塔里木河流域干湿变化与大气环流关系

基于塔里木河流域39个气象站1961—2010年逐日观测数据和NCEP/NCAR再分析数据,采用标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）,分析了该流域近50年来干湿时空变化特征及典型干湿月份和突变前后的大气环流特征。对SPEI序列进行的趋势检验和突变分析表明,近50年来,塔里木河流域显著变湿并在1986年发生显著突变,SPEI上升趋势显著的站点较多的月份主要集中在暖季（5~10月）。对突变前后不同等级干湿事件频率变化的统计结果表明,突变后,极端干旱事件发生频率略有增加,但轻度和中度干旱事件发生频率有所减少,而不同等级的湿事件发生频率则一致地表现为增加。对典型干湿月份和突变前后对应的北半球500hPa位势高度场和风场变化的合成分析表明,暖季典型干湿月份环流系统配置存在明显差异,增加的水汽和弱不稳定大气层结构是该区域1986年后暖季变湿的原因之一。     

近300a来塔里木河流域旱涝灾害特征分析

干旱与洪涝是极端水文事件中最具有代表性的水文事件,在气候变化的影响下旱涝灾害事件越来越引起人们的关注. 采用传统的气象干旱指标-标准化降水指数SPI和小波分析法、反距离加权法以及线性回归分析,研究了近300 a来塔里木河流域旱涝灾害分布特征及关键影响因素. 结果表明：近300 a来塔里木河流域旱涝灾害呈增加的趋势,且洪涝事件较干旱事件明显. 其中,喀什、阿克苏等地的发生频率最高,并表现为群发性;近60 a塔里木河流域自西向东旱涝灾害事件呈交替现象. 小波分析结果表明,塔里木河流域旱涝灾害呈现15 a的周期性,由此推断未来5~10 a研究区湿润化面积仍有扩大的可能. 大气环流指数与多尺度下的SPI指相关性检验表明,PNA对秋季和冬季的SPI值的影响较为显著;旱涝灾害对农牧业的影响较为严重,其中,洪涝灾害的影响大于干旱.     

祁连山及河西走廊地表干湿变化的时空分布

利用20个气象站1960-2006年的逐日气象资料, 采用FAO Penman-Monteith模型, 计算出祁连山及河西走廊各气象站的月潜在蒸发量, 在此基础上计算各气象站的月湿润指数, 然后进行季节、年地表湿润指数的统计, 进而对研究区地表干湿状况的时空变化进行分析.结果表明: 祁连山及河西走廊在20世纪80年代之前地表相对干旱, 之后相对湿润, 自60年代以来地表湿润指数有逐年增大的趋势; 年地表湿润指数的年际变化率为0.001 4 a-1, 相关系数为0.428 1, 通过了0.01的置信度检验, 表明地表湿润状况有明显改善, 其中春季和冬季增加趋势明显, 夏季增加趋势和秋季减小趋势不太明显.地表干湿变化趋势在空间上有差异, 东部表现为东西差异, 自东向西逐渐变湿, 乌鞘岭以东呈变干趋势, 其他大部分地区显著变湿, 中部大部分地区呈不明显的变干趋势, 而托来南山以北地区显著变干, 张掖绿洲显著变湿, 西部除敦煌以西呈不显著的变湿趋势, 其他大部分地区显著变湿.      

基于日值SPEI的青藏高原干旱演变特征

利用1980-2014年青藏高原74个台站的气象资料,通过Penman-Monteith公式计算了蒸散发及标准化降水蒸散指数（SPEI）,并采用M-K趋势分析和小波分析等方法研究了高原干旱变化的时空分布特征及变化趋势。结果表明,基于Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发的逐日SPEI指数能够很好地反映青藏高原干旱特征。1980年以来青藏高原SPEI值总体呈上升趋势,即偏于湿润,干旱强度有所降低。高原近35年的干旱演变具有明显的年代际差异,20世纪90年代之前干旱较为严重。小波分析结果表明高原干旱的发生存在2~4 a的振荡周期,在2~4 a的时间尺度上总体表现出干-湿周期变化。在整体小波变化周期中,1983-1997年虽然出现了干旱严重区间,但在1997年以后高原总体上呈现湿润趋势,3.7 a的主周期并没有影响整体变湿的趋势,且三种指标的3.7 a振荡主周期均通过了95%的红噪声检验。     

21世纪前中期三江源地区极端气候事件变化趋势分析

利用国家气候中心发布的IPCC SRES A1B温室气体排放情景下水平分辨率为25 km的连续气候变化模拟试验数据, 分析了三江源地区极端气候事件变化趋势.结果显示: 2001-2050年冷暖等级呈显著增高趋势, 其中以夏季变化最为明显, 冬季变化最小; 极端高温事件发生频次呈显著增多趋势, 而极端低温事件总体呈显著减少趋势; 干湿等级呈不显著增高趋势, 四季中只有冬季干湿等级呈减小趋势, 其余三季均呈升高趋势; 干燥和暴雨事件发生频次均呈显著增多趋势.地形尤其是经、 纬度和海拔对极端气候事件的变化趋势有明显的影响.     

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%。     

额尔古纳河流域近50年水文气象要素变化分析

应用预置白处理后的Mann—Kendall非参数检验方法及小波分析方法,分析了额尔古纳河流域20个水文气象站点近50年水文气象要素(气温、降水和径流)的变化趋势以及典型站点降雨量、径流量的多时间尺度特征。同时应用聚类分析方法推算了径流量序列的突变点。结果表明,该区域气温呈现明显升高的趋势,其中海拉尔站可能由于城市化进程的影响气温升高幅度最大。流域年降水总量变化趋势不显著,但某些月份降水量存在明显增加或者减小的趋势,其中显著增加的月份为11、12和1月,显著减小的月份为7、8月;降水趋势显著变化的站点主要分布在该流域的呼伦湖水系和海拉尔河水系。流域年径流量有减少趋势但不显著,然而4、5月份大多数站点径流量出现显著减少趋势。小波分析表明,典型站点年降水量存在25a左右的主周期,年径流量存在20～26a的主周期。各个站点径流量序列的显著跳跃点大都发生在1999年,这与通过小波分析得出的有关突变点的结论相一致。     

塔里木河流域气候变化及未来趋势预估

根据塔里木河流域1961—2008年39个气象站观测气温和降水量数据,对流域近50a气候变化进行了分析,并对参与IPCCAR4的17个气候模式在塔里木河流域气候模拟能力进行了评估．结果表明：近50a气温和降水时间序列分别在1986和1996年发生突变．1996年后塔里木河流域四季均呈现变暖趋势,最为明显的是夏季气温变化...     

1961-2009年西北地区基于SPI指数的干旱时空变化特征

利用西北五省区137个测站的1961-2009年逐月降水量资料计算标准化降水指数(SPI), 统计了逐月、春末夏初、初夏、夏季及秋季的干旱、重旱、特旱的频率及面积率, 分析其时空变化特征.结果表明: 新疆北部、青海的中部及甘肃河西是西北地区干旱频率较高的区域, 干旱频率在15个月以上, 新疆南部除个别月份干旱发生频率较高外, 总体干旱发生频率较低;干旱发生区域随月份有由南到北、由西向东变化的趋势;除新疆、青海、及甘肃个别区域重旱频率超过5月外, 其他区域基本上都在5月以下;新疆南部重旱频率仍然较低;夏季发生范围高于其他季节;新疆北部、甘肃河西是特旱的高发区. 不同等级的月及季节干旱面积率其逐年变化具有相似的特征, 西北干旱面积率的变化总体上可以分为3个阶段: 1961-1980年干旱面积率比较高, 平均在35%左右;1981-1990年为转折期, 干旱面积率下降到15%左右;而1991-2009年为稳定期, 干旱面积率变化不大.全球气候变暖导致西北地区降水量、冰川融水量、河川径流量增加和湖泊水位上升、面积扩大, 是1987年以来干旱面积率下降的原因.     

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。     

西北地区东部沙尘暴演变的气候型态与差异特征分析

利用西北地区东部近50年较完整的沙尘暴资料序列,在对沙尘暴年际变化特征分析的基础上,结合NCEP/NCAR月平均再分析资料和环流特征量资料,研究了西北地区东部沙尘暴过程发生频次由多到少及由少到多演变的基本环流型态及主要环流特征量的变化特征。结果表明：  近50年,西北地区东部年和春季沙尘暴过程发生频次在80年代中期出现由多到少的异常突变,1986年前,为多发阶段,其后,沙尘暴发生频次显著减少,处于少发阶段,90年代末,发生频次又明显增加;   沙尘暴频次突变前后极涡的强度、贝加尔湖到蒙古国的高度距平场以及副热带高压的强度和位置具有显著差异。同时,突变期间环流特征量的气候变率明显大于多年平均值,1986年到1987年及1998年到1999年,所选5类环流特征量的气候变率均出现了明显转折,对应同期西北地区东部沙尘暴过程频次出现了由多到少或由少到多的突变。进一步研究还发现,沙尘暴突变一般出现在多个环流特征量气候变率对应的同一个峰值（谷值）年。
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上海汛期降水日变化特征分析

采用1981～2015年上海地区11个气象台站逐时降水资料,对上海汛期(6～9月)降水的日变化特征进行了分析,主要结论如下:(1)上海地区汛期日降水频率呈现出明显的双峰型特征,其中17～19时降水频率最高;降水强度呈现出单峰型日变化特征,在15～16时降水的强度最大。(2)上海8月局部降水事件发生最为频繁,绝大多数时次降水强度均较其他月份偏强;6月全区性降水事件所占比例较其他月份明显偏多,各时次降水频率均较其他月份明显偏高。(3)近30年来上午至中午上海全区性和区域性暴雨事件有增多趋势,导致大多数站点的降水频率在该时段呈现出明显增加趋势,但强度变化不显著;在下午到傍晚局部降水事件增多,导致大多数站点降水强度增强。     

阿克苏河源流区径流量与降水量丰枯变化和相关性研究

利用新疆塔里木河流域阿克苏河源流区出山口沙里桂兰克和协合拉两水文站1957-2008年近50a的径流和降水数据, 借助Z指数法、参数T检验和非参数检验和小波变换等, 分析了阿克苏河两水文站降水量和径流量的变化趋势, 以及二者多时间尺度相关关系.结果表明:近50a来, 沙里桂兰克、协合拉径流量和降水量均呈增加趋势, 两水文站径流量在1993年发生了显著的增多突变, 其中, 降水量突变点沙里桂兰克在1985年, 协合拉在1986年.沙里桂兰克和协合拉降水量和径流量丰枯指数由突变前的"偏枯"和"正常"等级为主转变为突变后的"正常"和"偏涝"等级占优势.沙里桂兰克和协合拉径流量变化分别存在7a和6a的主周期, 降水量变化分别存在7a和4a的主周期.沙里桂兰克径流量和降水量在整个时间尺度上以正相关为主, 协合拉则以负相关为主, 在大于20a的时间尺度上两水文站径流量和降水量均呈不显著的正相关关系.     

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。     

近40年来珠江流域降水量的时空演变特征

为阐明珠江流域降水量的时空演变特征,利用中国气象局1961～2000年80个观测站的逐月降水资料,采用克里格插值法(Kriging)对珠江流域各月降水量进行插值,并用Mann-Kendall法分析降水序列的变化趋势及其突变分量。结果表明：①40年来,流域总降水量呈微弱的增加趋势,增加率为5．5mm/10a,且具有明显的11年主周期振荡,但不存在突变现象：在空间上表现为东半部以增加为主,西南部以减少为主。②从降水变化趋势的季节来看,春、夏、冬三季降水都呈不显著增加趋势,而秋季降水则呈不显著下降趋势。③汛期(4～9月)降水量呈不显著减少趋势,主汛期(5～7月)与非汛期(10～翌年3月)则呈不显著增加趋势。④从月降水量变化来看,1、2、3、7四个月份是增加明显的月份,其余各月都呈不显著减少趋势。这种变化加剧了降水年内分布的不平衡,即枯水期8～12月份降水更少,而雨水较多的7月降水增加较多,增加了流域洪涝和干旱灾害发生的几率。     

澧水水沙变化特征及成因分析

以澧水控制站石门站和津市站多年长系列水文数据为基础,运用M-K趋势检验、小波分析和双累积曲线法等,分析了澧水水沙变化特性及其成因。结果表明:1960~2007年澧水石门站和津市站的年径流量呈波动状态,无显著上升下降趋势,在9a尺度上有较显著的丰枯周期;月径流量表现为1月、2月有明显增加的趋势,发生突变的时间为1998年,4月、10月有所减少,突变时间为2004年,其他月份无明显变化;年输沙量总体呈波动下降趋势,突变时间为1998年。进一步分析表明,径流量主要受降水量的调节,人为活动特别是水库建设是年内径流分配变化的主要原因,而输沙量则受到径流量、大型水库和水土保持工程的综合影响。     

新疆叶尔羌河冰川湖突发洪水对气候变化的响应

利用1961—2008年的气象-水文资料,探讨了气候变化与叶尔羌河流域冰川湖突发洪水的关系.采用非参数Wilcoxon统计检验和Kendall的τ关联检验分析温度、降水变化与洪峰流量量变化的关联性和一致性;用Mann-Kendall法对气温、降水和洪峰流量4000 m3.s-1突发性洪水的0℃层高度进行突变检验和趋势分析.结果表明:流域气温在1995年发生突变,且对冰川湖突发洪水发生起主导作用;降水突变不明显,对冰川湖突发洪水发生只起促进作用.自1880年以来,冰川湖突发洪水发生频率增加,与流域气温变化一致.1994年以来气温呈直线上升,洪水频率也呈显著增加趋势;冰川湖突发洪水发生频率与降水变化关系不明显;突发性洪水发生与其前8 d的0℃层高度显著上升密切相关.     

1962-2007年广东干湿时空变化特征分析

利用广东省74个气象站点1962-2007年的月降水与气温数据,计算多时间尺度的标准化蒸散发指数,采用旋转经验正交函数(REOF)、Mann-Kendall趋势检验和小波分析等方法分析广东近50年来的干湿时空变化特征。研究结果表明:① 广东20世纪70年代以来干旱发生事件随时间持续增多,空间范围扩展;② 根据REOF时空分解的前6个空间模态,可以将广东划分成6个干湿特征区域,分别位于珠江三角洲、韩江流域及东江流域上游、西江流域及北江中下游流域、粤东沿海区域、北江上游区域和粤西沿海区域;③ 广东干湿发展具有明显的东西部差异性,其中西江流域和北江中下游流域、雷州半岛为主的粤西沿海流域存在着显著的干旱趋势;④ 6个分区干湿变化普遍具有2~8年的振荡周期,但最强振荡周期有所差别。     

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。     

公元1000—2000年中国北方地区极端干旱事件序列重建与分析

利用历史文献记录重建了公元1000—2000年中国北方地区极端干旱事件序列,在此基础上分析极端干旱事件的发生特征与规律。研究得出以下结论:(1)极端干旱事件在公元1000—2000年中存在200年左右的周期波动。在15世纪中期、17世纪初期和18世纪末期存在3次极端干旱事件高发期。(2)极端干旱事件的变动与中国东部地区干湿变化相一致,在偏干的时期极端干旱事件发生次数上升,在偏湿时则下降。(3)在中世纪暖期和现代暖期,温度愈高,极端干旱事件偏多;而在小冰期,则温度偏低的时期极端干旱事件多发。(4)西风带影响下的非季风区,干湿变化与极端干旱事件的关系与华北季风区相反,这可能与所谓的“丝绸之路遥相关”和NAO(NorthAtlanticOscillation,北大西洋涛动)的影响有关。