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。     

长江流域上游气候变化的模拟评估及其未来50年情景预估

利用WCRP的耦合模式数据和长江上游流域63个气象站点的观测数据,评估了全球气候模式对长江上游流域的温度、降水的模拟能力,基于A2、A1B、B1情景对长江上游流域未来50 a平均温度、降水的可能变化进行了预估研究。结果表明：全球模式可较好的反映出流域温度、降水的时间和空间变化趋势,但模拟地面温度总体上低于实况值〖HT5〗。〖HT5"〗三种情景下2011~2060年上游流域平均温度的增幅（相对于1971~2000年）分别为1.7℃、2.1℃、1.3℃。A1B、B1情景下区域内表现为一致的增温趋势,而A2情景下在嘉陵江流域出现降温的趋势。三种情景下平均降水的增幅分别为50.0、83.5、29.5 mm;A1B、B1情景下降水增加的空间分布形比较一致     

云南气候变化高分辨率模拟与RCP4.5情景预估

利用高分辨率区域气候模式CCLM（COSMO Model in Climate Mode）对云南省气温和降水的模拟资料,采用多种评价指标,对比分析了试验期（1961~2005年）的模拟结果与同期25个气象站的观测值,并对RCP45情景下的近期（2030~2040年）气温可能变化趋势进行了预估。结果表明：（1）CCLM区域气候模式能够较好地模拟云南省气温的演变趋势,而对降水的模拟能力相对较弱;（2）RCP45情景下,年平均气温（T）、最高气温（Tmax）和最低气温（Tmin）将呈现一致上升趋势,2030~2040年比基准期1986~2005年上升幅度均为12℃;（3）2030~2040年,云南省暖事件发生的可能性将增加,冷事件可能有所减少     

利用高分辨率气候模式对湖北未来气候变化的模拟与预估

利用高分辨率区域气候模式CCLM对湖北省降水和气温的模拟数据,对比分析了基准期(1961~2005年)的模拟结果和同期CN05.1的观测数据,并对RCP4.5情景下的未来(2006~2050年)气候进行了年尺度和季节尺度的预估。结果表明:(1)CCLM区域气候模式较好地模拟了湖北气温的演变趋势及其空间分布格局,对降水的时空波动模拟与同期CN05.1在降水时空变化上的匹配度较弱;(2)RCP4.5情景下,2006~2050年湖北T、T_(min)、T_(max)呈上升趋势。四季气温呈一致上升的趋势,冬季的上升速度最快,对年尺度上T、T_(min)、T_(max)上升的趋势贡献最大。(3)RCP4.5情景下,2006~2050年湖北T、T_(min)、T_(max)呈全区一致上升的格局。其中增幅最大的区域均集中于汉江湖北段北部。春季T、T_(min)、T_(max)增温大值区位于西北山地区;夏季中部平原区T、T_(min)、T_(max)相较于其他区域增幅较大;秋季西南山地区T和T_(max)较其他区域增温较高,T_(min)的增温大值区位于汉江湖北段北部;冬季鄂东南丘陵T相较于其他区域增幅较大,汉江湖北段北部T_(min)增温较大,西南山地T_(max)增温较大。     

高精度区域气候模式对淮河流域降水的模拟评估

利用CCLM（COSMO model in Climate Mode）高精度区域气候模式输出的淮河流域逐日降水数据,计算了年降水量、降水强度、大雨日数和强降水量4个降水指数,首先通过与1961～2010年流域内气象站点的降水观测数据进行对比,检验CCLM模式对淮河流域降水的模拟能力。结果表明,CCLM模式能够很好的模拟淮河流域降水的年际变化和空间分布特征,在4个降水指数中,对年降水量的模拟效果最佳。CCLM模式在SRES-A1B（中排放）情景下的降水预估数据显示,2011～2050年淮河流域降水整体将呈增加趋势,增幅在70 mm之内,降水量年际变率较大,波动范围达-40%～60%,很有可能造成未来旱涝灾害的频繁发生。空间分布上,流域南部和中部在未来40年内降水呈增加趋势,增幅不超过67%,其他区域则呈减少趋势,减幅不超过106%     

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.     

24个CMIP5模式对长江流域模拟能力评估

根据1961~2005年长江流域气象站点的实测月降水量和气温数据,采用第5期全球耦合模式比较计划CMIP5(the Fifth Phase of Coupled Model Intercomparison Project)中24个全球气候模式(GCM)的模拟结果,通过计算模拟变量和观测变量平均值的相对误差、归一化的均方根误差、时间和空间相关系数,采用M-K趋势分析方法,分别选用在长江流域模拟气温和降水较好的5个模式进行集合平均,从时间的演变规律和空间的分布特征两方面,检验该模式集合对长江流域模拟气温和降水的能力。研究结果表明:各个模式模拟气温的能力要明显好于模拟降水的能力,但模拟气温较好的模式模拟降水的能力并不一定突出;模式集合的结果表明:在时间尺度上,模式集合平均结果与观测值拟合程度较好,且模式集合的结果振荡幅度较观测值小;在空间尺度上,模式集合的空间分布趋势与观测值大致相同,说明采用的模式集合结果用于预估未来长江流域降水的时空分布特征和演变规律是可行的。     

经验正交函数方法和TRMM数据对长江流域降水模式与极端水文过程的研究

气候变化加剧了极端天气和水文事件的发生,降水是区域干旱与洪水事件最直接驱动因素。以TRMM/PR月累积降水反演遥感数据为基础,利用经验正交函数EOF（Empirical Orthogonal Function）方法对长江流域降水时空变化模式进行提取,并对比分析了主要模式振幅强弱与极端水文事件的对应关系。结果表明在流域尺度上EOF方法及TRMM/PR数据可以较好地识别降水主要模式,通过时空尺度变换成功揭示主要降水模式强弱与流域极端水文事件的对应关系。鉴于日益丰富的巨量水文气象时空数据,EOF方法在模式提取、水文模拟、极端事件预估及灾害适应性研究等方面具有应用潜力     

近60多年来滇池流域干旱特性及重现期分析

根据滇池流域3个气象站、3个水文站、2个水位站、14个水库站建站(1950 s)至2014年的逐月(日)气象、水文观测系列,采用标准化降水指数(SPI)、标准化径流指数(SRI)以及干湿指数(Ia)三类干旱指标,按游程理论识别干旱事件、确定干旱历时和干旱烈度两个特征变量;通过小波分析揭示干旱历时和烈度的周期性规律;运用Gumbel Copula函数构建干旱历时和烈度的联合分布,计算干旱联合、同现重现期,及前一场干旱影响下的后一场干旱发生的条件重现期。结果表明,滇池流域干旱趋于严重;气象、水文、农业3类干旱的干旱历时或烈度,均具有100年以上变化周期;近期的干旱(2012-02~2013-04)为1950 s以来最严重干旱,联合、同现重现期分别达120.48和224.41 a,受上一场特大干旱(2009-05~2010-03)的影响,条件重现期高达271.82 a,持续干旱的叠加效应加剧了旱情和灾害程度。从滇池水位变化、区域大气环流异常、三类干旱规律、干旱史料文献及湖泊沉积物等多方面对比分析,印证了成果的科学合理性。     

嘉陵江流域极端降水变化及其对水文过程影响的初步研究

以嘉陵江流域为研究区,利用流域1961~2010年实测逐日降水数据和北碚水文站逐日流量数据,对流域典型极端降水指标和水文指标进行了时空演变分析,并探讨了流域不同空间区域的降水与水文过程的相关关系。研究表明,嘉陵江流域北碚水文站流量与流域不同区域降水具有良好的相关性,典型极端水文指标与极端降水指标的变化趋势基本一致。1961~2010年,在嘉陵江流域年降水量和北碚水文站年平均流量均呈现减少的背景下,流域内表征暴雨事件的极端降水指标和表征洪水过程的极端水文指标以减少趋势为主,而表征干旱事件及低水过程的极端降水与水文指标则呈一定的增加趋势,特别是年内无雨日数显著增加。     

长江流域的非平稳SPI干旱时空特征分析

全球气候变化背景下,由于降水时间序列存在非平稳性,导致利用传统的标准化降水指数(SSPI)估计的干旱可能存在较大偏差。文章基于GAMLSS模型,以气候指数作为解释变量进行参数拟合,建立一种基于可变参数的非平稳伽玛模型,计算非平稳标准化降水指数(NSPI),并与SSPI指数对比分析长江流域1962～2016年干旱时空变化特征,结果表明:(1)NSPI与SSPI变化基本一致,但非平稳伽玛模型比平稳伽玛模型更好地重现降水量以捕获当前全球气候变化背景下的降水变化。(2)长江流域1962～2016年干旱有加重趋势。上游干旱烈度、干旱历时、干旱强度和烈度峰值的变化速率分别为每10年上升0.064、0.041、0.023和0.027,而中下游则分别为0.151、0.089、0.021和0.030;干旱强度以轻至中旱为主。长江源头和四川盆地西南部干旱较严重,而金沙江和雅砻江上游及鄱阳湖南部的干旱相对轻微。(3)与SSPI相比,NSPI估计的相同干旱烈度和干旱历时的重现期较大,且估计的干旱事件相对集中。NSPI的干旱风险表明长江源头、金沙江下游和洞庭湖流域中部是高风险集中区,而川江上游和鄱阳湖东南部是低风险集中区。(4)构建的非平稳伽玛模型估计的NSPI能较好的预测各干旱特征,且对干旱烈度和干旱历时的预测性能更好。     

基于Paircopula函数和标准化径流指数的水文干旱频率分析——以南盘江流域为例

选取南盘江流域3个水文站52 a（1961~2012年）的逐月径流资料,联合两个相邻站点,分别计算标准化径流指数（SSFI）,运用游程理论识别52 a来不同站点干旱特征,并用Pair copula函数计算不同站点的联合重现期。结果表明：（1）52 a来3个站点干旱特征值的最大值都出现在2011~2012年;从单个站点看,52 a来沾益站的干旱次数、最大干旱历时、最大干旱烈度均大于高谷马站和江边街站,最大干旱峰值出现在江边街站;从联合站点看,中游以上高谷马站和沾益站的干旱特征值均大于中游以下高谷马站和江边街站,3个站点联合识别的干旱特征值大于中下游站点联合识别干旱特征值,小于中上游站点联合识别干旱特征值,上游干旱更严重;（2）Frank Pair copula函数的RMSE、AIC和BIC值最小,拟合程度最高,适合运用于南盘江流域干旱频率分析中;（3）运用Frank Pair copula函数计算得到3个水文站点2009~2012年的连续干旱重现期都在100~200 a,是52 a来最严重的一次干旱     

长江中下游流域旱涝急转时空演变特征分析

基于长江中下游流域75个雨量站1960~2012年的日降水资料,通过定义长、短周期旱涝急转指数,全面地分析了长江中下游流域旱涝急转的趋势变化和时空分布特征。研究结果表明:(1)长周期旱涝急转表现为以涝转旱事件为主,且存在由旱涝急转事件向全旱或全涝事件过渡的趋势,短周期的旱涝急转发生频率较高的也是涝转旱事件;(2)长江中下游北岸多发生旱转涝事件,南岸则多发生涝转旱事件;(3)1998年和2011年6~7月短周期高强度旱转涝事件发生在长江北岸,涝转旱事件发生在南岸地区;5~6月与7~8月旱涝急转事件强度分布则呈相反状态;(4)总体来说,长、短周期涝转旱频次呈现不断减小的趋势,旱转涝有轻微增加的趋势。7~8月则较为特殊,湘江流域涝转旱有增加的趋势,洞庭湖地区涝转旱显著增加,此研究结果可以为长江中下游流域防洪抗旱工作提供一定的依据。     

汉江上游晚冰期以来古洪水事件发生的气候背景分析

古洪水事件是地表水文系统对极端性气候突变的响应。通过收集和整理汉江上游古洪水水文学研究成果，发现汉江上游T1阶地前沿的黄土-古土壤沉积剖面中记录了晚冰期以来10期古洪水事件，分别发生在12 600~12 400、11 500~11 400、 9 000~8 500、8 500~8 400、7 500~7 000、5 500~5 000、4 200~4 000、3 200~2 800、1 900~1 700和1 000~900 a BP。与国内外气候变化研究的成果对比分析，表明汉江上游发生的这10期古洪水发生时期，正好对应末次冰期晚冰期以来全球气候突变或转折期，说明汉江上游古洪水事件是对气候突变的响应。此研究结果对深入了解我国半湿润地区河流水文系统与气候变化的相互作用具有重要意义。     

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。     

基于模拟土壤含水量的长江上游#br# 干旱事件时空特征分析

干旱灾害是对我国农业生产和生态环境影响最为严重的自然灾害之一,研究干旱的时空变化特征对干旱的评估、预测有重要的指导意义。研究基于VIC（Variable Infiltration Capacity）模型模拟的50km分辨率的逐日土壤含水量数据,计算土壤含水量距平指数（SMAPI）并分析了长江流域上游1953~2013年历史干旱事件的时空变化特征。结果表明：（1）VIC模型能较好的模拟出1980~2000年长江流域上游出口宜昌断面的流量过程;（2）SMAPI指数能够反映长江流域上游实际干旱的发生、发展过程和严重程度,能够较好地再现历史干旱情形;（3）通过研究长江流域上游的干旱历时 面积 强度关系发现,干旱历时一定时,随着干旱面积的增加,干旱强度总体呈增强的趋势。研究结果对于深入认识长江流域上游历史干旱长期演变特征和增强区域防旱抗旱能力具有一定的理论和实用价值。 关键词： VIC模型;土壤含水量距平指数;时空特征;长江上游     

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。