树轮记录的古浪河158a以来5—7月径流变化

探讨全球变暖背景下西北地区内陆河的历史径流变化特征,有助于认识区域水文气候变化过程及其变化规律,为西北地区内陆河农业的可持续发展和区域水资源合理规划利用提供参考。以腾格里沙漠东南缘古浪河为研究对象,利用沙漠东南缘昌岭山自然保护区油松树轮宽度资料,建立差值年表,分析树木径向生长与流域径流之间的关系,重建了昌岭山地区古浪河158 a以来5—7月河流径流变化历史,并对其径流变化特征进行分析。结果表明:重建方程的方差解释量为50.9%,调整方差为49%,交叉检验参数结果表明转换方程是稳定可靠的;古浪河158 a以来5—7月河流径流变化经历了3个丰水期、4个枯水期和12个平水期,且河流丰枯水期与历史记载的洪涝和干旱时间较为一致;158 a来河流特丰水年占总年份的23%,偏丰水年多于偏枯水年3%,特丰水年和偏丰水年占43%,特枯水年和偏枯水年占39%,表明古浪河158 a以来5—7月河流径流变化较大;河流径流具有110、60、11 a以及4—5 a周期,4—5 a周期与ENSO变化周期一致,11、60、110 a周期与太阳活动周期相关,说明古浪河径流对全球大尺度气候变化具有一定程度的响应。     

1961─2010年降水和土地利用变化对淮河干流上中游径流的影响

为了研究近50a来降水和土地利用变化对淮河干流上中游径流变化的影响程度,利用逐日径流和降水资料,采用线性趋势、累积距平、Mann-Kendall非参数检验法和t检验等统计方法,探讨了淮河干流上中游径流的变化趋势、突变等,并基于双累积曲线,构建了降水-径流关系模型,定量估算了降水和土地利用变化对径流的贡献程度。结果表明,(1)淮河干流上游径流量呈增加趋势,其线性倾向率为0.08×10~8 m~3·a~(-1),而中游呈减少趋势,其线性倾向率为-0.38×10~8 m~3·a~(-1),且中游径流量C_v大于上游;上游和中游降水量均呈增加趋势,其线性倾向率分别为0.34和1.72 mm·a~(-1);径流量的年际波动均大于降水量。(2)上游径流量突变年份为1972年,降水对径流量影响的基准时段为1961-1972年;中游径流量突变年份为1985年,降水对径流量影响的基准时段为1961-1985年。(3)相对于基准时段,降水有利于径流增加,而土地利用变化导致径流减少。(4)土地利用变化是引起径流变化的主导因素,对上游和中游径流量变化的贡献率分别为76%和74%;降水对径流量变化起着次要作用,但其影响也不容忽视。     

基于DFA的无定河径流长期变化趋势及持续性研究

河川径流量的变化对水资源的开发利用和国民经济的发展具有很大的影响。采用K0lmogorov—Smimov检验方法对无定河流域两个主要水文站赵石窑站和白家川站逐月径流量序列进行正态性检验,在此基础上运用DFA分析方法,估算两站时间序列的研示度指数,预测该流域径流量的未来变化趋势及其持续性,并采用随机重排法对估算结果进行了稳定性检验。分析结果显示：赵石窑和自家川两站径流时间序列的a标度指数分别为0．52和0．56,均大于0．5,径流时间序列表现为较强的长程依赖性,表明无定河流域在过去近50a内径流量的总体上呈下降趋势,在未来一段时间内,还将持续一段时间。对原时间序列随机重排后,两站月径流序列的6α标度指数都变小,分别为0．48和0．49,接近于0．5,进一步证明原序列确实存在着标度不变性。研究结果对流域的水资源规划、管理与合理利用有帮助。     

三峡水库1956—2017年坝下径流特征分析

采用三峡水库坝下宜昌水文站1956—2017年日径流监测数据和长江上游80个国家气象站年均降水量长系列资料,利用一元线性分析法、滑动平均法、线性趋势回归法、非参数统计检验法、Mann-Kendall秩次相关、累积距平法和滑动T检验法分析三峡工程运行前后坝下径流的变化特征,其成果可为三峡工程调度提供参考。结果表明:三峡水库坝下宜昌水文站径流量变化趋势具有显著阶段性。三峡水库蓄水运行前宜昌水文站径流量和上游降水量相关性超过90%,该时期径流量主要受上游天然来水影响。三峡水库运行后,径流量主要受人类活动影响。宜昌水文站径流年际变化减少趋势不显著,长江上游降水量呈显著减少趋势。坝下径流量和上游降水量在2002年发生了突变且变化趋势相同,但径流量减少趋势不显著。径流年内分布发生了一定变化,其中汛期径流量占年径流总量百分比从72%下降到66%,枯期径流量占年径流量总量百分比从11%增加到15%。三峡工程调蓄是人类活动的直接表现,枯期宜昌水文站径流量增大是三峡工程生态效益的具体体现。     

1961—2010年宁夏无霜期变化特征

利用1961—2010年宁夏全区20个气象站的逐日最低气温资料,根据霜冻气候指标计算了各站逐年的无霜期。采用基础统计方法和气候诊断分析方法,研究了宁夏全区及不同区域的无霜期基本特征和变化趋势。结果表明:近50年来宁夏无霜期的空间差异明显,多年平均无霜期最长达166 d(吴忠站),最短仅有117 d(隆德站),空间差异最大为49 d;从时间上分析,1972年全区平均无霜期最短,只有121 d,2000年和2001年最长,达167 d,年际间最大相差46 d;在3个区域中,多年平均无霜期以及80%和90%保证率的界限值均是引黄灌区>中部干旱带>南部山区;近50年来,全区平均无霜期以4.7d/10 a的速率延长,3个区域的无霜期均呈延长趋势,其中南部山区的延长速率最快,达5.8 d/10 a;全区的无霜期在1982年发生突变,其中引黄灌区和中部干旱带的突变年与全区一致,南部山区的突变年提前了2年;从年代际看,20世纪70年代的平均无霜期最短,21世纪初的最长,两个年代相差20 d。宁夏无霜期呈现明显延长趋势,这与1961年以来宁夏平均气温明显升高的趋势保持一致,春、秋季的平均气温均在升高使得终霜日提前、初霜日推迟是无霜期延长的主要原因。如果不考虑其他因素,无霜期延长对宁夏的农业生产较为有利。     

时间序列分析在大气环境中的应用

以西安市2004—2008年PM10月平均浓度时间序列为例,应用小波分解和重构对PM10浓度时间序列的变化进行了分析,得到了PM10的年变化趋势和突变特征。将时间序列平稳化预处理后,根据时间序列的自相关和偏自相关图进行判断,得到合适的时间序列模型ARIMA(1,1,1)(2,0,0)S,然后进行参数估计得到模型的各个参数。利用得到的模型对2009—2010年西安市PM10浓度值进行预测,研究结果表明,将小波分析和ARIMA(1,1,1)(2,0,0)S应用于大气污染物浓度时间序列的分析是可行的。     

基于DFA的无定河径流长期变化趋势及持续性研究

河川径流量的变化对水资源的开发利用和国民经济的发展具有很大的影响。采用Ko1mogorov-Smirnov检验方法对无定河流域两个主要水文站赵石窑站和白家川站逐月径流量序列进行正态性检验,在此基础上运用DFA分析方法,估算两站时间序列的α标度指数,预测该流域径流量的未来变化趋势及其持续性,并采用随机重排法对估算结果进行了稳定性检验。分析结果显示:赵石窑和白家川两站径流时间序列的α标度指数分别为0.52和0.56,均大于0.5,径流时间序列表现为较强的长程依赖性,表明无定河流域在过去近50a内径流量的总体上呈下降趋势,在未来一段时间内,还将持续一段时间。对原时间序列随机重排后,两站月径流序列的α标度指数都变小,分别为0.48和0.49,接近于0.5,进一步证明原序列确实存在着标度不变性。研究结果对流域的水资源规划、管理与合理利用有帮助。     

基于样本熵的东江月径流序列复杂性分析

基于非线性动力学参数样本熵方法,分析东江干流龙川、河源和博罗3个主要控制水文站的长序列月径流资料,研究东江干流径流序列复杂度的空间分布及动态变化特征.结果表明,东江干流月径流序列复杂度具有空间差异性,整体呈从上游到下游逐渐增加的趋势;径流序列复杂度动态变化较大并具有一定的周期性,反映出自然环境变化特别是人类活动影响导致了水文动力学系统结构变化;各站的径流滑动平均值与相应的样本熵值之间存在着反相关关系,并且径流量与相应样本熵的峰谷值之间存在较好的对应关系.     

近50年石羊河流域陆地表层干湿状况变化特征及其影响因素

基于石羊河流域区1961—2010年气温、最高气温、最低气温、相对湿度、降水量、风速和日照百分率等气候要素资料,应用修订的Penman-Monteith(P-M)模型计算了最大潜在蒸散量和地表湿润指数,分析其空间分布、年际和年代际变化特征及其主要气象因子的影响。结果表明:1961—2010年间,研究区年降水量呈增加趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率为2.128-10.061 mm·(10a)-1,春夏季增幅较大;最大潜在蒸散量呈增加趋势,年最大潜在蒸散量变化曲线线性拟合倾向率在1.598-12.892 mm·(10a)-1,春夏季增幅最大;地表湿润指数变化也呈增加趋势,年地表湿润指数变化曲线线性拟合倾向率0.001-0.059(10a)-1,冬季增幅最大,在20 a周期附近,出现了2-4个干湿交替期,2002年之后为偏湿期,在高频区,2004—2005年有偏干振荡;影响石羊河流域区陆地表层湿润指数的主要因子是降水量、相对湿度。     

时段长取值变化下的径流年内分配特征研究

利用东江流域控制站博罗站1954—2009年日平均流量资料,选取集中度、集中期、不均匀系数和极值比4项指标,研究了河川径流年内分配特征,在不同时段长取值下的变化规律及年际变化特征。结果表明：东江径流年内分配的集中程度及时间,基本上不会受到时段长取值大小变化的影响。集中度多年均值为0.35,集中期多年均值出现在7月上旬。径流年内分配不均匀性和变化幅度,随时段长取值缩短而增大,并与时段长的对数线性负相关。不均匀系数多年均值由基于月平均流量分配的0.62上升到基于1 d平均流量分配的0.89,极值比多年均值由基于月平均流量分配的8.63上升到基于1 d平均流量分配的39.55。径流年内分配特征在不同时段长取值下的逐年变化规律基本相似,但由于流域水资源开发等人类活动的显著影响,1973年之后的集中度、不均匀系数和极值比均明显减小,且径流年内分配的集中程度和不均匀性均要小于珠江流域的另外两大水系西江和北江。     

近50年沈阳气温变化与城市化发展的关系

利用沈阳地区5个气象站近50年的年平均气温数据,采用线性倾向估计、累积距平、M-K检验和Yamamoto法分析沈阳地区气温的年代际变化及跃变;采用趋势拟合与相关分析,研究年平均气温与城市人口、GDP、全社会固定资产投资总额、能源消耗量、建成区面积和竣工房屋建筑面积6项城市发展指标的关系。结果表明：（1）近50年沈阳地区的年平均气温缓慢上升,城区气温高于郊区,城区站增温率为0.210℃/10 a,郊区站为0.321℃/10 a,总的增温率为0.284℃/10 a。（2）近50年沈阳气温变化分为2个阶段,1960—1987年是偏冷阶段,大多数年份为负距平;1988—2009年是增暖阶段,其中21年为正距平值。（3）M—K法和Yamamoto法都检测出1987年为沈阳气温的突变年份。（4）沈阳人口、GDP、全社会固定资产投资总额、竣工房屋建筑面积和年平均气温有着显著的相关性,表明它们与沈阳年平均气温变化关系密切,建成区面积和能源消耗与气温变化不显著。     

内蒙古典型草原文化遗址地区气候变化特征

基于内蒙古成吉思汗陵、元上都和甘珠尔庙3个典型草原文化遗址地区1960—2010年32个气象站点的日值气象观测数据,利用线性倾向估计法和M-K非参数统计检验法对研究区年平均气温、年降水量、干燥度和≥10℃年积温4个气象因子的变化情况进行了比较研究。结果表明,各研究区的气候总体一致呈现暖干化趋势,3个地区51 a来的年平均气温和年积温变化均表现为上升趋势;年降水量总体都在减少,但不同年代区间变化各异。干燥度的多年变化显著性从大到小分别为成吉思汗陵遗址地区、元上都遗址地区和甘珠尔庙遗址地区。从年均气温和年降水的突变检测来看,3个遗址地区的年均气温都有突变现象,表明研究区的年均气温波动剧烈。而成吉思汗陵遗址地区的年降水未检测到突变现象,元上都和甘珠尔庙遗址地区的年降水发生了突变,说明相对于成吉思汗陵遗址地区,这2个区域降水的变化更明显;从时间序列来看,年降水的突变较年均气温要晚。     

乌江流域水沙特性变化分析

对乌江流域水沙特性变化进行分析,是解决长江上游泥沙问题、提高水资源利用率和防灾减灾的根本出发点,同时可为喀斯特地区水土流失治理和生态恢复提供理论依据.文章通过对乌江流域主要水文站鸭池河站、乌江渡站和思南站的降雨-径流-泥沙随时间的变化、降雨-径流和径流-泥沙的相关性和双累积曲线进行分析,研究结果为:降雨量、径流模数和输沙模数随时间的变化无明显趋势,历年输沙模数是鸭池河>乌江渡>思南.1980年以后由于实施了大量水土保持工程使得输沙模数大量减少.在年均径流模数相同的情况下,1971-1979年这一时期的产沙量要高于1961-1970年.从1971年开始输沙模数相对于径流而言出现趋势性增多,这主要是由人类活动造成.三个站点的双累积曲线变化趋势相似,说明人类活动对河流泥沙的影响,既取决于人类活动的方式、程度,也受制于流域环境条件.     

山东省降雨侵蚀力与气候指数关系研究

基于山东省18个气象台站1961—2010年的逐日降水资料,采用月降雨侵蚀力模型计算降雨侵蚀力,利用Mann-Kendall非参数检验法对近50 a来山东省降雨侵蚀力的时间变化趋势进行分析。运用皮尔逊相关系数、连续小波(CWT)、交叉小波变换(XWT)和小波相干谱(WTC)分析降雨侵蚀力与太平洋年代际涛动(PDO)、厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)指数的相互关系和周期变化特征。结果表明,山东省年降雨侵蚀力呈下降趋势,特别是20世纪80年代以来,降雨侵蚀力下降趋势更为明显;分季节来看,除春季和冬季降雨侵蚀力呈增加趋势外,其他季节与年际变化趋势保持一致,呈下降趋势。月尺度上,7月降雨侵蚀力最大,12月最小,月际差异明显。山东省降雨侵蚀力与PDO和多元ENSO指数(MEI)的相关性存在明显的空间差异,与山东省降雨侵蚀力的负相关性从东南沿海向西北内陆逐渐递减。年际尺度上,山东省降雨侵蚀力存在0. 8~2 a尺度的年际振荡周期表现出与两大气候指数相似的变化特征。高能量区,山东省各区降雨侵蚀力与PDO和MEI指数的共振周期分别约为4~5和3~4 a。低能量区,山东省各区降雨侵蚀力与PDO显示出4 a左右的年际振荡周期,但显著性水平有所不同;降雨侵蚀力与MEI指数在不同时间段呈现出不同的共振周期。     

青海湖水位变化成因分析及其未来趋势预估研究

青海湖是维系青藏高原东北部生态安全的重要屏障,其水位变化更是青藏高原气候和生态环境变化的指示器和调节器。利用1961—2020年下社水文站水位观测资料分析青海湖水位变化特征,基于青海湖流域气象观测资料揭示其水位变化成因,并结合水位回升期气象影响因素及未来气候变化预估数据,对青海湖2021—2050年水位变化进行了模拟预测,旨在为湖区生态环境保护规划与管理提供科学的依据和参考。主要结论,(1)1961—2020年青海湖年平均水位为3 194.36 m。1961—2004年青海湖年平均水位呈显著下降趋势,下降变化率为0.76 m/10 a。从2005年开始,青海湖年平均水位止跌回升,上升变化率为2.01 m/10 a,2020年平均水位达3 196.34 m。(2)青海湖水位变化主要受气候干湿交替因素控制,降水量是最主要的因素,2005年以来水位持续上升主要取决于全球增暖情形下夏季降水量和降水强度同时增加。地表径流和地下水补给也起着一定作用。此外,人类积极的环境保护活动对青海湖水位上升也十分有利。(3)温室气体中等排放情景下,预测2021—2050年青海湖水位呈持续增加趋势,其中2021—2030年增加1.63 m,2031—2040年增加1.86 m,2041—2050年增加2.02 m。2041年青海湖水位将达到3 200.0 m,2050年将达到3 201.85 m。     

广东省枯水径流时间演化规律的研究

枯水径流时间演化规律研究的内容非常广泛,如枯水径流发生的时间、频率分布、趋势和周期分析等,但从研究现状来看,处在丰水地区的广东省对枯水径流时间演化规律的研究还十分少见,因此文章根据广东省枯水所具备的特点,选取枯水径流发生时间和频率分布两个方面进行了研究。首先选取1956—2000年广东省境内8大水系上各控制站点的最小月径流量,采用统计分析的方法,对各站最小月径流量发生时间规律进行了研究,结果表明,广东省内出现最小月径流量的大多数月份是2月,占总统计月份数的32.3%,其次为12月、1月和3月;其次选取较为典型的西枝江流域九洲站1959—2002年44年间的实测径流最小日流量资料,分别采用两参数对数正态、P-Ⅲ型、对数P-Ⅲ型和耿贝尔型四种分布曲线进行适线,结果表明,P-Ⅲ型最为符合年最小日流量频率分布。     

黄土高原陆地表层最大可能蒸散量的变化特征

基于黄土高原1961—2008年月平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、降水量、风速和日照百分率等气候要素资料,应用修订的Penman-Monteith(P-M)模型计算了最大可能蒸散量,分析其时空分布、异常分布特征和次区域时间演变特征。结果表明:1961—2008年间,黄土高原最大可能蒸散量多年平均在400~800 mm之间,大部分区域650~750 mm之间。一致性异常分布是黄土高原最大可能蒸散量的最主要空间模态。黄土高原最大可能蒸散量的异常空间分布可分为以下3个关键区:高原西北部区、高原东北部区和高原东南部区。高原西北部区域最大可能蒸散量呈显著增加趋势,且发生了突变现象;高原东北部区域最大可能蒸散量呈显著下降的趋势,也发生了突变;而高原东南部区域下降趋势不显著,未发生突变。黄土高原最大可能蒸散量的3个空间分区中,3 a的周期振荡表现得比较显著。     

黄土高原陆地表层最大可能蒸散量的变化特征

基于黄土高原1961—2008年月平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、降水量、风速和日照百分率等气候要素资料,应用修订的Penman-Monteith（P-M）模型计算了最大可能蒸散量,分析其时空分布、异常分布特征和次区域时间演变特征。结果表明：1961—2008年间,黄土高原最大可能蒸散量多年平均在400~800 mm之间,大部分区域650~750 mm之间。一致性异常分布是黄土高原最大可能蒸散量的最主要空间模态。黄土高原最大可能蒸散量的异常空间分布可分为以下3个关键区：高原西北部区、高原东北部区和高原东南部区。高原西北部区域最大可能蒸散量呈显著增加趋势,且发生了突变现象;高原东北部区域最大可能蒸散量呈显著下降的趋势,也发生了突变;而高原东南部区域下降趋势不显著,未发生突变。黄土高原最大可能蒸散量的3个空间分区中,3 a的周期振荡表现得比较显著。     

近50年来海拔高度对参考蒸散发变化趋势的影响研究——以四川省为例

参考蒸散发ET_0是水文气象研究中关键变量,其在不同海拔区域对气象要素的响应特征不尽相同。基于四川省境内不同海拔区域的38个气象站点的基础数据,利用FAO-56 Penman-Monteith方法计算其1970—2016年共47年逐日的参考蒸散发ET_0,通过滑动T检验识别ET_0序列存在的突变点,并分析ET_0以及相关气象要素在四川省不同海拔的分布特征,采用敏感度分析法以及贡献率法分析气象要素在不同海拔对ET_0变化的响应。结果表明:(1)ET_0序列随海拔升高呈先增加后减少的趋势,低海拔(低于1 500 m)、中海拔(1 500～3 000 m),高海拔(高于3 000 m)ET_0年均值分别为745、1 001、964 mm·a~(-1);(2)1998年是序列的突变点,在1970—1998年有显著的下降趋势,而后序列显著增加;突变点前后相对湿度、日照时间和风速趋势发生改变,而日平均温度在1998年前后均保持增加趋势;(3)敏感度分析结果表明,相对湿度对ET_0响应最大,日照时间最小;(4)贡献度分析表明,相对湿度、风速和日照时间对于ET_0的变化的贡献率在1998年发生转折,而温度对于ET_0的变化均为正贡献;(5)在中海拔和低海拔区域,参考蒸散发变化主要驱动要素为风速,而在高海拔则主要为温度及相对湿度。该研究结果将有助于深入了解气象要素对ET_0变化的响应,为四川省水资源规划与管理提供科学依据。     

长江经济带生态系统宏观结构变化特征分析

长江经济带是我国重要的生态安全屏障区。根据2000、2010和2015年3期生态系统宏观结构数据,通过生态系统转类途径和幅度与生态系统类型变化动态度分析评价了研究区近15 a来生态系统宏观结构的变化特征。结果表明:2015年,森林、农田、草地、聚落、水体与湿地、荒漠及其他生态系统面积分别占该区总面积的45.96%、30.31%、16.58%、3.29%、3.06%和0.80%。在2000—2010和2010—2015年2个时段内,农田生态系统面积持续减少,聚落生态系统面积持续增加,且2010—2015年综合生态系统的变化动态度高于2000—2010年,退耕还林还草工程、建设用地扩张和国家战略实施是引起区域土地利用变化的主要原因。