基于地理加权回归克里金的降水数据融合及其在水文预报中的应用

地理加权回归克里金(GWRK)是在地理加权回归(GWR)基础上扩展得到的一种既能考虑回归关系的空间非平稳性又能考虑回归变量空间自相关性的降水数据融合方法。以赣江流域为例,在评价TRMM卫星数据精度的基础上,分别以GWRK和GWR方法构建了站点-卫星降水数据融合模型,然后采用降水融合数据驱动GR4J水文模型进行水文预报。根据站点尺度降水融合数据精度及水文预报表现,对GWRK和GWR构建的降水融合模型效果进行评价,结果表明:较之GWR方法,GWRK方法能较明显的提高降水融合数据在站点尺度上的精度,但是由于输入到水文模型中的数据为面降水数据,受空间均化的影响,对水文预报精度的提高不如对站点尺度降水融合数据精度的提高明显。     

金沙江中下游流域面雨量特征分析

利用2000~2012年金沙江中下游流域56个国家气象观测站逐日08~08时降水资料，采用算术平均法计算得到金沙江中下游5个子流域逐日面雨量，对金沙江中下游及5个子流域面雨量的时空分布特征进行了分析，重点分析了强降水日面雨量的季节分布、频次分布、等级分布、极值分布等统计特征。结果表明:金沙江中下游降水的时空变化特征明显，年平均面雨量为812 mm，夏季降水最多，秋季次之，冬季最少，且秋雨多于春雨；5~10月为降雨集中期，降水总量占年平均降水的91%；5个子流域平均每年出现日面雨量≥20 mm的强降水29.5次，且夏季最多，秋季次之；华弹 屏山段出现强降水的频次最高，横江流域次之，雅砻江下游最少，但横江流域最易出现强降水极大值；华弹 屏山和横江流域同时发生强降水的频率最高，占流域性强降水总次数的521%，在开展金沙江中下游流域面雨量预报时要特别加以关注     

基于卫星降水的鄱阳湖流域旱涝分析及其可靠性检验

基于热带测雨卫星(TRMM)３B４２降水数据,通过Z 指数方法对鄱阳湖流域１９９８年１月~２０１０年１２月
旱涝的时空分布进行分析,并利用流域内１５个雨量站观测降雨数据同样采用Z 指数方法分析流域旱涝变化,与
TRMM 结果进行对比,检验其精度和可靠性.结果显示:TRMM 降水与地面雨量站观测降雨具有较高的一致性,
能正确反映流域的降水情况;其计算的Z指数在１９９８~２０１０年以０为中心呈锯齿状增大减小交替变化,所反映的
洪涝事件主要发生在４~６月,占全年的６０％左右,而干旱主要发生在９月~翌年１月份,其与鄱阳湖流域降水的
年内分布特征是一致的;同时,基于TRMM 降水反映的流域旱涝等级与降雨量的空间分布基本一致,TRMM 降水
能够用于流域旱涝的空间分布监测.     

雷达定量估测降水技术在三峡流域面雨量估算中的应用

利用完全覆盖三峡流域的3部多普勒天气雷达探测资料，并结合三峡流域周边水文自动站实时观测资料，集成多种定量降水估算方法，对三峡流域进行面雨量估算。结果表明：这种方法在一定程度上弥补了传统利用自动站观测资料采用插值方法计算流域面雨量中由于自动站观测资料时空分辨率不足的缺点，提高了流域面雨量的估算精度，从而更好的为三峡水资源利用和洪峰预报提供重要参考     

汉江流域降水持续天数分布

以汉江流域13个站点1960~2003年的逐日降水资料为基础,分析了该流域年及各季雨日数和雨日平均雨量分布的时空特征，研究表明汉江流域春季平均雨日数占全年的25%~31%,雨量占全年雨量的21%~31%。夏季平均雨日数占全年雨日数的13%~18%,雨量占全年雨量的50%。秋季平均雨日数占全年雨日数的22%~31%,雨量占全年雨量的21%~29%。冬季平均雨日数占全年雨日数13%~22%，雨量占全年雨量的6%，雨日平均雨量仅为28 mm。建立了流域内不同站点、不同季节的持续性雨日概率分布模式，用Polya概率分布对汉江流域各种持续性雨日发生概率进行拟合，结果表明夏季、冬季、秋季拟合效果较好，卡方检验通过率达到95%，而春季有4个站点无法通过检验。利用Polya概率分布模式可以科学地估算流域各地、各季不同持续时段雨日出现的气候概率，为防洪减灾提供依据，也为南水北调中线工程的顺利实施提供科学依据     

汉江流域降水结构时空特征及影响因素分析

利用汉江流域32个气象站1961~2016年逐日降水资料，分析了汉江流域降水时空分布特征，并探讨了海温及大气环流对流域降水的影响。结果表明：雨量和雨日空间分布相似，小雨、中雨的雨量和雨日由西南向东北递减，降水中心位于西南和东南部；流域东北部大雨以上量级降水由偏少转为偏多，而雨强空间分布则没有明显规律。流域降水集中度自东南向西北逐渐增加，降水集中期逐渐推迟。海温对降水的影响存在季节差异，春季、夏季和秋季降水分别受前期南印度洋、热带北大西洋和热带中东太平洋海温影响，冬季降水则受海温影响不明显；大尺度大气环流对降水存在影响，冬季欧亚遥相关型和春季西太平洋遥相关型均引起冬季风强度变化来影响冬季和春季降水，夏季副高位置和乌山阻高以及秋季巴湖低槽和印缅槽强度则均通过冷空气和暖湿气流强度及交汇位置来影响夏季和秋季降水。     

南盘江流域近30年季节性干旱时空分布特征

根据南盘江流域22个水文站、雨量站31 a（1979~2009年）的逐月降水资料,选用标准化降水指数（SPI）为研究指标,以11~3月为研究时段,统计近30 a来5个月时间尺度的干旱站次,分析南盘江流域季节性干旱特征;以11~3月5个月时间尺度的SPI多年平均值为指标,进行空间插值,分析南盘江流域干旱的空间分布特征。结果表明：（1）从年际上看,SPI总体上30 a来（1980~2009年）呈下降趋势,气象干旱加剧;从年代际上看,1995年以后气象干旱程度有加剧趋势;（2）南盘江流域各个地区都会发生不同程度的气象干旱,旱情总体上由南向北递增,东北部各站点11~3月的降水占全年的比例相对较小,流域内东北部干旱最严重;（3）南盘江流域冬春连旱较严重,应加强水利工程建设,为防旱、抗旱做好相应的准备措施     

长江流域近51a来日降水时空变异的多尺度特征

基于长江流域115个雨量站1963~2013年的日降水数据,应用小波多分辨分析结合信息论的方法,揭示长江流域近51 a来日降水时空变异的多尺度特征。结果表明:空间上,流域日降水序列的变异性具有明显的局部聚集性;并沿纬向呈现出显著的非均质性,而沿经向呈现出拟均匀性;并于103°E附近存在一条明显的分界线,界线以西的日降水变异程度显著高于界限以东的;且日降水变异性与高程之间存在较强的线性相关性,而与年降水量和年降水天数之间则存在较弱的相关性。时间上,流域各站点日降水子序列对原始序列总变异的相对贡献的大小于103°E附近也存在一条明显的分界线,界线以西,各时间尺度下子序列的贡献均大于界线以东;且这种相对贡献的谱图于256 d处呈现出突变现象。此外,流域降水变异的时间尺度可分为3个不同的区间:短期的(2~16 d)、年内的(16~256 d)和年际的(大于256 d)。     

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.     

长江流域月降水的EEMD多时间尺度遥相关分析

基于长江流域138个气象站1961~2016年的逐月降水观测资料，应用集合经验模态分解（EEMD）方法，分别对各站点的月降水序列进行EEMD分解，然后，运用时滞相关分析和逐步变量选择的方法，以识别长江流域月降水周期振荡和长期趋势的显著影响因子，并构建多元线性回归模型对长江流域月降水进行预测。结果表明：（1）近50多年来，长江流域各站点的月降水呈现出显著的季节、年际和年代际尺度振荡特征。（2）流域内各站点月降水的长期变化趋势存在着较大的空间差异性，表现为金沙江、雅砻江、大渡河以及鄱阳湖流域是月降水长期趋势显著增加的集中区，而岷江中游以及洞庭湖流域的南部是月降水长期趋势显著减少的集中区。（3）厄尔尼诺1+2区的平均海表温度（NINO1+2）的过去模式是影响长江流域月降水周期振荡的主要气候因子，而全球平均气温距平（GlobalT）是影响长江流域月降水长期趋势的主要气候因子。（4）基于已识别的影响因子构建的月降水量预测模型在旱季的预报性能高于雨季，并在长江上游地区的预报性能高于其中下游地区。     

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。     

融合时序特征的湖北省降水空间分布估算

以湖北省2006～2010年的降水量为基础数据源，通过对降水数据的分析，将省内75个站点的时间维降水序列变差函数值作为降水强度的影响因素，引入到降水量空间预测的多元地理统计中，使用时序协同克里格方法构建降水时序特征与降水量之间的数学关系模型，对湖北省月平均降水数据进行空间插值模拟。通过分析不同时间尺度下的交叉检验统计量，选择最优的时间维变差函数计算尺度。结果显示，融合时序特征的协同克里格法对降水量的空间插值较普通克里格法具有更好的插值效果，因而更适合历史资料丰富地区的降水空间分布估算     

西南地区极端降水的时空变化特征

西南地区是我国山地灾害最为严重的区域之一，而短时极端降水则是山地灾害成灾演化的关键控制因素。以西南地区1960~2011年110个气象站的逐日降水量资料为基础，通过建立起超门限峰值序列(POT)，结合GIS空间分析技术与线性倾向估计、Mann Kendall趋势检验、Morlet小波分析等方法，研究了西南地区极端降水事件的时空变化规律。结果发现：20世纪60年代以来，西南地区极端降水频数有增加趋势，速率为0017/10 a，极端降水量在总降水量中所占的比重不断增加，增幅为0.638%/10a；西南地区极端降水频数的变化在年代际间存在显著的区域增减差异，增加的区域主要呈现出斑块状分布，而减少的区域则呈现出较明显的条带状分布；云南西南部、贵州大部和四川盆地中部3个区域是极端降水频发区，而川滇交界处的元谋-会理一带和四川盆地北部山区则较少发生极端降水；季风期极端降水频数呈现出明显的增加趋势，速率为0031次/10 a，非季风期极端降水频数则呈现出减少的趋势，速率为-0014次/10 a；季风期和年极端降水频数均没有明显的突变年份，非季风期存在3个突变点，分别是1969、1983和1994年；季风期与年极端降水存在27、15和7 a时间尺度上的周期性振荡，非季风期的周期性振荡则主要集中在27和12 a时间尺度上     

苏州城市化进程对降雨特征影响分析

城市化的发展过程中，城市下垫面的改变以及人类的生产生活共同作用使大气边界层的特性发生变化，从而影响了城市地区的降雨。位于太湖流域平原水网地区的苏州城市化发展迅速。在分析了苏州城市化发展进程的特点及1953~2000年降雨时间序列特征基础上，采用同时期城区（苏州站）与郊区（望亭站）雨量横向对比、城市化发展不同时期同一站雨量纵向对比的方法，研究了城市化对该地区降雨量、降雨年内分配、降雨发生次数等的影响。通过研究发现：城市化对年雨量、汛期雨量和最大日雨量都有不同程度的增加作用，其中对最大日雨量的影响最显著；受城市化影响，降雨年内分配有集中的趋势；城市化使不同类型降雨发生次数均增加，其中对暴雨发生次数的影响最大。     

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。     

川北典型小流域产流对降雨的多时间尺度响应规律

为了解川北深丘区典型小流域河川径流动态变化规律,以嘉陵江李子口小流域为研究对象,基于2005～2016年的降雨、径流等实测数据,采用相关分析、降雨弹性系数、流量历时曲线等方法探讨了径流对降雨的响应规律。结果表明:(1)径流深和降雨量年际差异性均较大,整体呈不明显上升趋势,径流深的上升幅度略小于降雨量;(2)降雨量和径流深年内分布极不均匀,6～9月分别占年值的67.4%和78.5%,夏季易产生洪涝灾害;(3)极丰水流量、平水流量和极枯水流量分别为2.9、0.2、0.01 m~3/s。极丰水事件通常由长历时暴雨导致;极枯水日则多因长期无降雨或仅少量降雨;(4)典型次降雨中,暴雨、大雨、中雨的流量过程线从尖瘦型转变为平坦型,流量峰值滞后时间依次为1.5、3.67、5 h,滞后时间随着次降雨量的减小而变长,流量过程线的增长幅度随着次降雨量减小而变小。综上,径流和降雨在各时间尺度上均呈极显著相关(P0.01),不同时间尺度响应规律表现出较大的差异性。     

基于地面监测数据的2013~2015年长三角地区PM2.5时空特征

近年来,长三角地区灰霾天气持续增多,空气细颗粒物污染问题日益突出。基于2013年1月至2015年5月长三角地区及周边缓冲区内共214个空气质量监测站点PM_2.5逐时监测数据,运用普通克里金插值方法,从年、季、月尺度上分析了PM_2.5的空间分布格局和时间动态变化。结果表明:(1)2 a来,长三角地区PM_2.5浓度空间分布明显呈现整体北部高南部低,局部地区略有突出的分布特征;长三角地区PM_2.5浓度年均值为57.08μg/m³;其中,江苏省PM_2.5的年均值为三省市最高,为65.84μg/m³;其次为上海市,年均值为53.87μg/m³;浙江省PM_2.5的年均值较小,为51.53μg/m³。(2)从季节尺度分析,长三角地区PM_2.5浓度变化表现出冬春季高,夏秋季低的变化趋势;这与区域内冬季风向来源、降水稀少、气象扩散条件差有着密切的关系; (3)长三角地区月浓度变化大致呈U形分布; 12月份PM_2.5浓度最高; 3月份以后, PM_2.5浓度开始呈逐步下降趋势;在5~9月份,区域PM_2.5处于"U"字的谷底,其中6月份夏收时期秸秆焚烧、气象等因素导致PM_2.5浓度有略微升高;进入10月份后迅速攀升,且11、12月份呈现持续升高态势。     

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。     

1961～2010年金沙江流域降水时空演变特征

基于金沙江流域1961~2010年逐日降水资料,对流域长时间尺度降水要素和多个典型降水日数进行分析,研究金沙江流域降水的时空演变特征。结果表明:1961~2010年,金沙江流域年降水量呈一定的增加趋势,但未通过显著性检验,汛期雨量变化趋势不明显,逐月降水除9月和12月外其他月份均呈微弱增加趋势。小雨等级和中雨等级的降水日数空间变化趋势相似,呈中上游地区微弱增加、下游地区微弱减少趋势,大雨及以上等级的降水日数则以微弱增加为主,仅在源区、德格一带呈不明显减少趋势。年无雨日数和年连续无雨日数呈比较明显的中上游地区减少、下游增加趋势,特别是年无雨日数在昭觉、昭通、会泽等区域增加趋势显著,年连续有雨日数则呈全流域减少,在下游小部分地区显著减少。研究还表明金沙江流域下游地区无雨日数及连续无雨日数特别在2000s偏多,而年连续有雨日数则在2000s明显偏少,表明近年来流域下游地区发生干旱事件的可能性增加。     

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。