1961—2016年西昌气候干湿演变趋势研究

区域气候分析是对全球尺度气候研究的优化与补充,对预测区域气候变化趋势和极端天气发生具有重要意义。基于西昌市1961—2016年的气温和降水逐日资料,采用累积距平、时间序列非参数趋势分析(ITA法和ITA-CB法)和标准化降水蒸发指数(SPEI)等方法,从年内和年际尺度上系统揭示其气温、降水与气象干湿变化特征。结果表明：(1)西昌市年内气温与降水量分布特征相似,二者最大值均出现在7月,气温最小值出现在1月,降水量则出现在2月,年际均温与年代际均温均呈明显上升趋势,年代际降水量呈缓慢上升趋势;(2)近56 a西昌市气象干湿变化明显,SPEI呈波动式下降趋势,SPEI与气温成显著负相关关系(p<0.05),与降水量成极显著正相关关系(p<0.01),受气温明显升高的影响,2003年以来的干旱程度愈加严重,SPEI负值占比达78.6%,2010s干旱至极干旱等级占比升至28.6%;(3)年均降水量在低值区呈上升趋势,在高值区呈下降趋势,年均温在低值区与高值区呈上升趋势,在中值区以上升为主,SPEI在低值区呈上升趋势,而在中值区与高值区呈现下降趋势。研究结果可为西昌市应对气候变化、制...     

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。     

气候变化对长江、黄河源区水资源的影响

利用1961—2010年长江、黄河源区22个气象站的月降水量和月平均气温资料,分析长江、黄河源区的气候特征,用降水与蒸发的差值作为水资源量的代表,分析了气候变化对水资源的影响。结果表明,长江源区和黄河源区降水、气温和蒸发都有明显变化,尤其是近20年有明显增加趋势,但是两个源区的变化并不一致,黄河源区水资源量一直呈波动变化,而长江源区在最近10多年水资源量有明显增多现象。降水增多可直接增加水资源量,但是气温升高会促进蒸发,导致更多的水资源消耗,因此降水和气温的变化可相互抵消对水资源的影响,这是黄河源区水资源量变化不大的原因。但是近10多年长江源区气温显著增加,导致更多冰川融化,这可能是近年来长江源水资源量增多的原因。     

长江源区降水时空演变规律

基于长江源区1956—2016年8个测站的逐日降水数据,采用集中度、集中期、Mann-Kendall趋势检验和滑动T检验法等统计方法,分析了长江源区近60 a来降水量序列的空间分布特征、年际和年内变化趋势、突变和周期变化特征等。结果表明:① 长江源区降水量呈现明显的增加趋势并通过显著性检验,增加速率10.2 mm/(10 a),多年平均降水量为344.8 mm;②长江源区的降水量在时间维度上存在显著的不均匀现象,多数聚集于为6—9月份,约占全年降水量的81.1%;③长江源区的降水量序列在1997年发生显著性突变,降水量变化存在25 a左右的第一主周期,第二、第三周期分别为3 a和10 a;④长江源区内各站点年降水量增加趋势空间变异性较大,总体呈现通天河上游降水量增加速率大于下游。研究结果可为长江流域水资源可持续利用和生态安全提供重要的科学依据。     

长江上游气温、降水和干旱的变化趋势研究

基于长江上游1962~2012年的85个气象观测站的实测数据,统计分析了该区域气温和降水的变化趋势,并结合SPEI(standardized precipitation evapotranspiration index)指数评价分析了干旱的变化趋势。研究结果表明:长江上游年平均气温呈现上升的趋势,增温率为0.195℃/10a,秋、冬平均气温呈现明显的上升趋势;多年平均气温最高的地区集中在长江上游的南部和东部,西北部最低;多年平均年降水量变化趋势不显著,降水季节性变化差异比较大,春季和冬季的降水量呈现上升的趋势;多年平均年降水主要集中在东部地区,西北部最低。SPEI指数的分析结果显示,长江上游区域干旱状况整体呈现加剧的趋势,干旱次数和干旱程度均加剧,长江上游东部地区干旱趋势最为严重,西北部地区呈现变湿趋势。     

鄱阳湖干旱多尺度特征及其与月均水位的相关性

以鄱阳湖13个气象站1957~2013年的逐月降水量、平均气温、各站点纬度和同期水位站逐月平均水位为实验数据,分别计算1、3、6、12、24、48个月尺度下标准降水指数(SPI)和标准降水蒸散指数(SPEI)时间序列,并利用Morlet小波分析理论,分析了该序列多时间尺度变化特征。基于Mann-Kendall检验,分析了鄱阳湖气象干旱趋势特征;利用Spearman秩相关系数,研究了不同时间尺度SPI和SPEI序列与月平均水位的相关关系。研究表明,鄱阳湖流域SPI和SPEI序列存在约68个月变化的主周期,两个主要特征时间尺度变化的强分布;气象干旱与湖水位的相关关系随时间尺度的增大而减弱。     

滹沱河流域植被覆盖时空演变及其与 SPEI 的相关关系

选择2001-2015年MODIS NDVI(250m)及14个气象站点气温、降水数据,通过计算标准化降水蒸散指数(SPEI),探究滹沱河流域近15年植被覆盖时空演变特征,分别从月、季节、年等尺度探究植被覆盖与SPEI的相关关系。结果显示:(1)近15年滹沱河流域归一化植被指数(NDVI)呈显著增加趋势,增速为0.024/(10a)。(2)植被恢复以明显改善为主,覆盖范围占整个流域面积的51.58%,主要分布于流域中、上游。(3)滹沱河流域SPEI总体上呈波动上升趋势,干旱程度有所降低,流域中游变湿趋势最显著。(4)6月、7月是干旱条件对植被覆盖影响最显著的月份,其中,6月气温对NDVI的影响大于降水,而7月降水对NDVI的影响大于气温;夏季干旱程度对植被覆盖度的影响最为明显;NDVI年际变化与SPEI具有显著正相关关系,干旱对植被生长状态有较大影响。     

德州市降水及干旱长期特征

利用山东省德州市1951年～2018年气象数据资料,探究德州市降水变化特征及干旱情况。结果表明,德州市年降水量及夏季降水量呈减小趋势,夏季降水量在2006年超过了下降趋势的突变点。SPEI、SPI指标都能反映德州市的干旱情况,但SPEI优于SPI;多时间尺度的SPEI值反映了德州短时间尺度旱涝无常,但长期干旱或者极端干旱事件发生频率较低,随着全球气候变化的进一步发生,未来德州市降水可能进一步减少,干旱发生的频率和强度可能进一步增大。     

祁连山区气候变化对黑河出山径流的影响

以黑河上游流域为研究区,依据祁连山区4个气象站的逐月实测气象资料及莺落峡水文站逐月径流资料,采用Penman-Monteith方法计算了潜在蒸散发量,采用线性回归以及Mann-Kendall趋势检验等方法研究了降水、潜在蒸散发、气温及径流的年、季变化趋势,运用弹性系数法分析了降水、气温和潜在蒸散发变化对黑河出山径流的影响。结果表明:(1)黑河流域气候水文要素的总体年际变化为年降水量和气温均呈显著升高趋势,潜在蒸散发量呈不显著增加趋势,出山口莺落峡水文站径流量呈显著增大趋势;(2)祁连山区降水量、气温和潜在蒸散发量是影响黑河流域出山径流量的主要气象因子,径流与降水在年和季节尺度上都存在显著相关关系,其中祁连山区秋季降水量与莺落峡站径流量的相关性最为显著,春季气温与径流量呈正相关,气温升高促进了冰雪消融,进而增大径流量,潜在蒸散发量特别是夏季蒸散发量增大对降水量增大造成的年径流增大起到了一定的削弱作用;(3)祁连山区降水量增加1%将使莺落峡站径流量增加约0.74%,祁连山区气温升高1%将使莺落峡站径流量增大约0.16%,祁连山区潜在蒸散发量增加1%将导致莺落峡站径流量减少约1.75%。     

横断山区极端气候变化的时空格局

针对全球气候变化下不同区域极端气候事件显著增加问题,为了揭示横断山区极端气候变化的时空演变规律,基于横断山区129个气象站点1970—2019年的逐日降水和气温数据,分析了横断山区27个极端气候指数的时空变化特征,利用广义极值分布揭示了部分极端指数的频率特征,并对比分析与其他地区极端气候指数变化的规律。研究表明:(1)近50年来横断山区大部分区域的各极端降水指数变化趋势不明显,北部极端降水事件的发生频次和强度低于南部。横断山区南部和西部边缘地区发生极端降水事件的频次和强度较大。(2)横断山区内90%以上站点的极端气温暖指数显著上升,极端气温冷指数显著下降。南北气温差异显著,以青藏高原为界,北部气温日较差大,平均在13.83℃,几乎无热夜日数,南部气温日较差小,平均为11.38℃,南部平均的冰冻日数在1 d左右。极端高温较普遍的发生在南部和东部的干旱河谷中,且发生强度有增加的趋势。(3)随着重现期的增加,持续干燥期(CDD)大于110 d的区域逐渐由西部扩大到金沙江下游流域;在不同重现期下,持续降雨期(CWD)和年降水总量(PRCPTOT)的高值区集中在西部和南部的边缘;北部的日最大降水量(RX1day)在不同重现期下变化不显著,在60 mm以下;最低气温极小值(TNn)和最高气温极大值(TXx)在空间分布上北低南高,40℃以上的高温普遍发生在南部的干旱河谷。     

长江源区近32年径流变化及影响因素分析

以长江源区控制站直门达1978-2009 年实测径流量序列为基础,运用 Mann-Kendall 趋势分析法和滑动 T 检验方法,对径流量的趋势变化和突变进行了详细分析,并对其影响因素降水、气温和下垫面条件等进行了分析。结果表明 : 长江源区近 32 年来年径流量总体呈现增加态势,但趋势不显著,年径流序列 2004 年前后发生突变;长江源区降水序列在 2002 年前后发生突变,气温序列呈显著增加趋势,长江源区降水增加和冰雪消融是长江源区径流增加的主要原因。     

不同干旱指数在新疆哈巴河地区旱情评价中的应用研究

利用新疆哈巴河地区1962-2014年间的气象资料,比较分析多时间尺度的标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸发指数(SPEI)在该地区的适用性,并基于两种干旱指数计算结果分析哈巴河地区53a间的干旱演变特征。结果表明:各时间尺度(年、季、月)下的SPI指数与SPEI指数呈现显著性相关;单月小尺度下,SPEI指数评价干旱事件等级较实际情况要严重,SPI指数在实际使用中更具优势;12月长时间尺度下,SPI指数和SPEI指数均体现出巴河地区干旱逐步减轻的趋势,在气候变暖大背景下考虑气温变化的SPEI指数较SPI指数更符合当地实际;各季节尺度下,SPI和SPEI指数发生各干旱等级事件的比例相差不大,实际使用中建议春冬季使用SPI指数,夏秋季使用SPEI指数或修正过的SPI指数,同时需要重点关注夏秋季干旱。     

河南省旱涝态势时空特征分析

利用河南省15个气象站点1961—2014年的逐月平均气温、日照时数及降水资料,基于标准化降水蒸散指数(SPEI),采用趋势拟合、概率统计、小波分析等方法,分析河南省旱涝灾害时空变化特征。研究结果表明:(1)降水量呈明显减小趋势,近54 a降水量减小率为1.2 mm/a;蒸发量呈增大趋势,多年平均增长率为0.7 mm/a;(2)旱灾发生频率在空间分布上呈现东高西低、北高南低的趋势,而洪涝总体呈现东低西高、北低南高的趋势;(3)河南省整体上呈干旱加剧、洪涝减缓的趋势,安阳、新乡地区干旱加剧趋势最为明显,而西华地区有干旱缓解的趋势;(4)年尺度SPEI的主周期为10 a。     

基于SDSM的疏勒河流域气候变化统计降尺度研究

疏勒河流域属于气候变化敏感区和生态脆弱区,开展该流域未来气候变化研究,对于水资源合理利用及生态环境保护具有重要意义。为预估该流域的未来气候变化,采用SDSM(statistical downscaling model)模型,根据6个地面气象站41年(1961—2001年)的观测数据、NCEP数据和Had CM3模式模拟数据开展未来气温和降水降尺度研究。结果表明:SDSM对气温的月值模拟精度较高,各站月平均气温纳什效率系数均在0.98以上;SDSM对降水的月值模拟值较实测值整体偏高,模拟效果最好的托勒站月累计降水的纳什效率系数达到0.6。SDSM能较好地模拟气温的年际变化,模拟的年际变化趋势与实测值相差不大;但SDSM对降水的年际变化模拟较差,一些站点的变化趋势方向相反,趋势模拟最好的站点为托勒站和瓜州站。根据SDSM预估结果,与1961—2001年平均值相比,2020—2039年各站点的平均气温均有所升高,A2情景下升幅为(0.8~1.9)℃,B2情景下升幅为(1~2)℃;降水在A2和B2情景下差别不大,其中托勒站减少约54 mm,马鬃山站增加6 mm。研究发现,除托勒站外,疏勒河流域与预报变量相关性最高的预报因子并不在站点所在网格,而是其东侧网格,其原因有待进一步研究。     

西北干旱区降水变化的时空分布特征研究

干旱气候是西北地区自然环境的最大特点,以整个西北干旱区为研究对象,基于数字高程模型,利用GIS空间分析方法得到不同时空尺度下气温、降水的时空分布图,然后分析西北干旱气候变化的时空分布演变趋势。研究表明,西北干旱区多年平均降水7月份降水最多,最少月份是2月份,南疆和其他地区降水最少月份不是2月份而是12月份。夏季降水最多,比重为45.5%,冬季降水最少;西北干旱区年降水量的年际变化倾向率为5.41 mm/10 a,四季的降水都呈上升趋势。降水在各年代变化不同,各分区的年代际季节降水变化趋势不同。探索和完善干旱化对策对西北地区的未来发展具有十分重要的现实意义。     

气候变化影响下的赣江流域水资源变化趋势与幅度分析

利用全球气候模式输出结果,经统计降尺度模型降解后得到流域尺度的降水和气温要素,根据实测资料建立气温—蒸发回归关系以及新安江水文模型,使用耦合模拟和MK趋势分析评估未来气候变化情景下赣江流域水资源量的变化趋势和幅度。研究结果表明:未来不同排放情景下的年降水量、年蒸发量和年径流量等水文气候要素变化趋势以显著增加为主。未来年降水量、年蒸发量和年径流量的多年平均值相对基准期有较小幅度增加,最大增幅为年径流量的13.81%。降水、蒸发和径流的年内变化有明显的季节性特征,汛期径流增加、非汛期径流减少的不均匀情况加剧,在一定程度上可能增加赣江流域未来的防洪压力和枯水期供水压力。     

南四湖流域水循环要素的时空变化特征

选取南四湖流域鱼城、孙庄等8个监测站点,利用其1952-2015年的实测水文数据,采用Mann-Kendall非参数检验和Morlet小波变换等分析方法,分析了流域降水、径流、蒸发等水循环要素变化时空特征,研究结果表明:(1)流域降水量呈现增加趋势,径流量和蒸发量呈减少趋势;各水循环要素的年际变化周期都有多种时间尺度相互嵌套,降水量和蒸发量的主周期为25a,径流量的主周期为31a;水循环要素的年内分配不均匀,降水量集中在6月-8月,径流量的峰值较降水量滞后1个月,蒸发量的最大值出现在6月份;(2)空间分布不均匀,表现为降水由东南向西北方向递减趋势,径流深的空间分布格局吻合于降水;湖东区域水循环要素的变化大于湖西区域;(3)流域水循环要素的时空变化特征受到气候变化和人类活动的共同影响。     

基于多尺度SPEI指数的哈巴河地区多年干旱研究

干旱指数是研究地区旱情动态特征、科学评估干旱风险的重要依据。通过运用统计学方法分析哈巴河地区1962~2014年间降水、气温、蒸发等要素的年际变化特征,并基于多时间尺度的标准化降水蒸发指数研究了该地区干旱演变特征,根据实测历史旱情,分析了该指数在哈巴河地区的适用性。结果表明:近53 a来,该地区降水与气温呈不同程度的增加趋势,而潜在蒸发呈现显著下降趋势,气候正逐步变得湿润;不同时间尺度的SPEI指数皆可监测旱情变化,且与记载的流域实际旱情相符,在哈巴河地区均有较高的适用性。研究思路与方法可为其他气候相似区的旱情监测与预警、风险管理提供依据。     

基于SPI和SPEI的淮河中上游流域气象干旱时空分布特征对比研究

基于淮河流域1960-2017年逐月降水、气温资料,采用SPI、SPEI等干旱指数和线性趋势法、Mann-Kendall、小波分析等数学统计方法对年和四季气象干旱的趋势性、周期性及干旱频次进行时空分布特征的对比研究。结果表明:流域年、夏冬两季两种干旱指数呈微弱增加趋势,SPEI较SPI上升幅度略大,春秋两季均呈微弱减少趋势,SPEI较SPI下降幅度略大;研究时段内同一区域的两种干旱指数反映的干湿变化周期性基本一致;年尺度淮河以北SPEI显示中旱频次较多而SPI显示轻旱频次较多,其他时间尺度南北区域接近一致;两种干旱指数的空间变化趋势除夏季较为一致外,年、春秋两季在同一区域上SPEI显示的干旱化趋势较SPI略强,冬季SPI显示绝大部分区域呈湿润化趋势而SPEI呈干旱化趋势;两种指数在空间分布上存在一定程度的差异性,四季SPEI显示的干旱频次普遍比SPI统计的干旱频次高。研究结果对于干旱客观性评估和水旱灾害防治管理具有重要参考价值。     

SPI和SPEI在阿克苏河流域的适用性分析

干旱区常年降水稀少,生态环境脆弱,是干旱评价中相对特殊的区域,一般适用性较好的干旱指数在这里仍需进一步论证才能应用于干旱监测中。根据阿克苏河流域DEM、土地利用现状,将流域进行细化,最终形成4个山区、2个荒漠区和5个绿洲区共11个分区的阿克苏河流域干旱评价单元。以流域内6个气象站1961-2011年逐月平均气温和降水资料计算研究区过去51年各评价分区的标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸发指数(SPEI),并将所得干旱状况与历史旱情进行对比分析。结果表明:在平原区,短时间尺度(1、3、6月)的SPEI较SPI更能表达干旱演变趋势,但在旱情表达的时间精度上仍有些欠缺,而长时间尺度(12、24月)的SPI和SPEI基本可以表达出干旱年;在山区的表达精度需要进一步求证。