四川盆地东部近50年降水与旱涝时间序列分析

利用四川盆地东部地区8个国家基准气象台站1960~2010年逐日降水观测资料,运用线性分析、降水趋势系数等方法,分析了四川盆地东部年降水量以及季节降水量的时间序列变化趋势。在此基础上,通过Z指数法建立旱涝指数模型,结合Mexican Hat小波变换理论研究旱涝灾害在不同时间尺度上的周期振荡和变化规律,并对未来旱涝演变趋势进行判断。结果表明,四川盆地东部地区年降水量有弱减少趋势,各季节降水趋势差异较大,秋季明显减少,而夏、冬季有增加趋势。各季节旱涝灾害变化存在着不同的年际、年代际周期变化特征,不同的时间尺度周期具有不同的交替变化规律。春、秋季节旱涝存在6 a和10 a左右周期振荡,近期6 a周期振荡显著。夏季现处于20 a左右尺度上降水稳定性较差的偏涝期内,易发级别高、灾情重的洪涝灾害。秋季近期仍处于10 a左右尺度周期的干旱期,并将逐步向下一个偏涝期过渡     

云南不同量级降雨下的降雨侵蚀力特征分析

为研究云南省及5个子区域年降雨侵蚀力和各量级降雨侵蚀力的时空变化特征,基于云南120个站点近43a逐日降水资料,利用Man-Kendall趋势检验、Morlet连续复小波变换分析等方法进行系统分析。结果表明:各区域大雨侵蚀力在年降雨侵蚀力中起主导作用;年内各月降雨侵蚀力滇西北基本以大雨侵蚀力为主,其余区域干季以中雨侵蚀力为主,雨季以大雨侵蚀力为主;各量级降雨侵蚀力表现出降雨量级越大,季节性越强,集中程度越高的特征;各区域中雨侵蚀力相对变化呈减少趋势,其余量级降雨侵蚀力变化趋势以减居多;暴雨侵蚀力相对变化程度最强,大雨和中雨侵蚀力相对较缓;滇西北年降雨侵蚀力、大雨和中雨侵蚀力以9a左右时间尺度为主震荡周期,其余区域主震荡周期多为18~21a左右,暴雨侵蚀力主震荡周期在各区域存在一定差异。     

集合经验模态分解在长江中下游梅雨变化多尺度分析中的应用

基于长江中下游流域5个梅雨监测站1961~2012年的日数据,利用集合经验模态分解（EEMD）方法,对研究期内梅雨时间序列进行多尺度的分析,探讨其在不同时间尺度上的振荡模态结构特征。结果表明：近50多年来,长江中下游梅雨变化呈现出显著的年际和年代际尺度振荡特征,在年际尺度上表现出准3 a和6 a的周期变化,而在年代际尺度上显示准13 a和24 a的周期变化;各分量方差〖JP2〗贡献率显示,年际振荡在梅雨长期变化中占据主导地位;自1961年以来,EEMD分解的梅雨长期变化趋势表现出先增加后减少的倒“U”型特征,其中1961~1985年呈上升趋势,1985~2012年呈下降趋势,尤其是在2000年之后的下降趋势最为明显。由此可以看出,EEMD能够有效地揭示梅雨长期序列在不同时间尺度上的变化规律,可用于诊断非线性、非平稳性信号变化的复杂性特征     

降水量时间序列变化的小波特征

利用小波变换对降水量时间序列的多时间尺度变化及突变特征进行了探讨。小波变换不仅能将降水量时间序列的频率特征在时间域上展现出来，清晰地给出各种时间尺度的强弱和分布情况以及早涝变化趋势和突变点，而且还能分析出其主要周期。以新安江流域黄山地区主汛期(5—7月)和年降水量为例，计算表明，其年际及年代际时间尺度在时域中分布不均匀，具有明显的局部化特征；同时分析出主汛期降水具有8年、19年左右的周期，年降水存在6年、19年左右的周期；研究还表明，主汛期降水与年降水的时间尺度变化比较接近。     

长江上游流域水位长期变化特征分析

长江上游地区的水能资源对于我国能源发展具有重要意义,研究长江上游水文的周期和突变规律,可以提前预防旱涝灾害给农业带来的损失.利用线性回归方法对长江上游清溪场水文站的水位资料进行插补延长,然后用小波分析方法和Mann-Kendall方法对三峡大坝蓄水前的1890～2002年旱季1～3月份和雨季6～8月份的水位序列的周期性、阶段性和突变特征进行了比较分析.结果 表明:(1)旱季水位在1890～ 1940年偏高,1940～2002年偏低;雨季水位在1965年以后持续偏低.(2)清溪场水文站旱季的水位存在5～8年的年际变化主周期,其中1900～1950年间5～8年的周期变化是显著的;清溪场水文站雨季水位的主周期为35年左右的年代际变化周期,1940～1960年存在8年左右的年际变化显著周期.(3)旱季水位在1933年发生突变,1933年以后水位由高向低转变,1940年以后水位持续偏低;雨季水位在1957年以后水位由高变低,1965年水位下降趋势加大,到1993年雨季水位显著降低,1997年以后雨季水位有升高的趋势.(4)长江上游流域面雨量与清溪场水位变化趋势相一致,明清小冰期东亚夏季风偏弱长江上游气候偏湿润水位整体较高,20世纪30年代、40年代全球气候相对变暖而东亚夏季风偏强,导致雨带偏北,长江上游气候转而偏干水位整体偏低.     

基于小波分析与Mann-Kendall法的上海市近12年空气质量变化

综合应用小波分析和Mann Kendall非参数检验方法,对上海市近12 a PM10、SO2和NO2逐日空气污染指数序列进行分析,揭示了空气污染变化的多尺度特征、变化趋势和突变特性,以深入了解上海市空气质量状况。结果表明：PM10、SO2和NO2污染序列呈现多尺度的变化特征,具有1 000 d和300 d左右的中、小时间尺度周期。在小尺度上,各序列具有300 d左右的主周期和30 d左右的次周期。空气污染具有“冬重夏轻”的特征,冬季和春季是污染比较严重的时段;2007年夏季以来,空气质量总体趋于好转。近12 a来各序列均呈显著的减少趋势;PM10序列突变开始于2006年7月3日前后,SO2于2010年3月21日前后,NO2则于2006年4月18日前后;突变后,各序列基本均呈显著的下降趋势。最后,提出了未来改善上海市空气质量的相关建议。     

1960～2017年汉江流域气象干旱时空特征分析

基于汉江流域13个站点1960～2017年的逐月降水和平均气温资料,计算不同时间尺度下的标准化降水蒸散指数(SPEI),分析汉江流域气象干旱时空特征,并结合大气环流指数讨论该流域气象干旱成因.结果表明:(1)汉江流域SPEI数值具有3～4年的主周期,表现出干湿交替的状态.(2)年尺度下,轻旱和中旱发生频率在5％～24％,且西部地区较高.春季,多轻旱和中旱发生且频率在6％～19％;夏季,轻旱频率中部高于四周,最高地区频率在20％～28％;秋季,中部地区干旱频率较高;冬季干旱频率普遍高于10％但以轻旱和中旱为主.(3)年尺度下,汉江流域SPEI值以0.0021/a的速度降低,说明全球变暖对流域年际干旱情况影响很小;春季和秋季SPEI值与MEI、SOI显著相关,相关系数绝对值在0.271～0.422之间;夏季SPEI值与EASM显著相关,相关系数绝对值在0.261～0.498之间;冬季SPEI值与AO、NAO显著相关,相关系数绝对值在0.220～0.281之间.     

近52年来洞庭湖流域气象干旱的时空分布特征

基于洞庭湖流域84个气象站点1962~2013年的逐日气象资料,利用综合干旱指数(CI)对洞庭湖流域气象干旱的时间和空间特征进行分析。结果表明:在过去52 a,区域性干旱强度较强的时段以夏季、秋季、夏秋和秋冬时节为主;区域干旱强度在春季、夏季、夏秋、冬季呈上升趋势;秋冬时节和年干旱强度变化不明显;春夏时节、夏秋时节、秋冬时节和冬春时节的平均干旱强度比春、夏、秋、冬单个季节的平均干旱强度大。小波分析表明,区域干旱强度的周期以10a为主周期,5 a和22 a为次周期。近52 a来,历年干旱站次比主要集中于10%~30%之间,多表现为区域性干旱,以夏季和秋季的干旱范围较大;干旱频率高发时期主要为夏季、夏秋时节和秋季。干旱频率高发地主要以流域的南部山地和北部的洞庭湖平原为主,西北部的山地发生干旱相对较少,衡邵盆地随季节变化干旱频率易发生高低值转换。     

雅鲁藏布江中游河谷气温时序变化的小波分析

通过对雅鲁藏布江中游河谷地区拉萨、日喀则、江孜和泽当等4个气象站1957～2007年逐日气温资料进行等权平均取值,采用气候倾向率和小波分析法,研究了不同时间尺度下近51 a气温变化趋势及周期特征。结果表明：近50 a年平均气温倾向率为0.27℃/10 a,高于西藏地区平均值。气温变化以秋、冬季较显著,夏季气温增长最不明显。年与各季气温变化均存在15～20 a时间尺度上的周期性震荡,突变点在1987年左右,总体表现为1987年前气温偏低,1987年后处于偏高期。春、秋、冬季在1975年左右存在一个升温期,但夏季较明显的升温期却在20世纪80年代中期。
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秦巴山区降雨侵蚀力时空变化特征

降雨侵蚀力时空变化特征的研究对区域土壤侵蚀风险评估及水土保持规划具有重要的意义。利用秦巴山区及周边地区共63个气象站1961~2016年的逐日降雨量数据计算各站的降雨侵蚀力,借助Kriging空间插值法、Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变检验等方法分析了秦巴山区降雨侵蚀力的时空变化特征。结果表明：秦巴山区年均降雨侵蚀力为3 696 MJ·mm/(hm²·h·a),年内变化呈单峰型,7月最大,占全年的26.6%;四季中,夏季最大,冬季最小。代际间,20世纪80年代的降雨侵蚀力最大,90年代最小。年际间,年降雨侵蚀力存在明显的阶段性,但未表现出显著的趋势性和突变性特征。秦巴山区多年平均降雨侵蚀力呈南高北低的分布格局,不同地区年均降雨侵蚀力变化于787~8 858 MJ·mm/(hm²·h·a)之间;整体而言,年降雨侵蚀力随纬度增加而减小,随海拔升高而减小。     

基于SPEI指数的鄱阳湖流域近60 a干旱时空变化特征

量化研究干旱的时空变化特征,对区域干旱监测与抗旱减灾有重要的意义.基于鄱阳湖流域1961～2017年26个气象站点的观测数据,利用标准化降水蒸散指数(SPEI)定量分析了该流域干旱的时空变化特征及其影响因素.结果 表明:(1)鄱阳湖流域南湿北干,且四季差异明显.(2)鄱阳湖流域呈现显著湿润化趋势(p＜0.05),四季均存在变湿趋势,且夏季、冬季变湿显著(p＜0.05).从空间格局上看,所有站点年尺度均存在变湿趋势,变湿幅度较大的站点分布在流域中北部;在季节尺度上,除春季赣江流域的西北部、饶河流域和信江流域东部部分站点,以及秋季个别站点(德兴、遂川和龙南)呈现干旱化趋势外,其余站点各季节均呈湿润化趋势,只是在变湿的幅度和显著水平上存在一定差异.(3)鄱阳湖流域不同等级干旱的发生存在明显的年代际差异.除20世纪90年代及最近10年干旱发生的频率较低外,其他年代干旱发生的频率均相对较高,尤其是20世纪60年代.(4)鄱阳湖流域SPEI指数与降水呈正相关,与气温呈负相关,且与降水的相关性较气温的相关性高.在全球尺度的海气作用的驱动下,该流域的干湿变化与厄尔尼诺现象/拉尼娜事件之间存在着一定的相关性,且具有半年的滞后效应.     

1961~2010年大渡河流域极端降水事件变化特征

基于大渡河流域1961~2010年逐日降水数据资料,运用Mann-Kendall非参数检验、Morlet小波分析法,分析了近50a来大渡河流域极端降水事件的时空变化特征。结果表明,大渡河流域的极端降水指数均呈现出相对稳定的波动增加;多年平均值均呈现出由西北向东南方向逐渐增多的分布特征,变化趋势的空间分布存在着区域差异:除强降水日数外,其他极端降水指数均呈现下游增加,上游减小的变化趋势,大渡河流域极端降水与年降水量变化趋势密切相关。大渡河流域各指数突变特征不一致,1d、5d最大降水量突变年集中在1974~1976年前后;强降水日数、极端降水量及极端强降水日数发生突变的年份分别为1984年、1979年及1977年,且突变后呈现明显的增大趋势。大渡河流域极端降水指数周期特征较复杂,但普遍存在5~10a的年际振荡周期和20~25a的年代际振荡周期,且25a是最强的主周期。     

基于日降雨数据的湖北省降雨侵蚀力初步分析

利用日降雨数据估算降雨侵蚀力,以此评估降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。通过分析湖北省及周边26个气象台站1957~2008年逐日降雨量数据,基于日降雨侵蚀力模型,计算了研究区多年降雨侵蚀力,初步分析了其时空分布规律。结果表明:湖北省降雨侵蚀力总体上呈现从东南地区向西北山区逐渐递减的趋势,鄂东南、西南较高,而西北部最低,降雨侵蚀力与降雨量分布特征类似;降雨侵蚀力与降雨量在年际变化上都呈现微弱上升趋势,1978年以来降雨侵蚀力一直保持上升趋势和2~3a的主周期变化;降雨侵蚀力的年内分布主要集中在5~9月份,占全年的77.42%,其中最大月降雨侵蚀力出现在7月份,占年降雨侵蚀力的22.3%。研究结果对水土流失预报及科学制定水土保持措施具有重要意义。     

长江中游荆南三口河系径流演变特征及趋势预测

以荆南三口五站1951~2015年实测径流数据,利用Mark-Kendall趋势突变检验法、累计距平、Morlet复小波等方法分析三口河系径流演变特征;选用ARIMA模型和时间序列模型预测荆南三口河系径流演变趋势。结果表明:(1)荆南三口径流年际变化较大,径流年内分配不均匀,5~10月为丰水期,11月~次年4月为枯水期,呈现出明显季节差异;(2)三口径流总体上呈下降趋势,其中以1959~1980年径流下降趋势最为明显,其趋势幅度p的绝对值达到了698.313,2003~2015年径流下降趋势较为缓慢,无明显趋势,但其p的绝对值仍达到了166.524;(3)运用Mark-Kendall突变检验及累计距平法共同检验,三口径流突变年份为1970年、1985年;(4)1951~2015年间三口径流变化过程主要存在48~58 a、20~28 a、10~18 a 3个尺度的周期变化,以55 a、24 a、14 a为周期中心,其小波方差显示三口径流序列第一、第二、第三主周期分别为55 a、24 a、14 a;(5)三口径流在2016~2030年呈现出先减小后增大的趋势,即2016~2018年为波动增减期,2019~2026年前后为枯水期,2026~2030年为丰水期。     

三峡库区近百年来气温变化特征

利用1924～2011年重庆和宜昌站气温资料,分析了三峡库区近百年来气温变化特征。结果表明：从线性趋势、年代变化、突变和周期分析表明近88 a重庆和宜昌气温的变化特征是比较一致的,两段显著偏暖的时期分别是20世纪20年代中期至40年代和20世纪90年代中期至今。用重庆和宜昌站的平均来代表三峡库区,库区气温阶段变化与重庆、宜昌站基本一致,20世纪90年代中后期至今出现的显著增温现象迟于我国1986年前后开始的普遍增温。库区各季节气温变化存在差异,4个季节最近一次增暖主要集中在20世纪90年代中期或中后期。近88 a来三峡库区年平均气温发生两次突变, 1947年左右突变为降温趋势; 1996年左右突变为增暖趋势。三峡库区年平均气温2～4a周期变化最为显著,4 a左右的周期1980年代后期开始显著。1920年代到1980年代存在的16～20 a的年代际周期,但能量较年际周期弱。近88 a三峡库区与全球气温变化存在较大差异,最近一次显著增暖时间比较,三峡库区比全球滞后约10 a     

1961~2013年长江三角洲地区霾日季节特征及变化分析

选取长江三角洲146个观测站1961~2013年的地面观测资料,分析了霾日季节性的年际、年代际长期变化及空间分布规律。结果表明,长江三角洲霾多发时段随年际增长逐渐由冬季蔓延至春季,秋季和夏季。长三角平均霾日的季节变率从60~70年代的72.5%~78.5%,80年代跌至61.2%,到90年代跌至55.3%,而在本世纪的13 a低达52.3%,体现了长三角霾日变化季节性的年代际特征,即近53 a季节差异在不断减小,霾趋于常年化发生。霾日季节性的空间分布及年际变化特征还表明:近53 a长三角霾日呈持续上升趋势,1980年以前的2个年代增长缓慢,并维持低霾日水平,尽管1980年以后仍然增长缓慢,但维持多霾日的较高水平。霾日高发区域主要集中在南京-镇江一带、上海西南部地区、湖州-杭州-绍兴-金华一带、宁波西北部地区,高值中心依次为金华西北部兰溪市的70.2 d,江苏南京市的 40.0 d,上海金山的38.0 d以及宁波余姚市的35.5 d。长三角中部的霾日年增长率整体低于南部和北部地区,江苏中部及南部、浙江南部及东部沿海、安徽东南部地区是霾日年际增长高值区。长三角霾日年际变化趋势以夏季增长率最高,其次是秋季、春季,冬季霾日年际变化趋势普遍增长率最低,近53 a来长江三角洲大部分地区出现了霾日季节性差异变小的季节性变异特征。     

近50 a澴河上游汛期降雨径流多尺度时空演变

人类活动和气候变化可能导致水文资料的一致性遭到破坏。为研究澴河上游汛期降雨、径流的一致性,基于澴河花园水文站及流域内6个雨量站1963~2013年汛期实测资料,以全汛期、最大1日、3日、7日为时间尺度,首先通过Pettitt检验和Mann-Kendall检验对降雨、径流序列进行趋势与突变检验;其次采用不均匀系数和重心模型对降雨时空变化进行定量分析,基于日流量历时曲线分析不同相对历时流量的变化规律;最后分析降雨径流关系的时间变化特征。结果表明:澴河上游流域汛期降雨存在不显著下降趋势,各历时降雨空间分布未发生显著变化,降雨重心基本分布在广水站和草店站之间。花园站汛期平均流量呈减小趋势,最大1日、3日、7日平均流量显著减小;高流量下降趋势和低流量上升趋势均较明显,高、低流量相对于中流量的离差均为减小趋势。汛期径流系数呈下降趋势,降雨、径流深多年平均下降率分别为11.6、20.8 mm/10 a;径流系数与降雨量呈分段线性关系,约在汛期降雨为565 mm处出现转折。     

合肥城市发展对热岛强度的影响

城市热岛强度与城市发展关系密切.以合肥市为研究对象,利用趋势分析、主成分分析等方法系统分析了合肥城市热岛变化及与城市发展的关系,结果表明:合肥城市热岛显著,年际变化总体呈上升趋势,平均值为0.58℃,变化速率为0.194℃/10 a;季节变化表现为冬季最强,夏季最弱,春、秋介于两者之间,热岛强度增长速率大小顺序依次是:冬季>秋季>春季>夏季,分别为0.1、0.081、0.068和0.049℃/10 a;同时选出9个城市发展指标,计算得出合肥城市发展的综合指标LU,并在此基础上建立合肥城市发展与城市热岛强度之间的最佳回归模型为:y=0.563-0.027x+0.001x2-1.1E-05x3(相关系数R=0.8405,F=22.387).     

长江流域极端降水过程事件的年内分布特征

使用长江流域142个站1960～2009年逐日降水量资料,通过定义度量极端降水过程时空聚集程度的参数--极端降水过程事件聚集度和聚集期,并采用主成分分析、Morlet小波分析方法,研究了长江流域极端降水过程事件的年内分布特征。结果表明：长江流域上游极端降水过程事件主要聚集在7月上旬,出现相对比较集中,且聚集度和聚集期年际变化小;中下游则主要聚集在5月中旬至6月下旬,出现比较分散,聚集度和聚集期年际变化相对较大。极端降水过程事件聚集度和聚集期的主要空间异常模态分别表现为东南与西北反向和南北反向的变化特征;其区域平均序列分别呈上升和下降趋势,并分别在13 a和10 a尺度上周期震荡明显,表明长江流域极端降水过程事件的发生有趋于集中和提早趋势     

汉江流域1960~2014年降雨极值时空变化特征

深入研究降雨极值的时空变化规律和特点,有助于提高应对极端灾害的能力。通过构建PDS/GP模型,并引入降雨极值变化指标,结合统计检验分析汉江流域15个气象站点1960~2014年春、夏、秋季以及全年月降雨超定量系列的年际变化特征;利用复杂网络理论的聚类系数和节点度,结合各站点在典型年份春、夏和秋季的降雨极值变化指标,分析月降雨极值的空间分布特征。分析结果表明：从时间上看,汉江流域月降雨极值年际变化的季节性差异较大,近55 a没有明显的一致性变化趋势。受季风气候影响,夏季的月降雨极值年际变化与春、秋季相反,而秋季的变异指标年际波动最大。从空间上看,受季风气候、下垫面条件和人类活动等多种因素的综合作用,中下游月降雨极值变化的差异性要高于上游。随着相关阈值的增大,流域站网总体关联度有所降低。相同阈值下的结果表明空间上相邻的站点其关联性差异较大,部分相距较远的站点具有更大的关联性,分析结果可为降雨极值的空间插值提供参考。