中国降水及流域径流均匀度时空特征及影响因子研究

在气候变化与人类活动综合影响下,降水过程与地表径流关系一直是气象水文学研究的热点与难点。基于全国554个雨量站点日雨量数据及370个水文站点月径流数据,利用基尼（Gini）系数和相似性分析（ANOSIM）分析了中国降水和径流时空均匀度变化特征,研究表明：1）我国降水年内分配均匀度从西北到东南依次增加,径流年内分配均匀度东北较高,东南较低。降水年内分配均匀度在1980年前后没有发生明显变化,1980年后径流年内分配均匀度较1980年前在程度上更均匀,在范围上更广泛。2）我国东北、西北以及东南地区降水年内分配Gini系数呈下降趋势,其中长江流域和西南诸河上游呈显著下降趋势;径流年内分配Gini系数大部分地区呈下降趋势,其中长江流域、东南诸河呈显著下降趋势。1980年后,降水和径流年内分配Gini系数在长江流域和黄河流域的趋势正好相反,表明人类活动改变了径流天然的时间分配特征。3）在各水文区域内,降水和径流在量级、频率、历时以及时间上均具有空间相似性。1980年前后,降水空间分布均匀度在减小（不显著）,径流则相反（显著）。4）降水和径流特征变化在一定程度上具有一致性,但是在变化范围和程度上也有较大差异性。人类活动正在加深或反向影响降水引起的水文特征变化,使区域水资源的时空分布趋于均匀。     

高原内陆河流域气候水文突变与生态演变规律——以内蒙古锡林河和巴拉格尔河流域为例

以内蒙古锡林河和巴拉格尔河流域为研究对象,利用数理统计、Mann-Kendall突变检验、气候倾向法、克里金空间插值等方法,综合遥感信息解译,辨析近55a不同高原内陆河流域气温-降水-径流突变与生态演变规律,结果表明：锡林河流域干旱程度较巴拉格尔河流域剧烈,气温总体偏高,降水量、径流深偏枯,降水、径流天数偏少,且径流系数偏低;锡林河流域气温增温趋势较显著,气温突变较早,两地增温速率均大于0.2℃/10a;在年尺度,两地径流系数、降水量、径流量的突变时间、顺序、驱动因素和突变前后变化量存在较大差异;在季节尺度,两地降水空间分布差异较大;两地NDVI最大值与冬季降水分布特征趋同,均分布于上游河谷区.     

黄河源植被时空变化及其对地形和气候的响应

基于2000~2019年MODIS归一化植被指数（NDVI）遥感数据,辅以同期气温、降水和地形数据,通过最大值合成、趋势分析及相关分析法,分析了黄河源区植被的时空变化特征及其对地形和气候变化的响应.结果表明：黄河源区植被NDVI整体处于中高水平,但空间差异显著,呈现由东南向西北递减的空间分布格局;近20a来,植被总体上呈现出变好的趋势.植被对高程和坡度响应明显,随着高程的增加,植被NDVI呈现先增加后减少的趋势,但在3500~4100m区间植被NDVI变化不显著;此外,植被NDVI随着坡度的增大呈现出先增大后减小的变化趋势,且在24~26°坡度带植被NDVI达到最大值.黄河源区植被受气温和降水的共同影响,与降水相比,气温对黄河源区植被变化的影响更为显著.     

塔里木盆地极端弱降水的时空变化特征

选用塔里木盆地40个气象站1961-2009年日降水资料,采用4种极端弱降水指标分析该地区极端弱降水的时空变化特征.利用M-K法和F检验的线性分析对各站点指标的变化趋势及变化率进行检验和计算,并利用Monte Carlo模拟进行区域显著性检验.结果表明：（1）年内CDD集中在80-100天,塔里木盆地的年最长连续无降水日数有明显的减少趋势,极端干旱情况有所缓解.0-10天的D25出现频率最高,这种极端弱降水日数有增加的趋势.（2）P25集中在0-1.5mm,介于2-3mm的P25基本上从2000年之后才开始出现.有超过一半站点的P25上升幅度达到0-0.16mm/10a.（3）0.1-0.3 mm/d的I25出现的频率最高,I25超过0.4 mm/d的频率极低.     

1958—2009年松花江流域降水时空演变特征

利用松花江流域降水资料,采用克里格(Kriging)法进行插值,用Mann-Kendall秩次相关法分析降水系列的变化趋势,用集中度和集中期分析降水量年内分配特征等,分析了流域降水特征时空变化。结果表明:①1958—2009年52 a来流域年降水呈不显著减少趋势,降水由东部向西部递减,绝大部分地区年降水呈不显著减少趋势;②年内降水不均匀,大多集中在5—9月,6—8月最为集中,汛期(6—9月)降水占全年77.65%,呈不显著减少趋势;③流域年降水集中度很大,多年均值为0.682,呈东南小西北大的特点。年降水集中期为181.90°~187.68°,最大降水一般出现在7月20—26日,集中期地域差异不大,总体呈北高南低的特点,年降水集中度减少趋势不显著,集中期呈显著减少趋势。     

黑河流域大气降水稳定同位素变化及模拟

利用2002～2004年黑河流域6个采样点上的301个降水数据,对黑河流域大气降水中δD和δ18O的变化进行了分析.结果表明,流域降水δ18O和δD的变化范围分别为6.5‰～-33.4‰和59‰～-254‰,这主要是由于降水水汽来源不同和气象条件特别是气温和降水量的较大变化使得降水形成的凝结机制发生变化引起;降水中同位...     

黑河流域参考蒸散量的时空变化特征及影响因素的定量分析

利用黑河流域及周边地区14个气象站的1960—2009年逐日气象资料,基于FAO推荐的 Penman-Monteith模型分析了黑河流域近50 a来潜在年、 季参考蒸散量ET₀的时空分布特征,同时利用敏感分析计算了流域内不同区域典型气象站ET₀对各气候要素的敏感系数,并结合各气候要素的多年相对变化定量探讨了导致ET₀变化的主导因素。结果表明:黑河流域年ET₀表现出明显的南北差异,亦即从南到北呈增大趋势,上游祁连山区年ET₀约568~700 mm,中游走廊平原约800~900 mm,下游的金塔、 鼎新一带约1 000 mm,额济纳地区则高达1 150 mm以上。各季节ET₀亦呈北多南少特征,且ET₀的年内分布以夏季最多,春季次之,秋冬最少。近50 a来,黑河流域年、 季平均ET₀整体呈减小趋势,但亦存在区域差异,其中上游ET₀略有增加,而中下游以减小趋势为主。就年平均敏感系数而言,上游的托勒站和中游的高台站皆对相对湿度敏感性最强,而下游的额济纳旗对平均风速最为敏感。不同站点各季节/月ET₀对气候要素的敏感性有所差异。风速是引起ET₀变化的主导因素,相对湿度和日照时数的贡献则较小。     

1965—2013年渭河流域降水时空变化分析

利用1965—2013年渭河流域及其周边22个气象站点的降水数据,采用线性回归、经验正交函数(EOF)分解和Mann-Kendall突变性检验等方法,分析了渭河流域近50 a降水的时空分布特征。结果表明:1)从时间变化来看,在0.05显著性水平上,除春季降水呈现明显减小趋势外(-6.23 mm/10 a),其他季节和全年降水量的变化均不明显。同时,突变分析表明春季降水存在明显的突变,1991年为其突变点,其他季节和年降水均不存在显著的突变。2)渭河流域降水空间分布不均,总体呈现由东南向西北减小的趋势,从变化趋势空间分布来看,上游的减少趋势大于中游地区。3)EOF分解结果表明,渭河流域全年和四季降水的空间分布存在总体一致型和东南—西北区域反位相型的分布类型。     

基于EOF的浙江省降水变化时空分析研究

根据浙江省17个气象站点1959年-2010年逐日降水观测数据,采用z指数方法,并运用Morlet小波分析和Kriong空间插值法对浙江省近52年降水时空分布特征进行经验正交函数(EOF)方法对比分析.研究结果表明:从时间变化方面来看,1958年-2008年间的降水变化呈波动式下降趋势,减小趋势为0.643mm/a,年代际变化不大,年际变化幅度较大,且呈周期性变化,主周期约为12年,次周期为32年和3-4年;从空间变化方面来看,根据EOF分析,浙江省降水分布呈总体一致性,东南、西北近似对称.主体变化是由东南,东北沿海两个方向和西北向内陆递减,降水中心分布浙东南、浙东北和浙西南地区.     

1970-2015年汉江流域多尺度极端降水时空变化特征

基于汉江流域63个气象站点逐日降水数据,辅以超阈值抽样、极端降水集中度（EPCD）和集中期（EPCP）、Mann-Kendall趋势检验等分析方法,对1970-2015年汉江流域多尺度极端降水变化特征进行分析。结果表明：（1）在旬尺度上,汉江流域EPCD较高,呈现出“西高东低”空间特征;汉江EPCP多年均值为七月下旬,空间呈现出“东部早,西部迟”的分布特征,不同流域表现出不同的年代变化规律。（2）在月尺度上,汉江流域极端降水各月分布不均,主要集中在5-9月,同年10月至次年4月为极端降水少发期。（3）在季尺度上,汉江流域极端降水夏季占比50%以上,但近期全流域夏季极端降水比例下降,其中上游主要为春季占比增加,中下游为秋季占比增加,说明夏季是影响汉江极端降水非均匀变化的关键季节。（4）在影响因素上,当东亚季风和南亚II区季风偏强时,汉江流域夏季极端降水量整体减少;当东亚季风偏弱时,夏季极端降水增幅呈南北分异,而南亚II区季风偏弱时,极端降水增幅呈东西分异。     

天山山区TRMM降水数据的空间降尺度研究

山区降水是干旱区水资源的重要补给源,但由于山区地形复杂、监测困难造成资料缺乏,水文预报的误差较大。近年来,TRMM3B43降水数据得到了大量应用,但受其较低空间分辨率的影响,使得应用精度受到限制。论文以2001—2010年TRMM3B43数据为基础,结合提取的7个数字地形因子（经度、纬度、坡度、坡向、海拔、地形开阔度、地形起伏度）,构建了天山山区年、季的降水主成分-逐步回归降尺度模型。分析结果表明：主成分-逐步回归降尺度模型有效地将TRMM3B43数据的空间分辨率由0.25°×0.25°提高到1 km×1 km。通过站点实测降水数据对比验证,决定系数均在0.85以上,降尺度后的数据精度显著优于原始TRMM3B43数据。该方法对研究干旱区空间降水精细化具有一定参考意义。     

基于遥感的黑河流域生态环境变化特征及成因分析

使用2001~2017年MODIS-EVI产品和2001，2009，2017年Landsat数据提取的湿度指数（WI）、沙漠化指数（DI）、改进归一化水体指数（MNDWI），并结合气象数据及其它数据，揭示黑河流域生态环境变化特征.结果显示：近17a来，研究区低、中高和高植被覆盖区的面积分别以36，29，132km²/a的速率增加，无植被、中植被覆盖区面积以185，11km²/a的速率递减，且夏季和上游植被覆盖度最高；2001~2009年流域水域面积扩大至3854.5km²，2009~2017年减少至2628.9km²，上游地区水体较多，水量由山岭向山麓递减，由西向东递增；流域湿度指数由2001年0.55上升到2017年0.65，高值中心主要位于上游地区和中游民乐县、山丹县以及金塔县；流域沙漠化程度先逆转后扩展，沙漠化土地主要分布于中游高台县、临泽县、金塔县和下游额济纳旗；流域气温、降水、潜在蒸散量和地区生产总值、第一产业、建成区面积及耕地面积是影响黑河流域生态环境变化的主要驱动因素.     

Natural ecological water demand in the lower Heihe River

The ecological environment in the lower Heihe River has been deteriorating due to large water consumption in the upper and middle reaches, and less available water downstream. To restore the ecological environment in the lower Heihe River, the ecological water demand should be guaranteed. The natural vegetation area in the lower Heihe River was first obtained through the interpretation of remote sensing images taken in 1998. Based on the analysis for the Quota of the natural ecological water demand in the lower Heihe River and the determination of the natural ecological water demand calculation method, the ecological water demand in the lower Heihe River was calculated. Finally, the natural ecological water demand in the lower Heihe River under the current situation was calculated with the groundwater storage volume change method, Aweliyongrufe method and the measured water volume method. In comparison, the natural ecological water demand in the lower Heihe River is 3.91−4.05 × 10⁸ m³.     

SWAT模型在黑河中上游流域的改进与应用

基于物理机制的分布式水文模型是定量化研究人类活动影响下流域水文过程非常有效的工具。使用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)对黑河中上游流域2000—2009年的月平均径流过程进行模拟的结果表明,SWAT模型很好地模拟了黑河上游自然状态下的径流过程,但对中游地区冬季径流模拟明显偏低。分析表明,黑河中游地形和农业生产高强度、反复的地下水抽取灌溉—渗透—地下水补给过程可能是导致模拟偏低的主要原因。基于此机制,论文提出了增加地下水下渗过程的模型修改方案,来间接模拟黑河中游的这一特定过程。对比模型修改前后的黑河中游的径流过程模拟结果表明,验证期的模型效率系数ENS和决定系数R²分别从0.53、0.61提高到了0.70、0.75,取得了较好的模拟结果。结果还表明,加强对黑河中游人工灌溉过程的模拟研究对于研究黑河中游水资源管理和水循环过程至关重要。     

论长江上游水土保持与农业持续发展

长江上游广大山丘区社会发展的历史证明：水土流失严重破坏了人类赖以生存的水土资源，影响了当地农业生产的发展。从１９８９年开展实施的长江上游水土保持重点防治工程，６年来以其显著的经济、生态和社会效益说明：水土保持不仅控制土壤侵蚀，改善生态环境，而且维护了自然资源的永续利用，成为支持长江上游山丘区农业持续发展的重要基础工程。     

利用CASA模型估算黑河流域净第一性生产力

陆地生态系统是维系生物圈乃至人类存在与发展的生命支持系统。该系统净第一性生产力估算研究有助于寻找陆地植被从大气中固定碳的数量及影响其时空分布的驱动因子。基于CASA(Carnegie Ames Stanford Approach)模型,结合多光谱遥感数据和气候数据,模拟干旱半干旱典型区黑河流域1998~2002年净第一性生产力的时空分布,并分析和探讨了上、中、下游NPP的驱动因子。研究结果证明CASA模型适用于内陆河流域范围内NPP研究;通过分析黑河流域上、中、下游的NPP变化与气温、降水、太阳辐射和NDVI的相关关系,发现上游山区NPP与热量相关性显著,中游地区由于人工绿洲对水资源的截留用于作物灌溉,NPP相对稳定,下游的NPP受热量和水分因素共同复杂控制。     

TRMM降水数据在东北地区的精度验证与应用

利用东北地区2000-2007 年的APHRODITE降水数据,基于GWR方法对TRMM降水数据进行修正,分析新的TRMM降水数据精度,并基于修正的TRMM降水数据对东北地区降水进行时空分布特征分析.结果表明:①APHRODITE降水数据与观测数据之间的线性相关性更高、均方根误差RMSE更小,数据具有较高的精度;②修正后的TRMM降水数据相关系数R有所提高,且RMSE值均有降低.整体来看,TRMM降水数据的降水量数值偏大于观测值;③修正TRMM降水数据在5-10 月的误差相对较小,整体来看,在大部分区域的误差在0~30%之间;④东北地区降水分布极不均匀,整体呈从东南向西北减少趋势.11 月到翌年3 月的降水稀少,降水主要集中在夏季,其中7月降水量最大.     

疏勒河中游绿洲生态环境需水时空变化特征研究

以疏勒河流域中游绿洲为研究区,借助统计分析法、RS和GIS技术方法,选择1970、1980、1990、2000和2013年疏勒河中游绿洲Landsat TM/ETM影像解译成果作为中游绿洲生态演变研究的基础资料,分析得出各种生态系统覆盖状况.根据疏勒河中游绿洲生态环境需水特征,建立了基于天然植被、河流、湿地和防治耕地盐碱化的疏勒河中游绿洲生态环境需水定量化模型,并估算了不同时段不同区域流域中游绿洲生态环境需水量,探讨了疏勒河中游绿洲生态环境需水时空变化特征,从而为区域水资源合理配置和生态环境协调发展提供参考依据.通过计算得出了疏勒河中游绿洲1970、1980、1990、2000和2013年天然植被、河流基本生态、河流输沙、河流渗漏补给、水面蒸发、湿地生态和防治耕地盐碱化生态环境需水量,同时得出总生态环境需水量分别为17.94×108、7.51×108、6.92×108、6.63×108、5.52×108m3.1970—2013年疏勒河中游绿洲总生态环境需水量呈现逐渐减少趋势,减少了12.42×108m3.1970—2013年疏勒河中游绿洲总生态环境需水量空间变化特征呈现瓜州敦煌玉门,同时各区域生态环境需水量均呈现减少趋势.     

我国东部河流水文水质对气候变化响应的研究

基于A2和B2气候变化情景,采用统计降尺度模型SDSM,将由3个国际上流行的大气环流模式GCMs(Had CM3、CSIRO-Mk2和CGCM2)模拟的未来我国东部长乐江流域的气温和降水,与水土评价模型SWAT相耦合,分析了该流域水文水质对气候变化的响应,并比较了3个大气环流模式模拟结果的异同.结果表明,所有气候情景下,TN浓度有明显的升高趋势;TP浓度有增有减,总体上仍呈微弱增加趋势.河川径流呈微弱减少趋势,而营养物负荷量呈微弱增加趋势,说明该流域水文水质状况受气温升高的影响大于降水微弱增加的影响.另外,在不同的气候变化情景下,年内径流和营养物负荷变化情况存在较大差异.研究结果可为理解河流水环境对气候变化的响应及其应对管理提供理论依据.     

TRMM卫星降水数据在雅鲁藏布江流域的适用性分析

以雅鲁藏布江流域为研究区,利用16个气象站点的实测降水量在月尺度和日尺度上验证了TRMM(Tropical Rainfall Measurement Mission)卫星降水数据的精度,并在此基础上基于TRMM月降水数据分析了雅鲁藏布江流域的降水时空分布特征。结果表明:在整体上,TRMM月降水数据与站点实测降水量相关系数R=0.902,斜率K=0.849,数据精度较高,数值上比站点实测降水量略微偏低;就单个站点而言,大部分站点相关系数较高,偏差较小,但波密站相关系数相对较低,江孜站和南木林站数据偏差相对较大。TRMM日降水数据与站点实测降水量相关系数R=0.466,斜率K=0.451,数据精度较低,与站点实测降水量一致性较差。在降水空间分布上,雅鲁藏布江流域整体呈现由西向东逐渐递增的趋势,不同区域间差异极其明显;在降水时间分布上,大部分降水集中在6至9月,12月至第二年2月很少有降水发生。