基于CHIRPS卫星降水的雅砻江流域干湿时空演变分析

雅砻江流域是我国水电开发的重点区域之一，在全球气候变化背景下探究流域干湿时空演变规律有利于合理规划和充分利用水资源，为流域内农业生产活动提供科学指导。基于1981~2017年雅砻江流域内及周边16个气象站月气象数据，采用Penman-Monteith（PM）公式计算各站逐月潜在蒸散量ET0，基于气象站降水校正CHIRPS卫星降水产品，从而获得更高空间分辨率的降水数据，以此计算标准化降水蒸散SPEI指数，采用云模型、Mann-Kendall（MK）趋势检验法分析流域年代际、年、季尺度的干湿时空分布特征与变化趋势。结果表明：（1）对CHIRPS卫星降水产品进行偏差校正不但提高了精度，而且能够获得更高空间分辨率的降水；（2）流域春季呈湿润化趋势，其余时间尺度均呈现干旱化趋势，以冬季干旱化速率最快。年尺度下干湿变化不均匀度的稳定性最差，秋季稳定性相对最好。春、冬两季SPEI空间分布的不均匀度弱于时间分布；（3）同一时间尺度下的流域各级别干湿相对面积近似呈正态分布，流域干湿变化趋势空间分布差异较大；（4）流域各级别干旱与湿润高发区无明显区域分布规律，发生干旱与湿润的最高频率在20%左右，且随着干湿程度的加重，频率变化范围逐渐缩小；（5）不同年代干湿频率差异较为显著，年平均干旱频率变化趋势为减-增-减，湿润频率变化趋势为增-减-减，湿润频率高值区呈现由下游向上游转移的趋势。     

近50 a澴河上游汛期降雨径流多尺度时空演变

人类活动和气候变化可能导致水文资料的一致性遭到破坏。为研究澴河上游汛期降雨、径流的一致性,基于澴河花园水文站及流域内6个雨量站1963~2013年汛期实测资料,以全汛期、最大1日、3日、7日为时间尺度,首先通过Pettitt检验和Mann-Kendall检验对降雨、径流序列进行趋势与突变检验;其次采用不均匀系数和重心模型对降雨时空变化进行定量分析,基于日流量历时曲线分析不同相对历时流量的变化规律;最后分析降雨径流关系的时间变化特征。结果表明:澴河上游流域汛期降雨存在不显著下降趋势,各历时降雨空间分布未发生显著变化,降雨重心基本分布在广水站和草店站之间。花园站汛期平均流量呈减小趋势,最大1日、3日、7日平均流量显著减小;高流量下降趋势和低流量上升趋势均较明显,高、低流量相对于中流量的离差均为减小趋势。汛期径流系数呈下降趋势,降雨、径流深多年平均下降率分别为11.6、20.8 mm/10 a;径流系数与降雨量呈分段线性关系,约在汛期降雨为565 mm处出现转折。     

雅砻江流域中上游径流变化归因分析

在全球气候不断变化和人类活动的影响下,开展河川径流变化的归因研究对水资源的合理利用和分配具有现实意义。以雅砻江流域雅江水文站以上区域作为研究区,采用线性分析、Mann-Kendall检验法和累积距平法等方法分析了研究区1961～2015年水文气候要素的变化特征,进而基于Budyko假设水热耦合平衡原理的弹性系数法估算了径流变化对各影响因子的弹性系数,并对研究区的径流变化进行归因分析。结果表明:近55年来,研究区年径流深整体呈上升趋势,上升速率为0.496 mm/a,并在1999年发生了由低到高的显著突变。年降水量和潜在蒸散量分别呈上升和下降趋势,变化率分别为0.994和-0.246 mm/a。降水、潜在蒸散发和下垫面弹性系数分别为1.40、-0.40和-0.83,说明年径流对降水量的变化最为敏感,其次是下垫面变化,对潜在蒸散量变化的敏感度最低。年径流对气候变化的敏感度呈微增强趋势,对下垫面变化的敏感度逐步减弱。气候变化是年径流增加的主要因素,总贡献率为60.66%,其中降水量和潜在蒸散量的贡献率分别占59.21%和1.45%,下垫面变化的贡献率为39.34%,反映下垫面变化的NDVI自1999年后呈下降趋势,是导致径流增加的重要原因。     

基于联系数与三角模糊数的黄柏河梯级水库富营养化评价

针对水体富营养化评价具有模糊性和不确定性的多属性决策问题,提出联系数与三角模糊数耦合的富营养化综合评价方法。利用多元联系数描述评价因子与评价等级之间隶属关系的不确定性,采用分段三角模糊数确定联系数差异度系数的连续变化过程和模糊性,进而计算评价因子与评价等级之间的综合联系数,并结合评价指标组合权重确定级别特征值。应用该方法对2016年7月黄柏河梯级水库的富营养化状况进行了评价。结果表明:玄庙观水库处于贫营养状态,天福庙水库、西北口水库和尚家河水库均处于中营养状态。各水库富营养化程度排序为:尚家河水库西北口水库天福庙水库玄庙观水库。该法所得结果与其它多种评价方法的结果对比表明,该方法评价结果直观有效,可以真实反映水库富营养化等级状况,能够更加细微、准确的区分同一等级水体富营养化差异,在湖库富营养化评价中具有良好的应用前景。     

雅砻江流域生长季植被时空变化特征及对气象因子的响应分析

在全球气候变化背景下,开展植被变化对气象因子的响应研究对流域生态环境保护和水土资源合理利用具有重要的现实意义。以雅砻江流域为研究区,基于1982—2015年GIMMS NDVI数据,首先采用多种数理统计方法揭示生长季NDVI的时空变化特征,基于滞后相关系数法分析NDVI对气象因子的时滞效应,在此基础上建立各像元NDVI与气象因子的主成分回归方程,分析影响NDVI变化的主要气象因子及其贡献率,进而揭示NDVI对各气象因子的响应变化特征。结果表明:雅砻江流域NDVI在年内呈单峰型变化,峰值出现在8月,生长季NDVI年际变化呈不显著下降趋势。流域NDVI自下游向上游逐渐减小,植被退化面积占30%,改善面积占24.28%,中游植被改善和退化面积占比最大,就各植被类型变化而言,针叶林改善比重相对较大,灌丛和草甸退化较为严重。导致流域植被变化的主控气象因子为降水和气温,其对植被变化的贡献率分别为27.68%和26.31%,其中,流域上游及中游北部地区植被变化主要受气象因素影响,中游南部及下游地区植被受气象因子与其他因子(如人类活动)的共同影响。各像元NDVI变化的主控气象因子存在显著差异,降水、平均气温和相对湿度是中上游植被变化的主控气象因子,而降水和日照时数是下游植被变化的主控气象因子。流域植被对各气象因子的响应存在一定的时滞效应,植被对各气象因子滞后响应面积大小顺序为:平均风速>降水>日照时数>平均气温>相对湿度。中上游植被对主控气象因子降水、平均气温和相对湿度的响应主要为当月及滞后1个月;下游植被对主控气象因子降水的响应主要为滞后1个月和滞后3个月,而对主控气象因子日照时数的响应主要为当月。     

基于不同卫星降雨产品的澴水花园流域径流模拟比较研究

卫星降雨产品作为缺资料或无资料地区估算流域降雨径流的一种途径，适用性尚需大量实验研究。以澴水花园流域为研究区，综合评估了TRMM(3B42V7)、TRMM_RT(3B42V7)、PERSIANN CDR和CMORPH 4个卫星降雨产品在流域平均雨量计算与径流模拟中的精度，设置多方案与多种水文模拟情景全面检验各降雨产品的可靠性与适用性。研究表明：(1)在研究期2002~2013年，没有一个卫星降雨产品对所有精度评价指标均表现最优，PERSIANN始终表现为最差；(2)各卫星降雨产品对于不同年代和不同统计时段的精度差异明显，且一般汛期精度高于全年精度。各年代精度最高的卫星降雨产品在年与汛期尺度上与实测雨量相关系数均超过0.9；(3)各卫星降雨产品对有雨日降雨探测能力较强，但空报率较高，所有卫星降雨产品对于年最大1 d、3 d和7 d降雨估算误差较大，无法达到可利用精度；(4)采用卫星降雨产品进行径流模拟时，以相应的卫星降雨进行水文模型参数率定可获得更高的模拟精度。TRMM_RT与CMORPH日径流模拟精度较好，CMORPH月径流模拟精度较好。总体而言，CMORPH更适用于径流模拟。对于典型的3场大洪水模拟结果表明，TRMM_RT和CMORPH对洪峰与洪量（径流深）的模拟精度相对较高。     

基于集对分析与三角模糊数的滨海湿地生态系统健康评价

滨海湿地是海洋和陆地相互作用形成的生态交错带,对自然环境变化和人类活动作用响应最为敏感,使其成为相对脆弱的生态系统。科学评价滨海湿地生态系统健康状况及其胁迫因子,对湿地生态系统恢复重建与可持续发展具有重要的现实意义。针对湿地生态系统评价问题的不确定性和模糊性特征,运用压力-状态-响应(PSR)模型构建滨海湿地生态系统健康评价指标体系,运用层次分析法确定了各指标的权重,根据集对分析原理定量描述评价样本与评价标准等级之间隶属关系的模糊性,利用分段三角模糊数表示集对差异度系数的连续变化过程和不确定性,进而建立了基于集对分析与三角模糊数耦合的滨海湿地生态系统健康评价模型,并将该模型应用于海兴湿地生态系统健康现状评价。结果表明:海兴湿地生态健康综合联系数为-0.380,相应的级别特征值为3.760,系统整体处于一般病态水平。其中压力系统、状态系统和响应系统的级别特征值分别为3.580、3.976和2.948,说明海兴湿地生态系统的自然状态受到了人类活动过度干扰,外界胁迫引起系统的结构失调和服务功能衰退。影响系统健康的主要因子为农药施用强度、水资源开发利用率、湿地面积退化率、水体富营养化、环保投资占GDP比重、湿地保护意识等。该模型计算过程简单直观,评价结果客观合理,在湿地生态系统健康评价中具有参考价值。