气候暖化对中国洪旱极端事件演变趋势影响研究

针对气候暖化加剧区域水循环、增加洪旱灾害风险这一科学问题,利用1960-2005年全国588个气象台站资料,对基于标准化降雨蒸散指数的气象洪旱时空演变特征作了深入分析,并通过Copula函数与气温构建了二维联合分布函数,揭示了气温上升对中国气象洪旱极端事件发生的可能影响。研究发现,在不同的气温上升情景下,不同重现期的极端气象洪旱事件有着不同的响应。希望该研究对气候暖化背景下的中国防洪抗旱减灾及流域水资源管理能作出积极贡献。     

基于游程理论和Copula函数的辽宁省农业气象干旱特征研究

基于辽宁省近30年的气象站点逐月气候数据,计算SPEI-3指数作为农业气象干旱指标,利用游程理论对辽宁省的干旱特征变量进行识别,使用Copula函数同时从站点尺度和区域尺度对辽宁省干旱特征的联合分布和重现期进行了分析。结果表明:Frank-Copula函数对辽宁省农业气象干旱特征变量联合分布特征模拟效果最好;在相同干旱历时和干旱强度的条件下,各站点的联合重现期比单变量重现期小。干旱事件多集中在干旱历时小于4个月,干旱强度小于3的情况下发生;辽宁省不同干旱类型发生概率由高到低的排序为:季内中旱、跨季中旱、月内轻旱、半年以上重旱、月内中旱、季内轻旱。其中在季内中旱、月内轻旱和月内中旱的情况下,辽西地区发生干旱的概率最高;当干旱历时保持一致,随着干旱强度的增加,其最大最小联合重现期有明显增大的趋势;而当干旱强度保持一致,随着干旱历时的增加,不同干旱等级下联合重现期的变化规律不一致。     

基于可变模糊算法的塔里木河流域干旱风险评价

采用级差加权法确定了4种干旱指标的权重系数,分析了不同干旱指标对干旱的贡献,同时运用可变模糊法评价了塔河流域各县市的干旱等级并分析了塔河流域的干旱时空演变特征。研究结果表明:(1)级差加权法确定的干旱指标权重系数中综合减产成数的权重系数最大,秋季降水距平权重最小。巴州地区的农业生产受春旱影响最大,和田地区夏旱对农业生产影响最大,塔河流域西南部克州地区、阿克苏地区秋旱对农业生产影响大。(2)天山南坡地区各县市轻度干旱、中度干旱发生频率高,巴州地区特大干旱发生频率高,但阿克苏地区重度干旱和特大干旱发生频率低;昆仑山北坡县市干旱程度变化恰好与天山南坡各县市变化相反。     

基于SPI的渭河流域干旱特征演变研究

基于渭河流域21个气象站的1961-2010年的标准降水指数(SPI),采用Mann-Kendall趋势检验法研究了各个站点12个月份的SPI、干旱严重程度以及干旱历时的变化趋势,最后运用Copula函数计算了渭河流域两种典型干旱情景下的联合重现期。得到主要结论如下:(1)整个渭河流域干旱趋势明显,其中干旱化显著的月份主要有11、12以及1月,而有湿润化趋势的月份主要集中在7、8月份,此外,干旱严重程度与干旱历时的变化趋势均不显著;总的来说,该流域干旱季节越干旱而湿润季节越湿润的趋势进一步加大了水资源管理的难度,渭河流域存在较大的旱涝风险;(2)就"且"重现期而言,渭河流域发生典型中度干旱和典型重度干旱的联合重现分别为28.9年和53.1年一遇;整个渭河流域发生中度干旱的可能性大,流域西北部发生旱灾的概率要大于东南部。因此,相关部门应该加大渭河流域西北部干旱监测力度,提前做好防灾减灾的准备。     

基于希尔伯特-黄变换的非一致性洪水频率计算方法——以西江大湟江口站为例

西江流域由于大量兴建堤防工程而导致天然河道洪水槽蓄关系发生了改变,进而使得洪水序列失去了一致性。针对西江洪水归槽问题,提出基于希尔伯特-黄变换的非一致性洪水频率计算方法,该方法假设非一致性年最大流量序列由非一致的确定性成分和相对一致的随机性成分两部分组成。将该方法应用于西江大湟江口站,结果表明:(1)1953-2008年最大流量序列经Hurst系数变异分析方法诊断为中变异,说明该序列不满足一致性的要求;(2)同频率同重现期情况下,过去、现状和未来三个时期的最大流量呈增长趋势;(3)Cv在过去(1953年)、现状(2008年)和未来(2015年)三个时期的评价结果为:0.334、0.257、0.25,呈减小趋势,说明年最大流量在多年情况下变化浮动减弱,洪峰流量趋于稳定波动。(4)浔江堤防大湟江口站现有堤坝的防洪标准在过去能达到10年一遇的防洪标准,但现状和未来达不到10 a一遇的要求;(5)典型洪水重现期呈逐年缩短的趋势;(6)相同区间范围内的洪水,过去、现状和未来条件下的洪水发生的概率呈增加趋势。     

青岛环胶州湾地区暴雨特征及暴雨灾害风险分析

通过37年(1971-2007年)的气候资料分析了青岛地区暴雨气候特征和暴雨发生概率及重现期分布特征。基于暴雨是对青岛地区城市建设和发展影响较大的气象灾害,结合1984-2007年的暴雨灾情普查资料,进行了暴雨气象风险评估。总的看来,青岛环湾地区暴雨灾害风险最高的地区在崂山区、胶南市和市北区。     

近50年北京地区主要灾害性天气事件变化趋势

应用1958-2008年逐日气象观测资料,对北京地区的几种主要灾害性天气事件进行了统计分析。结果表明:(1)各种灾害性天气事件的发生频率与强度均具较大的年际变化特征,高温事件的分布为双峰型结构,1990年代以来为高温多发期,年极端高温强度及连续高温日数均有增加的趋势,低温事件的变化趋势则正好相反;(2)强对流天气事件如暴雨、冰雹、雷暴日数的下降趋势不明显,但强度有减弱的迹象,大风、沙尘暴、大雾事件下降趋势明显;(3)北京年酸雨日数上升趋势明显,酸雨pH值的变化表明污染日趋严重;(4)北京气候变暖突变发生前后某些极端天气频率和强度表现出明显差异,其突变点相差1～2 a间隔,表明极端事件对于气候增暖变化需要一个响应过程。     

基于作物水分亏缺指数的吉林省玉米不同生育时段干旱特征分析

利用吉林省1961-2015年46个气象站的逐日气象数据,结合Penman-Monteith方程,计算玉米生育期逐旬需水量(Et_c)、降水量以及作物水分亏缺指数(CWDI),根据干旱等级指标计算逐旬不同等级干旱频率、平均干旱强度以及干旱风险指数,并分析其空间分布和时间变化特征。结果表明:从玉米生长季水分供需状况看,西部地区整个玉米生长季水分亏缺最严重,玉米易遭受干旱威胁,中部发生干旱的威胁次于西部地区,东部发生干旱的威胁最小。西部地区干旱发生频率最高,其次是中部,东部地区干旱发生频率最低,平均干旱强度和干旱风险指数与此有相同的分布特征。各等级干旱基本上是在玉米生长的前期和后期发生频率较高,而在玉米生长的关键期,发生频率相对较小。除个别情况,各时段基本是轻旱发生频率最高,其次是中旱,而重旱发生频率较低,特旱发生频率最低。代表站各时段水分亏缺指数年际变化基本是中前期呈减少趋势,中后期呈增加趋势。不同时段各等级风险区空间分布也存在差异。     

基于GEVcdn模型的珠江流域非一致性洪水频率分析

基于GEVcdn模型(generalized extreme value conditional density network)构建了珠江流域非一致性洪水频率模型。结果表明:多数站点呈非一致性变化特征,主要分布在西江和东江;在某些传统洪涝灾害易发区域,洪水极值序列呈上升趋势,将面临更加严峻的防洪风险。珠江流域洪水集中发生在两个时段,即1960年代和1990年代中期以后;基于非一致性算法的重现期体现出与一致性算法重现期的明显区别;珠江流域主要堤围基于非一致性算法的失败风险明显高于一致性条件下的失败风险而显示出较大的隐患。     

基于泊松-对数正态复合极值模型的洪水灾害损失分析

在国际紧急灾害数据库的支持下,得到了中国在1980-2008年间发生的年洪水灾害发生次数、年单次洪水灾害经济损失极大值和年洪水灾害经济总损失3个统计指标;根据复合极值理论,利用泊松-对数正态复合极值模型对洪水灾害经济损失进行了分析。研究结果表明:(1)洪水灾害经济损失遵从对数正态分布;(2)单次极值经济损失与年经济总损失具有高度相关性;(3)复合极值方法可有效地用于洪水极值重现期的重建;(4)与传统的经验频率计算方法相比,该方法能克服因资料年限短、数据不足而造成的洪灾重现周期估算困难。     

极端天气 全球共“享”

正极端天气气候事件是指天气(气候)的状态严重偏离其平均态,在统计意义上属于不易发生的事件。通俗地讲,极端天气气候事件指的是50年一遇或100年一遇的小概率事件。随着全球气候变暖,极端天气气候事件的出现频率发生变化,呈现出增多增强的趋势。联合国政府问气候变化专门委员会(IPCC)公布的评估报告表明,过去50年中,极端天气事件特别是     

近130年来赣江洪水灾害事件重建与特征诊断

利用赣江河漫滩相堆积剖面的415个样品,基于植物残体AMS-14C+137Cs/210Pb方法建立年代序列,利用粒度组份和粒度参数(包括平均粒径、粒度频数曲线和概率累积曲线等)指标,较高分辨率地辨识和重建了近130年来赣江流域的洪水灾害序列,并将其与太阳活动和ENSO事件进行了对比分析,结果表明:赣江近130年来洪水沉积物分层明显,沉积物的粒度组份特征和粒度参数特征在洪水期和平水期模式下差异明显,可以很好的指示洪水灾害事件,并识别出18次大小不同的洪水灾害事件。MK检验与累积距平分析结果表明,1954年和1977年附近发生过两次突变。1882-1911年和1943-1977年属于旱涝波动时期;而1911-1943年和1977-2014年则分别属于涝多于旱和旱多于涝的时期。小波分析表明,赣江流域旱涝变化以4年、16年、42年、74年为主要周期。交叉谱分析结果表明,赣江流域旱涝变化在11年尺度上与太阳黑子变化相关性明显,并且贯穿整个研究时段。2~8年尺度上赣江流域旱涝变化与ENSO事件相关性明显,可能与ENSO的2~7年周期有一定关系。     

淮河流域极端降水空间分布及概率特征

利用淮河流域110个气象站点1959年1月1日至2008年12月31日的日尺度降水数据,建立了AM及POT极端降水序列,通过4大类33种概率分布函数对其进行了拟合,以建立最优概率分布模型,并利用其参数分析淮河流域极端降水的空间分布及概率特征。研究发现:(1)淮河流域1959-2008年日极端降水的空间分布为东西两端高并逐渐向流域中心降低,且有淮河上游地区及沂沭泗流域东部两处强降水中心;(2)经K-S法检验,Wakeby函数是AM及POT序列的最优概率分布函数。50a一遇的日极端降水预估值与1959-2008年实际最大日极端降水值的误差率随着实际降水量的增加而增大,且大多数站点的误差率在20%以下;(3)通过对最优概率分布模型参数的分析,得出河南省驻马店地区、安徽省阜南和淮南地区以及皖鲁苏交界地区的极端降水发生概率较大,淮河中上游干流周边地区及下游地区的极端降水变化不稳定;(4)以最优概率分布模型的形状、尺度参数为指标,绘制了淮河流域极端降水风险图,为极端降水风险管理与预警工作提供参考。     

我国沿海风暴潮灾害发生频率空间分布研究

基于我国沿海验潮站和水文站典型重现期数据,综合考虑风暴增水和超警戒潮位,分析了我国沿海一般潮灾、较大潮灾、严重潮灾、特大潮灾的发生频率,揭示了不同等级潮灾的发生频率在我国沿海空间分布特征。结果表明我国沿海大部分地区受风暴潮灾害影响,鸭绿江口沿岸、河北秦皇岛和唐山北部沿岸、成山头-青岛沿岸、广西防城港沿岸、海南东南部和南部沿岸风暴潮灾害发生的强度和频率都不大;渤海湾、莱州湾、长江口、杭州湾等区域是风暴潮易发区,发生特大潮灾概率较低但严重潮灾发生的频率较高;福建北部福州到浙江南部台风沿岸、广东珠江口到阳江沿岸、雷州半岛东部沿岸是风暴潮灾害严重区,特大潮灾发生频率最高。基于不同等级潮灾发生频率的空间分布提出了我国沿海风暴潮灾害防御对策与建议。     

华北平原气候变暖对气象灾害发生趋势的影响

利用华北平原1961-2005年逐日平均气温,最高、最低气温和降水资料,从强度和频率两方面对比分析了该平原地区1961-1991年(Ⅰ阶段)和1992-2005年(Ⅱ阶段)的高温、低温、旱、涝及暴雨灾害事件发生频率和强度的空间变化特征。结果表明:年平均气温在1992年发生变暖突变,气候变暖使得华北平原北部、东部大部分地区高温频率、强度增大,南部减小;低温频率、强度在整个研究区域内减小明显,河北西南部、河南东部以及山东半岛频率减小幅度较大,北部低温强度减小幅度大于南部;不同等级旱灾的发生频率在整个华北平原都有所增大,北部尤其明显,涝灾发生频率增大的区域主要在东部和南部;北京以北、山东中部以及河南大部分地区暴雨发生频率在气候变暖后增大。     

风险分析基本方法探讨

面对未来不利事件的不确定性,对其情景的认识只能进行风险分析。人们研究出了许多的风险分析方法,但基本方法只有5种:发生概率计算法、暴露评价法、危险辨识法、期望值计算法和经验合成法。它们的共同点是:(1)明确具体风险内涵,框定风险问题涉及的系统;(2)涉及风险源、影响和后果;(3)进行不确定意义下的量化分析。由此我们总结出风险分析基本原理,并确认了自然灾害风险分析基本原理和自然灾害风险分析的基本模式。     

吉林省夏季极端降水事件特征分析

利用吉林省46个气象站1961-2010年逐日降水资料,采用百分位定义极端事件阈值的方法,对吉林省极端降水事件的时空分布及变化趋势特征进行了分析。结果表明:(1)吉林省极端降水事件主要发生在夏季,其中5%的降水日数贡献了该季度25%～30%的降水量;夏季极端降水强度以通化地区最强、东部山区最弱,极端降水频率东部山区最大、西北部最小;(2)吉林省100mm以上的极端大暴雨天气也时有发生,通化地区南部发生几率最大,约为4～6 a一遇;中部一带约为8～10a一遇;西北平原区和东部山区出现大暴雨概率很小。(3)近50a吉林省夏季极端降水事件稍有增多的趋势,而强度变化趋势不明显,但存在明显的地域差别,西北部表现为频率减少、强度减弱,中部和东南部表现为频率增多、强度增强。(4)极端降水事件存在年代际差异,20世纪70年代极端降水频率最小,90年代极端降水强度最大,60年代初期极端降水强度存在由强转弱的突变。     

气候变化条件下21世纪中国九大流域极端月降水量时空演变分析

基于广义极值分布(GEV)建立了极端降水统计模拟模型,以20 a一遇重现期定义极端降水事件,利用误差订正与空间分解方法(BCSD)降尺度后的耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的全球气候模式模拟及预估月降水数据,对中国九大流域未来21世纪极端月降水量时空变化进行了预估分析,同时评估了CMIP5数据(降尺度后)对中国区域极端降水事件的模拟效果,探讨了极端降水和平均降水之间的相关性特征。结果表明:CMIP5数据在中国区域模拟效果良好,基本能保证在一个较高的可信度水平;1901-2005年历史极端月降水量呈"东南多、西北少"的分布格局,未来21世纪上下半叶各流域极端月降水量分别表现出+3.2%~+12.8%和+7.7%~+24.7%不同程度的增长趋势,增强变化形成近似由西北往东南"高-低-高"的空间分布格局;未来情景模式假定的辐射强迫加剧了未来极端月降水量的增长变化,尤其表现在21世纪下半叶;极端降水和平均降水在未来变化方面,北部和中部流域基本保持正相关性,而南部东南诸河流域和珠江流域呈负相关性。     

基于格点数据的柴达木盆地极端干旱变化特征分析

利用标准化降水蒸散指数,分析了柴达木盆地极端干旱事件发生的时空变化特征。研究得到以下结论:(1)1961-1990年极端干旱发生面积覆盖率相对较低,从1990年开始显著增大。极端干旱发生面积覆盖率1961-1970年最小,2001-2010年最大;(2)7,8,9这3个月,整个盆地都发生了极端干旱状况。1994-2001,2004-2007,2009-2013年是柴达木盆地极端干旱发生状况比较严重的时间段;(3)1961-1976年中小灶火有极少年份发生极端干旱。都兰1977-2013年极端干旱发生频率显著上升,大柴旦发生频率变化不大。小灶火和茫崖1977-2013年所有等级干旱发生频率均高于1961-1976年;(4)都兰极端干旱发展过程呈显著的双峰发展态势,小灶火和茫崖呈显著的双月型发展态势,大柴旦呈显著的U型发展态势。     

基于综合干旱指数的黄河流域干旱多变量概率特征研究

变化环境下,全面掌握干旱演变特征对流域水资源管理具有重要意义。基于黄河流域1952-2012年月降水和径流资料,采用Copula函数和综合干旱指数(MSDI)分析了干旱多属性概率特征及其动态变化,运用交叉小波变换,探究了太阳黑子、大气环流异常因子(AO、ENSO)和植被覆盖指数(NDVI)对黄河干旱的影响。结果表明:(1)MSDI综合了SPI和SRI的优势,能够系统全面地反映流域干旱情况;(2)流域上游和中游部分分区不仅容易受到干旱的侵扰,且干旱风险还在加剧;(3)太阳活动、AO、ENSO以及NDVI都对黄河流域干旱有影响,其中太阳活动不仅直接影响MSDI的变化,也通过影响AO和ENSO间接影响MSDI的变化。