长江中下游流域旱涝急转时空演变特征分析

基于长江中下游流域75个雨量站1960~2012年的日降水资料,通过定义长、短周期旱涝急转指数,全面地分析了长江中下游流域旱涝急转的趋势变化和时空分布特征。研究结果表明:(1)长周期旱涝急转表现为以涝转旱事件为主,且存在由旱涝急转事件向全旱或全涝事件过渡的趋势,短周期的旱涝急转发生频率较高的也是涝转旱事件;(2)长江中下游北岸多发生旱转涝事件,南岸则多发生涝转旱事件;(3)1998年和2011年6~7月短周期高强度旱转涝事件发生在长江北岸,涝转旱事件发生在南岸地区;5~6月与7~8月旱涝急转事件强度分布则呈相反状态;(4)总体来说,长、短周期涝转旱频次呈现不断减小的趋势,旱转涝有轻微增加的趋势。7~8月则较为特殊,湘江流域涝转旱有增加的趋势,洞庭湖地区涝转旱显著增加,此研究结果可以为长江中下游流域防洪抗旱工作提供一定的依据。     

长江中下游地区旱涝急转的阈值诊断及危险性评估

选择与长江中下游地区夏季旱涝异常有关的15项大气环流指数作为自变量,以旱涝急转指数为因变量,采用非线性非参数的分类与回归树方法(CART)预测旱涝急转成灾的危险性等级。CART不仅能够提取出主要致灾因子,同时可以诊断不同影响阈值条件下,旱涝异常的类型及危险性等级。研究结果显示,夏季和春季北极涛动指数、春季亚洲径向环流指数,以及春季亚洲区极涡面积指数4项指标是旱涝突变成灾的主要影响因子,对旱涝急转成灾的危险程度具有很好的表征作用。当夏季北极涛动指数大于1.11时,更容易发生涝转旱事件(危险性等级为1级),而当夏季北极涛动指数小于或等于1.11,同时春季北极涛动指数大于或等于-1.11时,更容易发生旱转涝事件(危险性等级为6级),其他危险性等级的条件也可从模型中直接判读出来。采用2011~2013年的实测数据和模型预测结果进行对比,两者非常接近,验证了模型的可靠性。采用的CART方法为长江中下游地区旱涝急转致灾的等级预测提供了一种新的思路。     

长江中下游极端降水时空演变特征研究

以长江中下游为研究对象,基于131个气象站点1961～2017年的逐日降水资料,选取9种极端降水指数,利用Mann-Kendall趋势分析和交叉小波变换深入研究了长江中下游流域极端降水时空分布特征及其与太阳黑子和大气环流异常因子之间的关系.研究结果表明:(1)1961～2017年间,长江中下游流域极端降水指数除持续干燥指数(CWD)和持续湿润指数(CDD)外,其余7种降水指数均呈现上升趋势,其中年降水总量(PRCPTOT)达16.59 mm/10年;(2)除CDD、CWD外,其余极端降水指数均呈现由流域东南部向三面递减的半环状变化趋势,多数极端降水指数在洞庭湖流域、长江下游及太湖流域上升趋势显著;(3)设计重现期为50年时,除CDD、CWD外,其余极端降水指数空间分布由东南部向西北部递减,两处异常分布可能与地形因素有关;(4)太阳黑子和大气环流异常因子对极端降水的变化有较强的影响,其中太阳黑子的影响最大,EN-SO次之,PDO最弱.该研究结果可为极端降水事件驱动力的深入探究奠定基础,进而为防灾减灾工作提供依据和支撑.     

旱涝急转对生产、生活与生态的影响及应对措施效果分析——以安徽省巢湖市槐林镇为例

长江中下游春旱夏涝及旱涝急转时常发生,对该区工农业生产及人民生活和自然生态系统产生灾害性的影响。如何采取合理措施,降低负面影响是该区面临的重大问题。针对2010年秋季到2011夏季长江流域的旱涝急转现象,以巢湖槐林镇为例,就该次干旱、旱涝急转和洪涝的链式灾害性天气过程对生产、生活、生态的影响与应对措施及其效果等问题进行调研与分析。结果表明:该次灾害性天气过程对槐林镇生产、生活及生态的影响相对较小,对农业的影响相对最为严重,对第二、第三产业基本无影响。成功的管理模式、完善的水利措施、准确及时的天气信息发布、抗旱技术指导、经济扶持政策等是当地减少损失的成功经验。由此可见,长江中下游地区旱涝急转频发区,旱涝灾害的防控是一个系统工程,需要同时建立抗旱和防洪的基础设施与相应的应对管理措施。     

长江上游旱涝指标及其变化特征分析

利用长江上游流域51个气象观测站1961～2009年降水资料，计算了各站逐年、四季〖WTBX〗Z〖WTBZ〗指数及区域旱涝指数，在此基础上分析了单站〖WTBX〗Z〖WTBZ〗指数旱涝等级划分的合理性，区域旱涝指数的年代际变化趋势，并对区域典型旱涝年的确定及旱涝成因进行了探讨。结果表明：（1）〖WTBX〗Z〖WTBZ〗指数及以此为基础构建的区域旱涝指数能较好地反映长江上游流域年及四季旱涝变化，作为长江上游流域旱涝指标比较合理；（2）长江上游流域年及四季旱涝有明显的年代际变化特征，年及四季的干旱指数与雨涝指数基本呈反位相特征；（3）长江上游流域四季旱涝与500 hPa高度场分布形势有密切关系，除冬季旱涝与海温场关系较弱外，春、夏、秋季旱涝均与海温场关系密切。研究结论对长江上游流域可持续发展及三峡水库科学运营有一定参考意义     

鄱阳湖流域1960～2018年极端气温变化及其与大气环流的关系

为进一步揭示鄱阳湖流域极端气温事件变化及其影响因素,基于鄱阳湖流域24个气象站点连续59年观测资料,选取8个极端气温指数,分析鄱阳湖流域极端气温动态变化,并探讨了大气环流与极端气温变化的联系.结果表明:(1)鄱阳湖流域极端气温暖指数(暖昼天数、暖夜天数和夏日天数)及极值指数(日最低气温最小值和日最高气温最大值)均呈增加趋势;冷指数(冷昼天数、冷夜天数和霜冻天数)均呈逐渐减少趋势.(2)从空间分布来看,极端气温空间变化趋势与年际变化一致,极端气温暖指数和极值指数呈增加趋势,冷指数均呈减少趋势,但在不同地区变化趋势存在差异.流域各站点霜冻天数和冷昼天数均呈显著下降趋势,但在赣北地区下降趋势最显著.大部分站点(23/24)暖夜天数、夏日天数和日最低气温最小值均呈显著增加趋势;(3)鄱阳湖流域极端气温指数的变化与大气环流的变化存在相关性,其中西太平洋副高强度指数、夏季东亚季风指数、亚洲区极涡强度指数和北极涛动指数对极端气温事件影响显著.研究结果可为极端气候风险评估、灾害预警提供参考.     

洞庭湖流域旱涝异常的时空分布及其与大气环流和水汽输送的关系

利用洞庭湖流域1960～2017年103个气象站点逐月降水数据和NCEP/NCAR再分析数据,通过计算Z指数和区域旱涝指数,对流域近57年来季节性旱涝异常的时空变化和典型旱涝年份的同期大气环流、水汽输送形势进行分析,以加强对季节性旱涝异常及可能的直接影响因素的认识.结果表明:洞庭湖流域连续两年出现旱涝异常的可能性不大,春、夏季节发生旱涝异常的一致性较秋、冬季小.在春、秋季节,流域干湿变化表现出年际性并有明显的空间分布,在冬、夏季节表现出年代际转换并存在变湿的趋势.此外,各季节均表现出涝重于旱的统计特征.同期大气环流形势会对流域旱涝异常产生显著影响,当西风带经(纬)向环流偏强时,干旱易出现在冬(夏)、春(秋)季节.当副高脊线偏北时,干旱易出现在夏、秋季节;在冬季时,偏强偏西的副高易使流域出现冬涝.流域Z指数在各季节均与净经向水汽通量呈显著正相关,在春、夏、秋季节与净水汽收支呈显著正相关,而在冬季可能与降水动力条件关系更密切.     

近51年川滇地区气候暖干化与旱涝灾害趋势判断

为揭示川滇地区气候特征与旱涝灾害趋势，以川滇地区70个气象站点1961～2011年的逐月气温、降水资料为基础,采用线性回归、五年滑动平均、M K突变检验、反距离加权空间插值、Z指数法、Morlet小波变换等方法，对川滇地区气候变化特征与旱涝灾害进行了分析。结果表明：近51 a川滇地区气温以021℃/10 a的速率增加；降水量以1076 mm/10 a的速率减少；尤其是20世纪90年代末期以来正经历着以增温和变干为趋势的气候变化特征，气候暖干化趋势明显。近51 a川滇地区年旱涝灾害总的趋势是向干旱发展，以2000年为转折点，2000年以前该区多涝灾，2000年后多旱灾，这与该区的气温与降水变化一致，气候暖干化的结果直接导致了旱灾加剧。川滇地区春、冬两季旱涝年际周期变化规律强，Z指数呈上升趋势，降水量增加；夏季旱涝周期变化十分显著，旱涝灾害程度加剧，干旱化趋势明显；秋季旱涝变化周期性不强，呈弱干旱化趋势发展     

夏季南亚高压年代际变化及其对长江中下游降水的影响

夏季南亚高压对我国长江中下游旱涝分布有重要影响,为深入认识长江中下游夏季降水年代际演变规律和机理，提高其短期气候预测水平，利用1960~2015年NCEP/NCAR再分析资料和地面气象站降水资料，分析夏季南亚高压年代际变化及其对长江中下游降水的影响。结果表明：夏季南亚高压强度、面积、南界、东伸脊点、西伸脊点和脊线均存在显著的年代际变化，长江中下游夏季降水也有明显年代际转折，南亚高压脊线与长江中下游夏季降水相关最好，呈显著负相关。夏季南亚高压脊线年代际偏南期，南亚高压偏大偏强，长江中下游高层气流强，且形成发散；副高增强西伸，印度有稳定低压存在，长江中下游处于副高西北侧和西风槽前，盛行西南风，与北方来的偏西气流汇合；低层风场有明显切变和辐合，从孟湾、南海输送来的水汽在长江中下游辐合上升，导致降水偏多。1990s初至2000s初，夏季南亚高压年代际减弱西撤，副高减弱东撤，但由于两个高压减弱程度较小，长江中下游夏季降水仍偏多。     

湖北省近年11次典型霾过程的气象要素和大气环流特征分析

利用湖北省85个气象台站2004~2013年逐日能见度资料,结合站点比例和持续天数,确定冬季典型霾过程。利用地面气象要素资料和美国国家环境预测中心及国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料数据,采用合成、相关和t检验方法,分析了霾过程发生时的气象要素和对流层中低层大气环流特征。结果表明,地面气象要素中相对湿度和最高气温与霾现象关联最佳;东亚大陆海平面气压降低、季节性北风的减弱和中国东部500hPa的高压异常等因子为霾过程的维持提供了气象条件。线性回归结果表明,地面气象要素和大气环流对霾天气都具有重要的影响。典型霾过程超过3/4的方差可以由这两种气象条件解释。     

长江中下游地区连阴雨变化特征分析

利用长江中下游地区86站1961~2011年逐日降水量资料,采用线性倾向估计法和M-K突变检验法,分析该地区年连阴雨日数、过程次数、总降水量及降水强度的时空变化特征。结果显示:长江中下游地区大部连阴雨日数有70~130 d/a、连阴雨过程次数有7~12次/a、连阴雨总雨量为500~1 300 mm/a、年均连阴雨强度为8~10 mm/d,连阴雨过程持续时间多在8~11 d/次左右。其中连阴雨日数和频次总体呈现出南多北少、连阴雨总雨量呈东南多西北少、雨强呈东强西弱的分布态势;近50 a来,长江中下游地区平均年连阴雨日数、连阴雨过程频次、连阴雨总雨量均呈减少趋势,减少速率分别为3.8 d/10 a、0.3次/10 a、18.5 mm/10 a,其中连阴雨日数、频次减少趋势显著;降水强度呈显著增加趋势,增加速率为0.2 mm/(d·10 a)。空间上,西部连阴雨日数、过程次数均呈显著减少趋势,东部呈微弱的减少趋势;大部地区连阴雨总量均呈显著减少趋势,其中西部尤为突出。突变分析发现,长江中下游连阴雨存在突变年份,各统计因子突变主要集中在1991~2011年,连阴雨日数减少突变发生在2003年,2006年起减少趋势超过显著性水平;连阴雨频次突变发生在2004年,2010年起减少趋势超过显著性水平;连阴雨总雨量突变发生在2006年,但这种突变不显著;连阴雨降水强度于1992~1994年发生突变,2010年起增加趋势超过显著性水平。     

ENSO事件对汉江上游暴雨洪水影响的研究

对汉江上游1951～2010年降水量、洪水与ENSO事件进行χ2检验和对照分析。结果表明:在El Nino事件年,汉江上游年降水量显著减少;与非La Nina年相比,La Nina年降水量略有增多,但没有达到显著变化水平;汉江上游洪水与ENSO事件关系密切：在上一年年底或本年年初有较强El Nino,且当年为El Nino向La Nina转换的年份,发生洪水的概率最大,相关性超过极显著水平,且洪峰大,成灾重,可能会发生最大流量20 000 m3/s以上的大洪水甚至超过30 000 m3/s(安康站)的特大洪水;在非El Nino也非La Nina事件发生的年份,大洪水的发生概率较低;发生El Nino事件或La Nina事件的当年,发生大洪水的频次也不高,相对于El Nino事件年,La Nina事件年,尤其是连续发生La Nina事件的年份,发生洪水的概率略大。这些结果对于指导汉江上游农业生产、水资源开发和防洪减灾具有重要的意义     

汉江上游郧县段全新世特大洪水事件光释光测年研究

通过对汉江上游的野外考察,在湖北郧县段河谷发现了含有典型的古洪水滞流沉积物的全新世风成黄土土壤剖面。对该剖面采集样品,进行了沉积学分析,并且应用光释光技术中的单片再生剂量法（SAR）测定获得其OSL年龄,结合地层对比和文化层考古学断代,确定由古洪水滞流沉积层记录的特大洪水事件发生在距今1 800～1 700 a之间,对应于我国历史上的东汉至魏晋时期（A.D. 200～300）。通过与汉江上游地区、国内和世界各地的多种指标气候变化记录的对比分析,揭示出特大洪水事件发生在东汉至南北朝时期的气候恶化期。由于气候状态不稳定,降水变率大,致使严重地干旱和特大洪水皆有发生。该成果对我们深刻理解区域水文系统对于全球变化的响应规律具有重要意义     

长江中游地区洪涝灾害的土地利用思考

长江中游地区是我国长江产业带的腹地和承东启西的重要地区。进入20世纪90年代以来,长江中游地区的洪水屡屡成灾,经济损失越来越大。尽管洪涝灾害的发生与气象、地貌等自然条件密不可分,但人类不合理的土地开发利用对洪涝灾害的影响不容忽视。通过定性与定量相结合的方法分析了洪水位、河流湖泊的调蓄能力、洪涝灾害的经济损失等与土地开发利用的关系,论述了长江中游地区土地利用,特别是围湖造田、围垦江洲、分蓄洪区的开发等,与洪涝灾害的关系,指出长江中游地区不合理的土地利用所引起的河湖调蓄能力的下降是加剧中游地区洪涝灾害的重要因素。据此提出了中游地区减轻洪涝灾害的土地利用对策,如编制易灾区土地利用总体规划、实施“退田还湖、移民建镇”战略、发展“避洪农业”、建设分蓄洪区、提高土地利用率等。最后,分析了实施这些措施的可能性及实施过程中有待进一步解决的问题。     

长江经济带土地开发均衡度及限度评价研究

基于长江经济带11个省市2005~2015年土地变更调查数据,从土地开发均衡度和土地开发限度两方面对该地区的土地开发强度进行综合评价。研究表明:(1)长江经济带各省市土地均衡度呈现两极分化,东部和西部地区土地开发失衡,中部地区土地开发相对均衡;(2)长江经济带整体土地开发限度为5.58%,11省市均超过或临近极限值,未来需建立集约型土地开发模式;(3)长江经济带不同地区的土地开发强度差异显著,呈现出下游高上游低,东部高集聚的空间格局。因此,应参考各省市土地开发限度对规划进行修编;增强土地供给能力,为建设用地紧张地区挖掘新的开发潜力;建立跨区域的土地开发体制等,通过完善政策法规促进土地的合理开发利用。     

基于GIS的太湖流域主要生态风险源危险度综合评价研究

以太湖流域主要生态风险源为评价对象，充分考虑多类型多等级风险源作用强度的差异性，构建了风险源危险度评价模型，并在此基础上依据风险源发生机率、强度及作用范围等建立了太湖流域洪涝、干旱、极端气象、土壤侵蚀及污染排放等主要生态风险源的危险度评价指标体系。在ArcGIS技术支持下，创建了太湖流域1 606个网格和24个县市的风险源危险度统计数据库，采用AHP权重法确定指标权重，运用叠加分析、空间分析等技术方法最终实现太湖流域单要素及综合生态风险源危险度的定量评价。结果表明流域内生态风险源的分布存在明显的空间分异规律。其中，高生态风险源危险区集中分布在环太湖北部一带，面积约占流域面积的1172%；较高危险区主要呈“西北 北 东北 东”半环状分布格局，所占面积约2452%，危险度较低的区域集中在流域西南部的苕溪流域一带，面积占1566%。此外，不同区域主导生态风险源组成亦不同，约599%的区域是以污染排放为主导生态风险源，主要分布在镇江 宜兴 长兴 安吉一线以东的地区；2545%的区域主导生态风险源为干旱，主要集中在镇江 宜兴 长兴 安吉一线以西；1244%的区域是以洪涝灾害为主导风险源，集中分布在湖州、宜兴等地；而以水土流失、极端气象灾害作为主导风险源地区相对较为分散，所占比例较小     

干旱对生态系统脆弱性的影响研究——以长江中下游地区为例

将干旱作为定性事件，以长江中下游地区为研究对象，基于生态系统过程模型的动态模拟，根据IPCC有关脆弱性的概念，以生态系统功能特征量偏离多年平均状况的程度及其变化趋势分别定义生态系统对降水变化的敏感性和适应性，在生态系统的尺度上评估其对干旱的脆弱性。结果表明，长江中下游区域生态系统对降水脆弱性的空间分布有较为明显的区域差异。轻度脆弱及以下的生态系统占区域总面积的65%，主要分布在区域的中南部。重度脆弱和高度脆弱区域约占20%，主要分布在长江中下游的西北部。区域内生态系统对降水变率的平均脆弱度为轻度脆弱。干旱会显著增加研究区生态系统的脆弱性，具体表现为干旱导致原本不脆弱的生态系统脆弱度增加，而对脆弱度较高的生态系统的脆弱性影响不大。不同类型生态系统对干旱的响应稍有差异，干旱导致森林生态系统和农业生态系统的脆弱性均有所增加，但农业生态系统对干旱的脆弱性更高于森林生态系统。在研究区内，干旱对生态系统的影响会持续一段时间，但在干旱过后一年，不论是农业生态系统还是森林生态系统的脆弱性均有进一步上升，但相对多年平均水平没有显著差异     

基于洪旱灾害的雅鲁藏布江流域水资源脆弱性时空差异分析

水资源脆弱性分析是确立区域水资源问题和调控水安全的重要环节。雅鲁藏布江流域水资源丰富,但时空分布不均,洪旱灾害频发、经济欠发达,导致水资源脆弱性明显。基于1965～2014年的气象月尺度数据,分析流域降水分布特征、确定其干湿分区;采用标准化降水指数认识流域洪旱灾害时空分布状况,并从洪旱灾害及沙漠化、供用水及用水效益、调控能力3个方面构建流域水资源脆弱性指标评价体系,运用熵权法分析时空差异特征。结果表明:(1)流域多年平均降水量458 mm,空间上从西北向东南方向递增,上游日喀则市大部、中游拉萨市和山南地区属于中等干旱区,下游林芝市为湿润区;(2)流域内4区/市均易发生春旱和盛夏洪涝,干旱灾害发生率高于洪涝灾害发生率,拉萨市和林芝市易发生干旱重灾,山南地区易发生洪涝重灾;(3)流域及4区/市在2005～2014年间水资源脆弱性均呈下降趋势,山南地区、林芝市的降幅大于日喀则市、拉萨市;(4)流域水资源脆弱性的主导因子为干旱、洪涝、用水效益、管理能力、地区生产总值。流域水资源脆弱性特征为由洪旱灾害主导、调控能力弱、水资源利用效率低。