黑河上游气候变化对出山口径流的驱动分析

将计量经济学中广泛应用的面板数据分析方法应用到自然科学领域,基于黑河上游山区3个站点的气象水文年尺度数据及季尺度数据,对1959~2009年的降水、温度、潜在蒸散发与出山口径流量分别进行单位根检验、协整检验和格兰杰因果检验,讨论了不同气候要素与径流变化的关系。研究表明：面板数据分析方法同样适用于自然科学领域;各检验结果表明降水、潜在蒸散发对径流存在显著的效应,跟温度相比,潜在蒸散发对径流的影响更为显著,能够更好地表征水文特征;季节尺度上的分析更为细致的说明了降水和潜在蒸散发对径流的影响。利用面板回归模型对黑河流域上游气候变化对径流的驱动影响进行不同情景下的分析,以当前气候条件为本底,结果表明,若气温升高,降水增加,则降水对径流的驱动力减弱,降水减少,则降水对径流的驱动力增强;而降水的变化则不影响气温对径流的驱动作用     

近52a西南地区潜在蒸散发时空变化特征

潜在蒸散发对水资源评价和气候变化均具有重要意义。采用Penman-Monteith公式和气象观测资料计算了中国西南地区90个气象站的潜在蒸散发,并采用多种统计方法分析了潜在蒸散发的时空变化特征。结果表明:(1)西南地区近52a的平均潜在蒸散发为3 209.8 mm,其中云南省潜在蒸散发最高(3 664.7 mm),其次为四川省(3 015.0 mm)、重庆市(2 972.4 mm)、贵州省(2 958.0 mm)。四季潜在蒸散发空间分布特征与年不同,从大到小排序为夏季,春季,秋季,冬季。(2)西南地区整体呈增加趋势(0.9 mm/10 a),其中31个站点呈减少趋势(p0.1),17个站点呈增加趋势(p0.1),其余站点变化趋势不显著。大部分站点春季(55.6%)和夏季(63.3%)呈减少趋势,秋季(62.2%)和冬季(58.9%)则呈增加趋势。(3)经MannKendall突变检验,该区整体潜在蒸散发的突变时间为1995年(p0.05);单个站点突变检验显示,76个站点发生突变,突变年份集中于1980s,未发生突变的站点主要分布于青藏高原东缘。整体上看,近52a来西南地区潜在蒸散发略呈增加趋势,并存在突变点,但部分站点存在相反的变化趋势,这和复杂的地形环境和气候特征有较大关系,体现出西南地区水文气象变化的独特性。     

基于SWAT模型的汉江流域水资源对气候变化的响应

汉江流域未来的气候变化趋势和对水资源的影响,将直接关系到南水北调工程和引江济汉工程的使用和效益。因此,分析研究汉江流域水资源对气候变化的响应特点,可为地面调水、空中水资源开发、应对气候变化的不利影响和更好地保护南水北调中线水源区的水资源提供科学依据。以1971～2000年为基准期,应用SWAT模型对汉江流域基准期内的逐月径流进行了模拟;在30 a基准期径流模拟的基础上,以全球变化背景下可能出现的25种不同气候变化模式为假设条件,模拟出各假设气候变化模式下汉江流域水资源状况,获得了各气候变化模式下汉江流域水资源相对于基准期的变化率,研究了汉江流域水资源对气候变化的响应程度。结果表明：模型模拟精度高于评价标准（〖WTBX〗Ens>05,r2>06〖WTBZ〗）,SWAT模型适用于汉江流域的径流模拟;不同气候变化情景下,汉江流域径流变化较实际蒸散发的变化明显;降水对地表径流、基流的影响要大于气温;气温对实际蒸散发的影响大于降水;降水增加或气温降低都会导致径流增加,而降水增加或气温增加都会导致实际蒸散发的增加.     

近50年鄱阳湖流域实际蒸发量的变化及影响因素

流域的实际蒸发是水文循环和水量平衡的重要组成部分,分析鄱阳湖流域的实际蒸发对该流域水资源研究有重要意义。选取应用范围较广的互补相关蒸发模型,估算鄱阳湖流域9个气象站1955～2001年实际蒸发量,采用统计学方法分析该时段流域实际蒸发的年内变化特征。结果表明:流域蒸发年内呈单峰型变化,峰值出现在7月份;季节变化上,夏季最大,冬季最小,春季高于秋季。选用Db3小波函数分析9站蒸发量变化趋势,结果表明:该流域蒸发量在计算时段内呈现逐步下降趋势,1998年左右转折,之后下降速度变缓。与流域同期降水量、潜在蒸发量以及太阳辐射、温度、水汽压差和风速等气象要素的对比分析认为,实际蒸发量下降的主要是由太阳净辐射和风速的下降引起的.     

基于MODIS数据的堵河流域生态指数变化及与气候因子的相关性分析

堵河流域是南水北调中线工程的重要水源区,流域的生态环境决定着南水北调的经济效益和水质状况.基于MODIS影像(2001～2017年)、数字表面模型(DSM)与气象数据,采用均值统计法、一元线性回归趋势法和相关分析法对堵河流域总初级生产力(GPP)、归一化差异植被指数(NDVI)、和蒸散发(ET)等生态指数的时空变化特征及其与气象因子的相关性进行研究,探讨堵河流域生态环境演变规律及其气候响应特征.结果 表明:(1)堵河流域多年月均GPP、NDVI和ET分别为1868.67 gC/(m2·month-1)、0.605和959.975 mm/month,植被覆盖率较高;多年年均GPP、NDVI和ET呈现相似的空间分布规律,堵河南岸值均高于北岸,竹溪河流域值均最低,最高值均位于神农架林区在内的高海拔区域.(2)年均GPP、NDVI和ET值总体呈波动上升的趋势,表明堵河流域的生态环境在向好的趋势发展;年内呈周期性单峰变化趋势,7月达到最大值;具有较强的季节性,夏季GPP、NDVI和ET值最大,冬季最小.(3)流域月均NDVI、ET和GPP之间均具有较强的正相关性,其中月均NDVI与月均GPP\ET的相关系数R2均为0.65,月均ET与月均GPP的R2为0.70.(4)流域月均GPP与月均降水的相关性强于月均气温,而NDVI、ET与气温的相关性均大于降水;GPP、NDVI和ET的变化与气温、降水呈现同期变化规律,NDVI、ET和GPP的变化对气候因子的响应不到一个月的滞后性.     

秦岭南北潜在蒸散量时空变化及突变特征分析

根据秦岭南北54个气象站1960～2011年逐日数据,利用FAO Penman Monteith公式计算出各站的潜在蒸散量（ET0）。采用样条曲线插值法（Spline）、气候倾向率、Pettitt突变点检测、相关分析等方法对该区ET0的时空变化特征以及影响其变化的气象要素进行了分析。结果表明：（1）研究区多年平均ET0为9642 mm,空间分布呈东高西低格局。各分区按其大小排序为秦岭以北>秦岭南坡>汉水流域>巴巫谷地。四季ET0分布特征与年尺度上的结论基本一致,4个季节按其大小排序为夏季>春季>秋季>冬季;（2）近52 a ET0下降的站点占本区站点总数的比例排序为汉水流域>秦岭南坡>巴巫谷地>秦岭以北,秦岭以南的广大地区相对于秦岭以北ET0下降更明显,春季大部分（78%）站点ET0上升,夏季绝大部分（91%）站点显著下降,秋季和冬季变化趋势不明显;（3）年尺度和春季ET0突变点集中出现在1979～1981年和1993年,夏季85%的站点发生了突变,其中89%发生于1979年,秋季和冬季的突变特征无明显规律可言;（4）夏季降水与潜在蒸散量变化趋势的空间分布整体上呈相反趋势,呈相反趋势的站点占站点总数的70%,秋季则达到76%。23个站点中绝大多数ET0与日照时数、最高气温、平均气温和平均风速呈显著水平（P<001）的正相关关系,相关系数排序为日照时数>最高气温>平均气温>平均风速。风速和日照时数的降低是导致秦岭南北ET0减少的主导因素,风速和日照时数的下降导致夏季和冬季ET0减少,气温上升导致春季和秋季ET0增加或整体保持稳定     

南水北调中线丹江口库区生态环境质量评价

以南水北调中线工程的主要淹没区和水源地--丹江口库区为研究区域,以区域生态环境质量评价理论为基础,以遥感影像为主要数据源,选取水热条件、地形地貌、土地利用和土壤侵蚀等环境评价因子,建立生态环境质量综合评价模型,对丹江口库区的生态环境现状进行定量评价。结果表明：库区的自然生态环境现状整体一般偏好,达到良好标准的占43.24%,较差及以下的面积达到区域总面积的1006%。较好地段主要集中于河谷平坝,500～1 000 m的中海拔地区生态环境质量差异较大,生态脆弱度高。库区中东部地区相对较好,北部和西部相对较差。需要采取积极的生态环境保护措施,以保障南水北调中线工程的安全运营和效益的充分发挥。     

上海高温和低温气候变化特征及其影响因素

基于上海11个气象站逐日最高、最低气温、降水资料和西太平洋副热带高压(简称副高,下同)环流指数,分析了上海夏季高温和冬季低温的气候变化特征及其影响因素。结果表明,1873～2007年,上海高温日数表现为少-多-少-多的年代际变化,低温日数则表现为多-少的年代际变化。2001～2007年,上海年均高温日数、各级高温过程数和高温过程日数都最多,低温日数、低温过程数和低温过程日数都最少。1960～2007年,上海每年高温日数与当年夏季副高面积和强度指数显著正相关,低温日数与当年冬季副高面积和强度指数显著负相关。降水对上海极端气温有一定的缓解作用,上海高温日数与夏季降水量弱显著负相关,低温日数与冬季降水量显著负相关。上海高温过程数受城市化影响较大,其时间变化具有明显的城郊差异,低温过程数则受城市化影响较小。     

长江中游城市群太阳辐射长期变化特征及其与气象要素的关系研究

基于长江中游5个气象辐射站点1961年以来的每日太阳辐射成分及其他气象观测数据,应用线性回归、相关分析、Pettitt突变检验等方法,探讨了近半世纪以来长江中游城市群太阳辐射的变化特征,指明地面接收太阳辐射的突变年份,并分析了太阳辐射与相关气象要素的关系。结果表明:近53年来长江中游地面接收太阳总辐射呈现先下降("变暗")、后上升("变亮")的趋势,该区域的辐射变化与全球范围内的"变暗"及"变亮"的变化趋势是一致的。日照时数与太阳辐射呈现较为显著的正相关性,相关系数r为0.63;而降水量则与太阳辐射呈现负相关性,相关系数r为–0.41。太阳辐射的这种突变变化也直接导致了气温的变化,在"变暗"阶段,太阳辐射与最高气温、气温日较差呈现出显著的正相关性,相关系数分别达到0.61和0.82,但其与最低气温、平均气温的相关性则不显著;在"变亮"阶段,太阳辐射与最高气温、气温日较差、平均气温呈现出正相关性,相关系数分别为0.56、0.62以及0.46,但其与最低气温的相关性则不显著。     

基于Copula模型的丰枯频率分析——以南水北调西线工程调水区径流与黄河上游来水的丰枯遭遇研究为例

以道孚、绰斯甲、足木足和兰州水文站1960～2000年的同步天然年径流量系列为基础,应用Copula方法构造了南水北调西线一期工程调水区径流与黄河上游来水之间的联合分布,具体分析了调水区径流与黄河上游来水的丰枯遭遇频率。结果表明：由西向东依次按鲜水河、绰斯甲河、足木足河的顺序,调水河流与黄河上游丰枯同步（异步）的频率在递增（递减）,到了足木足河,其丰枯同步的频率已大于丰枯异步的频率;有利于调水到黄河的频率在递减,但仍保持在30％以上,略大于南水北调中线工程的利于调水频率;且调水区径流与黄河上游来水同枯的频率维持在26％以下,这些对于南水北调西线一期工程的实施都是有利的。     

东线南水北调工程对长江口咸水入侵影响及对策

南水北调工程是长江流域继三峡工程后的又一重大工程，工程建成后对长江河口的环境与生态有何影响以及影响程度如何是众所关注的一个重要问题。南水北调是大规模的跨流域调水，有东，中，西线三种方案，它建成后必将对长江口的自然环境产生影响，这种影响可能涉及径流，泥沙，咸水入侵，岸滩冲淤，航道，水产，渔业和生态环境等诸多方面。根据有关初步设计资料及长江河口的流量和盐度等实测资料，用统计的方法对东线南水北调调水500，700和1000m^3/s后对长江口咸水入侵的影响进行了初步预测。为了减少其不利影响，还提出了采取加快实施北支整治工程，尽快建造新的避咸蓄淡水库，确定调水的控制流量和三峡工程提前蓄水等措施，供南水北调工程决策和设计部门参考。若参采取这些措施，南水北调对咸水入侵造成的负面影响是可以缓解或抵消的。     

中线调水工程实施后汉江下游水运条件与沿江地区发展——以荆门市为例

南水北调中线一期调水方案,拟定在汉江中下游建设系列补偿工程,即兴隆枢纽、引江济汉、局部航道整治和部分闸站改建4大工程,以减少因调水可能给汉江中下游造成的不利影响。补偿工程实施后,不仅会改变汉江下游水文条件和湖北中部河网格局,而且使汉江下游水运条件也发生新的变化：一方面可一定程度地提升河道的通航能力,另一方面开辟了新航道,改变下游水运格局。汉江中下游水运条件的变化,给沿江地区经济发展必将带来新的影响。荆门是汉江中下游交接处临江最大的省辖市,针对目前面临的发展水运的机遇及汉江水运存在的问题,应采取有力措施,振兴汉江水运,构建地方经济发展的新支点     

太湖辐射和能量收支的时间变化特征

湖泊的辐射和能量收支的观测研究对于气象学和水文学研究都具有重要的意义。于2012年采用涡度相关系统和小气候观测系统观测太湖表面的辐射平衡、湖泊与大气之间的感热和潜热通量、水温廓线和常规气象要素数据,分析太湖表面辐射及能量收支的时间变化特征以及环境控制因子。结果表明:(1)太湖2012年辐射收支四分量(向下短波辐射、向上短波辐射、向下长波辐射和向上长波辐射)的年均值分别为146.5、9.4、359.7和405.4 W/m~2,反照率的年均值为0.06,各辐射分量日变化和季节变化特征明显;(2)净辐射和热储量日变化趋势相同,正午最高,午夜最低;湍流能量通量的日变化幅度较小;不同天气条件下能量分配具有一定差别:晴天条件下能量分配以潜热通量为主,阴天净辐射能量主要被水体吸收转换为热储量;(3)通过分析湍流能量通量与环境因子的相关性发现:感热通量变化最主要的相关因子是风速与湖–气界面温度差的乘积;风速与湖-气界面水汽压的乘积是潜热通量的主要驱动因子。本研究结果能为边界层气象学、全球能量和物质循环以及湖泊生态环境治理等研究提供理论基础和数据支持。     

基于MODIS数据的安徽区域日蒸散量估算与分析

蒸散的估算在区域能量平衡和水资源研究中具有重要意义,遥感技术发展促进了区域蒸散的研究。利用安徽省气象资料、MODIS数据产品及GIS背景信息,基于SEBAL模型,按1 km空间分辨率进行了面尺度的安徽省日蒸散量估算,并在GIS空间分析模块的支持下对不同土地覆盖类型的日蒸散量进行统计分析。结果表明：遥感估算的蒸散量与利用Penman Monteith公式计算的蒸散量比较,两者之间具有较好的相关性,遥感蒸散估算值整体偏小,不同土地利用类型的日蒸散量间差异显著。遥感蒸散估算方法在安徽省具有一定的实用性,需优化模型参数,以提高其进一步技术推广的前景