考虑不确定性的长江流域极值降水指标时空变异分析

降低不确定性影响是进行极值降水事件时空变异合理分析的前提。基于6种大气环流模式的输出结果,采用分位数映射校正方法和多模式集合平均方法降低不确定性影响,分析了长江流域极值降水指标的时空变异规律。结果表明:原始的气候模式输出结果具有较大的不确定性,必须对其进行定量分析和采取适当有效的措施进行缓解。5个极值降水指标总体上相对于基准期均增加,最大增幅10%左右。仅个别区域的极值降水指标显示出变异的时间一致性,而空间变异在相同情景和时段上差别明显。     

1970～2014年长江流域极端降水过程的时空变化研究

基于长江流域131个气象站数据,利用Mann-Kendall非参数检验、主成分分析及R/S分析等方法分析了长江流域极端降水的时空变化特征。结果表明:(1)主要强降水指数变化均呈现增加趋势。20世纪70年代主要极端降水指数呈持续下降趋势,20世纪80年代、90年代和2000年以后降水指数变化趋势年代差异增大,稳定性差。(2)强降水在太湖流域、鄱阳湖流域大部分地区和洞庭湖流域的下游地区呈显著增加。(3)除了弱降水指数外,各极端降水指数之间具有显著的相关性。(4)长江流域降水的主要特点在于弱降水变化不显著,强降水变化幅度较大,降水过程不稳定,容易发生洪涝灾害。     

降水观测误差修正对降水变化趋势的影响

依据中国气象局国家气候数据中心提供的660个气象站1951-2004年逐日气温、降水、风速资料, 以及雨雪类型资料, 在乌鲁木齐河源降水误差对比观测试验基础上, 对我国的降水资料进行了系统的修正计算. 这一修正不仅使降水量在数量上增加, 更接近实际值, 同时由于相关气象要素的变化, 还会对降水的长期变化趋势产生影响, 通过对比分析原始观测降水系列和修正后的降水系列的长期变化趋势, 结合理论分析估计这一影响的大小.结果表明: 我国观测和修正后的全国面积加权平均降水量分别为565.2 mm和654.9 mm, 平均修正量为89.7 mm (16%);修正后的降水系列, 绝对趋势大于实际观测系列趋势, 而相对趋势则小于观测系列. 全部台站统计结果表明, 实际的降水变化趋势被低估了6%, 而相对变化趋势被高估了约10%. 同时, 由于我国大部分地区风速呈减少趋势, 导致降水观测误差减小, 结果实际的降水变化趋势远小于观测资料显示的趋势值, 1955-2004年全国实测降水的变化趋势为-1.9 mm·(10a)-1, 而修正后降水的变化趋势高达-6.0 mm·(10a)-1. 目前依据实测的降水观测资料得出的降水变化趋势远远小于实际的变化趋势.     

商洛市近49年来降水变化趋势分析

选取商洛市1961年1月至2010年2月逐月降水量作为降水分析基本资料,采用一元线性回归、累积距平法等方法,市降水的年际变化、季节变化和月份变化的特征进行了综合分析,分析了不同时间尺度下,降水序列的变化趋势特征。结果表明：1961年以来,商洛市年平均降水量变化不平衡,降水主要集中在夏秋季节,5～10月份的降水占全年降水量的81．01％;年平均降水量整体呈现下降趋势,平均以-11．59mm／lOa速率减少,春、秋季节降水减少,变化率分别为-13．58mm／10a、-11．2mm^2／10a,夏、冬季降水有增加趋势。     

广西西江流域降水极值趋势分析

根据1958~2007年广西西江流域年最大1d、3d降雨量,首先,绘出平均年最大1d、3d降雨量变化曲线图,研究其趋势变化;然后,采用线性趋势回归检验法对广西西江流域内103个测站1958~2007年年最大1d、3d降雨量进行趋势分析;最后,运用Mann-Kendall秩次相关检验法和Spearman秩次相关检验法对代表站点的年最大1d、3d降雨量的变化趋势进行显著性检验。结果表明:广西西江流域平均年最大1d、3d降雨量呈上升趋势但上升趋势均不显著;广西东部和东北部年最大1d、3d降雨量增加趋势明显,其中东北部最为明显;在全球气候变化背景下,广西西江流域6个代表站年最大1d、3d降雨量不同区域趋势变化存在差异,东北部、北部存在递增的区域,其余为递减的区域,但变化趋势均不明显。     

乌鲁木齐河源气温和降水的变化趋势及其对冰川影响

乌鲁木齐河径流主要来源于降水和冰雪融水，近３０年来由于夏季气温的回升及降水量减少，导致了冰川减薄。采用相关法对上游大西沟气温、降水及１号冰川物质平衡值进行趋势计算得出，乌鲁木齐河上游冰川区域夏季平均气温回升了０．１４℃；而６－８月降水总量减少２４ｍｍ，７－８月降水总量减少１９ｍｍ，年降水量减少１７ｍｍ；近３０年来１号冰川平均每减薄１４０ｍｍ水层，９０年代初冰川减薄厚度平均每年达１８１ｍｍ水层。根据     

青藏高原积雪变化趋势及其与气温和降水的关系

根据６０个地面基本气象台站１９５７￣１９９０年逐日雪深，月平均气温，月降水量观测记录，用ＡＲＭＡ（ｐ，ｑ）模型检验了青藏高原积雪变化趋势。结果表明，高原积雪变化呈增加趋势，与南极大陆及格陵兰冰盖表面雪积累率的增加相一致。     

近46年来东江流域降水变化趋势分析

运用非参数检验Mann-Kendall方法对东江流域近46年来降水变化趋势的时空特征进行分析,结果表明:近46年来东江流域年降水量呈现出增加趋势,但未达到显著性水平,增加速率为16.02mm/10a;流域年降水日数表现为不显著的减少趋势,递减率为0.51d/10a,6月份降水日数的显著减少对全年降水日数的减少趋势贡献率最大;流域年平均降水强度总体变化趋势不明显,变化率为0.16mm/d·10a,其中7月份增强幅度最大(0.9mm/d·10a),对全年降水强度的变化趋势贡献率最大;近46年来东江流域年降水量、降水日数及平均降水强度的变化趋势在空间分布上都存在一定的区域差异性.     

风场变形误差对北京降水记录及变化趋势的影响

风场变形误差是降水观测误差最主要的来源之一,其不仅影响观测值的准确性,也可能导致长期降水变化趋势中隐含虚假成分。结合北京地区20个气象站点1976-2015年逐日观测资料及前人研究成果,评估了风场变形误差对降水记录及其长期变化趋势的影响,结果表明:①近40年来北京地区平均降水捕获率为90%~95%,上升趋势较明显,但空间分布不均匀。城市化进程导致的风速减小是近10年来北京城、乡降水捕获率差异加大的主要原因。②北京地区风场变形误差存在明显的年际及季节差异。近40年来年均降水量订正值为23.1 mm,观测值较实际降水量年均低估了4.0%。订正后年均降水强度从实测的7.9 mm/d增加到8.3 mm/d,年降水量的下降速率从34.4 mm/10 a变为37.0 mm/10 a,观测值将降水强度低估了约4.8%,且将降水量的下降趋势低估了约7.0%。③对于强度越大的降水过程,风场变形引起的观测误差也越明显。对比发现,城市站点的风场变形误差年际振幅要大于乡村站点,弱降水过程中乡村站点的低估比城市站点明显,对大雨及以上强降水过程则相反,城市站点的低估比乡村站更显著。     

长江流域降水稳定同位素的云下二次蒸发效应

对长江流域443个GNIP的降水样品同位素原始资料,分降雪和降雨进行δ2H和δ18O线性回归,得到降雪样品的相关方程为δ2H=7.965δ18O+17.114,有最大的斜率和截距;而降雨样品根据降水量大小从<10mm至>300mm分为4组后,得到的相关方程随着降水量的减小,斜率和截距均减小,斜率从7.701减小为5.705,截距从7.812×10-3减小为-5.479×10-3。δ2H~δ18O相关方程的斜率及截距与气温、水汽压之间的关系表明,在降水从云层底部降落到地面的过程中,仅较小降雨事件有明显的二次蒸发现象,并伴随着同位素的分馏。长江流域较小降雨事件占有比例很小,仅为所有降水事件的6.32%,所以二次蒸发效应仅引起地区大气降水方程斜率和截距的微弱减小。研究表明,单个降水原始资料的同位素分析,能产生长期加权平均降水同位素分析得不到的宝贵信息。     

长江流域极端水文气象事件时空变化特征及其对植被的影响

利用1982-2015年高时空分辨率地面气象再分析数据,识别以降水和大气饱和水气压差（VPD）为指标的极端干旱（Dry-VPD和Dry-PRE）和极端湿润（Wet-VPD和Wet-PRE）事件,分析其年际变化趋势;结合归一化植被指数（NDVI）,探讨植被与不同极端事件发生频数的相关关系与差异。结果表明:除Wet-VPD外,Dry-VPD、Wet-PRE和Dry-PRE总体呈上升趋势,特别是1998年以后Dry-VPD在长江上、下游流域显著增加;长江流域植被对极端干旱事件的敏感性（以负相关为主）高于极端湿润事件,且长江上游植被对Dry-VPD敏感,而中下游植被对Dry-PRE敏感。综上,长江流域极端干旱事件日趋严重,相较于降水干旱限制植被生长的传统认识,本研究指出在长江上游地区大气干旱对植被的负效应更加明显。     

黄河流域夏季有效降水转化率

利用NCEP/NCAR再分析资料及中国实测雨量资料,分析发现黄河流域夏季整层降水转化率普遍较低,因考虑到整层中应有某一气压层具有最有利的水汽输送、抬升凝结和垂直运动条件,由此将该气压层定义为有效降水转化率层(简称有效层),降水与有效层可降水量之比称为有效降水转化率。通过分析黄河流域夏季各分区垂直速度与水汽等因子,确定上、中、下游夏季有效层分别为地面~500hPa、600~400hPa、850~600hPa。对比分析表明:夏季各区平均水汽收支与降水转化率,各自在整层和有效层上的逐年演变趋势均一致,峰谷相对应,且49年间降水转化率在有效层上的数值均大于整层的。夏季有效降水转化率在青藏高原上空及中游东部最高,高原东北侧最低,旱、涝年与多年平均状况下的分布形式虽然一致,但涝年的数值明显大于旱年。     

长江上游流域降水结构时空演变特性

为研究气候变化和人类活动背景下的长江上游流域降水结构时空分布特性,利用长江上游流域67个气象站点1961—2005年45年的日降水资料,分析了各种不同历时连续降水的时空演变特征。通过Trend Free Pre-Whitening方法消除降水时间序列中的自相关成分,利用非参数的Mann-Kendall法检验了降水结构的变化趋势。结果表明:① 长江上游流域及各分区各历时降水发生率随降水历时增加呈指数递减趋势,贡献率先增加后降低,以短历时降水为主;② 长江上游短历时（1 d和2 d）降水贡献率发生突变的时间在1976年,长历时（6 d和10 d）降水发生率发生突变的时间为1984年,贡献率发生突变的时间为1999年;③ 长江上游短历时降水集中出现的次数增加,降水强度增大,降水量占总降水量的比例较大,而长历时降水出现频次降低,降水量占总降水量比例下降,其中岷沱江流域、大渡河流域、长江干流区间通过了显著性检验。     

长江流域20cm蒸发皿蒸发量的时空变化

利用长江流域107个气象站1951-2000年的20cm口径蒸发皿逐日蒸发资料,采用Mann-Kendall趋势检验法和IDW反距离权重空间插值法分析了近50年来,尤其是20世纪90年代长江流域的年和季节蒸发皿蒸发量的时空变化.50年来,长江流域以年平均、夏季和秋季蒸发皿蒸发量显著下降为主要特点,尤以20世纪90年代最为显著,是年平均和夏季蒸发皿蒸发量最小的时期,比前0年平均值分别低-25.9mm和-36.1mm,这种趋势中下游地区比上游地区明显得多,尤其是在鄱阳湖流域.     

长三角地区夏季降水结构演变及其非平稳性

基于长三角地区72个站点1960—2016年逐日降水量观测数据,采用Pettitt与Mann-Kendall非参数检验法,从降水量、降水日数、降水强度和不同等级降水(小雨、中雨、大雨与暴雨)发生率方面,分析长三角地区夏季降水结构的时空演变及其非平稳性特征,并探讨其可能的成因。结果表明：(1)长三角地区夏季小雨发生率以减少为主,其他6个降水指标均以增加为主。其中,小雨发生率非平稳的站点表现为单调减少,降水量、降水强度、大雨和暴雨发生率非平稳的站点表现为单调增加,并且主要分布在太湖流域,增加了该区域遭受洪涝灾害的风险。(2)东亚夏季风强度与长三角地区多数站点的小雨发生率呈正相关关系,而与其他降水指标呈负相关关系。(3)长三角地区城市化典型区(太湖流域)城市化对夏季降水量、降水强度、大雨和暴雨发生率有增加作用,贡献率分别为25.4%、27.9%、54.6%和25.5%;对降水日数、小雨和中雨发生率有减少作用,贡献率分别为-37.3%、-33.2%和-100%。     

北极海冰对长江流域主汛期降雨的影响

针对极地冰雪显著影响中低纬气候的事实,利用1979-2017年长江流域116站降水资料和美国国家冰雪数据中心海冰资料,通过奇异值分解等统计学方法,研究北极海冰对长江流域主汛期降水的影响及可能的机制,结果表明:冬春季节,巴伦支海和鄂霍次克海海冰面积偏多、波佛特海海冰面积偏少时,主汛期长江上中游干流、汉江上游和雅砻江降水偏多;北极群岛、楚科奇海和拉普捷夫海以北海域海冰面积偏多时,主汛期两湖水系降水偏多,嘉陵江上游、汉江上游降水偏少;反之亦然。可能的机制为冬春季关键区海冰变化通过影响湍流热通量引发大气能量波动,这种波动以大气波列形式向东亚传播,影响东亚地区夏季的大气环流和水汽输送,从而间接影响长江流域主汛期降水。应用多元回归法,以关键区海冰面积作为预测因子建立4个流域内主汛期降水趋势预测模型,模型对预报区降水的定量预测有明显的波动,但对预报区总体的降水趋势有较好的预测效果。     

赣江流域TRMM降水数据的误差特征与成因

阐明TRMM 3B42V6（Tropical rainfall measuring mission 3B42 version 6）的误差特征及成因,对于合理使用该卫星降水数据,并完善其降水反演算法具有重要意义。在赣江流域0.25°×0.25°空间尺度上,对比了TRMM 3B42V6、TRMM 3B42RTV6和CMORPH的精度特征。结果表明,3B42V6的系统偏差远低于3B42RTV6、CMORPH,但平均绝对值偏差、效率系数和探测率均明显劣于CMORPH。TRMM 3B42V6的系统偏差较低的原因主要在于该数据采用地面月降水量进行了校准,而其绝对值偏差、效率系数和探测率明显劣于CMORPH的主要原因在于所采用的热红外/被动微波降水联合反演算法不及后者有效。今后有必要对TRMM 3B42的精度进行全面评估,并改进该数据的热红外/微波降水反演算法及与地面降水信息的融合算法。     

长江水质地球化学

文章在对1958—1990年期间长江水系191个站点水质监测资料进行统计分析的基础上,研究了长江主要离子的地球化学。结果表明,长江水系各地河水总溶解性固体(TDS)含量的差别达一个数量级(49·7~518·1mg/L),TDS的平均值为205·9mg/L,是全球河流均值的3倍。相比之下,河水TDS含量的季节性变化并不大,尽管河水流量的季节变化很大。长江的主要离子化学主要受岩石风化作用,尤其是碳酸盐矿物的溶解作用所控制。长江中上游的川贵地区酸雨严重。酸雨作用于当地广泛分布的石灰岩和富含碳酸盐的三叠纪砂页岩,导致近半个世纪来长江水质的酸化趋势,使大部分河段SO24-和Ca2+含量增高,总硬度与总碱度的比值增高。