汉江流域1956~2016年汛期降水时空演变格局

基于汉江流域96个雨量站点1956~2016年长系列降水数据,采用数理统计法诊断了汉江流域汛期降水时空演变特征。研究发现汉江流域汛期面平均降水历年总体变化趋势不显著,但在1989年存在较强跳跃性,并伴随有22 a、8 a和3 a主周期震荡;受流域气候及地形影响,流域汛期降水空间分布不均。流域上游西南区和汉江下游等地常成降水中心,易形成“辐射型”、“南北型”和“东北-西南型”3种空间分布模态,方差贡献率分别为41.1%、12.4%和7.6%;近年来流域西南部汉中、安康、神农架地区及汉江下游天门、仙桃一带局地降水显著上升,流域东北部商州、凤镇一带及唐白河流域局地降水显著下降,汛期降水“东北-西南型”分布模态日渐走强。流域降水时空分布及演变特性直接关系到流域水资源合理开发与利用,进一步加深了对汉江流域降水要素变化规律的认识,研究成果对流域洪涝灾害应对、雨洪资源利用及水资源优化配置具有参考借鉴价值。     

汉江流域1961～2018年多尺度气象干旱时空演变特征

干旱是一种最常见的自然灾害,随着人类活动和气候变化的加剧,干旱事件的发生愈发频繁,对人类的生产生活产生了巨大影响.基于1961～2018年汉江流域0.25°×0.25°格点降水资料,选用标准化降水指数(SPI)定量分析了汉江流域的月尺度、季尺度、年尺度气象干旱的干旱趋势、干旱频率及干旱强度,揭示了汉江流域气象干旱发生的时空演变特征.结果表明:(1)SPI值能较好的反映汉江流域气象干旱变化特征,随着时间尺度的增加,SPI值波动幅度减小,稳定性增强.月、季、年尺度SPI序列的突变年份分别为1980、1988、1994年,季尺度和年尺度SPI序列分别表现出2和4年的显著周期性特征.(2)汉江流域自20世纪90年代以来呈现中部地区干旱化、东部和西部地区湿润化的趋势,干旱发生频率总体呈上升趋势,干旱强度呈现中部高,东西低的特征.其中丹江口水库附近区域和唐白河下游段呈显著干旱化趋势,丹江口以上区域干旱频率最高,干旱强度最大,轻旱、中旱事件频发.(3)各地区的季节性气象干旱特征具有一定差异性.丹江口以下地区秋旱趋势最显著,唐白河地区夏旱发生频率最高,且以轻旱、中旱事件为主,丹江口以上地区秋旱强度最高.     

1960～2017年汉江流域气象干旱时空特征分析

基于汉江流域13个站点1960～2017年的逐月降水和平均气温资料,计算不同时间尺度下的标准化降水蒸散指数(SPEI),分析汉江流域气象干旱时空特征,并结合大气环流指数讨论该流域气象干旱成因.结果表明:(1)汉江流域SPEI数值具有3～4年的主周期,表现出干湿交替的状态.(2)年尺度下,轻旱和中旱发生频率在5％～24％,且西部地区较高.春季,多轻旱和中旱发生且频率在6％～19％;夏季,轻旱频率中部高于四周,最高地区频率在20％～28％;秋季,中部地区干旱频率较高;冬季干旱频率普遍高于10％但以轻旱和中旱为主.(3)年尺度下,汉江流域SPEI值以0.0021/a的速度降低,说明全球变暖对流域年际干旱情况影响很小;春季和秋季SPEI值与MEI、SOI显著相关,相关系数绝对值在0.271～0.422之间;夏季SPEI值与EASM显著相关,相关系数绝对值在0.261～0.498之间;冬季SPEI值与AO、NAO显著相关,相关系数绝对值在0.220～0.281之间.     

汉江流域1951~2003年降水气温时空变化趋势分析

利用Mann Kendall检验方法和空间插值方法，分析了1951~2003年汉江流域年和春、夏、秋、冬四季降水和气温变化趋势的时空分布，并重点分析了丹江口水库上游年降水、年平均气温和北半球气温的变化趋势及相互间的联系。分析发现，在显著性水平α=0.1上，近50年来汉江流域大部分地区降水没有明显的变化趋势，气温呈上升趋势。丹江口水库上游降水在1991年发生突变，从20世纪80年代多雨期进入90年代少雨期，80年代平均降水比1951~2003年多年平均降水多9.7%，90年代平均降水比多年平均降水少11.6%；上游平均气温90年代比多年平均气温高0.2℃，而同期北半球的平均气温也比多年平均高了0.3℃，上游气温同北半球气温同步上升，而上游降水变化受北半球气温升高的影响不断减少，两者之间存在反相关系。分析成果有助于进一步研究气候变化对汉江流域水资源和防洪安全的影响，也将为南水北调中线工程的顺利实施提供科学依据。     

1961～2010年金沙江流域降水时空演变特征

基于金沙江流域1961~2010年逐日降水资料,对流域长时间尺度降水要素和多个典型降水日数进行分析,研究金沙江流域降水的时空演变特征。结果表明:1961~2010年,金沙江流域年降水量呈一定的增加趋势,但未通过显著性检验,汛期雨量变化趋势不明显,逐月降水除9月和12月外其他月份均呈微弱增加趋势。小雨等级和中雨等级的降水日数空间变化趋势相似,呈中上游地区微弱增加、下游地区微弱减少趋势,大雨及以上等级的降水日数则以微弱增加为主,仅在源区、德格一带呈不明显减少趋势。年无雨日数和年连续无雨日数呈比较明显的中上游地区减少、下游增加趋势,特别是年无雨日数在昭觉、昭通、会泽等区域增加趋势显著,年连续有雨日数则呈全流域减少,在下游小部分地区显著减少。研究还表明金沙江流域下游地区无雨日数及连续无雨日数特别在2000s偏多,而年连续有雨日数则在2000s明显偏少,表明近年来流域下游地区发生干旱事件的可能性增加。     

汉江流域产水量时空格局及影响因素研究

汉江流域是南水北调中线工程重要的水源涵养区和生态屏障区,研究其生态系统产水服务功能的时空变化及影响因素对实现汉江流域高质量持续调水和生态环境保护具有重要意义。基于Google Earth Engine云平台多源异构数据以及气象、土壤等资料作为输入,采用InVEST模型产水模块和情景分析法估算和阐明了2001～2019年汉江流域产水量及其时空变化特征,并探讨了降水和土地利用变化对汉江流域产水量的影响。结果表明:(1)2001～2019年,汉江流域产水量先增加后减少,不同时期流域产水深度空间格局基本一致,呈中北部低、西南部及东南部高的空间分异特征;全流域产水深度以增加为主,增加区域集中于丹江口以上流域,减少区域主要在唐白河流域。(2)子流域尺度上,丹江口以上流域对全流域产水量的贡献最高,是汉江流域主要产水区,唐白河流域的贡献最低。(3)城镇与建成区、裸地和草地平均产水深度最大;稀疏森林、农田和郁闭森林是流域产水的主要贡献地类,三者提供了汉江流域产水总量的90%;平原区产水深度最高,较低中山区产水深度最低。(4)2001～2019年,降水变化和土地利用变化对产水量变化的贡献率分别为94%和6...     

汉江流域降水结构时空特征及影响因素分析

利用汉江流域32个气象站1961~2016年逐日降水资料,分析了汉江流域降水时空分布特征,并探讨了海温及大气环流对流域降水的影响。结果表明：雨量和雨日空间分布相似,小雨、中雨的雨量和雨日由西南向东北递减,降水中心位于西南和东南部;流域东北部大雨以上量级降水由偏少转为偏多,而雨强空间分布则没有明显规律。流域降水集中度自东南向西北逐渐增加,降水集中期逐渐推迟。海温对降水的影响存在季节差异,春季、夏季和秋季降水分别受前期南印度洋、热带北大西洋和热带中东太平洋海温影响,冬季降水则受海温影响不明显;大尺度大气环流对降水存在影响,冬季欧亚遥相关型和春季西太平洋遥相关型均引起冬季风强度变化来影响冬季和春季降水,夏季副高位置和乌山阻高以及秋季巴湖低槽和印缅槽强度则均通过冷空气和暖湿气流强度及交汇位置来影响夏季和秋季降水。     

汉江流域降水持续天数分布

以汉江流域13个站点1960~2003年的逐日降水资料为基础,分析了该流域年及各季雨日数和雨日平均雨量分布的时空特征,研究表明汉江流域春季平均雨日数占全年的25%~31%,雨量占全年雨量的21%~31%。夏季平均雨日数占全年雨日数的13%~18%,雨量占全年雨量的50%。秋季平均雨日数占全年雨日数的22%~31%,雨量占全年雨量的21%~29%。冬季平均雨日数占全年雨日数13%~22%,雨量占全年雨量的6%,雨日平均雨量仅为28 mm。建立了流域内不同站点、不同季节的持续性雨日概率分布模式,用Polya概率分布对汉江流域各种持续性雨日发生概率进行拟合,结果表明夏季、冬季、秋季拟合效果较好,卡方检验通过率达到95%,而春季有4个站点无法通过检验。利用Polya概率分布模式可以科学地估算流域各地、各季不同持续时段雨日出现的气候概率,为防洪减灾提供依据,也为南水北调中线工程的顺利实施提供科学依据     

1961～2049年汉江流域降水量变化研究

主要从两个方面对汉江流域的降水进行了研究。一方面,以文献综述法对1961～2011年的汉江流域降水研究文献进行了综述,比较了相关研究结果;另一方面,利用国际比较计划CMIP5中5个全球模式降尺度资料,预估了该地区到2049年的降水趋势变化。综述结果表明,1961～2011年历史时段内,汉江流域整体的降水变化较小,无明显的变化趋势,有近于17和30年的周期变化的结论。模式数据的预估结果表明,1961～2049年内,汉江流域整体上年降水没有明显的上升或下降趋势,在RCP4.5情景下存在着近17和30年的周期变化;但在RCP2.6和RCP8.5情景下,降水周期发生了变化。在RCP2.6情景下,较明显的周期为5和11年;在RCP8.5情景下,较明显的周期为8和17年。总体结论上,文献综述和模式数据的研究结果基本一致,即汉江流域过去50年以及未来30年,降水整体上没有显著的趋势变化。     

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。     

汉江流域1960~2014年降雨极值时空变化特征

深入研究降雨极值的时空变化规律和特点,有助于提高应对极端灾害的能力。通过构建PDS/GP模型,并引入降雨极值变化指标,结合统计检验分析汉江流域15个气象站点1960~2014年春、夏、秋季以及全年月降雨超定量系列的年际变化特征;利用复杂网络理论的聚类系数和节点度,结合各站点在典型年份春、夏和秋季的降雨极值变化指标,分析月降雨极值的空间分布特征。分析结果表明：从时间上看,汉江流域月降雨极值年际变化的季节性差异较大,近55 a没有明显的一致性变化趋势。受季风气候影响,夏季的月降雨极值年际变化与春、秋季相反,而秋季的变异指标年际波动最大。从空间上看,受季风气候、下垫面条件和人类活动等多种因素的综合作用,中下游月降雨极值变化的差异性要高于上游。随着相关阈值的增大,流域站网总体关联度有所降低。相同阈值下的结果表明空间上相邻的站点其关联性差异较大,部分相距较远的站点具有更大的关联性,分析结果可为降雨极值的空间插值提供参考。     

近52年江西省汛期极端降水事件的时空变化

利用江西省1960～2011年汛期83个台站逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端降水阈值,统计各站近52a逐年汛期极端降水事件的发生频次,进而分析其时空分布特征。结果表明：江西省极端降水量阈值的地域分布呈从西到东、从南到北递增的特征。江西汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态是主体一致性,同时存在北部与中南部反位相变化的差异。江西汛期极端降水事件发生频次具有较大的空间差异,可分为具有不同空间特征的5个主要区域。滑动t检验表明,Ⅰ区代表站玉山的极端降水事件在1976年后和1986年后分别发生了由偏多转为偏少和由偏少转为偏多的突变;Ⅱ区代表站永丰在1974年后和1984年后分别发生了由偏少转为偏多和由偏多到偏少的突变。通过最大熵谱分析表明,各分区以2～6 a的年际变化周期最为普遍,其中Ⅴ区还存在13 a的年代际变化周期。从气候因子分析看,前期5～6月和冬季赤道东太平洋海温对江西汛期极端降水事件存在显著影响     

近52年江西省汛期极端降水事件的时空变化

利用江西省1960~2011年汛期83个台站逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端降水阈值,统计各站近52a逐年汛期极端降水事件的发生频次,进而分析其时空分布特征。结果表明:江西省极端降水量阈值的地域分布呈从西到东、从南到北递增的特征。江西汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态是主体一致性,同时存在北部与中南部反位相变化的差异。江西汛期极端降水事件发生频次具有较大的空间差异,可分为具有不同空间特征的5个主要区域。滑动t检验表明,Ⅰ区代表站玉山的极端降水事件在1976年后和1986年后分别发生了由偏多转为偏少和由偏少转为偏多的突变;Ⅱ区代表站永丰在1974年后和1984年后分别发生了由偏少转为偏多和由偏多到偏少的突变。通过最大熵谱分析表明,各分区以2~6a的年际变化周期最为普遍,其中Ⅴ区还存在13a的年代际变化周期。从气候因子分析看,前期5~6月和冬季赤道东太平洋海温对江西汛期极端降水事件存在显著影响。     

汉江流域土地利用变化及空间格局分析

土地利用变化是人类活动对自然环境施加影响的显著表现形式,已成为全球环境变化研究的重要内容。基于遥感和地理信息系统技术,利用三期Landsat TM图像的解译成果,分析了安康市1985～2000年土地利用变化的结构特征及其空间差异格局。研究表明,近15年来,安康市土地利用转移量主要发生在耕地、林地、草地和水域之间．建设用地和未利用土地的转移趋势不明显。三个时段内各土地利用类型的净变化量差异比较明显。1985～1995年．耕地变化以转入为主,其中由草地转入的比重最大,占耕地总转入量的96．02％。1995～2000年,耕地以大量转出为主,共有1503．21hm2的耕地转为其它用地,其中转向林地和草地的量占耕地总转移量的比例分别是15．46％和78．77％。在行政区尺度上各种用地类型的净变化量分布比较均衡,而在垂直带空间尺度上耕地、林地和草地的净变化随海拔高度的分异较为明显。大致以1600m为界,耕地随海拔高度升高而递减,林地、草地随海拔高度升高而递增．     

汉江流域生态系统服务权衡与协同关系演变

汉江流域是我国南水北调工程的水源地,也是国家重要的生态功能区,定量分析其生态系统服务关系对协调区域发展与保护环境有重要意义。综合利用RS与GIS技术对该区域2000～2015年的土壤保持、碳储量与食物供给服务进行空间制图,并基于空间采样法对3种生态系统服务间的权衡与协同关系进行研究。结果表明:(1)在2000～2015年,汉江流域土壤保持量在波动中下降,高值区位于汉江上游林地、草地交叉分布区域,低值区位于汉江中下游林地、耕地等单一聚集地类区;碳储量年际变化较小,其高低值分布与土壤保持量基本相同;食物供给量增长迅速,高值区位于中下游的平原区,低值区位于上游的山地和盆地区。(2)在权衡与协同分析中,碳储量与食物供给、土壤保持与食物供给之间以权衡关系为主,而碳储量与土壤保持以协同关系为主,各生态系统间权衡与协同关系存在空间异质性。(3)空间热点制图显示,2000～2015年0类服务热点区占比减少,主要地类为草地;1类服务热点区占比最大且呈增加趋势,主要地类为耕地,生态服务类型以食物供给为主;2类服务热点区有所减少,多分布在上游林地区域,服务类型为碳储存和土壤保持;3类服务热点区占比很少。该研究结果对揭示生态系统服务之间的区域差异有重要作用。     

1989~2015年武汉市城市格局时空演变分析

城市格局时空演变以土地利用变化为承载,为城市用地调控、空间发展政策的制定提供依据。以武汉市主城为实证区,采用1989、1999、2008和2015年4期Landsat遥感影像为数据源,综合空间信息技术、用地扩张量化分析方法研究城市土地利用转换关系,测度建设用地扩张强度、弹性与方向,揭示城市格局时空演变过程。结果表明：1989~2015年间,武汉市主城区土地利用变化以建设用地扩张、未利用地和耕地减少为主,经济增长与建设用地扩张关联度高;主城区建设用地在1999年之后扩张速度明显加快,总体扩张强度逐步加强。建设用地扩张呈现时空不平稳状态,扩张主要集中在以汉阳、青山为代表的城郊过渡带区域,以及硚口、武昌等老城区的更新改造区域,1989~2008年间扩张方向以偏西向为主,2008~2015年间扩张方向以东南向为主,反映城市区域发展阶段的差异和空间开发政策变动的影响。     

无锡就业人口时空格局演变之测度

就业变动与产业发展之间存在着不可分割的天然联系,研究无锡就业人口时空格局演变不仅可以间接揭示区域产业发展和布局状况,也可为引导人口和产业协调布局提供依据。为此,选择无锡为研究区域,应用1985~2010年统计年鉴数据与普查数据,通过空间基尼系数和空间自相关等方法,从整体和局部两个层次,梳理就业人口时空格局的演变过程并总结特征。结果表明：（1）就业人口总量增长、具有圈层结构和集聚特性,并表现出郊区化趋势;（2）第二产业就业人口郊区化特征明显,由集聚变为分散。轻工业、劳动密集型行业和高污染行业就业人口向城市北部移动,重工业、技术密集型行业和低污染行业就业人口向城市南部变动;（3）第三产业就业人口一方面总体表现为集聚态势,另一方面,表现为由中心向四周逐渐缓慢扩散的特征     

1990～2015年长江流域县域粮食生产与粮食安全时空格局演变及影响因素分析

长江流域粮食生产与经济发展在全国均占据重要地位,研究近25年长江流域粮食生产与粮食安全时空格局演变及影响因素,可为我国粮食安全及流域可持续发展提供科学依据。基于1990、1995、2000、2005、2010和2015年长江流域县域粮食产量、户籍人口数据、农业化肥使用量和粮食播种面积（740个区县）,运用粮食变化指数、探索性空间数据分析（ESDA）、重心转移模型和空间误差模型(SEM)研究其时空格局演变特征及影响因素。研究结果表明：（1）1990～2015年长江流域粮食产量总体呈增长趋势,东西差异显著,年均增长率为0.5%,上中下游依次为0.6%、0.8%和 -0.7%;上游为劣势区,中游为优势增长区,下游为减弱区。（2）粮食产量冷点聚类一直分布在上游地区,聚类格局在2000年左右由西南边界的“L”型转变为西北倒“L”型;下游江淮地区与太湖平原的热点集聚在2000年后消失,且长期处于减产状态;人均粮食占有量与粮食产量时空格局演变呈较高的空间相似性,2000年为流域粮食生产与粮食安全格局发生变化的转折点。（3）1990～2015年长江流域一般余粮县和重要余粮县重心呈现出“南下西移”态势,缺粮县和供需紧平衡县重心发生了“从南向北、从西向东”迁移变化。（4）粮食播种面积和农业化肥施用量对粮食生产均具显著性正向效益。     

1996～2015年云贵川草地生态系统生产力的时空格局

云贵川草地是中国草地的重要组成部分,在我国生态文明建设和响应全球气候变化中具有重要的地位,分析其净初级生产力（NPP）变化格局具有重要意义。利用研究区的AVHRR、MODIS遥感影像等数据及周边地区的气象资料,结合改进的CASA模型,对云贵川地区草地1996～2015年20 a间的NPP及草地植被相关生态特征进行估算,并对其时空特征及影响因素进行分析。结果表明：（1）20 a间云贵川草地NDVI值变化规律性明显,97.18%的草地面积年平均NDVImax呈现增加趋势。（2）20 a间云贵川草地NPP总体上呈现出“西北低、西南高、东部居中”的空间格局,年均NPP值为420.85 gC·m-2。 （3）时间格局上,20 a间整个云贵川区域逐年平均NPP值虽然有一定的波动性,但仍以7.2322 gC·m-2·a-1的速率在增加。20 a间夏季NPP平均值最高,为160.25 gC·m-2;春季次之,NPP平均值为 109.10 gC·m-2;秋季与春季相比,NPP值稍低,为106.10 gC·m-2;冬季最低,为54.03 gC·m-2。     

长江中下游极端降水时空演变特征研究

以长江中下游为研究对象,基于131个气象站点1961～2017年的逐日降水资料,选取9种极端降水指数,利用Mann-Kendall趋势分析和交叉小波变换深入研究了长江中下游流域极端降水时空分布特征及其与太阳黑子和大气环流异常因子之间的关系.研究结果表明:(1)1961～2017年间,长江中下游流域极端降水指数除持续干燥指数(CWD)和持续湿润指数(CDD)外,其余7种降水指数均呈现上升趋势,其中年降水总量(PRCPTOT)达16.59 mm/10年;(2)除CDD、CWD外,其余极端降水指数均呈现由流域东南部向三面递减的半环状变化趋势,多数极端降水指数在洞庭湖流域、长江下游及太湖流域上升趋势显著;(3)设计重现期为50年时,除CDD、CWD外,其余极端降水指数空间分布由东南部向西北部递减,两处异常分布可能与地形因素有关;(4)太阳黑子和大气环流异常因子对极端降水的变化有较强的影响,其中太阳黑子的影响最大,EN-SO次之,PDO最弱.该研究结果可为极端降水事件驱动力的深入探究奠定基础,进而为防灾减灾工作提供依据和支撑.