近1 000年长江中下游旱涝与气候变化关系

文章利用旱涝灾害历史记载与现代器测降水资料重建长江中下游旱涝灾害等级序列 ,并通过相关分析与波谱分析、交叉谱分析等分别探讨了长江中下游旱涝灾害发生与东太平洋海水表面温度 (SST)以及太阳活动 (太阳黑子数 )的关系。结果表明 ,长江中下游涝灾多发生于气候过渡期 ,即涝灾在气候由一种气候状态向另一种气候状态转变时期多发。谱分析与交叉谱分析结果表明 ,长江中下游旱涝灾害等级序列在 10～ 11年周期上与太阳黑子数存在相关 ,但两者有近 1年的滞后性。长江中下游旱涝灾害与SST的相关关系分析表明 ,SST正距平年份 ,往往对应着长江中下游的涝灾 ;而SST负距平年份往往对应着长江中下游旱灾。因而可以认为 ,SST与太阳活动变化(太阳黑子数量变化 )在不同周期频度上对长江中下游旱涝灾害具有明显影响。     

近300a来塔里木河流域旱涝灾害特征分析

干旱与洪涝是极端水文事件中最具有代表性的水文事件,在气候变化的影响下旱涝灾害事件越来越引起人们的关注. 采用传统的气象干旱指标-标准化降水指数SPI和小波分析法、反距离加权法以及线性回归分析,研究了近300 a来塔里木河流域旱涝灾害分布特征及关键影响因素. 结果表明：近300 a来塔里木河流域旱涝灾害呈增加的趋势,且洪涝事件较干旱事件明显. 其中,喀什、阿克苏等地的发生频率最高,并表现为群发性;近60 a塔里木河流域自西向东旱涝灾害事件呈交替现象. 小波分析结果表明,塔里木河流域旱涝灾害呈现15 a的周期性,由此推断未来5~10 a研究区湿润化面积仍有扩大的可能. 大气环流指数与多尺度下的SPI指相关性检验表明,PNA对秋季和冬季的SPI值的影响较为显著;旱涝灾害对农牧业的影响较为严重,其中,洪涝灾害的影响大于干旱.     

广东现代樟树树轮纤维素的碳同位素与厄尔尼诺事件的关系

本文对广东阳春河的樟树树轮纤维素△δ13C序列研究发现,厄尔尼诺对树轮C同位素的高频变化的影响有一定的滞后性,一般是厄尔尼诺强度高峰期所对应年的下一年树轮△δ13C值较低.通过谱分析发现,树轮记录的△δ13C序列变化中2～3 a周期与热带气候的"准两年振荡"(QBO)十分一致,这从另一个侧面说明了广东樟树树轮记录了大范围的ENSO信息.其中准4.57 a周期可能与影响全球气候异常的厄尔尼诺事件的周期有关,很可能就是厄尔尼诺事件引起的气候变化对树木生长影响的反映.研究表明,广东厄尔尼诺所引起的气候变化,在树轮同位素中有较好的记录.说明在热湿地区,冬季树木仍有同位素分馏,树轮δ13C依然能记录冬季气温和东亚冬季风强弱的变化.     

我国西北地区气温变化与Nino3区SST的关系及其稳定性分析

根据1956—2005年中国西北地区72个观测站的月平均气温资料,分析了气温的空间分布特征,利用相关分析、滑动t检验、小波分析和小波凝聚谱等方法,探讨了Nio3区SST与西北地区气温的关系及其稳定性.结果表明:一致性异常分布是西北地区气温变化的最主要空间模态,第一模态时间系数与Nio3区SST有着较好的相关关系.在典型的ENSO暖状态,西北地区气温偏高,在典型的ENSO冷状态则情况相反.西北地区气温和Nio3区SST关系的稳定性分析表明,气温和SST之间在1～5a变化周期上存着较好的相关关系,但这种相关关系并不稳定,存在着年代际变化:1956—1970年正相关较好,1992—2005年反相关较好,而在1971—1991年二者相关关系较差.     

水文时间序列复杂特性的研究与定量表征

应用小波分析方法及相关理论,以海河流域黑龙洞泉域47a(1956～2002年)年降雨序列和黄河利津站54a(1950～2003年)年径流序列为例.深入研究并定量描述随序列长度变化时水文时间序列主周期值和复杂特性的变化规律和特征.分析结果显示:不同方法(熵谱分析(MESA)、连续小波变换和小波方差分析)对相同长度序列的周期识别结果一致,不同长度序列的主周期值不同;此外,不同长度序列(包括原序列和消噪序列)的信息量系数(ICF)和分维数(D)也不等.研究结果表明:(1)水文序列特性复杂多变,存在整体变化特性和十分复杂的局部特性;(2)由局部特性发生变化造成序列的复杂程度随序列长度而变化,从而引起序列主周期值及复杂度(ICF和D)随序列长度变化而变化;(3)相比于序列的整体变化特性.局部特性更加复杂多变且更难以进行描述,因此也难以进行准确地模拟预测.对于引起水文序列局部特性变化的物理机制仍需进行深入探讨.     

我国西北地区气温变化与Nio3区SST的关系及其稳定性分析

根据1956—2005年中国西北地区72个观测站的月平均气温资料,分析了气温的空间分布特征,利用相关分析、滑动t检验、小波分析和小波凝聚谱等方法,探讨了Nio3区SST与西北地区气温的关系及其稳定性.结果表明:一致性异常分布是西北地区气温变化的最主要空间模态,第一模态时间系数与Nio3区SST有着较好的相关关系.在典型的ENSO暖状态,西北地区气温偏高,在典型的ENSO冷状态则情况相反.西北地区气温和Nio3区SST关系的稳定性分析表明,气温和SST之间在1～5a变化周期上存着较好的相关关系,但这种相关关系并不稳定,存在着年代际变化:1956—1970年正相关较好,1992—2005年反相关较好,而在1971—1991年二者相关关系较差.     

青海省东部地区气候变化与ENSO事件关系

ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)事件的发生会影响区域气候变化。通过对青海东部地区5个站点1959~2005年的降水、气温资料、干燥度和海表温度距平(SSTA)与南方涛动指数(SOI)的月序列进行相关性分析和周期性谱分析,探讨了区域气候变化与ENSO事件的关系。结果表明,1959~2005年青海省东部地区气候趋于暖干,并且冬春季变化趋势显著;暖事件的发生对该区域降水、气温及干燥度的变化影响较大,且气温对ENSO事件的响应要大于降水;ENSO事件对该区域的气候变化有两到三个月的影响期,EI Nino事件的发生对当月的影响较大,而La Nina事件的发生对该区域有两到三个月的持续影响期;降水距平及气温距平与ENSO事件存在短期相同的变化趋势,且该地区气候变化受南方涛动影响明显。     

鄱阳湖流域年降水时间序列的小波分析

对鄱阳湖流域内的赣州、宜春、南昌和庐山4个气象站近60年的年降水量序列进行小波分析,研究了鄱阳湖流域降水时间序列的周期性变化规律。结果表明,鄱阳湖流域年降水量存在两个明显的周期变化,分别为30～35a和12～15a,2011年正处在30～35a周期转化的节点上,未来30a鄱阳湖流域可能将进入降水偏少的周期;而12～15a周期尺度在2000年以前比较明显,2000年以后12～15a周期特征趋于消失。通过对ENSO指数的变化周期尺度的研究,发现厄尔尼诺现象的出现周期与鄱阳湖流域年降水量周期十分相似,两者具有很高的相关性。     

黄河源区降水与径流过程对ENSO事件的响应特征

根据最新季分辨率ENSO指数序列所确认的近40年多来所发生的20次ENSO事件，并确定了每次ENSO事件强度及其影响年，通过对相应年份黄河源区降水与径流距平变化值的对比，分析了降水与径流过程对ENSO事件响应的统计规律；ENSO事件与黄河源区降水与径流年际波动变化有很好的相关性，这种相关性与ENSO事件的性质强弱，发生季节以及持续时间等有关。一般夏秋季暖事件无论强弱均使影响年降水减少，发生于春季的中等强度暖事件使发生年降水呈负距平，影响年降水呈增加趋势，冷事件与暖事件对降水的影响正好相反；暖事件对应年份黄河源区径流量减少，而冷事件则使其增加，随着20世纪90年代以来暖事件发生频率的增加，径流呈现持续减少。     

淮河流域近500年洪旱事件演变特征分析

为了认识淮河流域过去500年洪旱事件发生规律并鉴别当前的洪旱情势,收集并对比分析了流域实测降雨资料、重建历史雨季降雨资料、历史旱涝等级资料、历史洪旱文献记录和历史调查洪水资料等多源洪旱灾害数据。以重建历史雨季降雨资料和历史旱涝等级资料为主要依据,通过滑动平均、频率计算、小波分析和突变检验等方法,分析流域过去500年洪水干旱时空分布特征和演变规律。结果表明,17世纪淮河流域洪旱灾害最严重,但20世纪极端洪旱事件发生频次最多。淮河流域洪旱事件存在40年左右的稳定长周期,主周期从18世纪的15~20年逐渐减少到19世纪的5年周期,近20年来出现2~3年的主周期,洪旱灾害事件呈增加趋势,流域社会经济发展面临着严峻的洪旱灾害威胁。     

过去530年中国东部旱涝事件模拟研究初探

利用CCSM2.0.1模式完成的千年模拟试验结果对近530年中国东部区域旱涝事件进行了初步的研究。结果表明模式一定程度能够反映过去530年中国东部降水变化规律,在年代际变化上与旱涝等级资料较为一致。模式能模拟出旱涝事件世纪尺度变化特征以及旱涝事件的群发现象。从模拟结果中发现,过去530年中国东部共发生了3次持续时间5年或5年以上的严重干旱事件,分别发生在1483～1488年、1635～1645年和1964～1968年; 4次持续时间5年或5年以上的严重洪涝事件,分别发生在1529～1533年、1749～1753年、1926～1932年和1978～1984年。其中,1483～1488年、1635～1645年和1964～1968年干旱事件以及1749～1753年洪涝事件与旱涝等级序列有较好的对应,说明模式对严重干旱事件具有一定的再现能力,而对严重洪涝事件的模拟能力还有待加强。对个例分析发现,对应较好的3次严重干旱事件发生时期降水空间型态的演化与1749～1753年严重洪涝事件不同,前者前期呈南涝北旱格局,旱区逐年向东、南扩大,后者前期同样也呈南涝北旱格局,但为涝区逐年向东、北扩大。模拟还发现中国东部夏季降水的异常变化主要受夏季风影响,发生严重干旱事件期间夏季风偏弱,发生严重洪涝事件期间夏季风偏强,模拟显示严重旱涝事件期间副热带高压无明显变化。     

The evolution analysis of flood and drought in Huai River Basin of China based on monthly precipitation characteristics

Based on the daily precipitation data of 38 weather stations in the Huai River Basin from 1961 to 2010, this study used SPI index, P-III curve to determine the flood/drought years, under what situations for droughts and floods easily happen, and to analyze the evolution law of flood and drought during inter-annual and intra-annual based on the characteristic of monthly precipitation. The results showed that: (1) annual rainfall of the Huai River Basin presented decreasing trend, maximum rainfall appeared from June to August, and multi-year average precipitation increased gradually from north to south; (2) the variation of monthly precipitation during flood years was more severe than other typical years, and precipitation in drought years showed nearly 50 % decline compared with normal years; (3) high rainfall of flood years was mainly caused by the increase in rainfall in flood season, and the strategy of flood control and drought relief was “short-term flood prevention and long-term drought relief”; (4) while precipitation of most months in drought year was reduced, the relevant strategies “annual basin-wide of long-term drought prevention” should be carried out; (5) combination events of floods and droughts occurred frequently. Persistent drought dominated in spring and summer while droughts and floods that happened alternately were mainly in summer and autumn.     

Extraordinary floods related to the climatic event at 4200 a BP on the Qishuihe River,middle reaches of the Yellow River,China

Palaeo-hydrological study was carried out in the Qishuihe River valley in the middle reaches of the Yellow River. Several bedsets of flood slackwater deposit were identified in the Holocene loess-soil sequences on the riverbanks. They were differentiated from aeolian loess and soils by the parallel and waving beddings and the distinctive stratigraphic breaks separating individual palaeoflood events. Chronology of the flood events was established by OSL dating, checked by archaeological identification of the anthropogenic remains retrieved from the sequences. The results show that successive floods occurred between 4300 and 4000 a BP in association with the abrupt climatic event of 4200 a BP. These overbank floods had the riverbank settlement inundated repeatedly. Another series of extraordinary floods occurred between 3200 and 3000 a BP when monsoonal climate shifted from the mid-Holocene Climatic Optimum toward late Holocene dry conditions. The climatic event of 4200 a BP and the climatic decline at 3100 a BP were believed to be characterized by droughts previously. This work provides solid evidence that both severe droughts and extreme floods were parts of the climatic variability during abrupt climatic event and climatic decline in the semi-arid to sub-humid zones over the world.     

Joint pattern of seasonal hydrological droughts and floods alternation in China’s Huai River Basin using the multivariate L-moments

Under the current condition of climate change, droughts and floods occur more frequently, and events in which flooding occurs after a prolonged drought or a drought occurs after an extreme flood may have a more severe impact on natural systems and human lives. This challenges the traditional approach wherein droughts and floods are considered separately, which may largely underestimate the risk of the disasters. In our study, the sudden alternation of droughts and flood events (ADFEs) between adjacent seasons is studied using the multivariate L-moments theory and the bivariate copula functions in the Huai River Basin (HRB) of China with monthly streamflow data at 32 hydrological stations from 1956 to 2012. The dry and wet conditions are characterized by the standardized streamflow index (SSI) at a 3-month time scale. The results show that: (1) The summer streamflow makes the largest contribution to the annual streamflow, followed by the autumn streamflow and spring streamflow. (2) The entire study area can be divided into five homogeneous sub-regions using the multivariate regional homogeneity test. The generalized logistic distribution (GLO) and log-normal distribution (LN3) are acceptable to be the optimal marginal distributions under most conditions, and the Frank copula is more appropriate for spring-summer and summer-autumn SSI series. Continuous flood events dominate at most sites both in spring-summer and summer-autumn (with an average frequency of 13.78% and 17.06%, respectively), while continuous drought events come second (with an average frequency of 11.27% and 13.79%, respectively). Moreover, seasonal ADFEs most probably occurred near the mainstream of HRB, and drought and flood events are more likely to occur in summer-autumn than in spring-summer.     

1929—1930年中国极端冷冬事件的重建*

气候变暖背景下,极端寒冷事件仍有发生且常伴随严重的经济、社会影响,需要更为深入的研究。1929—1930年极端冷冬事件作为增暖背景下的极端冷事件,对其研究相对缺乏。通过收集并分析民国时期的气象器测资料和报刊资料,对1929—1930年中国极端冷冬事件进行探讨。结果表明: (1)本次冷冬的空间范围包括华北地区、长江流域(重庆至入海口段)和北疆地区,西北地区可能存在冷冬;寒冷的核心时段为1929年12月到次年1月。(2)本次冷冬时空范围内的地区月平均气温极端性强,华北、长江流域的12月份均温都超过十年一遇的冷事件水平,长江流域、北疆地区的1月份均温均超过五十年一遇水平;但月最低气温的极端性较弱,大部分站点月的最低温达到五年一遇水平,部分站点月超过十年一遇水平。(3)本次冷冬至少经历了7次区域性或全国性的降温事件,其中有3次降温事件达到全国性寒潮事件标准,时段分别为12月1—5日、12月16—20日和1月1—5日;其中第1次和第3次是影响中国的典型中路寒潮路径,第2次降温过程的时空特征不显著。(4)综合本次冷冬前旱后涝气候特点、该时段内ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)指数的变化以及前人对ENSO和中国气候变异的关系研究,推测1920s末到1930s初期的气象灾害很大程度受影响于ENSO事件。     

西南河流源区径流量变化规律及其未来演变趋势

采用统计学方法及集合经验模态分解、小波分析、水文模型等多种方法,在对气象水文、湖泊岩芯、树木年轮、气候模式数据进行深入分析的基础上,研究了西南河流源区径流变化规律与历史丰枯规律及其驱动机制,分析了未来气候变化影响下的径流演变趋势。结果表明:三江源地区的径流近50 a整体表现为上升趋势,雅鲁藏布江流域除尼洋河外的其他区域年径流量整体呈不显著下降趋势,气候变化是导致三江源、雅鲁藏布江和怒江流域径流变化的主要原因,其中降水是引起径流变化最关键的因子;主要河流径流不同时间尺度的丰枯演变规律为,雅鲁藏布江中游全新世洪水事件呈现出早晚全新世频繁、中全新世相对较少的特征,近500 a怒江流域重建径流序列存在10个丰水期和10个枯水期,丰枯序列变化主要受季风环流和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)活动的影响;在未来15~60 a,全球持续增温将使西南河流源区平均年径流深相比近30 a增加6%~14%,而极端径流呈现出“干更干、湿更湿”的变化特征,同时生态因子对径流变化的影响不可忽视。     

特大洪水日地水文学长期预测

对于大江大河重现期为 5 0 10 0a的因暴雨产生的特大洪水 ,要提前 0 5a作出确定性预测和最大洪峰流量预报 ,国内外学者一般认为 ,由于缺乏相应的预测理论和方法 ,实际上不可能。笔者积40a的研究 ,在所创建的日地水文学理论和大洪水长期预测方法多次应用成功的基础上 ,对于 1998年长江特大洪水 ,先提前 10a作出初步预测 ,临期又提前 0 5a作出定性和定量预报。其依据是太阳活动、西太平洋海温下降、印度洋海温异常上升、东南非经南亚至中国西南气流异常降雨降雪、长江下游南侧特别是闽浙赣相邻地区前冬暴雨洪水 ,以及长江中游 133a来枯水季 1月破纪录罕见特高水位等一系列日地水文物理的新发现和先兆分析。经过和 1870年、195 4年、1931年等多次特大洪水的比较研究 ,从初步预测逐步深入 ,结果求得确定性预测。最后再根据上一次 2 2a周期性大洪水 ,按照日地水文相似模型 ,以太阳活动相对增量为参变量 ,建立最大洪峰流量预报公式 ,从而计算求得为80 0 0 0m3 /s。经 1998年 1月下旬提出预报 ,1998年 7月、8月已获得完全证实。在中国和全球大河中 ,80 0 0 0m3 /s特大洪水的成功长期预测 ,这是第一次。在洪水物理和定量预报上获得突破。