鄱阳湖流域过去1000 a径流模拟以及对气候变化响应研究

为研究过去千年尺度径流变化及其对气候变化的响应,以长江中游鄱阳湖流域为研究区,运用气候模式CCSM4和ECHAM5模拟过去1000 a气候数据,空间降尺度后驱动水文模型模拟了鄱阳湖流域过去近千年流域径流序列.利用快速傅里叶变换、小波分析等手段,分析流域极端径流变化特征、周期和该流域旱涝事件发生频率.结果表明:2种气候模式均能反映出中世纪暖期及小冰期阶段的干湿交替变化,且小冰期内中干旱状态维持时间较长;径流的丰枯变化与降水量变化具有较好的对应关系.CCSM4和ECHAM5模式下发生旱涝灾害与极大极小降水事件发生频率基本相同,径流丰枯变化与降水变化周期相近,均具有30 a左右的主周期,10~15、7 a左右的子周期.小波系数模平方图中30 a左右显著的能量信号揭示了该周期与北太平洋气候的主要环流机制的太平洋年代际振荡周期相近,因此,大气环流涛动是造成气候-水文变化的主要原因.研究结果拓展了基于近代60 a观测记录的流域水文变化的认识,探讨了千年时间长度下流域干湿变化特征和水文对气候响应的动力机制,有助于全面系统认识长江中游在全球气候暖化背景下旱涝极端水文事件的发生机制与变化规律.     

用树轮资料重建黑河近千年来出山口径流量

依据黑河上游流域内获取的树木年轮样本和该河上游及出山口水文站径流资料, 利用树木年轮水文学的原理和方法, 建立了年轮年表. 年表与河流径流量的相关关系, 重建了黑河上游及出山口径流. 得出在距今1319 a以来, 黑河莺落峡出山口最大年径流量为26.74 × 108 m3/a, 最小为6.44×108 m3/a, 年际变率Cv = 4.17, 多年平均为15.284 × 108 m3/a. 特枯、偏枯水年以及平水年、特、偏丰水年出现的概率分别为18.9%, 23.9%, 20.5%, 19.0%, 17.7%. 相对而言, 枯水年稍多一些. 持续5 a以上的枯水段出现过37次, 共358 a, 持续最长的枯水段达22 a; 丰水段为38次, 共390 a, 最长达39 a. 这两种现象仅占总数的一半, 另一半是2～3 a间的丰、枯水循环和平水期. 小周期循环是出山口径流量的主要变化方式. 同时也有较明显的中、长周期变化. 据历史文献记载中所描述张掖(原甘州)旱涝灾害与出山口年径流量的对比中, 旱灾的吻合率高达80%以上. 而涝灾也在60%以上. 从中长周期的变化趋势来看, 目前在全球气候变暖背景下, 出山口径流量正处在一个百年尺度的丰水期中. 这一结果是目前我国在利用树木年轮重建千年以上长度水文资料的首例工作. 它为黑河流域经济发展、生态环境保护以及合理利用地表水资源提供重要科学依据.     

1960-2012年鄱阳湖流域旱涝急转事件时空演变特征

基于鄱阳湖流域五河7个主要入湖控制站19602012年的实测径流资料,通过短周期旱涝急转指数,结合TFPW-MK趋势检验法及集合经验模态分解法,分析了鄱阳湖流域旱涝急转事件的时空分布、演变趋势、强度及周期变化等,并探讨了旱涝急转指数的不确定性及旱涝急转事件的成因.结果表明:鄱阳湖流域旱涝急转事件主要分布在310月,其中36月主要表现为“旱转涝”,710月主要表现为“涝转旱”,且不同年代间存在一定的时空差异;五河以轻度旱涝急转事件为主,重度旱涝急转事件发生频率较低,主要发生在抚河、信江和饶河流域,且多以“涝转旱”事件为主;在年代际上,鄱阳湖流域旱涝急转事件在1990s发生的频率最高,在2000s最低.同时,除饶河外,鄱阳湖流域年最强“涝转旱”事件的发生强度呈减弱趋势,而年最强“旱转涝”事件的发生强度在赣江和修水北支有减弱趋势,在饶河和修水南支有增强趋势.五河旱涝急转的变化存在2个特征时间尺度,分别为1 a和21~35 a,而年最强旱涝急转事件的发生强度具有3 a左右的周期变化特征.这些变化与流域降水的不均匀性及强烈的人类活动等有关.本研究结果有助于全面系统认识鄱阳湖流域在全球变暖背景下极端水文事件的发生机制和变化规律,可为鄱阳湖区防汛抗旱减灾提供重要的科学依据.     

书评

《中国地震历史资料汇编》第五卷,谢毓寿主编,科学出版社出版,共728页,1983年出版。精装本8.50元,平装本7.50元。 本书是1956年出版的《中国地震资料年表》的全面修订。《年表》自出版后曾引起国际地震界广泛的重视并成为我国近年来地震工作极重要的参考之一。但由于当时条件的限制和时间的紧迫,《年表》的编辑工作难免有一些缺欠和重要的遗漏。在二十余年的实践中,我国的地震工作者和历史工作者无论从实地考察或文献搜集中都积累了大量的资料。现在已有条件并有必要对我国的地震历史资料作一次重新整理。中国地震历史资料     

利用树轮资料重建黑河近千年来出山口径流量

依据黑河上游流域内获取的树木年轮样本和该河上游及出山口水文站径流资料,利用树木年轮水文学的原理和方法,建立了年轮年表.年表与河流径流量的相关关系,重建了黑河上游及出山口径流.得出在距今1319a以来,黑河莺落峡出山口最大年径流量为26.74×10~8m3/a,最小为6.44×10~8m3/a,年际变率Cv=4.17,多年平均为15.284×10~8m3/a.特枯、偏枯水年以及平水年、特、偏丰水年出现的概率分别为18.9％,23.9％,20.5％.19.0％,17.7％.相对而言,枯水年稍多一些.持续5a以上的枯水段出现过37次,共358a,持续最长的枯水段达22a;丰水段为38次,共390a,最长达39a.这两种现象仅占总数的一半,另一半是2～3a间的丰、枯水循环和平水期.小周期循环是出山口径流量的主要变化方式.同时也有较明显的中、长周期变化.据历史文献记载中所描述张掖（原甘州）旱涝灾害与出山口年径流量的对比中,旱灾的吻合率高达80％以上.而涝灾也在60％以上.从中长周期的变化趋势来看,目前在全球气候变暖背景下,出山口径流量正处在一个百年尺度的丰水期中.这一结果是目前我国在利用树木年轮重建千年以上长度水文资料的首例工作.它为黑河流域经济发展、生态环境保护以及合理利用地表水资源提供重要科学依据.     

1998年中国特大洪涝时期的环流特征

研究了 1 998年我国特大洪涝的环流特征 ,长江流域洪涝年全国有两种降水分布型 :即长江流域大水全国降水偏多型及长江流域大水其南北降水偏少型 .进而 ,研究了这两类分布型的环流特征 ,并指出北半球 50 0hPa位势高度场有着显著的差异 .鄂霍茨克海高压的建立是长江流域多雨的重要条件 ,南海高压的强弱在全国降水分布型中起着重要的作用     

利用树轮资料重建黑河近千年来出山口径流量

依据黑河上游流域内获取的树木年轮样本和该河上游及出山口水文站径流资料, 利用树木年轮水文学的原理和方法, 建立了年轮年表. 年表与河流径流量的相关关系, 重建了黑河上游及出山口径流. 得出在距今1319 a以来, 黑河莺落峡出山口最大年径流量为26.74 × 10⁸ m³/a, 最小为6.44×10⁸ m³/a, 年际变率C_v = 4.17, 多年平均为15.284 × 10⁸ m³/a. 特枯、偏枯水年以及平水年、特、偏丰水年出现的概率分别为18.9%, 23.9%, 20.5%, 19.0%, 17.7%. 相对而言, 枯水年稍多一些. 持续5 a以上的枯水段出现过37次, 共358 a, 持续最长的枯水段达22 a; 丰水段为38次, 共390 a, 最长达39 a. 这两种现象仅占总数的一半, 另一半是2~3 a间的丰、枯水循环和平水期. 小周期循环是出山口径流量的主要变化方式. 同时也有较明显的中、长周期变化. 据历史文献记载中所描述张掖(原甘州)旱涝灾害与出山口年径流量的对比中, 旱灾的吻合率高达80%以上. 而涝灾也在60%以上. 从中长周期的变化趋势来看, 目前在全球气候变暖背景下, 出山口径流量正处在一个百年尺度的丰水期中. 这一结果是目前我国在利用树木年轮重建千年以上长度水文资料的首例工作. 它为黑河流域经济发展、 生态环境保护以及合理利用地表水资源提供重要科学依据.     

长江流域夏季降水与气温百年尺度变化及近期趋势

在最近的30a里,中国长江流域夏季洪水频繁,直接影响该流域经济发展和生态环境在致力于解决洪水灾害和努力减轻其影响的同时,我们常面临如下三个问题:洪水频繁发生的原因,将来几十年的洪水频率将如何变化,还会这样频繁吗?本文将从局部气候的自然变化规律中来试图回答这三个问题.文中报告主要结果指出:长江流域夏季降水具有一个明显的自然尺度的变化,且该变化最近由一个偏干的气候态(从1910年到(30年代末期)转化为一个偏湿的气候态(自60年代末以来).伴随着这种变化,长江流域夏季降水表现出增加趋势(平均增加率为30mm/10a),夏季地表水蒸发呈现出减少趋势(平均减少率为10mm/10a),以及这两种作用共同造成的地表水增加和洪水频繁.由于目前偏湿的气候态将持续,预计在今后10-20a里这些变化以及相联系的频繁洪水的趋势将在长江流域持续.     

青海东部农业区的干旱与对策

一、青海省东部历史上的干旱状况和规律根据西宁府志、甘肃省志和西宁有气象观测记录以来的资料,整理出青海省东部近200年旱涝年表(表一)。在该年表中,我们把旱涝程度分成四级,即多雨年、正常年、轻旱年、大旱年。从表中我们可以看出:我省东部自1796年以来的195年当中,共发生大旱年15次,平均每13年发生一次。解放后,我们根据实测资料分析,共发生三次大旱,即1953年、1966年、1980年,如仍按近200年的干旱发生规律,即平均13年发生一次大旱,那么下一次大旱年应发生在     

长江流域汛期降水集中程度和洪涝关系研究

用新定义的降水集中度和集中期分别讨论了我国长江流域不同地段汛期降水在时间和空间上的分布特征和变化规律. 结果表明在对长江流域旱涝灾害研究方面,降水集中度和集中期能够定量地表征降水量在时空场上的非均匀性,提取出最大降水重心对应的时段,因此可以比较理想地分析旱涝灾害发生的基本特征及其形成机制. 并且在长江中下游地区的降水集中度与东亚副热带季风之间存在着比较密切的联系.     

An inverse-modelling approach to assess the impacts of climate change in the Seyhan River basin,Turkey / Une approche de modélisation inverse pour évaluer les impacts du changement climatique dans le bassin versant de la Rivière Seyhan,Turquie

Abstract

One of the most significant anticipated consequences of global climate change is the change in frequency of hydrological extremes. Predictions of climate change impacts on the regime of hydrological extremes have traditionally been conducted by a top-down approach that involves a high degree of uncertainty associated with the temporal and spatial characteristics of general circulation model (GCM) outputs and the choice of downscaling technique. This study uses the inverse approach to model hydrological risk and vulnerability to changing climate conditions in the Seyhan River basin, Turkey. With close collaboration with the end users, the approach first identifies critical hydrological exposures that may lead to local failures in the Seyhan River basin. The Hydro-BEAM hydrological model is used to inversely transform the main hydrological exposures, such as floods and droughts, into corresponding meteorological conditions. The frequency of critical meteorological conditions is investigated under present and future climate scenarios by means of a weather generator based on the improved K-nearest neighbour algorithm. The weather generator, linked with the output of GCMs in the last step of the proposed methodology, allows for the creation of an ensemble of scenarios and easy updating when improved GCM outputs become available. Two main conclusions were drawn from the application of the inverse approach to the Seyhan River basin. First, floods of 100-, 200- and 300-year return periods under present conditions will have 102-, 293- and 1370-year return periods under the future conditions; that is, critical flood events will occur much less frequently under the changing climate conditions. Second, the drought return period will change from 5.3 years under present conditions to 2.0 years under the future conditions; that is, critical drought events will occur much more frequently under the changing climate conditions.     

太湖流域旱涝与南海海温异常遥相关的历史见证

我国南海海温异常对长江中下游夏季旱涝的遥相关,已被许多实测资料研究所证实。太湖流域作为长江中下游的一部分,历史时期是否也存在相应的遥相关,通过大量历史资料分析,得出了肯定的回答。在此基础上,联系历史时期和实测资料时期的其它旱涝因素分析,建立了太湖流域旱涝变化模型。     

Flood disasters and social resilience during the decline of the Qing Dynasty: Case studies of 1823 and 1849

Based on historical records and crop harvest scores extracted from historical documents, this study reconstructed the spatial–temporal distribution and severities of floods in the Yangtze-Huai River valley (YHRV) in 1823 and 1849. We also summarized the effects of the floods on society and identified government measures taken to cope with the floods in the context of the economic recession in the period of 1801–1850. The 1823 flood, which was caused by the heavy precipitation of the Meiyu period and typhoons, severely affected areas in the lower reaches of the Yangtze River. Meanwhile, the 1849 flood, triggered by long-term, high-intensity Meiyu precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River, mainly affected areas along the Yangtze River. The 1849 disaster was more serious than the one in 1823. In the lower reaches of the Yangtze River, the 1849 flood caused the worst agricultural failure of the period 1730–1852. To deal with the disasters, the Qing government took relief measures, such as exempting taxes in the affected areas, distributing grain stored in warehouses, and transferring grain to severely afflicted areas. These relief measures were supplemented by auxiliary measures, such as exempting commodity taxes on grain shipped to disaster areas and punishing officials who failed to provide adequate disaster relief. The flood disasters disrupted the water system of the Grand Canal and forced the Qing government to transport Cao rice by sea beginning in 1826. This laid the groundwork for the rise of coastal shipping in modern China. With the economic recession of the 19th century, Chinese society was not as resilient to floods as it was in the 18th century. Compared to droughts, floods are more difficult to deal with and pose greater threats to infrastructure and normal life and work in the cities.     

柘林水库修河流域降水时空分布特征与旱涝研究

根据1953—1983年降水资料,分析了柘林水库修河流域降水时空分布特征和旱涝规律。降水主要集中在6月中、下旬,有时可推迟到7月中旬,此时暴雨频数高,强度大,历时长,是柘林水库洪水运行管理的关键时期。为此,需要了解梅雨晚期发生的大暴雨的形成条件和时空分布,以及梅雨期旱涝情况和采用预报的风险程度。本文在这方面进行了一些综合性分析,特别是对5,6月旱涝年份的统计规律、环流特征作了较详细的气候学对比研究。     

中国水旱灾害的有序网络结构特征及其预测研究

信息有序性和可公度性是自然界的一种秩序,具有广泛的普适意义.历史资料表明,中国水旱灾害具有显著的有序性. 基于翁文波的信息预测理论,本文详细分析讨论了中国天灾时间序列的可公度信息系的特性,同时相应构建了长江、黄河历史大洪水以及全国大旱灾信息有序网络结构,并据此进行预测研究.结果表明：（1）我国长江流域大洪灾其可公度信息系的网状结构由基本周期60a、22a、38a、53a、82a所组成, 其中干支60a周期最具重要意义,它是天灾时序的主链.太阳活动的22a、11a等周期,也对长江洪涝灾害的节律产生重要影响.略去太久远的预测,未来长江大洪灾可能发生在2007～2008、2013、2020-2021年前后.（2）黄河大洪水也具有显著的可公度性,50a、22a～23a为其主要周期.未来黄河大洪水可能发生在2004、2014、2021、2027年前后.（3）未来我国大旱年份可能发生在2010、2016和2021～2022年前后.（4）宇宙是统一的整体. 日、地、月运行与天灾活动相互联系,相互依存和影响. 天灾的发生可视为地球内部因素和外部天文因素非线性作用的结果.巨洪、大旱更是多因强化综合作用的结果. 重大天灾时间序列所呈现的网络结构特性可能是其形成的一种机制. 因此,把巨灾放在天地生大系统范围内开展多学科的综合研究,这无疑是一条必由之路.（5）利用天灾时序的网络结构进行分析和中长期预测,它避免了传统数学分析的繁琐和数量的不可识别性,为我国防灾减灾提供了一种直观、便捷而有效的新方法.     

Response of runoff to climate change in the Wei River basin,China

Abstract

Climate change will likely have severe effects on water shortages, flood disasters and the deterioration of aquatic systems. In this study, the hydrological response to climate change was assessed in the Wei River basin (WRB), China. The statistical downscaling method (SDSM) was used to downscale regional climate change scenarios on the basis of the outputs of three general circulation models (GCMs) and two emissions scenarios. Driven by these scenarios, the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) was set up, calibrated and validated to assess the impact of climate change on hydrological processes of the WRB. The results showed that the average annual runoff in the periods 2046–2065 and 2081–2100 would increase by 12.4% and 45%, respectively, relative to the baseline period 1961–2008. Low flows would be much lower, while high flows would be much higher, which means there would be more extreme events of droughts and floods. The results exhibited consistency in the spatial distribution of runoff change under most scenarios, with decreased runoff in the upstream regions, and increases in the mid- and lower reaches of the WRB.

Editor Z.W. Kundzewicz; Associate editor D. Yang     

城镇化下流域不透水面扩张对洪峰的影响——以南京秦淮河为例

长江下游秦淮河流域近年来由于城市化崛起导致不透水面迅速扩张,改变了流域水文过程,导致暴雨洪水灾害风险增大.本文以南京秦淮河流域为例,基于1988—2015年间下垫面和水文气象资料建立了流域水文模型,通过不透水面扩张情景分析,探讨了 1988—2015年间不透水面空间扩张及对流域洪水过程的影响.研究结果表明:(1)秦淮河全流域1988—2015年不透水率从3.92%增长到19.11%,且不同区域扩张速度有所差异;(2)2006—2015年不透水面情景下的洪峰流量平均涨幅大于城市化初期;受流域上下游位置和下垫面地形条件的影响,流域溧水河和句容河两河源处的不透水面变化对洪峰的影响较流域下游出口处更显著;(3)秦淮河流域及不同位置的不透水面扩张情景下,小洪水的洪峰响应均大于大洪水,且不透水面扩张发生在下游主干河流域时的大、小洪水洪峰涨幅差距略大于河源流域.     

Probabilistic forecasting of seasonal droughts in the Pearl River basin,China

Forecasting of droughts is essential for developing measures for mitigation of drought hazards and for reducing drought-induced loss. In this study, droughts were characterized by the standardized precipitation-evapotranspiration index with a time scale of 3 months. Copula-based probabilistic forecasting models were developed to predict drought occurrences. Results indicated higher probability of occurrence of seasonal droughts after the occurrence of more severe seasonal droughts, and extreme drought in winter tended to persist with higher probability till spring, whereas extreme drought in autumn might not probably last to winter. Furthermore, results indicated high probability of occurrence of droughts in southeast parts of the Pearl River basin during spring to winter. Thus, droughts in the Pearl River basin are subject to lengthening duration, particularly in the southeastern part of the basin. It should be noted here that the southeastern part is densely populated with a high degree of socioeconomic development. Thus, higher probability of droughts in the southeastern part should attract considerable concern. Higher drought risk was also identified in the western part of the basin. Results of this study provide a theoretical framework for water resources management and conservation of eco-environment in the Pearl River basin in a changing climate, and may serve as a reference for evaluation of drought risk in other regions of the world.