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。     

集合经验模态分解在长江中下游梅雨变化多尺度分析中的应用

基于长江中下游流域5个梅雨监测站1961~2012年的日数据,利用集合经验模态分解（EEMD）方法,对研究期内梅雨时间序列进行多尺度的分析,探讨其在不同时间尺度上的振荡模态结构特征。结果表明：近50多年来,长江中下游梅雨变化呈现出显著的年际和年代际尺度振荡特征,在年际尺度上表现出准3 a和6 a的周期变化,而在年代际尺度上显示准13 a和24 a的周期变化;各分量方差〖JP2〗贡献率显示,年际振荡在梅雨长期变化中占据主导地位;自1961年以来,EEMD分解的梅雨长期变化趋势表现出先增加后减少的倒“U”型特征,其中1961~1985年呈上升趋势,1985~2012年呈下降趋势,尤其是在2000年之后的下降趋势最为明显。由此可以看出,EEMD能够有效地揭示梅雨长期序列在不同时间尺度上的变化规律,可用于诊断非线性、非平稳性信号变化的复杂性特征     

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.     

清代1644~1911年期间珠江流域旱涝灾害时空特征分析

通过收集和整理1644~1911年珠江流域旱涝灾害历史文献资料,利用受灾县次划分旱涝等级法重建268a来的旱涝等级序列。并运用滑动平均、累积距平、EEMD、IDW等方法分析旱涝序列的时空特征。结果表明：清代1644～1911年珠江流域旱涝灾害频发,且涝灾的频次略多于旱灾,可以将1644～1911年珠江流域旱涝灾害划分为3个偏旱期和2个偏涝期,旱涝变化存在年际（准2 a、准5 a）、年代际（准10 a、准24 a和准54 a）和准世纪际（准134 a）上的3类变化周期。清代珠江流域旱涝灾害的受灾县次比在空间上存在明显的差异性,总体上洪涝灾害多于干旱灾害。珠江流域各府（州）的干旱灾害空间分布不均匀,整体上由东向西递减,洪涝灾害的频次空间分布上具有区域相连性,主要集中广东、江西两省以及云南省中部地区。     

鄱阳湖流域千年旱涝变化特点及R/S分析

为揭示鄱阳湖流域旱涝变化规律,预测未来变化,搜集整理了鄱阳湖流域地方志、奏折等古文献记载的旱涝记录,根据灾害现象、灾害后果、救灾情况等综合研判旱涝等级。对1160~1950s旱涝频次序列进行了变化周期分析。采用了R/S方法分析了年代际旱涝频次的Hurst指数,结合变化周期分析结果,对1950s以后鄱阳湖流域的旱涝频次变化趋势进行预测,采用基于1951~2010年器测降水量的SPI指数进行验证。研究结果表明:1160~1940s鄱阳湖流域及各子流域的干旱、洪涝频次呈波动变化,周期性变化明显,干旱、洪涝的3~6个年代周期段在整个时段内均非常显著,通过了95%的信度检验;鄱阳湖流域及各子流域的年代际干旱频次的Hurst指数普遍在0.7~0.8之间,洪涝在0.8~0.9之间。预测1950s后鄱阳湖流域年代际旱涝频次整体变化将呈阶段性上升趋势,经验证预测结果与实况较为吻合。     

1961~2010年大渡河流域极端降水事件变化特征

基于大渡河流域1961~2010年逐日降水数据资料,运用Mann-Kendall非参数检验、Morlet小波分析法,分析了近50a来大渡河流域极端降水事件的时空变化特征。结果表明,大渡河流域的极端降水指数均呈现出相对稳定的波动增加;多年平均值均呈现出由西北向东南方向逐渐增多的分布特征,变化趋势的空间分布存在着区域差异:除强降水日数外,其他极端降水指数均呈现下游增加,上游减小的变化趋势,大渡河流域极端降水与年降水量变化趋势密切相关。大渡河流域各指数突变特征不一致,1d、5d最大降水量突变年集中在1974~1976年前后;强降水日数、极端降水量及极端强降水日数发生突变的年份分别为1984年、1979年及1977年,且突变后呈现明显的增大趋势。大渡河流域极端降水指数周期特征较复杂,但普遍存在5~10a的年际振荡周期和20~25a的年代际振荡周期,且25a是最强的主周期。     

基于遥感的2000~2009年鄱阳湖流域蒸散特征及影响因子研究

蒸散是水循环过程重要的分量,分析鄱阳湖流域蒸散的时空格局及影响因子作用对流域水资源合理利用和提升流域生态服务功能具有重要意义。以MODIS产品数据为主要数据源,应用地面温度 植被指数三角关系法反演了鄱阳湖流域2000~2009年的实际蒸散量,分析了流域蒸散的时空分布特征及主要气象因子对流域蒸散的影响。结果表明：（1）鄱阳湖流域蒸散具有很强的空间异质性,蒸散较大的区域位于湖区水域和流域森林分布区域,而湖区周围和流域中部的农田和草地蒸散相对较小。2000~2009年流域年均蒸散量为795 mm。2003、2004、2007和2009年的枯水年份,蒸散值较高,变化范围为802~890 mm;（2） 鄱阳湖流域各子流域年蒸散量为666~1 031 mm,其中饶河和修水流域蒸散量高于其他流域,这是由于这两个子流域林地所占比例较高（大于70%）。流域蒸散占降水的比例为04~07,从年尺度上整个流域仍表现为水分盈余,但年内分配不均;（3） 流域蒸散与辐射和气温呈显著正相关关系（P＜001）,而蒸散年内分布格局则与降水格局有关,表现为月降水距平越小,月蒸散量越大。在枯水年份,降水格局对蒸散的影响尤为显著     

2000~2013年鄱阳湖流域蒸散量时空变化

蒸散是陆地表面水分循环的重要过程,是研究流域水资源、水循环等领域的重要参数。以鄱阳湖流域为研究对象,利用鄱阳湖流域5个主要子流域水文控制站监测流量资料和气象站监测降水资料,根据水量平衡原理计算各子流域年度蒸散,验证MODIS蒸散数据产品（ET_MOD）,并分析2000~2013年鄱阳湖流域蒸散时空变化状况和土地利用变化对蒸散量的影响。研究结果表明：（1）ET_MOD具有较高的精度,年蒸散量的平均误差为165.9 mm,平均相对误差为9.78%;（2）2000~2013年鄱阳湖流域的年蒸散变化范围875.4~912.2 mm;鄱阳湖流域总蒸散量呈先增加后减少的“几”字形季节变化特征;（3）从蒸散量与地形特征的关系看,鄱阳湖平原区蒸散量低,周边的山地丘陵区较高;各子流域的蒸散量表现为：赣江流域 > 抚河流域 > 信江流域 > 修水流域 > 饶河流域;（4）土地利用方式对蒸散量有显著的影响,各土地利用类型的平均蒸散量表现为：林地 > 农田 > 草地 > 未利用地。     

安徽省近50年雷暴的时空变化特征及影响因素

利用安徽省78个气象台站1961～2009年逐日雷暴资料,统计出历年各站雷暴日数并建立时间序列,通过趋势分析、EOF分析、小波分析、MK突变检验等方法对安徽省近50年雷暴的时空变化特征及影响因素进行分析。结果表明：安徽省雷暴日数存在显著的减少趋势;空间分布为南部多于北部,山区多于平原;季节分布为夏季最多,春季次之,秋季相对较少,冬季很少出现雷暴;初雷日期推迟而终雷日期提早,雷暴期有缩短趋势;安徽省所有台站的雷暴日数均在减少,其中江淮之间西南部及皖南南部减少的幅度最大;雷暴日数EOF展开前3个模态累积方差贡献达987%,第一模态为全省一致型,第二模态为南北相反型;雷暴日数存在10~12年和2~3年左右的周期,在1976年存在一次显著突变;雷暴的时空变化与大气环流、纬度、地形、季节等因素有关     

鄱阳湖生态经济区近60年极端温度事件变化特征研究

利用环鄱阳湖生态经济区6站逐日气象数据,建立了该区1952~2011年近60 a极端温度事件演化序列。研究表明：（1） 环鄱阳湖生态经济区极端高、低温事件线性趋势分别为04、-27 d/10 a;冷、热日持续指数线性趋势分别为-04、-24 d/10 a;（2）近60 a间,环鄱阳湖生态经济区内极端温度事件表现出两个明显的高频数（不稳定阶段）和低频数（稳定阶段）。其中极端高温事件和热日持续指数两个阶段分别为：1952~1979年和1980 ~2002年;极端低温事件和冷日持续指数两个阶段分别为：1952~1985年和1986~2007年;（3）近60 a以来,极端高温事件和热日持续指数在1970s晚期至1980s初期发生了较大变化,此前主要表现为叠加在弱准12~13 a周期下的强准7 a周期,之后主要表现为准9 a周期,并有不连续的4~5 a周期;极端低温日数和冷日持续指数周期性在1950s~1990s表现为弱11~12 a周期,1970s晚期至1990s则表现为弱准5 a周期;（4）环鄱阳湖生态经济区内极端低温事件是气候变暖背景下对冬季风强度的敏感响应,极端低温事件的高频数（强烈波动）主要发生在强冬季风背景下,弱冬季风条件下则出现相反情况。而极端高温事件与夏季风强度关系复杂的多,其原因尚待进一步研究     

长江流域月降水的多尺度随机特征及其分区

提出了一种基于集合经验模态分解的多尺度信息熵方法来分析长江流域138个气象站1961～2016年的月降水在不同时间尺度下的随机性,然后,采用模糊C均值聚类(FCM)算法对流域月降水进行空间区划,最后,探讨各区平均月降水序列与厄尔尼诺1+2区的平均海表温度(NINO1+2)之间的时滞相关性.结果表明:(1)长江流域月降水存在明显的季节、年际和年代际变化特征;(2)流域月降水在不同时间尺度下的随机性均呈现出东部高-西部低的空间分布模式,并且流域月降水的IMF分量的随机性随时间尺度的增大而降低,且不同地区间其随机性的差异越来越大;(3)流域月降水在各IMF分量上的随机性沿纬向自西向东逐渐增大,而沿经向呈现出拟均匀性;(4)流域月降水在空间上可划分为6个一致性子区域:西部高原区、西南部横断山区、北部低山盆地区、南部低山丘陵区、东南部鄱阳湖平原区和东部长江三角洲区;(5)流域各区平均月降水对NINO1+2的最佳响应时滞自东南沿海向内陆地区依次由2个月延长至4个月.     

基于环境同位素的鄱阳湖与长江关系变化解析

在气候变化和三峡工程调节的双重影响下,长江中下游通江湖泊江湖关系发生显著改变,而最大的通江湖泊—鄱阳湖—水情的变化及其引发的一系列生态和环境问题受到了高度重视和关注。为了揭示不同时期鄱阳湖与长江间的江湖关系,并初步分析三峡运行对鄱阳湖水情的影响,通过对鄱阳湖北部通江水道湖水、降水和九江段长江干流水同位素特征进行调查并探讨长江水与湖水同位素联系。结果表明:湖水、降水和长江水中δ~(18)O和δ~2H值存在明显的季节和空间变化,可用于揭示湖泊与长江间的关系。在三峡调洪削峰期(7月)湖水δ~(18)O和δ~2H值明显要高于长江水,且湖水主要以外排形式补给长江为主,其比例达75%;在三峡蓄水期(10月)长江水位高于湖口水位,从鄱阳湖出口到老爷庙湖水与长江水同位素值具有较高的相似性,表明了此水域受长江水倒灌影响;而在三峡蓄水期(11和12月)湖水同位素值偏大说明了其受到一定较强的蒸发富集影响。三峡水库运行明显改变了长江水位和流量,进而影响了鄱阳湖与长江的补排关系,调洪削峰调度阶段,较高的长江水位对鄱阳湖存在一定的顶托作用,导致湖水难以排泄。因此,三峡水库的调度需要考虑到鄱阳湖流域水情,以免加重该流域丰水期的洪涝灾害和枯水期的水资源短缺。     

卫星遥感洞庭湖主汛期水体时空变化特征及影响因子分析

基于1989~2011年的长时间序列卫星遥感数据,利用综合水体信息提取方法提取了洞庭湖区6~9月主汛期的水体信息,通过较高分辨率卫星遥感数据验证,水体面积提取精度达到90%以上。洞庭湖年平均径流入湖量、NCEP再分析资料计算的湖体上空和流域累计月平均降水量分别与水体面积变化的关系进行分析,结果表明: 1989~2011年间洞庭湖水体面积最大值主要分布在7和8月,这两个月也是洞庭湖区域发生洪涝灾情的高风险期;洞庭湖水体面积与年平均径流入湖水量的相关系数为0.67(置信度为95%);2003年以前,洞庭湖主汛期间水体面积波动比较大,2003年三峡水库运行后,洞庭湖的面积波动有所减少;洞庭湖上空累计月平均降水量对于水体面积存在正相关性,相关系数为0.68(置信度为99%);2003年以前,洞庭湖流域累计月平均降水量和水体面积相关系数为0.50(置信度为90%),2003年三峡水库运行后,两者相关性有所减弱。     

鄱阳湖水位-淹水面积关系不确定性的分析

湖泊淹水范围的时空变化特征往往决定了湖泊湿地的景观结构和功能。鄱阳湖是我国最大淡水湖,水位和淹水范围的季节变化悬殊,鄱阳湖淹水特征对研究鄱阳湖湿地生态系统的结构与功能都具有显著意义,过去很多研究关注鄱阳湖水位-淹水面积关系,不同的研究者得到的水位-淹水面积关系各有差异,表现出一定的不确定性。利用多时相的卫星遥感影像提取的鄱阳湖水面面积的基础上,结合鄱阳湖长时间序列的水位观测资料,探讨鄱阳湖水位-淹水面积关系不确定的原因。研究结果表明:(1)尽管鄱阳湖水面面积与水位表现分段线性关系,但在相同水位条件下,鄱阳湖水面面积表现出较大的不确定性;(2)鄱阳湖水位表现南高北低的空间异质性格局,随着水位增加,鄱阳湖水位的空间异质性降低,并且水面坡降具有季相性,相同水位下退水期的水面坡降大于涨水期的水面坡降;(3)受洲滩地形和"堑秋湖"渔业方式的影响,相同水位下退水期出露洲滩中子湖泊的水面范围大于涨水期中子湖泊水面范围;(4)此外,鄱阳湖采砂显著改变采沙场的湖盆地形,从而改变低水位下的主要采沙场的淹水范围。综上所述,鄱阳湖水位-淹水面积关系的不确定性除了受湖盆地形、"五河"来水、长江顶托等自然原因,还有采砂和堑秋湖渔业方式等人类活动的原因。     

基于洪旱灾害的雅鲁藏布江流域水资源脆弱性时空差异分析

水资源脆弱性分析是确立区域水资源问题和调控水安全的重要环节。雅鲁藏布江流域水资源丰富,但时空分布不均,洪旱灾害频发、经济欠发达,导致水资源脆弱性明显。基于1965～2014年的气象月尺度数据,分析流域降水分布特征、确定其干湿分区;采用标准化降水指数认识流域洪旱灾害时空分布状况,并从洪旱灾害及沙漠化、供用水及用水效益、调控能力3个方面构建流域水资源脆弱性指标评价体系,运用熵权法分析时空差异特征。结果表明:(1)流域多年平均降水量458 mm,空间上从西北向东南方向递增,上游日喀则市大部、中游拉萨市和山南地区属于中等干旱区,下游林芝市为湿润区;(2)流域内4区/市均易发生春旱和盛夏洪涝,干旱灾害发生率高于洪涝灾害发生率,拉萨市和林芝市易发生干旱重灾,山南地区易发生洪涝重灾;(3)流域及4区/市在2005～2014年间水资源脆弱性均呈下降趋势,山南地区、林芝市的降幅大于日喀则市、拉萨市;(4)流域水资源脆弱性的主导因子为干旱、洪涝、用水效益、管理能力、地区生产总值。流域水资源脆弱性特征为由洪旱灾害主导、调控能力弱、水资源利用效率低。     

近十年鄱阳湖区极端干旱事件频发现象成因初析

近10 a来鄱阳湖区极端干旱事件频发,引起国内外媒体舆论的广泛关注。针对这一情况,运用流域降水、地表蒸散和出湖径流等数据,从流域水量收支平衡的角度,较为系统地分析了导致鄱阳湖区极端干旱事件频发的原因。结果表明,近10 a来鄱阳湖水文干旱起始日期提前,枯水期拉长。虽然干旱持续时间的长短呈现2~3 a的波动,但在总体上呈现逐渐加长的趋势。从流域水分收支的角度来看,近10 a来以水分亏缺为主,流域降水亏缺是基本的致旱因素,流域蒸散量增加则起到一定的增强作用,而出湖径流所起的作用比较复杂,在多数情况下其致旱的影响程度弱于流域降水作用。长江顶托作用强弱变化可以调节流域的水分收支平衡,强化或者减轻湖泊的干旱程度。2003、2004、2007、2008和2009年发生的极端干旱事件主要由流域水分收入项的大幅度减少所造成的,而长江水情变化在多数情况下加剧了流域水分收支的不平衡。这些研究结果明晰了鄱阳湖流域气象干旱与湖泊水文干旱之间的关系以及长江水情变化所扮演的重要角色,为应对未来的干旱变化和制定合理的抗旱防旱对策与措施提供了科学的依据     

长江上游旱涝指标及其变化特征分析

利用长江上游流域51个气象观测站1961～2009年降水资料,计算了各站逐年、四季〖WTBX〗Z〖WTBZ〗指数及区域旱涝指数,在此基础上分析了单站〖WTBX〗Z〖WTBZ〗指数旱涝等级划分的合理性,区域旱涝指数的年代际变化趋势,并对区域典型旱涝年的确定及旱涝成因进行了探讨。结果表明：（1）〖WTBX〗Z〖WTBZ〗指数及以此为基础构建的区域旱涝指数能较好地反映长江上游流域年及四季旱涝变化,作为长江上游流域旱涝指标比较合理;（2）长江上游流域年及四季旱涝有明显的年代际变化特征,年及四季的干旱指数与雨涝指数基本呈反位相特征;（3）长江上游流域四季旱涝与500 hPa高度场分布形势有密切关系,除冬季旱涝与海温场关系较弱外,春、夏、秋季旱涝均与海温场关系密切。研究结论对长江上游流域可持续发展及三峡水库科学运营有一定参考意义