新疆荒漠区水文序列演变分析及变异点诊断

本文研究新疆荒漠区典型站点的降水、蒸发皿蒸发量、植被覆盖度、土壤含水率等生态水文系列的演变特征,分析了各变量的相互关系和演变过程,取得的主要成果如下:研究区多年平均降水量为398 mm,多年平均蒸发皿蒸发量为1 017 mm,降水主要集中在7-表明降水序列、降水量大于5mm和10 mm的日数、最大日降水量、大于5 mm和10 mm的累积降水均在未来呈现不显著递减的趋势,蒸发序列、年降水日数在未来呈现出显著递增的趋势。运用R年降水日数、降水量大于5 mm和10 mm的日数、大于Smm和10 mm的累积降水量均表现出正的持续性,最大日降水量呈现出负的持续性。采用小波分析法得到降水序列有36 a和21 a的周期,蒸发序列有35 a和20 a的周期,降雨量大于5mm和10mm的日数均有36 a和21 a的周期。使Mann-Kendall检验法和累积距平法得到降水序列变异点为1968年,蒸发序列有两个变异点为1967年和1998年,年降水日数变异点为1979年。     

近46年来东江流域降水变化趋势分析

运用非参数检验Mann-Kendall方法对东江流域近46年来降水变化趋势的时空特征进行分析,结果表明:近46年来东江流域年降水量呈现出增加趋势,但未达到显著性水平,增加速率为16.02mm/10a;流域年降水日数表现为不显著的减少趋势,递减率为0.51d/10a,6月份降水日数的显著减少对全年降水日数的减少趋势贡献率最大;流域年平均降水强度总体变化趋势不明显,变化率为0.16mm/d·10a,其中7月份增强幅度最大(0.9mm/d·10a),对全年降水强度的变化趋势贡献率最大;近46年来东江流域年降水量、降水日数及平均降水强度的变化趋势在空间分布上都存在一定的区域差异性.     

大尺度流域基于站点的降雨时空展布

降水是影响流域水循环最活跃的因素,其时空分布不均匀对流域产汇流的影响非常大,因此在进行流域水文模拟时,需要充分考虑到降雨的时空变异性。本文针对大尺度流域的特点,提出了一种日雨量的空间展布方法,该方法根据站点降雨量之间的相关系数选取参证站点,采用距离平方反比法把站点的日雨量插补到空间计算单元上去,或采用泰森多边形法插值。该方法计算结果和本次全国水资源规划的结果差别不大,说明插值方法比较可靠。由于大尺度流域雨量站点的布设比较稀疏,采用空间插值的方法生成计算单元降雨量值精度不好,本研究中提出了一个大于10mm的大强度日降雨的向下尺度化方法。首先建立了一个将日降雨分配成小时降雨量的雨强历时关系模型：然后根据黄河流域的特点,把全流域划分为五个大强度降雨区,分区对参数进行了率定：最后采用实测资料对模型进行了检验。本文提出的方法,在黄河流域水文模拟中进行了应用,由径流模拟结果看,效果令人满意。     

祁连山中段北坡最大降水高度带观测与研究

2006年6月至2008年9月,在祁连山中段北坡黑河流域上游进行了降水空间变化的统观测.结果表明:在黑河上游流域中山区,夏季降水量从东向西呈减少趋势,递减率约为80 mm·(100 km)-1;最大降水高度带位于海拔4 500～4 700 m左右,年降水量为485 mm.该高度带与本区最大相对湿度高度层(海拔4 600 m左右)以及夏季气温零温层高度(海拔4 680 m左右)相一致.研究区域2008年夏季的凝结高度大致位于海拔4 900 m左右,个别降水日的凝结高度可降至海拔4 460 m左右.在最大降水高度带以下的高山和中低山区,年降水量随海拔升高的递增率为17.2 mm·(100 m)-1,夏季降水量的递增率为11.5 mm·(100m)-1.     

基于Γ函数的祁连山葫芦沟流域湿季小时降水统计特征

高山区降水主要集中在湿季(5~9月),湿季小时降水的概率分布统计特征是研究山区降水分布的重要基础。选择祁连山中段典型流域为研究区,使用葫芦沟流域6个观测点2015年5~9月半小时降水数据,采用极大似然法对影响Γ分布函数的形状参数α和尺度参数β进行估计,并且对不同强度降水概率密度分布、累计概率密度以及降水概率与海拔和降水量关系进行分析。结果表明:形状参数α和尺度参数β呈明显负相关,形状参数α与小时平均降水量分布大致相同;在葫芦沟流域,除海拔因素外,局地地形也是影响降水再分配和降水概率分布的重要因素;在该流域,除降水事件增加外,1~3 mm/h强度降水概率随着海拔增加而增加也是降水量随海拔增加而增加的主要原因。     

1960～2010年漓江流域降水变化特征研究

利用漓江流域及周边地区25个降水观测点50年的监测数据,通过Mapgis 6.7计算流域年降水量和月降水量。在此基础上,采用变差系数法、5年滑动平均法和Mann-Kendall检验法,分析漓江流域1960~2010年降水变化规律。结果表明:(1)1960~2010年,漓江流域降水年际动态为波动增加,年降水量每10a增加23.1mm;其中1970~2010年间,漓江流域年降水变化表现为波动减少,年降水量每10a减少14.6mm;但增减趋势都没有通过显著性检验;(2)漓江流域年内降水具有典型的雨季和旱季交替特征,雨季降水占全年降水的76.26%;(3)漓江流域月降水量随时间变化具有规律性的增减,其中1月和6月降水量随着时间推移增加,4月降水量随着时间推移而减少,1、4、6月的这种增减趋势通过99%的显著性检验;(4)漓江流域降水年内变化幅度比年际明显,年降水量变差系数小于0.18,月降水量变差系数大于0.61。     

黑河流域气候平均降水的精细化分布及总量计算

利用黑河流域气象观测站降水资料和DEM资料,分析了气候平均年和月降水量与地理地形参数的关系.结果显示,黑河流域气候平均降水量与测站的海拔、纬度、坡度显著相关,据此建立了降水量与地理地形参数的关系模型;拟合分析表明,年降水量拟合值与实测值的相关系数达0.94,二者在大部分地区分布特征基本一致,拟合值稍大;逐月降水量拟合相对误差在上游和中游都很小.基于降水量与地理地形参数的关系模型,利用高分辨率DEM资料,扩展得到了黑河流域上中游100m×100m精细化分布的气候平均年降水量和各月降水量.结果表明,精细化分布的降水量场能够表现出更多与地形和地势有关的细节,这是只利用气象测站资料的分析结果所不能反映的.在黑河流域气候平均降水量空间精细化分布基础上,按照黑河流域上中游面积5.08×104 km2计算,其气候平均年降水总量约为150.6×108 m3,降水主要集中在5-9月.     

亚马逊流域降雨径流时空变化分析

基于全球降雨气候中心(GPCC)和全球径流数据中心(GRDC)的降雨径流资料,选择亚马逊流域16个测站,利用三次样条、Mann-Kendall法、Yamamoto检验、最大熵谱法和小波分析法,分析了各子流域的年降水量和年径流量的趋势性、周期性、突变性,并对降水、径流的时间变化和空间分布进行分析。结果表明:整个流域降水量和径流量随时间变化呈增加趋势;其降雨分布不均,南多北少;年降水倾向率有明显空间差异,近50年,流域上、下游径流增加,中游径流减少,整体则有微弱增长。     

典型表层岩溶泉域植被对降雨的再分配研究

本文在表层岩溶泉域植被结构特征分析的基础上,监测桂林丫吉试验场S31号泉域内香椿和云实两种主要植被的穿透雨和树干径流特征以及钻孔和表层岩溶水的变化。结果表明:香椿林的总穿透雨量1 861.83 mm,占总降雨总量的59.65%;云实灌丛总的穿透雨量为1 626.42 mm,占总降雨量的52.11%;穿透雨率随降雨量增加而减少。香椿林的树干径流总量为89.4 mm,占总降雨量的2.86%;云实灌丛的树干径流总量为27.79 mm,占总降雨量的0.89%;香椿林和云实灌丛的林冠截留总量分别为1 169.97 mm和1 466.99 mm,平均截留率为37.48%和47.01%;用水量平衡法计算得出以灌丛覆盖为主的S31号表层岩溶泉域年蒸散量为1 623.81 mm,占降水量的52.03 %,年径流深度为1 497.39 mm,占降水量的47.97%。植被冠层改变了降雨对表层岩溶带的补给形式和补给量。降雨经过植被冠层的截留后转化成穿透雨和树干径流进入表层岩溶带,穿透雨以连续波状的形式补给表层岩溶带,而树干径流则以快速集中的方式补给表层岩溶带。      

辽阳地区多年降雨特性的分析

在《辽阳市水资源评价》编写的基础上,利用等值线法对辽阳地区1956~2000年降水资料进行分析,深入研究辽阳地区多年降雨特性,系统分析降雨量时空分布、降雨量特征和变化趋势。得出降水量稀少,且面上分布不均匀,东部山区降雨量偏大、西部沿河平原降雨量偏小;年际变化以2~3年为短周期,8~14年的长周期性变化,丰枯年差异较大;总体呈减少趋势,且有1956~1979年偏多、1980~2000年偏少之阶段性特点,但减小幅度很小。     

TRMM多卫星降水数据在黑河流域的验证与应用

利用黑河流域9个气象台站降水数据, 在不同时间尺度和空间分布上分析了2008-2011年TRMM多卫星降水数据(TMPA 3B43)在黑河流域的适用性.结果表明: 用TMPA估测的年降水量在黑河流域平均高估27.3%, 对上游降水量大的山区估测相对好于降水稀少的黑河下游地区; TMPA与气象站降水量的拟合优度夏季(R²=0.851)高于冬季(R²=0.332); TMPA可以较好反映各测站降水量年变化、 月变化趋势, 用TMPA估测的黑河流域平均年降水量变化趋势为30 mm·(10 a)^-1. 黑河流域年降水量体现出随海拔高度的递增规律(11.1 mm·(100 m)^-1)、 从东向西降水量逐渐减少的分布以及最大降水高度带出现在上游偏东地区(海拔2 800~4 900 m).     

长江黄河源区覆被变化下降水的产流产沙效应研究

在长江和黄河源区的左冒西孔曲和纳通河、垮热洼尔玛河流域的不同植被覆盖下建立了天然径流观测场,利用观测天然降水和人工模拟降水,初步研究了江河源区不同植被覆盖下降水的产流产沙效应。结果表明,长江黄河源区的3个小流域内,在典型高寒草甸草地30°坡面上,退化较为严重的30%覆盖度以下的场地内,地表径流产出量明显大于覆盖度较好的95%、92%和68%场地,同时产沙量显著高于这3个场地,其平均单次降水形成的泥沙量是这三种盖度的2~4倍,由此造成地表侵蚀量平均为这3种盖度的3~10倍。通过对几次典型的降水形态的分析,在长江黄河源区高寒草甸草地的坡面上,不但降水量影响着产流产沙量,降水形态也影响着产流产沙量,降雨仍是引起水土流失的主要降水形态,在降水量相同的条件下,降雪可比降雨和雨加雪增加产流量2.1~3.5倍,可比降雨减少泥沙侵蚀45.4%~80.3%。人工模拟结果表明:对于覆盖度为5%和30%的强度退化草地,次降水量在3.5 mm时,就形成了较为明显的径流和产沙效应,当次降雨量达到7 mm,降雨持续时间15 min,5 m2场地内就会形成1 400 mL以上的径流量;在地表土壤含水量(FDR测0~5 cm平均含水量为36.7%)较高的情况下,次降雨量达4mm,降雨强度超过0.4 mm/min,在5 m2场地内历时5 min就能形成1 060 mL的地表径流,每100 mL径流中含泥沙高达1.6 g。这一试验结果在长江黄河源区3个不同的河源小流域是一致的。     

高精度降雨雷达设备在局地暴雨监测中的应用

高精度降雨监测雷达设备为获取精细化的流域面雨量信息提供了高新技术设备解决方案。其方法是利用物体对电磁波的散射作用来对面降雨量进行监测。对其组成和应用效果做出初步探讨,给出一个用常规雨量计所得到的累积降水量与测雨雷达收集得到的降水量比较,对雨量计算中各类方法的优缺点进行应用分析,总结技术应用成果并辅以案例说明。高精度降雨雷达设备以较高的时空分辨率,获取较大面积的测量数据,并能迅速更新降水的三维结构,将逐步成为广泛应用的高新技术设备。     

1960—2017年河西地区降水时空变化特征

利用1960—2017年日降水量资料,采用线性倾向趋势分析、滑动分析和泰森多边形法等,对河西地区多年降水时空变化特征及不同量级降水日数及降水强度的变化趋势进行了研究。结果表明：河西地区年均降水量为99.0 mm,呈现明显的逐年上升趋势,平均倾向率为8.72 mm?（10a）^-1,月降水量为单峰分布,5—10月夏秋汛期降水量占年降水量的89.2%,各季节降水量均呈现显著上升趋势;年均降水日数为36.7天,呈现明显的上升趋势,增幅为3.18 d?（10a）^-1,降水日数主要分布在夏季,约占总降水日数的54.6%;平均降水强度为2.70 mm?d^-1,呈现减弱趋势,变化速率为-0.04 mm?d^-1?（10a）^-1;零星小雨和小雨降水日数均呈现增加趋势,而二者平均降水强度均为下降趋势,小到中雨降水日数和降水强度呈现增加趋势,中雨及以上的降水变化趋势不明显。     

柯克亚尔河流域典型水文气象特征研究

柯克亚尔河流域地处中纬度欧亚大路腹地,远离海洋并受北部、西部天山屏障的阻隔,流域区域内气候差异明显。为全面研究流域的水文气象特征,选用部分邻近流域的水文站和气象站作为参证站,通过对柯克亚尔河流域降水、蒸发等典型气象特征进行分析,掌握了该区域降水的季节分布、降水量年际变化和流域河流水面蒸发的基本规律,结果可知:流域内形成降水水平分布不均,总趋势为水汽自西向东,自北向南减弱。多年平均降水量为180. 2 mm;变差系数Cv为0. 36,降水量年际变化不是很大,山区大于平原,垂直分布十分明显,而降水分布季节分配不均;流域河流水面蒸发规律年内变化不均,7月水面蒸发量最大月,约占年水面蒸发量的16. 7%,1月蒸发量最小,约占年水面蒸发量的0. 94%,水面蒸发主要集中在4-9月,约占年水面蒸发量的82. 5%。研究结果可以为进一步研究流域洪水发生规律,确保城市人民生命和财产安全,合理开发利用区域水资源,发展社会经济提供基础依据。     

基于M-K检验方法的1980～2016年衡水市降水时间变化规律研究

以气象资料为基础,运用趋势分析、Maan-Kendall检验和小波分析等方法,探究衡水市1980-2016年降水量时间变化规律。结果表明,研究时域内衡水市年降水量介于年430～714 mm,平均降水量为524.8 mm;其年降水气候倾向斜率为-11.863 mm/10,各季节降水也呈现减少变化,但趋势并不显著;除了夏季、冬季降水量分别在1987、1992年存在突变,其他年季降水量不存在显著突变;近37年来衡水市年降水存在4 a、8 a和16 a的循环周期。     

祁连山典型小流域降水特征及其对径流的影响

研究了祁连山排露沟流域降水特征及对径流的影响.结果表明: 降水的季节性强且分配不均匀, 存在明显的干季(11月至翌年4月)和雨季(5-10月)之分;排露沟雨季降水占全年降水量的88%, 占全年降水频数的70%;干季降水仅占全年的降水量12%, 占全年降水频数的30%. 降水事件主要以0～5 mm的降水为主, 占全年降水事件的78.8%, 占全年降水量的30%;0～10 d的降水间隔期出现的频率高达86.1%, 占全年无降水期的55.5%. 降水受海拔高度的影响明显, 沿海拔梯度呈先增后减的趋势, 降水的峰值出现在海拔3 400 m的区域. 径流受降水的影响, 主要集中在雨季, 占全年的95.6%, 干季径流仅占4.4%. 径流与日降水、旬降水及其雨季月降水显著相关, 其复相关系数均＜0.7. 径流主要受降水量和前期降水的影响, 对于前期无降水基础、雨量＜20 mm降水过程, 径流变化迟缓, 而对于前期有一定降水基础, 雨量＞25 mm的降水过程, 径流变化大.     

渭河流域降水年内分配不均匀性时空变化研究

基于渭河流域19个气象站点1960—2015年的月降水数据和洛伦兹曲线,采用基尼系数及洛伦兹不对称系数定量描述了流域降水年内分配不均匀性,并利用Mann-Kendall检验法及R/S分析法等研究了流域年降水量及降水年内分配不均匀性的时空变化。结果表明：（1）流域年降水量整体呈不显著减少趋势,高值多出现在流域下游,且存在明显的西北-东南方向的降水递增带;（2）渭河干流多年平均降水年内分配呈双峰状,泾河流域为不规则多边形状,北洛河呈单峰状;（3）从基尼系数看,降水年内分配不均匀性依次为泾河、北洛河和干流,且除泾河外,均呈不显著增加趋势;（4）洛伦兹不对称系数整体变化趋势不显著,降水年内分配不均匀性多是由降水量少的月份引起的;（5）渭河流域降水量及其年内分配不均匀性均呈反持续性。     

1961-2015年新疆和田地区不同级别降水事件变化特征

为探究新疆和田地区降水事件特征及在全球气候变化影响下的变化趋势,分析了该地区1961-2015年,7个气象站点的逐日降水数据,研究了不同级别降水量、降水日数和降水强度的年、季特征及变化趋势.结果表明:年平均降水量、 日数、 强度均为增加趋势,其变化率分别为3.7 mm·(10a)-1、1.15 d·(10a)-1、0.046 mm·d-1·(10a)-1,1986年为和田地区年平均降水和降水日数发生气候转折的年份,春、夏季转折时间与年际转折时间一致,冬季转折年份不明显.全地区年平均降水量为44.0 mm,小量降水占各级降水量的42.4％,夏、春季降水量占全年的78.4％;年均降水日数为49.8 d,微、小量降水日数占各级降水日数的95.3％,夏季降水日数占全年的48.0％.各级降水量和降水日数年际间均为增加趋势,其中小、中降水量和降水日数的增加是年际增加的主要原因,小量降水强度的增强是年降水强度增强的主要原因;四季降水量和降水日数变化趋势也是增加的,其中夏季增加趋势最明显,降水强度除春季减弱趋势外,其他季节均为增加趋势.在和田地区,春夏两季降雨量决定了全年的多寡,小量级别的降水量和降水日数是年降水量和降水日数的主要形式,降水日数是决定年降水量的主要因素;降水量和降水日数都存在明显气候转折年,目前正处于转折点后的增加阶段,小、中降水量和降水日数的增加是降水事件年际变化的主要特征.     

基于TRMM卫星降水的太行山区降水时空分布格局

基于TRMM 3B42V7数据,综合采用多元线性回归、偏最小二乘回归和地理加权回归3种方法,建立了太行山区卫星降水产品的降尺度校正模型,将遥感降水信息从0.25°×0.25°降尺度到0.05°×0.05°。在结果评估和优选的基础上,分析了"像元-集水区-全区"年、月降水的多时空尺度干湿季节分布和垂向分布特征,并从机理方面论证了研究的合理性。结果表明:①地理加权回归校正效果最优,可明显降低校正降水与实测降水系列的均方根误差和平均相对偏差且提高决定系数;偏最小二乘回归可降低两项误差,但对决定系数无提升;多元线性回归最差,各项指标均无改善。②处于夏季风迎风侧的东坡和南坡降水量普遍高于500 mm,背风侧的西坡和北坡降水量较低,最大年降水量位于东南坡海拔1 300~1 500 m的地带。③研究区7-9月降水量占全年的58.7%,干湿季节降水量之比为1:18,各集水区的变化范围为1:13~1:25。④季风风向影响降水中心的移动路径,各月降水量沿高程变化梯度区间为-5.2~6.7 mm/hm,且迎风坡降水的垂向分布更复杂。