珠江流域降水干湿时空特征及气候因子影响研究

利用模糊C-均值聚类算法、皮尔逊相关和滑动相关分析等方法,对珠江流域做了气候一致性分析,在此基础上,研究了珠江流域不同分区年降水和干湿季降水变化的时空特征,分析了区域干湿变化与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、北大西洋涛动(NAO)、印度洋偶极子(IOD)和太平洋10年涛动(PDO)等主要气候因子的遥相关关系,探讨了珠江流域干湿变化的气候成因。在此基础上,进一步研究上述气候指标对不同时间尺度干湿变化影响的平稳性与差异性。除此之外,还研究了气候指标的冷暖期对基于6个月SPI值的珠江流域干湿状态的影响。研究表明:(1)IOD、NAO和ENSO分别是导致珠江流域年降水、湿季降水和干季降水发生变化的主要影响因素,且对当年及下一年降水的影响是相反的。(2)珠江流域不同时间尺度的降水与对其有显著影响的气候指标(年降水与IOD,湿季降水与NAO,干季降水与ENSO),两者之间不同时期的滑动相关往往具有较强的相关性和前后相关一致性。(3)各气候指标对珠江流域不同时间尺度降水的影响在空间分布上不太均匀。(4)不同位相下气候指标对珠江流域干湿状态的影响存在较大差异。总体而言,当处于各气候指标暖期时珠江流域出现湿润期的概率较冷期时更大且在空间分布上更均匀。     

珠江流域大气降水稳定性氢氧同位素特征

大气降水稳定同位素的特征对于明确流域水循环过程、水汽来源和气候变化等方面都有重要指示作用。选取珠江流域的广州、桂林、柳州和香港4个站点的IAEA大气降水氢氧同位素数据,对其时空分布特点及影响因素进行了研究。结果显示:该地区降水中氧同位素的变化呈现出旱季高、雨季低的特点。全年尺度下,4个站点主要受温度效应影响,只在旱季有着较为微弱的降水量效应;得到的珠江流域大气降水线方程:δD=8.084δ~(18)O+10.998,R=0.965,对比全球及中国大气降水线方程,都较为接近,证明该地区降水主要遵循瑞利分馏过程;d盈余值的变化呈现出雨季低、旱季高的特征,表明珠江流域水汽主要源于海洋,在旱季受到北方空气南下及局地水循环的影响。     

青海省东部地区气候变化与ENSO事件关系

ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)事件的发生会影响区域气候变化。通过对青海东部地区5个站点1959~2005年的降水、气温资料、干燥度和海表温度距平(SSTA)与南方涛动指数(SOI)的月序列进行相关性分析和周期性谱分析,探讨了区域气候变化与ENSO事件的关系。结果表明,1959~2005年青海省东部地区气候趋于暖干,并且冬春季变化趋势显著;暖事件的发生对该区域降水、气温及干燥度的变化影响较大,且气温对ENSO事件的响应要大于降水;ENSO事件对该区域的气候变化有两到三个月的影响期,EI Nino事件的发生对当月的影响较大,而La Nina事件的发生对该区域有两到三个月的持续影响期;降水距平及气温距平与ENSO事件存在短期相同的变化趋势,且该地区气候变化受南方涛动影响明显。     

岩溶地下水位对降雨响应的时空变异特征及成因探讨——以广西桂林甑皮岩为例

岩溶地下水位对降雨响应具有时空变异性,甑皮岩遗址地下水动力系统结构的认识存在分歧。利用高分辨率降雨水位数据,将研究区分割为不同含水体,通过水位动态、相关分析、滑动窗口采样相关分析等方法,探讨岩溶地下水对降雨响应时空变异特征及成因。结果表明,岩溶强发育、扩散流导水的含水体水位对降雨的响应表现为缓升缓降,水位自相关性强;发育岩溶管道的含水体水位表现为陡升陡降,水位自相关系数衰减速率快,对降雨响应的滞后时间短,互相关函数图呈多峰型;岩溶发育的极不均匀性是造成空间响应差异的主要原因。雨季地下水位对降雨响应的滞后时间远小于枯季;雨季累积降雨量大、水位埋深浅、包气带长期处于饱和或者近饱和状态,降雨垂直入渗补给历时短;雨季暴雨频繁导致含水体地下水短期内形成较大水力梯度,径流补给速度加快。综合分析认为,甑皮岩遗址地下水动力系统由NE向岩溶管道、NS向管道-裂隙以及NE向强径流带3个子径流系统组成。     

太阳黑子和ENSO对日本吉野川流域水文要素影响

剖析"太阳-气候-水资源"体系作用机制对区域水资源科学管理具有重要科学意义。利用相关分析、主成分分析和小波分析方法,探究太阳黑子运动和厄尔尼诺（ENSO）对日本吉野川流域降雨、地表径流和地下水位影响。研究结果表明:太阳黑子活动和ENSO对研究区域水文过程显著影响分别发生在11 a和2~7 a周期上;太阳黑子运动能量以ENSO为"媒介"作用于流域降水和河川径流,但对地下水位波动影响不明显;太阳黑子活动在不同时频域对研究区域水文过程产生"直接"和"间接"影响,太阳黑子的"直接"影响可能通过调制ENSO外的气候模态来实现,其"间接"作用则通过"ENSO-西太平洋副高-东亚环流-水汽运动"系统作用实现。     

北京西山鹫峰地区氢氧稳定同位素特征分析

以北京西山鹫峰低山区为研究对象,通过对降水、土壤水、泉水氢氧同位素的变化特征分析,研究低山区的降水-土壤水-泉水的转化关系。研究结果表明:该地区的雨季降水线与北京地区的地区降水线有明显区别,斜率和截距偏小;随降雨的进行氢氧同位素特征有时程变化和降雨量效应,而降雨的时程变化也对土壤水的同位素特征产生了影响;土壤水分同位素分布特征相对集中,蒸发线方程的斜率和截距相对于当地大气降水线和雨季降水线都偏小,栓皮栎混交林土壤水对于小雨量次降雨事件反应不敏感,而侧柏林的土壤水分运动较栓皮栎混交林快,说明林分类型和土壤特性对不同水体之间的转化有影响;泉水的同位素特征比较稳定,主要分布在地区降水线的右下方与雨季降水线的交点附近;不同水体中降雨的δD、δ18O变化范围较大,土壤水次之,泉水变化最小;而沿着大气降水-土壤水-地下水(泉水)这一水循环路径,水体中的δD、δ18O值总体上呈下降趋势。     

FGOALS-s2海洋同化系统中东亚夏季风和前冬厄尔尼诺—南方涛动关系的年代际变化

海洋同化系统为年代际预测试验提供初值,其性能可能会影响年代际预测技巧,因此评估其对重要年代际变化现象的模拟能力非常必要。观测发现,东亚夏季风(EASM)和前冬厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)的关系在1970s末加强,随后在1990s中期后减弱。基于FGOALS-s2耦合气候模式的海洋同化系统评估了其对这2次年代际变化的模拟能力。结果表明,决定模式能否再现EASM和前冬ENSO关系的年代际变化有2个重要因素:(1)与前冬ENSO有关的夏季印度洋—太平洋海温型的年代际变化;(2)模式西北太平洋反气旋对热带海温的响应偏差。模式中西北太平洋反气旋与东北印度洋的暖海温关系稳定,当1970s末前冬ENSO对夏季印度洋海温影响显著增强时,模式能够模拟出北印度洋降水以及赤道东印度洋至海洋大陆上空Kelvin波的增强,从而可再现EASM与前冬ENSO关系的增强;而1990s中期后模式中与前冬ENSO有关的东北印度洋海温异常进一步增强,与观测相反,使得模式未能再现观测中EASM与前冬ENSO关系的减弱。此外,1990s中期后模式对夏季中太平洋冷海温异常的Rossby波响应存在较大偏差,是其未能再现此次年代际变化的另一个原因。研究表明,与ENSO有关的热带印太海温的年代际变化预测水平和模式对海温的响应偏差将在一定程度上制约模式对EASM与ENSO关系的年代际预测能力。     

利用雨雪分寸重建福州前汛期雨季起始日期的方法研究

阐述清代福州雨雪分寸记录的特点;并利用福州1961-2010年器测降水记录,分析福州3～7月降水特征,提出辨识福州前汛期雨季开始日期的指标。在此基础上,根据清代福州雨雪分寸记录的内容和形式,分类构建利用雨雪分寸辨识福州前汛期雨季起始日期的方法;依据日降雨分寸、降雨日期和强度、时段的降水日期（或时段起止日期）及降水日（次...     

降雨作用对欢喜坡冰水堆积体斜坡稳定性的影响研究

为研究降雨对岷江上游冰水堆积体斜坡稳定性的影响, 本文以欢喜坡为例, 基于现场降雨模拟试验, 完成渗透、含水量及抗剪强度等一系列试验, 运用SEEP/W模块和SLOPE/W模块进行耦合, 以分析降雨强度和降雨历时对该类型冰水堆积体斜坡稳定性的影响, 研究结果显示:(1)欢喜坡冰水堆积体黏土矿物含量高达50%以上, 饱和后含量可达85%以上; 角砾土具有孔隙发育、级配不良的特点, 双环渗透试验与降雨试验结果具有较好的一致性, 综合确定角砾土渗透系数为1.315×10-3 cm·s-1, 属中-弱透水介质。(2)角砾土天然状态下抗剪强度较高, 含水率对其抗剪强度影响明显, 从天然到饱和状态, 黏聚力c衰减率明显高于内摩擦角φ, 黏聚力c衰减可达64.4%, 而内摩擦角φ仅降低22.5%;(3)在一定降雨强度条件下, 斜坡体稳定性系数随降雨持时的增加不断降低; 降雨持时相同时, 降雨强度越大, 坡体稳定性降低幅度越大, 但稳定性出现陡降的时间拐点提前。     

MIS 6期以来热带西太平洋降雨与ITCZ的关系

通过Ontong-Java海台KX97322-4孔沉积物中浮游有孔虫表层种Globigerinoides ruber的Mg/Ca海表温度(SST)并结合其δ18O得到过去约200ka B.P.以来当地水文(盐度和降雨)指标,结果表明从MIS 6期以来,热带太平洋暖池区温度变化存在明显的冰期-间冰期波动,降温幅度超过3℃.通过与赤道东太平洋对比表明热带太平洋在过去冰消期和冰期中的升温阶段呈现出类El Ni(n)o的状态,向两极输送水汽和热量.在冰消期,热带太平洋纬向温度梯度降低,全球升温,全球冰量下降.在冰期中升温阶段(MIS 6)热带太平洋纬向温度梯度降低时全球冰量却持续增加,可能此时输送热量不足以使两极冰川融化,带来的水汽又促进了两极冰川的形成.通过与中国石笋记录和热带降雨记录对比,表明热带太平洋纬向温度梯度的变化与热带辐合带(ITCZ)的移动密切相关,并且影响到东亚夏季风的降雨状况,热带太平洋类ENSO过程可能对ITCZ的变化存在内部系统调谐的作用.     

中国大陆降水时空变异规律——I.气候学特征

为系统了解大尺度降水气候特征,利用2 300多个国家级气象站逐日观测资料,分析了中国大陆1956—2013年多年平均降水的空间分布和季节性变化规律。主要新认识有:① 暴雨量、暴雨日数和暴雨强度最高的站点在华南沿海,而小雨量、小雨日数最多的站点主要在江南内陆山区、丘陵;东部季风区山地、丘陵多出现低强度降水,平原和沿海易出现高强度降水;② 四季降水量均由西北内陆向东南沿海递增,南方秋季降水量明显小于春季,但华西和江南沿海秋季降水量较多,冬季降水在东南丘陵出现高值中心;③ 珠江和东南诸河流域降水量年内存在2个峰值,其中珠江流域有6月主峰值和8月次峰值,东南诸河流域主峰在6月中下旬,次峰在8月末,长江流域总体表现为单峰型,出现在6月下旬和7月初,西南诸河流域和北方所有流域降水均表现为夏季单峰型;④ 南方各大河流域从2月末到6月中下旬陆续进入雨季,北方各大河流域进入雨季时间集中在6月末、7月初;南、北方雨季结束时间比雨季开始时间集中,从南到北进入雨季时间持续120 d以上,而从北到南退出雨季时间则仅持续不到45 d;⑤ 丰雨期的持续时间,珠江流域从5月初到9月上旬后期,东南诸河从5月上旬到7月上旬,8月末到9月初再度短暂出现,长江流域从6月中下旬到7月中旬,西南诸河从7月中旬到 8月下旬,淮河流域从7月上旬至7月底、8月初,辽河流域在8月初出现极短丰雨期;⑥ 降水年际变异性最高的站点在青藏高原西南、塔里木盆地、阿拉善高原、华北平原北部和汾河谷地,海河流域年降水具有最大的变异系数。     

典型岩溶山坡土壤剖面水分对降雨响应过程研究

为揭示岩溶石山山坡降雨入渗补给机制,选取典型岩溶石山山坡土壤剖面为研究对象,于2015年7-10月期间对不同深度土壤水分进行高分辨率连续监测,研究典型场雨条件下土壤剖面水分对降雨的响应过程,分析土壤剖面水分的动态变化规律及其可能影响因素。研究结果表明:土壤剖面水分对降雨的响应受前期土壤含水量、降雨量、降雨强度的影响,还与土壤所处的地形地貌有关;表层土壤水分对首次次降雨响应的滞后时间与前期土壤含水量有关,响应时间在0.5~4.75 h之间,旱季响应时间比雨季长;降雨阈值是引起土壤水分降雨响应的重要条件,旱季6 mm降雨量是土壤水分响应的降雨阈值。当降雨量补充土壤水分亏缺后,土壤剖面水分对降雨响应迅速,响应时间最小为0.25 h,不同深度土壤水分对降雨的响应时间一致,说明下层土壤水分可能受到优先流或侧向径流补给影响。土壤含水量的变化幅度随土层深度的增加而减小,不同深度土壤水分变化主要受土壤-大气界面、土壤-植被、土壤-基岩界面控制下的气候条件、植被蒸散发和介质渗透性差异影响。      

珠江流域降水集中度时空变化特征及成因分析

基于珠江流域内43个常规气象站点1960~2012年的逐日降水资料,计算了流域内各站点长期降水集中度(LCI)和逐年降水集中度(ACI);采用Mann-Kendall趋势检验法和Sen’s坡度检验法检测ACI时间上的变化趋势;同时采用反距离权重插值法(IDW)对LCI的区域特征和ACI的变化趋势进行空间插值以分析降水集中度的时空分布规律;采用随机森林(RF)算法对降水集中度的影响因子进行重要度分析。结果表明:(1)珠江流域逐年降水集中度ACI的年际变化不明显,东南部呈上升趋势,西北部呈下降趋势;(2)珠江流域西北部长期降水集中度LCI值偏小,即降水分布较平均;东南部长期降水集中度LCI值偏大,即降水较集中,表明该地区降水极值情况发生的几率相对较高,该空间分布趋势可能是受距离海洋的远近及海拔的影响;(3)众多气候影响因子中,东亚夏季季风(EASMI)对珠江流域的降水集中度影响最明显。     

东南亚某水电站古滑坡复活机制研究

针对东南亚某水电站坝址区上游右岸古滑坡,通过钻探、地质调查及长期监测研究了滑坡地层特征、滑带特征及变形特征,并对古滑坡复活机制进行探究。结果表明:(1)坡脚卸载和强降雨是古滑坡复活的主要原因;(2)道路开挖导致应力场发生改变,滑坡沿浅表部第四系坡积物和板岩、砂岩接触面“复活”,向临空面产生蠕变变形;(3)古滑坡变形与降雨呈正相关,雨季高强度降雨期间位移与变形速率急速增大,旱季无降雨时滑坡基本处于稳定状态;(4)深部位移监测数据显示,古滑坡深部未见位移突变,降雨对深部位移基本无影响。     

西太平洋暖池冰期旋回中的类ENSO式演化及其驱动机制

作为全球接受太阳辐射最多、表层海水温度最高的区域,西太平洋暖池区通过厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)和季风等过程影响着全球气候的变化。越来越多的沉积记录证明,在地质历史时期西太平洋暖池也存在类似于现代ENSO过程的“类ENSO式”变化。而目前类ENSO式变化与冰期—间冰期旋回之间的响应关系和驱动机制及其与东亚季风的关联仍存在争议。本文利用位于暖池核心区的B10岩心浮游有孔虫氧同位素、Mg/Ca(质量分数比)和黏土矿物参数重建了暖池区氧同位素8期以来的古气候记录,并结合已有的热带海表温度记录、中国石笋氧同位素和南大洋地区海表温度记录,研究了西太平洋暖池冰期旋回中类ENSO状态的演化规律及其与东亚季风的关系,并探讨了暖池区类ENSO演化的驱动机制。结果发现:冰期时,西太平洋暖池区温跃层变浅,赤道东、西太平洋温差减小,同时,东亚夏季风减弱,暖池区降水量相对减少,与现代El Niño时期气候态类似;间冰期时,西太平洋暖池区温跃层加深,赤道东、西太平洋温差增大,东亚冬夏季风增强,暖池区降水量相对增加,与现代La Niña时期气候态类似。频谱分析结果表明,西太平洋暖池区海表温度的变化具有偏心率周期(96 ka)。冰消期时,低纬度太阳辐射量的增加,增大了纬向上的SST梯度,并使得次表层海水储存了更多的热量,积累的热量会通过调节次表层环流向暖池区的热传输,最终调控赤道太平洋地区Walker环流强度和ENSO活动的长期变化。而冰期时,南大洋地区降温所引起的东南信风和大洋环流异常可能对类ENSO式起到调控的作用。     

基于失效概率的边坡降雨阈值曲面探讨

降雨是诱发边坡变形失稳的主要因素,而针对降雨型边坡的预警预报也一直是工程领域的核心问题。本文将蒙特卡罗方法引入降雨型滑坡的预警预报,首先基于正态分布的岩土体物理力学参数,建立了边坡的有限元数值计算模型,并分析了9种不同型式降雨下边坡稳定性系数的变化情况。结果显示递增型降雨对边坡的稳定性尤为不利,均匀型降雨次之,递减型降雨影响最小。其次,将降雨过程划分为前期降雨+当期降雨,并确定了前期降雨对于当期降雨的有效时间为6 d。最后,论文结合可靠度理论,选取失效概率P_f=10%作为预警指标,通过把前期降雨引入降雨强度-降雨历时关系曲线并作为第三坐标轴,最终将该曲线扩展成为前期降雨(A)-当期降雨(I)-降雨历时(D)曲面(A-I-D阈值曲面),研究结果对于降雨型边坡的预警预报具有一定的指导意义。     

喀斯特地区土壤水分随降雨的动态变化研究——以贵阳市花溪区为例

土壤水分是喀斯特地区植被恢复和生态环境建设的关键性限制因素。选取贵阳市花溪区为研究对象,基于2013年和2015年土壤水分定位监测数据,分析了研究区土壤水分的动态变化规律。结果表明:(1)土壤剖面水分的垂直变化具有明显层次;基于标准差和变异系数两个指标,采用聚类分析将2013年和2015年研究区土壤水分垂直变化层次分为活跃层(0~10cm),次活跃层(10~30cm)和相对稳定层(30~100cm)。(2)土壤水分的动态变化主要受降雨与蒸散作用的综合影响;10~30cm土层由于没有与外部环境直接接触受其影响相对降低,同时降雨的入渗与蒸散作用的减弱,使该层次土壤水分分布范围广、停留时间长,较能准确地反映其受降雨和蒸发的影响。(3)土壤水分的动态变化具有明显季节性;2013年和2015年春季(3-5月)和冬季(12-2月)为土壤水分的补给期,夏季(6-8月)和秋季(9-11月)为土壤水分的消耗期。     

库岸古滑坡复活变形特征及双滑带稳定性响应

三峡库区存在大量的双滑带及多滑带古滑坡,目前对库岸双滑带滑坡变形复活特征及稳定性响应特征的研究较少.以塔坪滑坡为例,通过工程地质勘察和监测资料分析,揭示了该滑坡变形复活特征.并进一步开展了库水位和降雨联合作用下塔坪滑坡的渗流场和稳定性数值模拟计算,揭示了不同滑带对库水位波动和降雨的响应特征.结果表明,塔坪滑坡为阶梯式变形模式,每年的雨季和库水位下降期,滑坡变形速度增大.滑坡表现为显著的前缘牵引式渐进破坏模式.降雨主要对浅层滑带的稳定性产生较大的影响,对深层滑带的影响较小.库水位抬升,浅层滑带的稳定性降低,深层滑带的稳定性增大;库水位下降,浅层滑带的稳定性增大,深层滑带稳定性减小.     

北京石花洞洞穴滴水中硫酸根浓度的时空变化及其意义

硫是环境地球化学循环中重要的元素之一,是区域及全球性环境变化的重要驱动因子。本文通过对石花洞洞穴4个滴水点（JG,SH,PL1和PL2）硫酸根浓度近3个水文年的分析测定（BL点观测近两年）,结果表明:响应降雨快的滴水点（SH和JG点）滴水SO42-浓度升高幅度最明显,且滴水SO42-浓度与滴率成指数关系;滞后响应降雨的观测点滴水SO42-浓度雨季升高幅度不明显,但在长期观测期间有明显增加的趋势;对降雨没有响应的滴水点,其SO42-浓度低且雨季没有明显变化。通过分析表明,在快速响应降水的滴水点,滴水硫酸根浓度大幅升高可能在一定程度上影响滴水pH值,这也可能是导致雨季时,快速下渗进入洞穴的滴水碳酸钙饱和度降低,从而抑制滴水沉积的一个不可忽略的因素。      

降雨渗流及干湿循环作用下红砂岩顺层边坡稳定性分析

针对红砂岩顺层岩质边坡稳定性问题,建立顺层岩质边坡力学模型,对降雨渗流条件下边坡受到的力学作用进行了计算;选取典型结构面,通过室内干湿循环试验,分析了结构面强度参数衰减规律;综合考虑降雨渗流及结构面强度弱化,对降雨渗流及干湿循环综合影响下红砂岩顺层岩质边坡稳定性进行了分析,获得了边坡稳定性衰减变化规律;通过炎汝高速公路边坡稳定性监测对理论计算结果进行了验证。结果表明,边坡受到的水力作用与后缘张拉裂隙充水高度呈正比;干湿循环作用下,结构面黏聚力呈幂指数形式衰减,内摩擦角呈二次函数衰减;边坡稳定性与后缘张拉裂隙充水高度呈线性关系,而与干湿循环呈指数关系,且干湿循环对边坡稳定性影响比后缘裂隙充水高度大;在降雨渗流及干湿循环综合作用下,边坡稳定性系数降低了约66%,较考虑单一影响因素有了大幅度降低;边坡稳定性监测结果与理论计算结果吻合较好,进一步证明了理论计算结果的正确性。