个气象站点1961~2014年逐日气象资料,采用Penman-Monteith模型计算了标准降水蒸散指数SSPEI,研究了不同时间尺度下的干湿演变特征及其干旱频率空间分布特征,并分析了影响因素。结果表明,年际变化上,长江源区1969年后SSPEI整体呈显著上升趋势,并在2008年发生突变,黄河源区不同年代变化趋势不同,但整体呈不显著的下降趋势,无突变发生;季节变化上,对研究区影响较大的中旱和重旱集中在5~6月,湿润化趋势和干旱化趋势主要出现在长江源区夏季和黄河源区秋季,春季均无明显趋势;区内夏季SSPEI的Hurst指数几乎都大于0.5,有较好的持续性,春秋两季恰好相反,更多体现了反持续性。趋势分析和偏相关性分析发现,整体上长江源降水增多和风速减小是其湿润化的主要原因,黄河源平均气温上升和相对湿度下降是其干旱化的主要原因。     

腰坝绿洲降雨、蒸发序列周期演变规律及趋势预测

为了研究腰坝绿洲降雨、蒸发时间序列的周期变化特征及未来发展趋势,采用线性趋势法、Mann-Kendall检验及Morlet小波变换对巴润别立气象站1954~2012年降雨、蒸发观测资料进行趋势估计、突变检验、周期分析。结果表明,近60年来,腰坝绿洲降雨量呈增多趋势,但变化趋势不显著,蒸发量呈显著减少趋势;降雨、蒸发序列均无突变点;降雨序列存在5、3年的短周期和9、22年的长周期,预测腰坝绿洲2016~2017年将处于降雨偏少期,2018~2020年将处于降雨偏多期;蒸发序列存在3年的短周期和12、22年的长周期,预测腰坝绿洲2016~2020年将处于蒸发偏少期。     

青藏高原江河源区干湿变化特征及影响因素分析

基于青藏高原江河源区内6个气象站点1961~2014年逐日气象资料，采用Penman Monteith模型计算了标准降水蒸散指数SSPEI，研究了不同时间尺度下的干湿演变特征及其干旱频率空间分布特征，并分析了影响因素。结果表明，年际变化上，长江源区1969年后SSPEI整体呈显著上升趋势，并在2008年发生突变，黄河源区不同年代变化趋势不同，但整体呈不显著的下降趋势，无突变发生；季节变化上，对研究区影响较大的中旱和重旱集中在5~6月，湿润化趋势和干旱化趋势主要出现在长江源区夏季和黄河源区秋季，春季均无明显趋势；区内夏季SSPEI的Hurst指数几乎都大于0.5，有较好的持续性，春秋两季恰好相反，更多体现了反持续性。趋势分析和偏相关性分析发现，整体上长江源降水增多和风速减小是其湿润化的主要原因，黄河源平均气温上升和相对湿度下降是其干旱化的主要原因。     

潼关水文站1919~2015年水沙演化特征研究

分析潼关水文站的水沙演化特征对分析黄河水沙变化有重要意义,采用三门峡水库入库潼关水文站1919~2015年共97年水沙数据,借助Manna-Kendall趋势检验法、R/S分析法、经验模态分解法及Pearson相关分析法,探讨该水文站在较长时间尺度下的水沙关系演化特征。结果表明,潼关水文站径流量与输沙量具有显著下降趋势,且在未来一段时间内这种变化趋势将持续;在不同时间尺度上径流量与输沙量主要具有明显的年际及年代际周期性变化,IMF1分量对径流、泥沙序列有重要影响。研究成果可为黄河水沙变化分析提供参考。     

白鹤滩水电站20 cm蒸发皿蒸发规律及其影响因素分析

为了解白鹤滩水电站人工观测站观测的气象因素对20 cm蒸发皿蒸发量的影响,采用气候倾向率法,对蒸发量及其影响因素年际、年内和季节变化趋势进行了初步分析,并采用一元和多元线性回归法分别分析了蒸发皿蒸发量与影响因素相关性。结果表明,年蒸发量、春季蒸发量、秋季蒸发量均呈现显著下降趋势,依次为19.95、12.51 5.27 mm/a;年均风速（0.077 1 m/s）和年均相对湿度（0.941 2%）变化趋势较为明显;由一元线性回归得出风速和相对湿度是影响蒸发的主要因素;由多元线性回归得出气温、相对湿度、风速、降水量均对蒸发有显著影响。蒸发的下降是多种因素共同作用的结果,不同地区影响蒸发的因素有可能不同。     

岩溶区流域降雨径流趋势变异分析

为了识别变化环境下岩溶区流域水文序列趋势发生的变异及变异程度并预估未来变化趋势,采用趋势分析法和变异分析法分析了澄碧河水库流域降雨径流序列在3个时间尺度下的趋势性及变异性,并结合相关函数法预估其变化趋势。实例研究表明,流域内降雨序列在不同时间尺度下总体上均呈持续下降趋势(倾向率为-13.6~-32.2mm/10a),相应发生了不同程度的变异(h=0.512~0.956),其中百炼站发生了巨变异,变异强度大致以全年—雨季—枯季尺度递减;年径流与雨季径流呈同步微弱下降趋势,而枯季径流则呈微弱上升趋势,但均处于弱变异(h=0.675)状态;未来一定时期内,水库流域3个时间尺度下降雨序列呈显著下降趋势,而径流则呈微弱减少趋势。     

气象变化趋势对蒸发皿蒸发的影响分析

为分析老哈河流区域的气温、净辐射、相对湿度、风速等气象要素的变化趋势及其对蒸发皿蒸发的影响,选用初头朗子流域实测资料进行计算分析.结果表明,年、季时间尺度的蒸发皿蒸发和风速均呈显著下降趋势,而气温、净辐射、相对湿度在不同时间尺度和不同季节的变化趋势则略有不同;风速和相对湿度是影响蒸发皿蒸发的最主要因素,其他气象要素对蒸发皿蒸发的影响则视时间尺度和季节的不同而不同.     

华北地区可利用降水量特征分析

选择华北地区1951～2010年的降水和气温观测资料,采用高桥浩一郎公式计算蒸发量及可利用降水量,利用累积距平、线性倾向估计、Mann-Kendall突变检验和Morlet小波变换等方法对华北地区近60年可利用降水量的时间变化特征进行了分析,并分析了影响华北地区可利用降水量的大气环流因子。结果表明,华北地区的年可利用降水量和夏季可利用降水量呈减少趋势,年可利用降水量存在周期性变化,突变发生在1974年;副高、极涡指数、大西洋欧洲环流型和登陆台风等对华北地区可利用降水量的影响较为显著。     

基于统计降尺度的黄河源区气象极值预测

针对全球气候变化对水文过程及极值事件的影响,在HadCM3的A2、B2情景下,应用统计降尺度模型(SDSM)预测了黄河源区未来气温、降雨和蒸发极值的变化趋势,并讨论了模拟效果。结果表明,模型对温度极值的捕捉效果不错,但降雨和蒸发略差,尤其是降水量、蒸发量较大的夏秋季。多数降水极值指标的变化趋势能成功模拟,而对量的捕捉能力是随指标变化的,黄河源区未来不同季节平均气温、蒸发的平均值、极值均呈增加趋势,最大持续干旱日显著减少,极端降雨强度在春秋季节大幅增加。这些变化将对高原寒区的水文及生态环境带来积极影响。     

西北地区近地面水汽特征及其与区域蒸发关系

针对现有水文循环要素研究中较少关注近地面水汽的问题,以西北地区为例,应用NCEP/NCAR再分析资料分析了水汽垂直分布特征,采用趋势分析法研究了近地面水汽分布特征及其与区域蒸发的响应关系。分析结果界定了西北地区的近地面水汽层,水汽空间分布受地形地势影响十分显著,近50年来近地面水汽含量呈减少的趋势,并与区域蒸发量的变化呈正相关关系,蒸发量减少是造成近地面水汽含量减少的主要因素。     

牛栏江中上段枯季径流分析及月径流模拟

为分析牛栏江中上段中长期径流特征,基于牛栏江中上段七星桥水文站1990～2016年降水、蒸发、径流实测资料,使用一元线性回归、退水系数、离散系数等分析了牛栏江枯季径流特点及趋势。结果表明,牛栏江中上段枯季径流量、降水量无明显变化趋势,但蒸发量有明显减少趋势,枯季径流量占年度径流量的比例有增加趋势,11月至次年4月,月径流量逐步大幅减少,但趋势分析表明,11月径流量有明显减少趋势,12月无明显变化趋势,1～4月径流量呈增加趋势,枯季各月径流量总体趋向于均衡。使用Pearson相关分析法识别枯季月径流预报因子,基于二次回归正交旋转设计,构建了枯季各月预报模型,模型模拟检验表明,11月径流预报模型精度为丙级,12月至次年4月径流预报模型精度为乙级。研究成果可为牛栏江—滇池补水工程枯季水资源调度提供依据。     

青海湖流域径流变化趋势及归因分析

针对青海湖流域近年来径流量增加的现状,根据流域内1976~2016年水文、遥感观测数据,采用滑动平均法、Mann-Kendall趋势检验及突变检验法、距平累积法和双累积曲线法研究了流域气温、降水、径流及积雪等的时空特性。结果表明,青海湖流域气温总体变化呈上升趋势,并在1998年前后发生突变;1976~2016年气温上升率为0.06℃/a;流域内降水量呈缓慢上升,2014年后降水量显著增加。布哈河流域近5年冰雪覆盖面积缩小较迅速且入湖径流量上升趋势显著;通过径流影响因素分析,2005~2015年冻土及冰雪融化对径流影响占主导地位,达75%,降水量占25%。这说明青海湖流域正向暖湿化发展,近年来青海湖湖泊的扩张主要是由降水和径流增加所致。     

云南省气候干湿状况时空变化特征研究

为研究云南省气候干湿变化特征,将云南省分为五个分区,并采用云南省31个气象站点1970~2014年的逐日气象水文资料,计算了云南省区域潜在蒸散量,并结合M-K法和小波分析法研究了云南省各区干燥指数的时空变化特征。结果表明,近45年云南省各区气候呈变干趋势,其突变年份主要集中在1972年左右和2009年以后,除春季呈变湿趋势外,其他季节均呈变干趋势,其中秋季最为明显;云南省湿润和半湿润区主要集中在滇西南、滇东南和滇西北,半干旱区主要集中在滇东北和滇中,各季节基本上均表现出中间干四周湿的分布特征,气候最干燥区均集中在滇中和滇西南靠近干热河谷的地区;云南省气候变干趋势由西北向东南越来越明显,春季中西部呈变湿趋势,东部呈变干趋势,夏季变干趋势由中部向东部和西部越来越明显,秋季变干趋势由西向东越来越明显,冬季与秋季相反;云南省干湿变化普遍呈现约为2、28年的干湿周期。研究结果为云南省区域水资源配置提供支持。     

Combined cycle with low-quality heat integration and water injection into the compressed air

The water injection after the compressor into the combustion air of a gas turbine and its evaporation by low-quality heat was analysed for different types of low-temperature heat sources and water-vapour contents of the pressurised air. To integrate low-quality heat—for example solar heat—into a conventional combined cycle efficiently and economically, the cycle must be changed in such a way that a maximum of low-temperature heat can be exploited. By injecting water into the compressed air, its evaporation takes place at partial pressure and therefore low-quality heat can be used. The new cycle uses only the stoichiometric air needed for the combustion. The air surplus for reducing the adiabatic temperature to the allowable gas turbine inlet temperature is substituted by water, which is injected into the compressed air and evaporated at partial pressure (i.e. at low temperature below 170 °C). After the heat recovery boiler the water-vapour content of the flue gas is recovered by partial condensation, cleaned and reused for injection. After presenting the features of the cycle, the paper concentrates on a preliminary design of the unit. Calculations were carried out for a variety of gas turbine inlet temperatures, pressure ratios and water-vapour contents. The results of the calculations are presented and the possibilities and difficulties of the low-quality heat integration will both be discussed.     

Evaporation heat transfer of liquid nitrogen on microstructured surface at high superheat level

Liquid nitrogen, as a coolant, is generally applied in cell vitrification cryopreservation. It takes heat from the carrier with cell samples through its violent evaporation on the carrier surface. As a result, the temperature of the carrier plunges dramatically. This article focuses on the unsteady evaporation heat transfer characteristics of liquid nitrogen on a microstructured surface etched into the frozen carrier surface at a high superheat level. The heat flux and evaporation heat transfer coefficient of liquid nitrogen were investigated using a lumped capacitance method. The experimental results showed that the cooling rate of the thin film evaporation on the microstructured surface is obviously higher than that of pool boiling, which is currently being used for cell cryopreservation. The heat flux and the evaporation heat transfer coefficient work together to present a parabolic trend with the superheat decreasing during this heat transfer process. Besides, the microstructure of the surface has an important effect on the evaporation heat transfer of liquid nitrogen. The larger the thin film evaporation zone is, the higher the heat transfer coefficient is. The current investigation results in a cell cryopreservation method through vitrification with relatively low concentrations of cryoprotectants.