1961—2010年黄河流域蒸发皿蒸发量变化及影响因子分析

利用黄河流域内61个气象站逐月观测资料,使用Mann-Kendall非参数检验方法对1961—2010年黄河流域小型蒸发皿蒸发量变化趋势进行了分析,并用SVD和多元回归方法检测影响蒸发量变化的因子。结果表明,黄河流域年蒸发皿蒸发量在1961—2010年显著下降,四季中夏季的下降趋势最显著,年和春、夏季蒸发量均在1979年发生突变。上、中、下游的年蒸发量变化率分别为-2.38 mm/a、-2.35 mm/a、-8.35 mm/a,下游下降幅度较大。空间变化分布上,年和春、夏季蒸发皿蒸发量均在黄河流域河源地区、河套地区西部及北部、河南北部有显著下降趋势,在河套地区东部呈显著上升趋势。利用SVD分析发现蒸发量的空间变化与不同因子作用有着显著关联,通过对不同区域内各影响因子的多元回归分析发现流域内蒸发量上升的地区主要是由气温上升所引起,而下降的地区则与风速减小有关。     

1961-2010年黄河流域蒸发皿蒸发量变化及影响因子分析北大核心CSCD

利用黄河流域内61个气象站逐月观测资料,使用Mann-Kendall非参数检验方法对1961—2010年黄河流域小型蒸发皿蒸发量变化趋势进行了分析,并用SVD和多元回归方法检测影响蒸发量变化的因子。结果表明,黄河流域年蒸发皿蒸发量在1961—2010年显著下降,四季中夏季的下降趋势最显著,年和春、夏季蒸发量均在1979年发生突变。上、中、下游的年蒸发量变化率分别为-2.38 mm/a、-2.35 mm/a、-8.35 mm/a,下游下降幅度较大。空间变化分布上,年和春、夏季蒸发皿蒸发量均在黄河流域河源地区、河套地区西部及北部、河南北部有显著下降趋势,在河套地区东部呈显著上升趋势。利用SVD分析发现蒸发量的空间变化与不同因子作用有着显著关联,通过对不同区域内各影响因子的多元回归分析发现流域内蒸发量上升的地区主要是由气温上升所引起,而下降的地区则与风速减小有关。     

黄河流域蒸散发与气温和降水以及风速的相关性分析

黄河流经我国干旱半干旱地区,其流域蒸散发变化对当地的生态安全和经济发展尤其重要。本文利用欧洲中期天气预报中心第五代再分析产品（ERA5）定量分析了1979-2020年黄河流域蒸散发的时空变化特征,并结合气温、降水和风速数据,对黄河流域蒸散发与3种气候因子进行了相关性分析。结果表明：黄河流域蒸散发在1979-2020年呈波动下降趋势,空间分布差异明显,源区附近蒸散发上升,上游的干旱区附近蒸散发基本不变,而中游和下游地区主要呈现下降趋势。1979-2020年黄河流域气温持续上升,降水呈波动下降趋势,风速呈上升趋势。对黄河流域蒸散发与气候因子的相关性分析表明,蒸散发与气候因子的相关性空间差异较为明显,蒸散发与气温、风速呈负相关,与降水呈正相关的区域占流域的较大部分;而在复相关性方面,黄河流域大部分地区蒸散发与气候因子的相关性较强,其中以流域上游的干旱区附近复相关性最强。研究黄河流域不同地区蒸散发与气候因子的相关性可为黄河流域水资源的开发管理和区域气候调节提供科学参考。     

黄河流域近40年日照百分率的气候变化特征

利用黄河流域及其周边146个气象站1960--2000年逐月日照百分率资料，研究分析了黄河流域日照百分率的气候变化趋势。结果表明，就整个流域平均而言，日照百分率呈明显下降趋势，黄河流域年平均日照百分率在20世纪90年代较60年代下降了2．49％；日照百分率的下降主要表现在夏季和冬季，春季和秋季下降不明显。对日照百分率气候变化的空间分析表明，除极少数台站的日照百分率呈略有上升趋势外（主要出现在流域上游），黄河流域日照百分率的下降表现得非常明显，遍布整个流域的中、下游。     

气候变化背景下黄河流域植被变化及其成因北大核心CSCD

研究黄河流域植被的时空变化及其影响因素,对生态文明建设政策的制定具有重要意义。基于2001~2020年MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)植被指数(Normalized Different Vegetation Index,NDVI)数据集及同期气象数据,运用均值法、一元线性回归、偏相关性分析和回归残差法等方法研究了近20年黄河流域植被时空变化及驱动因素。结果表明:黄河流域NDVI整体呈上升趋势并具有较大的空间异质性,其中黄河中游NDVI增长幅度最大,为0.0496(10 a)^(-1)。生长季受降水和沿黄灌区耕作的影响,西部地区、东南部区域和宁夏平原、河套平原植被指数明显较高;从整个流域来看,降水和温度变化对NDVI的贡献分别为32.6%和15.9%,其中降水对NDVI变化的贡献主要体现在黄河上游(50.7%),而温度的贡献则在黄河下游表现最突出(32.3%);20年来,人类活动和气候变化分别对黄河流域植被变化贡献了78%和22%,其中人类活动贡献率超过80%的区域主要集中在黄土高原中部区域;整个黄河流域NDVI与干旱程度有显著的正相关性,尤其在陇中黄土高原和河东沙区等区域。黄河上游NDVI与改进的帕默尔干旱指数scPDSI的相关性最高,而下游相对较低。     

黄河流域1961—2010年极端气温指数的时空变化特征

根据黄河流域67个气象观测站1961—2010年逐日气温资料,采用线性回归分析和M-K检验等方法,研究了黄河流域6个核心极端气温指数的时空变化特征。结果表明:1)黄河流域平均最高气温、平均最低气温、暖日阈值和冷夜阈值均呈现显著的上升趋势,上升速率分别为0.28℃/10a、0.37℃/10a、0.19℃/10a和0.60℃/10a;气温日较差呈现不显著的下降趋势,下降速率为0.08℃/10a;霜冻日数以3.36天/10a的速率呈现显著下降趋势。2)平均最高气温与平均最低气温(暖日阈值与冷夜阈值)的上升呈现明显的不对称性,这是引起气温日较差下降的主要原因,而黄河流域变暖和霜冻日数的减少主要是由平均最低气温的快速上升引起的。3)在空间上,黄河流域变暖趋势较为显著的区域为呼和浩特、乌拉特中旗、包头、惠农、鄂托克旗、东胜一带和绥德、离石、太原、太谷、延安、延长、隰县、吉县一带。4)黄河流域6个气温指数的年内变化以冬季最为明显,而且变化趋势显著,冬季变暖对黄河流域年内气温升高贡献最大。     

黄河流域1961—2010年极端气温指数的时空变化特征

根据黄河流域67个气象观测站1961—2010年逐日气温资料,采用线性回归分析和M-K检验等方法,研究了黄河流域6个核心极端气温指数的时空变化特征。结果表明:1)黄河流域平均最高气温、平均最低气温、暖日阈值和冷夜阈值均呈现显著的上升趋势,上升速率分别为0.28℃/10a、0.37℃/10a、0.19℃/10a和0.60℃/10a;气温日较差呈现不显著的下降趋势,下降速率为0.08℃/10a;霜冻日数以3.36天/10a的速率呈现显著下降趋势。2)平均最高气温与平均最低气温(暖日阈值与冷夜阈值)的上升呈现明显的不对称性,这是引起气温日较差下降的主要原因,而黄河流域变暖和霜冻日数的减少主要是由平均最低气温的快速上升引起的。3)在空间上,黄河流域变暖趋势较为显著的区域为呼和浩特、乌拉特中旗、包头、惠农、鄂托克旗、东胜一带和绥德、离石、太原、太谷、延安、延长、隰县、吉县一带。4)黄河流域6个气温指数的年内变化以冬季最为明显,而且变化趋势显著,冬季变暖对黄河流域年内气温升高贡献最大。     

天山北坡呼图壁河流域水资源变化及转化研究

利用天山北坡中段呼图壁河流域石门水文站1956—2011年径流量数据,以及2013年9月—2014年10月逐月呼图壁河地表径流和地下水的δD和δ18O数据,研究了呼图壁河流域地表径流和地下水位变化,并结合同位素和水化学方法探讨了地表径流和地下水之间的转化关系。结果表明,近55 a呼图壁河流域出山口径流量有明显增加趋势,在20世纪90年代之后增加了13.36%,而地下水位呈持续下降趋势。流域地表水与地下水水化学特征差异显著,地表径流受岩石风化作用影响,而地下水受蒸发—结晶沉降作用控制。该流域地表水与地下水出现了两次转化关系,上游地区地下水对地表径流的补给占到18.45%,而中下游区域地下水的补给占到92.31%。     

面向地震设防风险的未来中国城乡人口情景及暴露特征

中国城镇和乡村住房建筑地震设防水平差距较大,暴露在低设防农村与高密集城镇下的人口因此面临较高的地震风险,面向地震设防风险分析未来城乡人口及暴露特征具有重要意义。本文基于地震烈度区划图和人口-发展-环境（PDE）模型,模拟分析了5种共享社会经济路径（SSPs）情景下的未来城乡人口地震灾害时空暴露。结果表明：(1)除SSP3下城镇人口数量持续增加外,其他SSP情景下各地区城镇人口数量均先增后降,农村人口数量受城镇化影响呈持续下降趋势;(2)城镇与农村地震灾害高、较高人口暴露等级空间分布相似,集中在华北、西南与东部沿海地区;(3)相较于有设防的城镇地区,无设防农村地震人口暴露等级偏高,高暴露、较高暴露等级的数量偏多,未来城镇人口暴露等级有所上升,而农村人口暴露等级逐渐降低。     

长江三角洲近46a气温和降水的变化趋势

利用长江三角洲地区84个气象站观测数据,分析了长江三角洲1961—2006年气温和降水的时空变化趋势。结果表明,46a间长江三角洲地区年平均气温上升趋势显著,冬季平均气温的增温幅度最大,春、秋次之。增温显著区域与城市带分布区域吻合。极端最低气温有明显上升,而年极端低温事件日数的下降趋势显著。部分地区的极端最高气温呈上升趋势,在城市密集带尤为突出。年降水量没有明显的变化趋势,但降水的季节分配有所变化,冬、夏季降水量呈现显著上升趋势,秋季降水量明显下降,春季没有明显变化。     

气候变化、植被改变及人类用水与黄河流域水循环的研究进展

受气候增暖和人类活动的双重影响,黄河流域的水循环正在发生显著变化,水资源供需矛盾突出。陆地水循环是一个复杂的非线性系统,为清晰认识水循环变化的全貌,并合理高效利用有限的水资源量,需要综合考虑水循环各个要素之间的协同变化机制。同时,在“人类世”背景下,黄河流域水循环研究必须考虑人类活动的影响,主要包括植被变化和人类用水,其中人类用水主体为农业灌溉。自从实施生态恢复工程以来,黄土高原植被覆盖明显改善的同时也引发了对径流、蒸散发、降水、土壤湿度以及地下水的一系列影响,且研究结论还存在一些争议,但黄土高原植被覆盖改善使得该地区蒸散发量增加基本达成共识,大多数研究支持植被改善减少径流的结论。黄河流域的农业灌溉方式主要为大水漫灌,其对地表蒸散发、地表水及地下水多个过程具有重要影响。本文主要针对黄河流域的水循环研究,讨论相关研究进展以及发展方向。     

基于MTM-SVD方法的黄河流域夏季降水年际变化及其主要影响因子分析

应用中国气象台站积雪日数资料和NCEP/NCAR再分析资料以及多锥度—奇异值分解方法 (MTM-SVD),分析了近50年来黄河流域夏季降水的时空变化及其影响因子.发现黄河流域夏季降水存在显著的2～3年周期.在准3年周期上黄河流域夏季降水对前冬青藏高原东部积雪日数有很好的响应,当前冬高原积雪日数以正 (负) 异常为主时,接下来的夏季黄河流域降水偏少 (多).这种响应存在年代际变化,在1983年之前最为明显,1983~1993年是个调整时期,1993年以后又开始明显.在准2年周期上黄河流域夏季降水对前冬西太平洋暖池SST有很好的响应,当前冬西太平洋暖池SST偏高 (低) 时,接下来的夏季黄河流域降水表现为东多 (少)西少 (多) 型.这一响应同样存在年代际变化.前冬高原积雪和西太平洋暖池SST是影响黄河流域夏季降水的重要因子.     

黄河流域冬、夏季水汽输送及收支特征

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国实测雨量资料,对黄河流域1月和7月多年平均及旱、涝年整层积分的水汽通量、辐合(辐散)及各分区水汽收支进行了研究。结果表明,1月黄河流域无明显的水汽输送,而7月水汽沿西南、东南及西北3条路径输送,前两支气流在多年平均时主要影响黄河下游区。涝年时影响到黄河中、下游区,而上游区水汽流入较小;旱年,黄河中、上游区均无明显的水汽输送,只有下游的小范围地区受西南气流影响。各区净水汽通量分别与其地面降水的时空演变相对应,而经向净水汽通量是影响水汽收支变化及供给流域降水的主要水汽来源;涝年的水汽净收支与各边界水汽流入明显大于旱年。1月,西边界和北边界微弱的水汽输入远小于东边界和南边界的输出,各区均为水汽净辐散,不利于降水;7月,大量的水汽主要来自西边界和南边界,涝年各区均为水汽盈余,多年平均也以净辐合为主,而旱年则以水汽亏损为主。     

Hydro-Climatic Trends of the Yellow River Basin for the Last 50 Years

Kendall's test was used to analyze the hydro-climatic trends of the Yellow River over the last half century. The results show that: (1) the runoff of the basin has decreased even after allowing for human uses, (2) the watershed has become warmer with a more significant increase in minimum temperature than in mean and maximum temperatures, and (3) no significant change in precipitation trend was observed. The major reasons for these results include human activities, global warming, land use/land cover change, and others, such as accuracy of natural runoff estimation, precipitation characteristics, groundwater exploitation, water transfer, and snowmelt. Homogeneity analysis indicated that precipitation, temperature, maximum temperature, and minimum temperature were all heterogeneous and the trends varied from region to region and from month to month. If the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) projections of continued warming in the region during the 21st century are correct, the present results then suggest that the trend towards reduced runoff is likely to lead to exacerbated problems for agriculture, industry, urban communities, and the overall regional environment.     

RCP情景下内蒙古黄河流域径流预估及其对水资源的影响

根据内蒙古黄河流域内72个国家气象站观测的1961—2005年和区域气候模式CCLM模拟的1961—2100年的气温和降水数据,采用BP人工神经网络模型,预估分析3种RCP情景下头道拐水文站2011—2100年流量变化,评估未来气候变化对流域水资源的可能影响。结果表明:①2011—2100年内蒙古黄河流域气温升高,降水变化不明显,年平均流量呈减少趋势,RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景分别减少3.6%、2.7%和23.4%。②未来春季流量以增加为主;夏季在不同情景的变化趋势不一致;秋季在21世纪50年代前以增加为主,之后以减少为主;冬季则以减少为主。③未来流域可利用水资源呈减少趋势,尤其夏季水资源的供需矛盾加剧,以及径流季节分配发生变化,可能产生更大的春季径流。     

1961—2018年中国主要江河枯季径流演变特征与成因

枯季是水旱、水生态和水资源问题的重要时期,枯季径流的变化直接影响着河流生态和流域水资源管理。基于中国网格气象数据和主要江河枯季径流资料,初步分析了1961—2018年中国气候变化趋势和主要江河枯季径流演变特征与成因。结果表明,全国枯季平均气温显著上升,北方地区升温较早,南方地区2001—2018年升温明显。全国约84%的地区枯季降水有增加趋势,其中约42.2%的地区增加显著;全国枯季降水呈现西北、东北和东南显著增加,中部变化不显著格局。黄河中游和海河枯季径流下降显著,2001—2018年黄河中游枯季径流较1961—1980年减少了34%,同时期海河流域枯季径流量减少幅度均超过80%;松花江上游和长江流域枯季径流增加显著,2001—2018年松花江上游枯季径流量增加了约67%,长江流域枯季径流量增加了约16%。枯季降水增加主导了松花江上游、辽河、淮河、长江以及珠江枯季径流的增加;气温的显著上升对黄河中游和海河等地枯季径流有显著负向作用;人类活动是松花江中游、黄河和海河枯季径流下降的主要影响因素。尽管全国枯季降水的增加对于缓解流域生态和水资源问题有积极作用,但人类活动和气温显著上升加速了水资源的消耗,加大了流域水资源脆弱性。     

1951-2006年黄河和长江流域雨涝变化分析

 根据1951-2006年黄河和长江流域雨涝灾害灾情统计资料,分析了两个流域雨涝灾害发生频率的时空分布特征,结果表明：近50 a以来,特别是20世纪80年代以来,受气候变化影响,黄河和长江流域雨涝灾害不断增加,农作物受灾、成灾面积呈增加趋势,损失日趋严重,且长江流域受雨涝灾害影响范围较大,灾害发生频率大于黄河流域。受暴雨影响,夏季两个流域雨涝发生频率最高、范围最广。20世纪80年代末以来,黄河流域雨涝灾害增加趋势较为明显,而长江流域80年代初雨涝受灾面积和成灾面积显著增加。两个流域雨涝灾害的受灾率均自上游至下游逐渐增加,其中长江流域中下游地区受雨涝灾害影响较大。     

Observed changes of temperature extremes during 1960�C2005 in China: natural or human-induced variations?

The purpose of this study was to statistically examine changes of surface air temperature in time and space and to analyze two factors potentially influencing air temperature changes in China, i.e., urbanization and net solar radiation. Trends within the temperature series were detected by using Mann-Kendall trend test technique. The scientific problem this study expected to address was that what could be the role of human activities in the changes of temperature extremes. Other influencing factors such as net solar radiation were also discussed. The results of this study indicated that: (1) increasing temperature was observed mainly in the northeast and northwest China; (2) different behaviors were identified in the changes of maximum and minimum temperature respectively. Maximum temperature seemed to be more influenced by urbanization, which could be due to increasing urban albedo, aerosol, and air pollutions in the urbanized areas. Minimum temperature was subject to influences of variations of net solar radiation; (3) not significant increasing and even decreasing temperature extremes in the Yangtze River basin and the regions south to the Yangtze River basin could be the consequences of higher relative humidity as a result of increasing precipitation; (4) the entire China was dominated by increasing minimum temperature. Thus, we can say that the warming process of China was reflected mainly by increasing minimum temperature. In addition, consistently increasing temperature was found in the upper reaches of the Yellow River basin, the Yangtze River basin, which have the potential to enhance the melting of permafrost in these areas. This may trigger new ecological problems and raise new challenges for the river basin scale water resource management.     

黄河上游和源区气候、水文的年代际变化及其对华北水资源的影响

利用我国气象观测站1951~2000年降水、气温资料以及黄河上游有关水文测站1960~2003年的径流资料,分析了黄河上游和源区气候的年代际变化及其对径流变化的影响,并分析了黄河上游径流变化对华北水资源的影响。分析结果表明:黄河上游和源区降水从20世纪90年代有所减少,气温明显上升,导致了黄河源区和上游径流量锐减。黄河上游径流的减少是90年代黄河下游流量锐减、黄河断流天数增多的重要原因,并表明了黄河上游来水量的多少是影响华北地区水资源的重要原因。     

黄河流域水汽的区域分布及演变特征

利用1948-2009年NCEP/NCAR再分析资料,研究了黄河流域年平均、1、4、7、10月整层水汽含量的时空分布特征。结果表明：年平均水汽含量为5～27mm,时间上,冬季（1月）和夏季（7月）分别为最低和最高,空间上,青藏高原和黄河下游上空分别为最低和最高,西风带水汽大小居于两者之间;利用旋转经验正交函数（rotated empirical orthogonal function,REOF）展开方法,将黄河流域年平均水汽含量划分为2个区,1、4、7、10月均划分为4个区;年平均及各月全流域和黄河中下游区水汽含量均趋于减少,其余各分区演变趋势各异。