丹江口水库入库洪水变化特征及对未来气候情景的响应分析

选取汉江中上游流域作为研究区域,根据丹江口水库1969～2008年日入库流量资料和IPCC第4次评估报告多模式数据结果,分别采用广义极值分布（GEV）模型和广义帕累托分布（GPD）模型拟合流域1 d最大洪量和3 d最大洪量系列,遴选出描述流域1 d最大洪量和3 d最大洪量分布规律的最优概率模型,推算了其重现期对应的设计值,并分析了该流域极端洪水事件对未来气候变化情景下的响应情况。结果显示：汉江中上游流域1 d最大洪量和3 d最大洪量系列符合广义极值分布和广义帕累托分布,相同重现期下广义极值分布预估的极值比广义帕累托分布预估值略有偏大;未来气候变化各情景下,用广义帕累托分布所拟合的汉江中上游流域1 d最大洪量和3 d最大洪量结果要优于广义极值分布,不同重现期的洪量比历史资料估算的重现水平偏小,说明了气候变化对洪量极值的变化有着直接影响     

基于Copula函数的川江干支流洪水遭遇分析

干支流洪水遭遇加剧了江河的防洪形势,分析干支流洪水的遭遇情况,对于充分利用流域梯级水库的防洪库容,减少下游洪灾损失具有重要意义.目前的洪水遭遇分析大多采用实测资料统计,Copula函数因其灵活有效性被陆续应用到其中.为合理制定川江联合防洪调度方式,减轻川江河段防洪压力,采用川江干流朱沱站、寸滩站和嘉陵江北碚站、乌江武隆站多年实测资料,通过混合Von Mises分布和p-Ⅲ型分布拟合年最大洪水发生时间和洪水量级,引入Archimedean Copula函数分别构建干流与支流、支流与支流间的联合分布,对川江干支流洪水遭遇的可能性进行了分析.研究表明:川江干支流千年一遇洪水发生遭遇的概率较低,川江干流与嘉陵江洪水发生遭遇的概率较高且量级较大,乌江与川江干流、嘉陵江发生遭遇的概率较低且量级较小.     

近60多年来滇池流域干旱特性及重现期分析

根据滇池流域3个气象站、3个水文站、2个水位站、14个水库站建站(1950 s)至2014年的逐月(日)气象、水文观测系列,采用标准化降水指数(SPI)、标准化径流指数(SRI)以及干湿指数(Ia)三类干旱指标,按游程理论识别干旱事件、确定干旱历时和干旱烈度两个特征变量;通过小波分析揭示干旱历时和烈度的周期性规律;运用Gumbel Copula函数构建干旱历时和烈度的联合分布,计算干旱联合、同现重现期,及前一场干旱影响下的后一场干旱发生的条件重现期。结果表明,滇池流域干旱趋于严重;气象、水文、农业3类干旱的干旱历时或烈度,均具有100年以上变化周期;近期的干旱(2012-02~2013-04)为1950 s以来最严重干旱,联合、同现重现期分别达120.48和224.41 a,受上一场特大干旱(2009-05~2010-03)的影响,条件重现期高达271.82 a,持续干旱的叠加效应加剧了旱情和灾害程度。从滇池水位变化、区域大气环流异常、三类干旱规律、干旱史料文献及湖泊沉积物等多方面对比分析,印证了成果的科学合理性。     

基于Copula相依函数的安徽省气温与降雨量相关性研究

当前全球气候变暖大背景下,气温和降雨量的交互作用引致农业气象灾害频发,给农业生产造成破坏性风险损失,因此探讨气温与降雨量之间的动态相依关系尤为重要。搜集安徽省24个气象观测站1980~2014年的气温与降雨量日数据,对原始数据进行矩平均处理,使两组数据列满足独立同分布的要求。采用非参数核估计的方法确定气温与降雨量的边缘分布。根据降雨量和气温的均匀分布散点图和频数分布直方图可知,安徽省气温和降雨量之间呈现一定程度的负相依关系,即图形中表现出气温与降雨量的上下尾之间的对称性。综上分析,选择可以刻画两个变量具有上下尾对称关系的Copula函数对气温与降雨量的相依关系进行拟合,最终在平方欧式距离最小的原则下选定二元t-Copula函数做出气温与降雨量之间的联合概率密度函数图。研究结果发现:1据安徽省气温与降雨量联合概率分布可知,当降雨量上升时,气温下降;或气温上升时,降雨量会下降,气温与降雨量之间呈现为中等负相关关系(–0.280)。2极值相关性方面,从t-Copula密度函数图和上下尾相关系数看,安徽省气温与降雨量在极值方面具有较为明显的相依关系,表现为当气温和降雨量超过正常范畴时,二者相依关系从负相关转变为正相关,此现象多出现在极端气候条件下,例如极端高温和大暴雨时气温与降雨量的正相依性。     

基于GEV干旱指数和DFA方法的苏北地区季节性干旱研究

为分析近年来江苏省苏北地区季节性干旱灾害特征,利用苏北五市1989~2013年的逐月降水量资料,建立月降水量的广义极值分布函数,通过分析广义极值干旱指数(GEVI),研究苏北五市近25a的季节性干旱分布和干旱等级的时空变化特点。在此基础上,利用去趋势波动分析方法(DFA)对苏北五市月平均降水量的周期性规律进行研究。结果表明,苏北五市的月降水量均服从广义极值Fréchet概率分布,且具有从西北(徐州)地区向东南沿海(盐城)地区递增的空间分布特征,整体上属于干旱灾害频发的地区,且以轻旱为主且季节性特征明显。苏北五市的月降水量存在幂律相关性,即降水量具有较强的正长程相关性,因此,未来苏北地区干旱的总体趋势将与过去特征正相关。     

ENSO对我国东部极端降水的季节影响

利用百分位法定义极端降水阈值,对我国东部地区极端降水在不同季节对ENSO的响应特征加以研究,并以湿位涡作为切入点从大气性质角度出发分析其可能成因。结果表明：暖、冷年当年夏季极端降水对比显著区域主要在华北地区东部,分别表现为负距平区和正距平区;在暖年次年夏季和春季分布形有相似之处,北方多极端降水,南方分布形势较为复杂,江南地区也有极端降水大值区;次年秋季,与春夏季相比,极端降水大值区主要分布在北方;到了次年冬季,整个东部地区以极端降水负距平为主,冷年次年四季极端降水基本呈相反的分布形势;对应的湿位涡场能很好的反映北方地区尤其是华北地区的大气稳定性,而在低纬度地区还不能作为很好预测极端降水分布情况的依据     

近47年云贵高原汛期强降水和极端降水变化特征

利用云贵高原159个常规气象站1961～2007年汛期（5～10月）逐日降水量，用百分位法定义站点强降水和极端降水阈值，对强降水和极端降水事件进行了分析研究。结果表明：云贵高原汛期强降水和极端降水阈值地理分布差异较大，与汛期降水量关系不大，而与站点海拔高度显著负相关；1961～2007年汛期降水量变化趋势不明显，但降水日数显著减少，降水有集中的趋势；强降水量和极端降水量具有与汛期降水量相似的年际波动特征，极端降水与汛期降水的相关高于强降水；以强降水量和极端降水量与汛期降水量的比重表征事件的强度，两者均呈显著增加的变化趋势，并在1990年代初期发生了显著增加的突变；强降水和极端降水与夏季季风强弱变化显著负相关。     

1644~1949年长江三角洲地区五种洪涝致灾因子组合特征分析

为研究洪涝灾害中不同洪涝致灾因子组合特征对灾害的决定作用,基于历史文献资料,对长江三角洲地区1644~1949年五种洪涝致灾因子(简称洪涝因子)——连续降水、台风、潮灾、上游洪水以及强降水——分类辨识并逐年赋值统计,得到1644~1949年长江三角洲逐年洪涝因子总值序列。结果表明:(1)影响洪涝的因子平均为1.66个,依据洪涝因子总值序列变化趋势,研究时段可划分为三阶段:阶段一,1644~1718年,三因子与四因子洪涝年多集中于这一阶段,该阶段均值高于全段均值与其它两阶段;阶段二,1719~1864年,该段波动较大,单一因子与二因子洪涝年发生频次较高,该段均值最低,其中单一因子洪涝年以强降水因子的影响为最多;阶段三,1865~1949年,大多出现单一因子与二因子洪涝年,整体波动较小,为较平稳的时段。(2)单一因子洪涝年发生频率最大,以强降水因子出现最多,二因子洪涝年发生频率次之,以连续降水-强降水比例最高,三因子洪涝年以连续降水-台风-强降水为最多,四因子洪涝年出现最多的为连续降水—台风—上游洪水—强降水的因子组合,未出现五因子洪涝年。(3)按灾情影响范围辨识了长江三角洲地区1644~1949年6个极端洪涝灾害年和7个极端台风灾害年,发现极端洪涝灾害年主要集中于阶段一中期和阶段二后半期,包括2个四因子年、3个三因子年和1个二因子年,都与连续降水和强降水有关;而极端台风灾害年多发生于阶段二前半期,多为台风与潮灾共同致灾。     

江浙沪地区历史重大洪涝灾害情景下的人口和GDP物理暴露量分析

利用江浙沪地区1644～1949年洪涝灾害数据库,基于年受灾县次,对该地区历史重大洪涝灾害年进行了辨识,并以历史重大洪涝灾害为情景,对其重现于2010年的人口和GDP物理暴露量进行分析,得到以下结论：(1）按受灾县次划分,1644～1949年江浙沪地区重大洪涝灾害频率在50～100年一遇的为1670年、1683年、1804年;100～300年一遇的为1823年、1849年;300年一遇的为1931年;（2）重大洪涝灾害暴露区主要集中于长江三角洲地区;（3）6次重大洪涝灾害情景下,人口物理暴露量基本超过2010年该区人口总量的40%,而GDP物理暴露量则几乎超过了其总量的50%;（4）江苏受灾最为明显,上海受灾幅度波动最大,尤其是在100年一遇洪涝灾害前后受灾影响差距很大,浙江受灾影响相对稳定;（5）该区人口、GDP物理暴露量并不一定与受灾县次呈典型的正相关关系,可能与其人口、经济分布格局等因素有关     

近50年湖北省降水变化特征分析

在气候变化背景下，区域降水变化波动较大。湖北地处亚热带，位于典型的季风区内，旱涝灾害比较突出，特别是水患，历来是威胁湖北的一大灾害，因此对降水时空变化进行分析研究，有很现实的意义。利用1961年以来全省65站逐日降水观测资料为基础，根据气候特征和行政区划将湖北省进行区域划分，利用多种统计分析方法，以揭示在全球气候变暖背景下湖北省各区域的降水变化事实。结果表明：湖北省平均年降水量鄂西北最少，鄂东南最多，秋季降水量的减少和冬季降水量的增加最为显著；极端降水事件的变化中，鄂西北发生站次最多，江汉平原其次，鄂西南和鄂东南最少。该结论为湖北各区域的旱涝变化趋势预估、为水资源管理和防汛抗旱工作提供科学的参考     

近百年重庆主城区汛期降水及其集中期的变化特征

利用一种改进的定义汛期降水集中期的方法对重庆主城区近百余年汛期降水集中期进行了划分，并分析了集中期的重心日、雨量及其与汛期降水总量的关系。结果表明：近百余年重庆主城区汛期降水量线性变化趋势不明显，阶段变化显著。百余年来发生过两次突变，分别发生于1914年和1925年，分别突变为增加和减少趋势。3 a左右的周期为汛期降水的主要周期。6月为降水集中期重心日发生最多的月份，8月出现相对较少，4月上半月和10月均没有出现过。近百余年重庆主城区降水集中期雨量及其占汛期降水总量的比例表现为线性增加的趋势，它们的阶段性变化比较一致，尤其是21世纪以来近10 a显著偏多。集中期雨量与汛期降水之间存在很好的相关关系，但是在某些特殊年份上也存在差异。15 d滑动统计方法划分的集中期雨量作为一种极端气候事件，具有较强描述灾害事件的能力，但其极端特殊性可能会表现在某些特殊年份或年际间的变化中，充分认识其规律，能为诊断和预测业务提供更为可靠的参考依据     

河南省汛期极端降水事件分析

利用河南1961～2006年50个气象站台站汛期（6～8月份）逐日降水量资料，定义95%降水分位数为极端降水事件的阈值，建立不同站近46年汛期极端降水事件发生频次的时间序列。在此基础上采用趋势分析、最大熵谱分析等统计技术方法，对河南降水事件发生频次的空间分布及年际变化特点进行了分析。结果表明：空间变化上总体具有北多南少的特点，而且汛期降水量的比重与极端降水事件发生频次的高低存在着很好的一致性；空间分布上主要有全省一致型、西北 东南型、南阳盆地型和中部分布型等4种类型，其中全省一致分布型为最主要的空间模态；年际变化趋势各地有所不同，豫西、豫南区为减少趋势，而豫中、豫北、豫东和豫西南区表现为增加趋势，而且在振荡形态上各有同异，以2~8年和10年左右的年代际变化最为普遍。