1957-2007年新疆天山山区气候变化对径流的影响

利用天山山区1957-2007年的气温、降水量及径流数据,借助非参数检验、小波变换等方法分析了天山山区气温、降水量及年径流量的变化趋势及多时间尺度相关。结果表明:玛纳斯河与塔里木河源流区年径流量、气温与降水量均呈显著增加趋势;在年代际上,塔里木河源流区气温存在11、18和22 a的主周期,降水量存在10、20与22 a的主周期;玛纳斯河气温在10与22 a处存在明显周期,降水量在20与22 a处周期性明显;同时,两源流区气温和降水量皆存在3~6 a的年际周期变化;塔里木河年径流量、气温和降水量的突变点分别发生在1993、1993和1992年,而玛纳斯河分别在1995、1988与1996年发生显著性突变;两流域源流区年径流量与气候因子存在显著的多时间尺度相关关系。     

太湖流域降水、气温与径流变化趋势及周期分析

基于太湖流域及周边气象站1957-2009年气象数据,采用Mann-Kendall和小波分析方法,分析其平均气温、极端最高和最低气温、降水量、最大日降水量及径流量的变化趋势和周期特征,并对流域径流量的变化及与降水量的耦合关系等进行分析。结果表明:太湖流域在过去50多年整体呈增温增湿的趋势;靠近大城市的站点气温升温趋势明显高于其他站点;流域夏季的极端高温事件有增强的趋势;流域年降水量呈不显著的增加趋势,而最大日降水量却呈显著的增加趋势,从一定程度上反映出流域内极端降水有增强的趋势;降水量和径流量的变化趋势较为一致,都呈不显著的增加趋势,且两者增加幅度基本相当;流域各要素存在约4 a的显著振荡周期和8 a的不显著振荡周期。     

北京地区近300年降水变化的小波分析

利用北京地区1724-2009年降水资料,首先做了趋势分析和突变检验,之后采用Morlet小波函数,对该地区近300 a来降水的年际变化时间序列进行了小波分析,揭示了该区降水变化的多时间尺度的周期性变化规律,并根据主周期对未来降水变化进行了预测。结果表明,北京地区年降水量有缓慢增大的趋势,但并不显著。1744、1809、1894和1996年为该系列降雨量减少突变点,1777、1870和1948年为降雨量增多突变点。同时北京地区年降水量在其计算时域内各时间尺度分布不均匀,具有明显的局部化特征;年降水存在85~95 a左右时间尺度的周期特征;其次,35~40 a和20~25 a左右时间尺度的周期特征也较明显。降水量在不同时间尺度下偏多、偏少交替变化也各不相同。此外,分析结果显示该地区年降水量具有21 a、35 a和85 a左右的主周期,其中85 a周期为第一主周期;根据年降水的主周期推测,北京地区整个时间序列上的年降水量呈现出偏少-偏多-偏少-偏多-偏少-偏多-偏少的循环交替特征,根据其周期特征,可以推测2009年到2030年左右将一直处于少降水期。     

上海地区近136年气温和降水量变化的多尺度分析

论文主要利用墨西哥帽小波变换和经验模态分解(EMD)等方法对1873-2008年上海地区年平均气温和年降水量序列进行分析。以期认识上海气候在不同尺度下的振荡结构和周期特征。结果表明:上海近136 a来增温趋势明显,特别是在20世纪80年代以后增速超过以往。而40年代的暖期和60年代的冷期构成上海20世纪气温变化的主要特征。城市化的发展对城郊气温变化差异的影响十分显著。上海的年降水量主要是以短时间尺度的振荡为主,其中以40 a左右的波动为主要周期。小波变换的结果表明在长时间尺度上降水将增加,而短时间尺度上则相反。     

广东北江流域降水时空分布及其与Niño 3区SST相关性分析

论文选取广东省北江流域18站1965-2007年月降水数据,应用REOF方法将月降水量场划分为4个子区域,利用Mann-Kendall方法进行趋势检验,并采用滑动t检验方法进行变点分析,结果表明:流域东南部年降水量呈减少趋势,西北部呈增加趋势,年降水量增加变点出现在1992、1993年。选取REOF各分区最大特征向量载荷的站作为基准站,采用Morlet小波、交叉小波变换和小波相干分析其周期特征及其与Niño 3区SST相关关系,结果表明:4站月降水量周期变化均与Niño 3区SST相关显著;时滞相关分析表明,南雄、佛冈、连南三站月降水量变化与Niño 3区SST相关性在滞后3、4个月时最强,而三水站在同期相关性最强,这种差别可能与三水附近地区近几十年来受到的人类活动影响较强有关。     

气候变化下汉中盆地水稻产量变化研究

深入分析气候变化下汉中盆地水稻产量变化响应,可在进一步探究影响研究区水稻产量主要气象要素的同时,为地方水稻生长期内气象灾害的防控提供科学依据。为了解研究区水稻生长季主要的气象影响因子,文章基于1951—2014年汉中盆地多测站日气温、降水量、积温及气温日较差数据和水稻单产资料分离的气象单产数据,综合运用线性趋势、趋势系数、HP滤波法、Morlet小波分析等方法,在分析汉中盆地水稻气象产量和生长季各气象要素变化趋势的同时,推求了水稻气象产量和各主要气象要素序列的显著周期。研究结果表明：1）近64 a汉中盆地4—9月水稻生长季平均气温和≥10 ℃活动积温变化均呈上升趋势,气温日较差呈下降趋势,降水量变化趋势不明显;2）汉中盆地各气象要素与水稻气象单产的显著周期分析结果显示水稻气象单产第一主周期与各气象要素的第二主周期相对应,均存在13~14 a时间尺度的主周期变化;3）各气象要素对水稻气象产量的影响各异,不同气候背景下影响水稻气象产量的主导气象因素不同。论文研究结果可为汉中盆地水稻生产的优化布局及地方经济社会发展提供参考依据。     

豫西山区降水与气温的波动规律研究

根据豫西山区4个国家地面气象观测站1957—2008年的降水和气温数据,运用小波分析和统计分析相结合的方法研究了该地区降水和气温的多时间尺度波动特征。研究结果表明:①近50 a来,豫西山区的年降水量和年均气温均具有复杂的多时间尺度特征,年降水量在4 a和14 a尺度上的周期性波动特征较为明显,而年均气温在8 a和14 a尺度上的周期性波动特征较为明显;②近50 a来,豫西山区的年降水量和年均气温虽然具有明显的周期性波动,但是,使用白噪声功率谱进行显著性对比检验得出的结果表明,它们的主周期的显著性水平普遍较低,可以认为基本属于随机性波动;③近50 a来,在4~12 a的尺度上,豫西山区的年降水量和年均气温具有极显著的负相关性,而且预计未来几年该地区仍然可能延续2006年以来气温偏高降水偏少的气候特征;④小波分析和统计分析都属于经验诊断的范畴,对分析过去气候要素变化的多时间结构特征具有较好的效果。但是,由于它们不涉及因果机理,因此要想准确地预测未来的气候变化趋势,还必须对气候系统当中的复杂变化过程开展深入的机理研究。     

我国西南地区1960～2000年降水资源变化的时空特征

利用我国西南地区96个测站近40a的月降水量资料,采用主成分分析、旋转主成分分析、小波分析等方法对西南地区年降水资源变化的时空特征进行了分析。结果表明:近40a西南地区的西部高原地区降水资源呈增加趋势,而东部除重庆地区外,大部分地区降水资源减少。西南地区年降水资源空间特征复杂,存在南北和东西相反变化的差异,空间异常可分为8个异常区,即滇南区、川西高原区、滇黔交界区、四川盆地东部、四川盆地西部、滇西区、黔渝交界区和凉山区。西部高原地区年降水量都经历了多雨-少雨-多雨的过程,20世纪90年代降水量呈增加的趋势,四川盆地东部经历了少雨-多雨-少雨的过程,四川盆地西部和整个西南地区东南部的降水量整体都呈下降趋势。川西高原区、滇南区和滇黔交界区在整个时段存在显著的准14a周期,其他异常区的显著周期及其年代变化有较大差异。     

基于小波变换的武汉市PM2.5、PM10与臭氧污染特征

为验证城市空气污染物排放及协同控制后的周期性规律,利用小波变换对武汉市2013～2020年共计2421d的逐日PM_2.5、PM₁₀及臭氧浓度数据进行分析.结果表明:可吸入颗粒物污染情况逐年改善,PM_2.5浓度年均值由80.5μg/m³降至45.3μg/m³,超标比例由44%降至11%;PM₁₀浓度年均值由113.6μg/m³降至72.6μg/m³,超标比例由22%降至2%.臭氧污染未有明显改善,浓度年均值在90～100μg/m³间波动.PM_2.5、PM₁₀与臭氧浓度均表现出明显的周期性,PM_2.5浓度主周期300d、次周期140d左右;PM₁₀浓度主周期300d、次周期125d左右;臭氧浓度主周期300d、次周期143d左右.PM_2.5与PM₁₀的周期与位相均相...     

1961—2014年中国干燥度指数的时空变化研究

论文采用中国1961—2014年530个气象站数据,运用FAO-56 Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发量,并结合降水量计算中国1961—2014年干燥度指数（Aridity index,AI）,然后采用Mann-Kendall趋势检验、突变检验和小波分析对其进行时空变化分析。结果表明：1）1961—2014年中国整体、西北地区、青藏地区的干燥度指数均呈显著减小趋势,而南方地区干燥度指数呈微弱减小趋势,北方地区干燥度指数呈不显著增加趋势。中国干燥度指数的突变发生于1986年,而各个分区的突变时间有所差异。2）1961—2014年中国整体、北方地区和西北地区干燥度指数变化主周期均为28 a,南方地区稍晚1 a,青藏地区提前2 a,所有地区均在主周期上经历了变大—变小—变大的过程。同时所有地区也存在不同时间尺度的次周期变化。3）整个中国、西北地区和南方地区潜在蒸散发量的减少和降水量的增加,共同引起了干燥度指数的减小。在北方地区,年降水量的显著减小和潜在蒸散发减小引起干燥度指数呈现微弱增加趋势。在青藏地区,潜在蒸散发的微弱增加和降水量显著增加引起干燥度指数呈现显著减小趋势。4）中国干燥度指数在空间格局上和降水的分布相反,呈现出西北大、东南小的特征。北方地区整体干燥度指数偏小,但中部区域降水相对减少,蒸发能力增强,导致干燥度指数相对偏大。南方地区气温较高,蒸发能力强,但雨量充沛,是我国干燥度指数最小的区域。西北地区较为干燥,降水少,蒸发强,是我国干燥度指数最大的区域。青藏地区由于青藏高原的阻挡作用以及东部地区较为丰富的降水量,使得干燥度指数由东向西逐渐增加,呈现西干东湿的格局。     

贵州普定陈旗喀斯特泉的降雨-径流响应特征分析

本文以贵州省普定县陈旗喀斯特泉流量为研究对象,采用相关分析和谱分析方法,分析降雨-出口泉流量的响应特征,统计结果表明,该喀斯特流域出口处泉流量对降雨表现出三种响应滞时,分别为短时段、中等时段和长时段响应。对应的响应滞时长度分别为2~4 h、47~49 h和176~290 h。对比流域山坡上部和坡脚两处降雨-泉流量响应特征,结合野外水文地质调查与实验,分析了表层岩溶带发育厚度、多重裂隙渗透性等水文地质条件对降雨-泉流量响应特征的影响机制。山坡上部表层岩溶带厚度较薄,且表层裂隙更为发育,导致山坡上部泉对降雨的响应更迅速,各时段滞时均小于全流域对应时段滞时。     

有机氯农药在岩溶区上覆土壤中的垂直迁移特征及对地下水的影响

选取典型表层岩溶泉域内的土壤剖面和表层岩溶泉水为研究对象,采用气相色谱(GC-μECD)对土壤和地下水中的有机氯农药(organochlorine pesticides,OCPs)进行定量分析,研究了有机氯农药在岩溶区上覆土壤中的垂直迁移以及对地下水的影响.结果表明,研究区所有土壤剖面中,HCHs和DDTs均有检出.HCHs和DDTs的含量范围分别为:0.77~18.3 ng·g-1(平均5.16 ng·g-1)和0.34~226 ng·g-1(平均16 ng·g-1).研究区土壤中的HCHs和DDTs峰值主要出现在土壤亚表层.在一年的观测期间,4个表层岩溶泉中均有HCHs和DDTs检出.泉水中HCHs和DDTs的含量范围分别为:2.09~60.1 ng·L-1(平均12 ng·L-1)和N.D~79.8 ng·L-1(平均9.16 ng·L-1).后沟泉、柏树湾泉、兰花沟泉的HCHs和DDTs含量以及水房泉中的HCHs含量均呈现出雨季高于旱季的特点.泉水中的HCHs、DDTs含量与泉域内土壤中的HCHs、DDTs含量并没有很好的对应关系.研究表明,TOC、土壤含水量、黏粒含量、p H均对后沟泉域土壤中有机氯农药垂直迁移产生抑制作用,致使后沟泉域土壤中有机氯农药含量虽然在4个泉域中最高,但泉水中的含量却最低.而在水房泉泉域,这4个因素对有机氯农药的垂直迁移均没有抑制作用,因此水房泉泉域土壤中有机氯农药含量虽然最低,但泉水中有机氯农药的含量却较高.     

济南白泉泉域地下水位动态对降水响应的年内时滞分析

利用1990~2011年间济南白泉泉域内4个碳酸盐岩裂隙岩溶水及泉域内及北侧3个松散岩孔隙水水位动态观测资料与同期降水数据,采用相关分析、交叉小波分析方法对研究区地下水位动态与降水的关系进行了研究。结果表明:1相关分析可概略的描述水位动态对降水响应的滞后特征。2交叉小波分析表明,全时段岩溶水观测点水位动态对降水时滞为101.41~141.56d,孔隙水为114.14~185.37d,泉域径流区及排泄区的各点对降水的滞后明显,且岩溶水径流路径越长,水位动态越滞后。3高降水时段岩溶水动态时滞为80.80~118.31d,孔隙水为128.59~167.52d,说明年降水量及降水组合形式对水位时滞有影响,总体降水量越大则地下水位响应越快。地下水位对降水响应的定量描述,可耦合入地下水位预测模型,从而对地下水资源的保护及合理开发利用起到积极作用。     

喀斯特地区浅层地下水对植被退化的水文地球化学响应——以贵州荔波拉桥小流域为例

喀斯特地区植被退化的水文地球化学响应是喀斯特研究的重要内容之一,具有重要的科学和现实意义。选择贵州荔波拉桥小流域中四个不同植被类型的样地作为对象,按月采集浅层地下水(土壤水和表层泉水),对其进行水文地球化学各参数的分析。结果表明,土壤水中Ca2+、Mg2+、HCO3-、EC和pH值,表层泉水中Cl-、NO3-和SO24-等对植被退化响应敏感;而土壤水中NO3-和SO24-,表层泉水中Mg2+、NH4+、HCO3-和EC,以及土壤水和表层泉水中δ13 CDIC值则可能还受到其他过程的影响,需谨慎使用。由此可见,对于土壤层,阳离子和与土壤CO2气体浓度有关的HCO3-可能有较好的响应,而对于表层泉水,HCO3-以外的阴离子可能更敏感。     

表层岩溶泉水中多环芳烃污染特征及来源解析

对重庆市南川区4个典型表层岩溶泉进行连续采样观测,利用GC-MS定量分析泉水中16种优控多环芳烃(PAHs)含量,研究了表层岩溶泉水中多环芳烃含量、组成、来源的季节变化以及污染特征.结果表明,4个表层岩溶泉中16种PAHs均有检出.在一年的观测期间,泉水中的ΣPAHs含量变化较大,范围在341~4968 ng·L-1之间,平均值为1772 ng·L-1.7种致癌性PAHs的含量均表现为雨季大于旱季.泉水中PAHs组成以2~3环PAHs为主,其比例均超过了50%.泉水中的PAHs主要来自于煤、生物质以及石油的燃烧,但在2011年6~10月期间,来源于煤、生物质燃烧的PAHs对泉水中PAHs的贡献要更大一些.Ant/(Ant+Phe)和Fla/(Fla+Pyr)比值随季节变化的特点,表明Ant、Phe、Fla和Pyr在表层岩溶带土壤中易于迁移、传输.4个同分异构体比值中,Fla/(Fla+Pyr)比值对源信息的指示更灵敏.与其它地区相比,研究区表层岩溶泉水中的PAHs含量处于较高水平,泉水已受到多环芳烃的污染.     

岩溶盆地中农业和村镇引起的地下水化学演变

在西南地区有众多大小不等的岩溶盆地,相比于岩溶石山地区,盆地是水、土资源丰富和人类聚集、经济发展较快的地区。岩溶盆地的水资源自成系统,水循环从降雨开始,经过表层岩溶带、河网、包气带、饱水带的调蓄,然后进入到地下河管道,最终通过地下河排泄。在农田面源污染和村镇生活排污的作用下,水循环的各个环节受到不同程度的影响,具体表现在:(1)受人类活动影响的表层岩溶泉K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-和NO3-八种离子的浓度有所升高,并且表层岩溶泉之间K+、Na+和Cl-浓度的离散程度增大;(2)易受影响的或脆弱性高的浅层地下水(包含表层岩溶泉)、地表水和地下河中的K+、Na+和Cl-离子浓度较高且接近,与脆弱性低的饱水带岩溶泉的差别较大,浅层地下水和河流的SO42-浓度较高且接近,而与饱水带岩溶泉和地下河的差别较大;(3)易受污染的浅层地下水的NO3-浓度最高。因此可以认为农田和生活排污首先影响到的是浅层地下水和地表水,然后伴随水循环向深部地下河转移,而饱水带岩溶泉脆弱性低,水化学变化不明显。研究还发现村镇生活排污对表层岩溶泉水质的影响比农田面源污染更显著。     

农业气候资源多时间尺度分析——以郑州市小麦玉米为例

小波分析的时域局部变化特征可展现气候序列的精细结构,能够揭示不同时间尺度气候序列所隐含的不同变化规律,是进行时域分析的有力工具。论文以郑州市小麦、玉米生育期间的光热水农业气候资源分析为例,用Morlet小波变换法对其进行多时间尺度变化特征及演变规律分析。结果表明:郑州小麦、玉米生育期间的光热水气候要素具有不同的年际及年代际时间尺度周期变化规律和转换特征;小波变换能很好地揭示农业气候资源变化所包含的周期分量;其气候变化特征与全球气候变化趋势相比,有其一致性,也有其局地特殊性。     

长三角地区地表干湿状况及极端干湿事件特征研究

利用Penman-Monteith模型及1957—2014年长三角地区43个气象站点逐日降水、气温、风速、日照时数及空气相对湿度实测数据,对参考作物蒸散量、地表湿润指数和极端干旱/湿润事件进行了计算和统计。运用线性回归、Trend-free pre-whitening (TFPW) Mann-Kendall趋势检验、Morlet小波分析等方法,分析了研究区地表湿润指数及极端干湿事件的时空分布特征。结果显示：1）近58 a长三角地区年及季节平均湿润指数在空间上呈南高北低分布格局;2）年湿润指数呈波动下降趋势,变化倾向率为-0.021/10 a,气候趋于干旱化。湿润期集中在20世纪80、90年代。突变年为2003年,并存在多个振荡周期。四季中,春秋季气候趋于干旱化,冬夏季反之。年际湿润指数变异系数和变化趋势存在明显的空间差异;3）年极端干旱事件发生频率呈波动上升趋势,年极端湿润事件则呈现微弱的下降趋势,均存在空间差异。     

哈尔滨站径流、输沙的多时间尺度特征

水沙多时间尺度变化的复杂结构分析可为短期及中长期水沙预测提供科学依据。选用松花江哈尔滨控制站1955-2005年年均面降雨量、年均径流和输沙量数据,采用小波多尺度分析方法,分析哈尔滨站主要水文要素的周期及其多时间尺度变化特征。结果表明:哈尔滨站降雨、径流和输沙量序列主周期基本一致且均存在多时间尺度特征。三要素的第一主周期为24.0~26.0 a,第二主周期为17.0~18.0 a,第三主周期为6.0~7.0 a。在7 a时间尺度上,20世纪50-60年代,降雨、径流和输沙量序列的曲线变化基本同步。20世纪70年代,由于大规模人口迁入以及为解决粮食问题的水土资源开发导致了三条曲线发生紊乱,20世纪80年代后黑土地综合治理措施的实施使得三条曲线重新趋于一致。在17 a和26 a时间尺度上,受引水工程、兴建水库等人类活动的影响,三条曲线间的变化出现不同步现象。水沙丰枯变化及奇异点判断与时间尺度有密切关系,离开时间尺度的变化趋势是毫无意义的。