神经网络算法在南水北调冰期输水中的应用

通过分析南水北调沿线气候和气温特点,用LevenbergMarquart算法改进传统BP神经网络算法进行气温稳定转负日期的预报。把该模型应用到南水北调沿线新乡、安阳、邢台和石家庄2003—2006年气温稳定转负日期预报中,取得良好效果。立冬日作为气温转负日期统计的基准点,提高了预报精度,说明中国传统二十四节气对于冰情预报及其它同气温和气候相关的预报有重要的参考价值。     

南水北调中线工程冬季气温与水温关联性

为探讨南水北调中线工程中渠水温度与沿途气温之间的关系，采用等距抽样方法，从南到北在南水北调中 线节制闸中选取 7 座节制闸作为分析样本，收集统计 2022 年 11 月 15 日—2023 年 2 月 28 日所选节制闸的水温信 息和所在地的气温信息。结果表明：7 座节制闸的冬季水温变化趋势和 15?日移动平均气温变化相似；对南水北调 中线上游段水温减去沿线 15?日气温差形成的数据与下游段水温数据进行对比，计算得到的皮尔逊相关系数均在 0.95 以上，相关性显著；在冬季，跨流域调水工程从南到北（上游到下游）的 15?日移动平均气温差是反映水体热量 损失的主要表现形式。研究结果可为跨流域调水工程调整冰期输水调度策略、预防冰冻灾害提供理论依据。     

南水北调中线工程输水冰情的初步分析

本文结合南水北调中线工程初步设计方案及在冬季输水运行的防凌要求，根据南水北调工程中线沿线各地区的多年气候、邻近河道冰情实测资料的统计，分析并得出了沿线各渠段地区的气候、邻近河流冰情的变化与特征。应用一维热平衡方程对三个不同气温典型年即冷年、平均年、暖年，以出库水温和邻近渠道表面温度为初始条件和边界条件，模拟干渠郑州至北京段沿程的水流温度变化，预测冰花起始时间、冰流量、冰盖形成及冰盖厚度。估算出沿程各河段主要断面过冰能力、预测各渠段的冰塞发生位置，冰盖形成及稳定性和冰下过流能力，阐明了在寒冷地区冬季输水防凌的必要条件和可行性。研究并提出了冬季输水的防凌害初步运行方案及防凌措施。     

梅州市冬季异常气候特征分析

利用异常度的概念对梅州地区1965-2009年冬季气候进行分析,建立了冬季异常气候(干湿冷暖)划分标准,并根据天气气候原理对形成干湿冷暖异常冬季气候的平均环流形势、副高特征、ENSO事件等进行分析,得出了:梅州冬季降水和气温出现异常的频率较高为暖冬,且近20年来,暖冬的趋势更明显.副高各指数、极涡中心位置、东亚大槽位置...     

南水北调中线工程典型冷冬年冰情分析及防控措施

南水北调中线工程河北省内渠段冬季输水面临不同程度的结冰问题。基于2015—2016年典型冷冬中线工程冰情原型观测,介绍典型冷冬年渠道水力条件和气候特征,分析长距离输水渠道冬季特征冰情,提出以防为主,拦、扰、捞、排一体的防控体系,为中线工程冬季安全、高效运行提供技术支撑。     

梅州市气候变化及其对水资源的影响

利用梅州市1953—2006年气温、降水的各季及年平均资料以及梅江干流有关水文测站的径流、水资源资料,分析了梅州市近半个世纪以来气候的变化及其对径流、水资源变化的影响。分析结果表明:50年来梅州市各季和年平均气温均呈上升趋势,冬季平均气温增暖速率最为显著;近50年来梅州市年降水量有增多的趋势,春、夏以及冬季降水量也处于增多的趋势,而夏季降水的变化倾向率最大。对应于气候的变化,梅州水资源总量与降水的变化具有明显的一致性。     

南水北调中线总干渠沿线地区冬季气温特征分析

南水北调中线工程总干渠沿线区域冬季气温特性影响工程冰期输水调度过程和冰害防治工作布置。基于总干渠沿线8个气象站点1968～2017年的逐日气温资料,采用R/S分析法与Mann-Kendall趋势检验法探讨了各站点冬季平均气温的趋势性与突变性,进一步用《暖冬等级》(GB/T 21983-2008)对沿线各站点进行各类典型年划分,并制定了寒潮同步分析标准。结果表明:近50 a,该工程沿线地区冬季气温具有显著升温趋势;可将90年代作为工程沿线区域冬季气温突变变暖时间节点;沿线地区强冷冬典型年同步比例约为8%,同步冷暖冬比例共约43%;各站点冬季连续低温天数从南至北依次增加,且均呈递减趋势。工程沿线冬季气温同步性较大,应充分挖掘气温同步的特性与影响,一方面避免因冰情预测不足诱发安全风险管理风险;另一方面可提高冰期输水灵活性和效益性。     

南水北调中线冰情演变水温与气温阈值研究

南水北调中线工程冬季存在复杂的冰情,影响工程正常输水.为更好地进行冰期输水调度,需要在冬季进行南水北调中线干渠的冰情预报工作.南水北调中线冰情影响因素复杂,冰情初生和转换时气温和水温的阈值是冰情预报模型中的重要判断标准.文章通过对冰情原型观测资料的收集与整理,总结了岸冰、流冰和冰盖初生时日最低气温主要分布在:-8.0～...     

南水北调中线工程沿线寒潮及区域极端低温时空变化规律

为掌握南水北调中线工程沿线寒潮及区域极端低温时空变化规律,基于南水北调中线工程陶岔渠首至北拒马河暗渠沿线40 km宽度范围内的56个气象站点1960—2020年日最低、最高气温数据资料,分析5个极端气候指数时空变化规律,另外计算9个典型气象站1960—2020年寒潮发生频次,采用Sen斜率估计方法进一步分析其变化趋势。结果表明：9个典型气象站中,1960—2020年7个气象站寒潮发生频次总体呈减少趋势;2个气象站寒潮发生频次总体呈下降趋势,但2000年以来呈现明显增多的异常趋势;邢台以北区域随纬度升高寒潮呈增多趋势。对于极端气候指数1960—2020年9个气象站每年度日最低气温的最小值总体均呈现上升趋势,但1990年以来保定站呈现不升反降的异常趋势,邢台、石家庄两站也基本不再上升,处于上升停滞状态;霜冻日数（每年度日最低气温<0℃的天数）、冰冻日数（每年度日最高气温<0℃的天数）、冷夜（最低气温<10%分位值的天数）等极端气候指数总体呈现不同的下降趋势,但邢台以北等站点也呈现不降反升或者下降停滞的异常状态。从空间变化趋势上来看,各气候指数相互之间未呈现整体上一致性的变...     

不同CO2浓度下气候要素变化数值模拟——以南水北调西线水源区为例

使用区域气候模式RegCM3,通过设置两组不同CO2浓度值的数值模拟试验,探讨了CO2浓度变化对南水北调西线水源区气候要素和水资源情况的影响.试验结果表明:CO2浓度加倍后,西线水源区近地面气温升高、降水和径流(尤其是夏季)增加.其中,年平均近地面气温升高0.71℃,且在冬季升温最为明显;年平均降水增加5.24%,主要在汛期5～9月表现为增加;年平均径流增加3.14%,具体表现为夏秋季增加而冬春季减少.     

基于气温链的南水北调中线工程冬季气温等级评价

寒冷区明渠冬季输水结冰是常见的自然现象。南水北调中线工程水面一旦形成冰盖其安全输水流量仅为设计流量的30%~50%,而气温是驱动冰盖形成的主要因子,如何科学评价冬季气温等级是冰期输水面临的关键问题之一。分析了沿线8座气象站1951—2021年冬季日平均气温和日最低气温数据,揭示了总干渠气温沿程和年际变化规律。基于拉格朗日质点跟踪法,结合沿线气温-水温-冰盖生成物理过程,提出了气温链概念并给出通用数学表达式。分别采用国标法、一月平均气温法和气温链法评价冬季气温等级,构建了71 a冬季气温位次。结果表明:①总干渠自南向北气温逐级下降速率为0.48 ℃/(100 km),保定站呈加速下降趋势,对冰盖生成贡献最大。②沿线冬季气温总体呈波动上升趋势,升温速率为0.37 ℃/(10 a),强暖冬出现在最近30 a,强冷冬出现在前30 a,气温的总体上升有利于减缓大范围冰盖生成。③对于冰盖生成预测,气温链法优于一月平均气温法,更优于国标法;不同时间尺度组合评价可获得更优的结果;全球持续变暖背景下,可采用一月平均气温法和北方2站6 d气温链法联合评价。④给出了北方2站6 d气温链法冬季等级的分界阈值,即强暖冬T_C≥-4.0 ℃,弱暖冬-5.7 ℃≤T_C<-4.0 ℃,正常-7.4 ℃<T_C<-5.7 ℃,弱冷冬-9.1 ℃<T_C≤-7.4 ℃,强冷冬T_C≤-9.1 ℃,长系列均值为-6.5 ℃。研究成果可更好地为南水北调中线工程总干渠冰盖生成提供新的参考基准。     

气象要素对水面蒸发量影响程度的灰色关联分析

根据新疆玛纳斯县气象站1996年至2003年小型蒸发皿蒸发量及相关常规气象观测资料,利用灰色关联度分析法分析了各气象要素对水面蒸发的影响程度,结果表明各气象要素对小型蒸发皿月平均水面蒸发量的影响程度从大到小的排列顺序均为气温、降水量、风速、日照时数。希望从气象因素的角度出发,为灌区内大中型平原水库的优化调度提供理论参考。     

黄河下游地区近十年暖冬的成因分析

１９８７￣１９９６年，黄河下游地区凌汛斯气温持续偏高，是１９５０年以来最暖的十年，由于气温较常年偏高，导致了下游凌情较常年明显减轻。分析表明，造成暖冬的主要原因是亚洲地区冬季极涡面积小而深厚，中纬度地区盛行纬向环流，东亚槽偏东偏弱，影响下游地区的强冷空气偏少，西太平洋副热带高压偏强，并受厄尔尼诺事件频繁发生所影响。     

天山西部地区近50年干旱指数的演变特征

利用天山西部地区9个县市气象站近50年的降水、气温和水面蒸发观测资料,确定适合该区的干旱指数计算方法,分析了该区干旱指数的主要特征和演变趋势。结果表明,按行政分区和流域分区两种方法统计,研究区的气候类型为半湿润—半干旱区,其年干旱指数具有明显的地区分布特性和年际变化。近50年来,各行政分区和流域分区各分级年干旱指数发生的频次及频率也不尽相同,半湿润区湿润化程度较高,而半干旱区的年度和夏季的干旱化程度高,春、秋两季干湿化程度则基本相近。研究区50年以来的平均年干旱指数总体呈下降趋势,尤以夏季干旱指数的下降趋势明显,可以初步认为,水面蒸发量的显著减少是主要影响因素之一。     

1960—2020年南水北调区域极端气象要素变化分析

南水北调工程会引起所涉区域极端气候发生变化,同时极端气候事件对调水工程运行也存在影响。研究以1960—2020年气象观测数据为基础构建极端气象要素指标体系,采用变化范围法(RVA)与集对分析法(SPA)对南水北调影响区极端气象要素的改变程度进行量化计算,揭示了经济发展、气候变化与南水北调工程影响下区域极端气象要素的演变规律。结果表明：在经济发展与气候变化影响下,1960—2020年南水北调影响区极端气象要素指标综合改变度总体为上升趋势,并出现了明显的区域差异性,中线地区极端气候改变度显著大于东线,而两线水源区变化程度低于输水区和受水区;调水前后对比分析表明,工程调水对中线的影响大于东线,且受水区极端气象要素变化程度更为明显;对极端气象要素分析发现,极端蒸发受气候变化与经济发展影响显著,极端气温受调水工程影响变化较大,极端降水受外界扰动变化不明显。     

Impact of Raw Water Quality and Climate Factors on the Variability of Drinking Water Quality in Small Systems

Drinking water quality is mainly influenced by the variable quality of source water, which is affected by both meteorological and climate factors. Contrary to medium and large municipalities, small systems do not have appropriate equipment to face important variations of raw water quality, and they do not have enough information either on the impact of these alterations. The objective of this study is to develop a decision-making tool to small system operators allowing the determination of risk periods, based on easily accessible measures. The impact of several raw water quality parameters and climate factors on drinking water quality was under study. A stepwise regression analysis was applied to determine the most important factors. Two of them were retained: the level of UV₂₅₄ of raw water and average maximal air temperature of 15 days before measurement. These factors are representative of raw water quality or meteorological conditions and are easily accessible to systems with restricted financial capacities. A logistic regression analysis contributed to the estimation of the probability to provide drinking water of bad quality (defined by a drinking water quality index). Finally, results of the analysis were synthetized in a visual tool, allowing the identification of risk periods using the known values of UV₂₅₄ and average maximal air temperature of 15 days. This tool may strongly contribute to the improvement of drinking water management in small systems, as it provides easily accessible information on the risks of deterioration of drinking water quality using two simple parameters.     

基于SPEI的南水北调中线水源区干旱时空特征

利用多种统计方法对南水北调中线水源区降水和气温序列进行趋势诊断,识别了不同气象站点序列的时空变化趋势;以标准化降水蒸散指数(SPEI)为干旱指标,建立考虑降水和气温共同对干旱过程影响的评价模型,研究分析了水源区不同时间尺度和分期(汛期、非汛期和全年期)干旱过程动态变化特征。分析表明:降水量呈现不显著的下降趋势,气温总体呈现显著性上升趋势;短时间尺度SPEI对降水和气温变化更加敏感,随着时间尺度增大,SPEI值变化更加平缓;非汛期和全年期水源区发生严重干旱的概率增大,不同气象站点3个不同时期发生特旱或重旱的年份与历史发生干旱的资料相一致;干旱严重程度从上游到下游逐渐衰减,整个汉江上游和西北部地区干旱发生频次略高于下游和南部地区;对比标准化降水指标(SPI)计算结果,SPEI指数较SPI指数补充考虑了降水和气温对干旱过程的综合影响,可作为SPI指数的一个重要补充分析手段,可应用于描述南水北调中线水源区不同时间尺度的干旱特征。     

玉龙喀什河径流及气象因子演变规律及特征分析

选取玉龙喀什河同古孜洛克站实测径流及气象因子,采用Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ趋势性检验、小波分析等方法,系统分析了径流及其气象因子的演变规律及趋势性,利用霍尔特模型预测了未来５年径流量及气象因子变化趋势。结果表明:径流、降水及气温均呈现显著增加趋势,蒸发量表现为显著减少趋势;相关性分析得出气象因子中气温与径流相关性最大,其次是降水,蒸发与径流呈负相关;未来５年径流量、降水量和气温呈增加趋势,蒸发量呈减少趋势。玉龙喀什河１９８０年—２０１８年径流和降水在研究时间内变化趋势具有一致性,气温在未来将继续主导径流变化。     

Changes of pan evaporation in the upper reach of the Yangtze River

The upper reach of the Yangtze River,4511 km long from west to east, contains a great amount of water resources of the Yangtze River Basin.This article studies the characteristics of the pan evaporation, the related meteorological variables, and their effects on the pan evaporation, based on the data of the daily pan evaporation (1980-2008) and other meteorological variables (1961-2008).The results show that the linear trend of the pan evaporation has remarkable regional features, i.e., the decrease trend in the southwest and the increase trend in the northeast of the investigated region, and the Yangtze River is approximately the boundary of these trends.The meteorological variables have different effects on the pan evaporation depending on the fact that they are in the category the thermal variables or the dynamic variables.The thermal meteorological variables (i.e., air temperature, diurnal temperature range,and sunshine duration) have positive partial correlations with the pan evaporation,while the dynamic ones (air pressure,rainfall,and relateive humidity) have negative correlations with the pan evaporation.The correlation of the wind speed remains to be investigated.