淮河流域农田碳收支特征及影响因素分析

采用开路涡度相关系统对淮河流域农田湍流特征进行了4年连续监测,以该地区主要农作物小麦和水稻为例,对CO2通量数据进行分析处理。研究结果表明：农田CO2通量的日变化随季节变化明显,春、夏变化幅度明显大于秋、冬。2007—2010年淮河流域夏季农田CO2通量日变化规律均呈单峰型,白天为明显的碳汇;其日最大累计吸收量出现在2007年,可达16.1mg.m-2.s-1,最小值出现在2009年,为11.1 mg.m-2.s-1。在水稻拔节期垂直风速（W）、潜热通量（LE）、显热通量（H）、光合有效辐射（PAR）、净辐射（Rn）与CO2通量均呈负相关,通过对各项指标进行主成分分析,得到了新的综合指标F=-0.36ZX1＋0.42ZX2＋0.42ZX3＋0.42ZX4＋0.39ZX5＋0.42ZX6＋0.13ZX7,并经过计算得出中午1点是最大的碳汇,凌晨12点是最大的碳源。     

经验公式分析法预测河流汛期污染

基于淮河流域淮河干流、沙颍河、洪河COD污染通量与河水径流量有较好相关性 ,结合汛前河流污染特点分析 ,提出了这些河流汛期污染预测经验模式。由 2 0 0 1年汛期实际污染情况对COD污染负荷与COD浓度预测结果的检验表明 ,对汛期初期阶段的预测误差在± 1 3%以内 ,根据预计降雨量对河流径流量的估计范围覆盖实际情况。     

气候变化对淮河流域水量水质影响分析

气候变化对水量水质的影响是气候变化与水研究领域热点和难点问题之一,尤其是对水质的影响。论文以淮河中上游流域为例,利用德国马普研究所的气候模式（MPI）情景数据驱动已率定好的分布式水量水质耦合模型,模拟和分析了未来近期（2020年代）和中长期（2030年代）气候变化对流域出口断面水量水质过程、产流系数和污染空间分布的影响。此外,基于历史典型重大突发性水污染事件时期极端降水的时空分布特征,推测未来可能发生突发性水污染事件的频率和时间。研究表明：1）温室气体中等排放A1B情景下,相比于基准年（1990年代）,流域降水呈下降趋势,但气温增幅近2 ℃,势必导致出口断面径流量明显减少和流域蒸散发增加,也导致入河非点源负荷减少;此外气温升高导致水体污染负荷降解速率加快,因此出口断面的污染负荷也有所减少。2）从空间分布来看,未来流域产流系数将有所降低。受气候变化影响较高的地区为沙颍河上游和涡河上游地区。受产流系数降低的影响,流域水污染发生率将有所上升,影响较高的区域位于洪汝河上游、沙颍河上游和贾鲁河等水系。3）在排污水平和闸坝调度规则不变的情况下,2020年代和2030年代重大突发性水污染事件预测可能发生时间为2035年7月,约为20 a一遇,低于基准期间约3~4 a一遇。总的来说,相比于基准年,气候变化对淮河中上游流域未来水量水质的影响适中。     

1959～ 2018年淮河流域水热格局差异研究

基于淮河流域27个气象站点1959～2018年气象观测数据,通过FAO-PM56计算出蒸散量的基础上,构建以气温、降水、蒸散等9种要素在内的水热指标体系,运用气候倾向斜率、Mann-Kendall(M-K)检验和地理空间插值等方法,揭示淮河流域近60年水热格局特征.结果 表明:60年来,淮河流域总体呈湿热趋势,表现为气温、最低气温、年降水量呈波动上升,最高气温、日照时数、相对湿度和蒸散量下降趋势;年内分布表现为水热变化同期,高值集中分布在6～7月,呈单峰型分布;年代际分析表明近60年来研究区暖湿趋势显著,呈现出年均气温,最高温、最低温均先下降后上升,而日照时数变化趋势与之相反,降水要素均是先上升后下降,之后再次上升的趋势;从突变特征来看,热量要素突变稳定性高于水分要素;淮河流域热量因子空间分布呈现较为明显的对角(西南-东北)变化趋势,是南北交错带带来的经纬度地带性以及地形作用的综合结果,水分要素空间分布格局体现出较强的纬度地带性与垂直地带性.     

非平稳性条件下淮河流域极端气温时空演变特征及遥相关、环流特征分析

在全球升温的背景下,为掌握淮河流域极端气温的时空变化特征及其变化规律,以提高淮河流域对极端气温灾害的应对能力。以淮河流域1961～2016年149个气象站点、太平洋气候因子和NCEP/NCAR再分析数据为基础,利用优化的非平稳性(Transformed-Stationary)极值分析方法、空间Ward-like层次聚类分析方法、M-K趋势分析和经验正交函数分析方法(Empirical orthogonal function)对淮河流域极端气温进行分析。结果发现:(1)年最高气温在1960和2000s为增加趋势,2000s后增加趋势不显著;从1970～1980s,年最高气温呈减小趋势;年最低气温在1960s呈下降趋势,1970s以后年最低气温呈增加趋势;(2)年最高气温重现期对应的温度多数站点表现出非平稳态并显著上升,增幅达1.5℃。年最低气温均呈现上升趋势,在1978年前后出现上升的拐点,在2000年前后暖化现象有所减缓。年最高气温距离海洋越近,上升趋势越显著;年最低气温则相反。(3)不同重现期年最高气温显著增加趋势,主要分布在淮河的东北部和东南部地区,中西部地区呈显著减小趋势,年最低气温的空间分布恰好与其相反。(4)北太平洋海温异常显著的影响着淮河流域的7、8月极端气温的变化,淮河流域的极端气温的非平稳变化有着与西太平洋和北太平洋显著正相关关系,与东太平洋呈显著负相关关系。淮河流域12～1月气温异常与渤海海温异常同步、与厄尔尼诺或拉尼娜同步变化;7～8月温度异常与12～1月的温度异常结果相反。环流特征分析表明,淮河流域冬季暖化现象受到东北地区暖化的影响;7～8月温度的变化主要由青藏高原低压和蒙古低压在逐年减弱而改变环流特征造成,东南区域极端高温增加,西部区域降水增多、极端高温的降低。     

基于MODIS和GIS的洪水识别及淹没区土地利用信息的提取

介绍了MODIS数据晴空和薄云下水体的有效识别算法——CH2/CH1比值方案,并应用于2007年淮河流域大洪水事件,选取泄洪前、泄洪期和退水期3时相的MODIS数据进行水体识别分析,有效确定洪水淹没区。利用GIS技术提取洪水淹没区土地利用信息,进一步统计安徽省沿淮县市淹没区土地利用各类型的面积,从而为区域洪水灾害评估提供参考依据。相关研究成果已在ArcGIS中建成模型,为洪水监测业务服务。     

基于粗糙集和BP神经网络的流域水资源脆弱性预测研究——以淮河流域为例

水资源是一种重要的自然资源和经济资源,对其未来的脆弱性进行预测可以预估研究区未来的水安全状况,对其脆弱性问题做出预警,从而及时采取治理措施。因此,合理科学的水资源脆弱性预测研究是缓解水资源脆弱性的有效手段。目前,水资源脆弱性研究主要是针对水资源现状进行评价,对其未来状况的预测较少。集成了粗糙集和BP神经网络两种方法,首先采用改进了的盲目删除法对构建的流域水资源脆弱性评价指标体系进行约简,其次通过BP神经网络拟合约简后的指标数据与脆弱度之间的映射关系,构建流域水资源脆弱性评价预测模型。基于之前研究的样本数据和脆弱性结果,探讨淮河流域未来的水资源脆弱性状况。结果表明:淮河流域2015年、2020年和2025年的水资源脆弱度分别为0.305、0.359和0.390,处于轻度脆弱和中度脆弱的状况,除2015年脆弱性状况有所好转以外,2020年和2025年的水资源脆弱性程度与近几年相比有所加剧,根据指标数据可知该现象主要是受年降水量、人均用水量、万元GDP废水排放量、垦殖指数、有效灌溉面积比和干旱面积受灾比6个指标的影响,为避免水资源脆弱性的加剧,应当有针对性的加强这几个方面的管理和控制。     

淮河流域一次致洪大暴雨的中尺度特征分析

利用淮河流域内稠密的区域自动站资料、多普勒天气雷达组网资料、风云二号卫星双星观测资料及LAPS中尺度分析资料,对2007年7月8日淮河流域大暴雨过程的中尺度特征进行了综合分析,得出了一些有意义的结果.(1)这次降雨过程集中在淮河干流,呈现出强降水区稳定少动,高雨强出现频度大的特点,时空分布有利于形成大洪水,是一次典型的致洪大暴雨过程.(2)暴雨区与中低层的中尺度辐合扰动的形成、发展与移动密切相关,同时伴随着中尺度云团、雨团的强烈发展.中尺度雨带具有准静止性,且强度很强,这是此次暴雨过程的一个突出特点.(3)强降雨主要是在α尺度云带上不断生消发展的β中尺度云团,甚至更小的y中尺度云团的生消合并造成的.它们大多生消于32～34°N、114～118°E范围内,β中尺度对流云团的生消、演变和移动与中β尺度雨团的强度和位置有较好的对应关系,强降水发生在中尺度对流云团合并发展和增强阶段.(4)暴雨区具有低层辐合高层辐散、高湿、正涡度和强烈上升运动的特征,它们加强中低层的动力抬升,促使斜压不稳定能量释放,引起垂直涡度的发展,产生很强的降水.强降雨发生时,对流层中层的比湿快速加大,而云中液态水则表现为骤然减小.     

淮河流域降水量年内分配变化规律分析

年降水的时间分配对水资源利用有很大影响,降水的分配不均匀更是季风气候区旱涝灾害的主要原因。利用河南省气候中心和国家气象信息中心提供的1961～2005年淮河流域84个气象站资料,对淮河流域降水的年内分配不均匀性、降水集中度和集中期及其变化幅度进行分析,揭示了该地区的降水变化规律,从而为研究这一区域的旱涝灾害规律和水资源利用提供帮助。研究结果表明：①淮河流域降水的年内分配具有明显的不均匀性,北部地区的降水不均匀性和集中度更明显,北部地区的降水相对较少,因而进一步加重了北部的干旱。②降水分配的不均匀性存在明显的年际变化,上游大于下游,南北表现的变化趋势不一致,变化幅度不同;③淮河流域年内降水集中期,从南向北逐步推后,从豫南到黄河以南需要20 d左右,降水集中期与主汛期时间一致;④降水集中期年际变化南部比北部大,表明淮北的汛雨期比较稳定,而淮河流域南部汛雨期出现时间变化比较大;⑤淮河流域大部地区的气候旱涝与降水集中度有明显相关.     

淮河流域近50年降水异常及其大尺度环流特征

根据国家气象中心整编的全国714站月平均降水量资料,运用REOF分析、Morlet小波分析、差值分析等方法,通过对淮河流域代表站点的选取,分析了1960～2009年淮河流域降水的趋势变化特征、周期特征,以及多雨、少雨年的大气环流异常特征。结果表明：（1）淮河流域年降水总量呈缓慢增长趋势,20世纪80年代初期由负距平转为正距平。冬季和夏季降水量呈显著增长趋势,春季和秋季降水量呈显著减少趋势,80年代前期为降水变化的转折期;(2)淮河流域夏季降水存在准3 a的显著振荡周期和准10 a的次显著振荡周期,同时在60～90年代还存在准6 a振荡周期;（3）淮河流域多雨年,500 hPa经向风偏强且范围广,850 hPa上从孟加拉湾经南海向华东地区的水汽输送明显偏强,在江苏、安徽地区有水汽的正涡度辐合区;少雨年,经向风偏弱,华东地区方向的水汽输送明显减弱;（4）多雨年与少雨年的500 hPa风场差值场、高度场差值场分析表明,多雨年贝加尔湖西部和鄂霍次克海地区阻塞高压活动频繁,东北冷涡异常活跃,副高偏强,3者共同作用使得降水偏多。500 hPa温度场差值场分析表明,多雨年中国东部、华北和东北地区冷空气偏强,同时南方大部分地区暖空气也偏强,冷暖空气共同作用使降水偏多