雅鲁藏布江流域降水时空变化特征

雅鲁藏布江流域是全球气候变化的敏感区,该流域降水变化对青藏高原的水系统、生态系统和山地灾害系统的演变具有重要影响。本文通过流域水文分析,将雅鲁藏布江流域的三大水资源区细分为9个分区。基于雅鲁藏布江流域1979—2018年降水数据,综合分析了雅鲁藏布江流域及9个分区的年、干湿季、月降水量以及日、小时尺度极端降水的时空变化特征,探讨了降水和典型大尺度大气环流因子的相关性。结果表明：① 1979—2018年间,在流域尺度上,各时间尺度降水整体上均呈上升趋势。其中,年降水量上升趋势最大,为2.5 mm·a^-1;年、干湿季降水量以及典型小时尺度极端降水（Rx3hour、Rx12hour）均在95%信度水平下显著上升。在水资源分区尺度上,各分区不同时间尺度降水的变化趋势呈现更明显的非一致性,所有分区除小时尺度极端降水均呈上升趋势外,其余时间尺度降水的趋势变化方向各异。② 雅鲁藏布江流域降水存在明显的空间分异性,且降水空间分异性会随着降水指标时间尺度的缩短而增强。各时间尺度降水整体上均呈现出自东部向西部逐渐减少的趋势,流域东南部（分区Ⅲ-2）始终是高值中心,流域中西部（分区Ⅰ-2、Ⅱ-1）存在区域性高值中心。③ 北半球副热带高压和北半球极涡对雅鲁藏布江流域降水变化具有显著影响。研究结果有助于掌握当地降水的多尺度变化特征,可为雅鲁藏布江流域和青藏高原地区的水循环研究、水资源开发利用和山洪灾害防治等提供科学基础。     

格尔木河流域近60 a降水、蒸发及温度变化特征分析

以西部内陆柴达木盆地格尔木河流域近60 a气候变化特征为主题,以流域水循环理论为指导,应用趋势分析、Morlet小波函数等技术手段,采用定性判断和定量分析相结合方法,首先,对研究区大气降水、气温、蒸发多年监测资料进行系统分析,包括深入了解研究区水文、水资源开发利用状况,分析其年际、年内变化规律。结果表明：（1）近60 a研究区气候由冷干向暖湿转变,研究区气温呈波动上升趋势。自1955年至今气温累积上升0.37℃,1967年之后区域气温升高速率明显增加。自1968年开始降雨量显著增加,多年平均降雨量为38.27 mm·a^-1,其中7、8月份降水量增加对全年降水量增加的贡献率最大。自1956年开始蒸发量显著下降,由1956年的3 278.2 mm·a^-1下降至2014年的2 211.57 mm·a^-1,平均减速为18.08 mm·a^-1。（2）利用Morlet小波变换对气候变化特征进行了动态周期分析,分析得出研究区内降水、蒸发和温度都存在多时间尺度特征。其中降水存在14~16 a和32~36 a左右周期,蒸发量存在9~12 a和24~27 a时间尺度的周期,而温度存在7~8 a尺度和25~27 a两个时间尺度的周期特征。根据降水周期特征,可以推测出2016-2030年左右年降水量将经历几年降水偏多期,然后呈减少趋势,温度在未来几年内呈增多趋势,而蒸发则呈减少趋势。研究成果为该区水资源合理开发利用提供科学依据。     

基于Budyko假设的党河径流变化归因

流域水资源变化特征及其归因识别一直是水文研究的重要科学问题。本文以党河流域为研究区,采用线性倾向估计等方法分析了流域气象、下垫面和水文要素变化特征,基于Budyko水热耦合平衡方程量化了气候变化和人类活动对径流变化的贡献。结果表明：(1)流域内气温呈升高趋势,降水呈增加趋势,气候向暖湿化方向发展;(2)林地、草地、耕地、水域和建设用地面积增加,未利用地面积缩减;冰川退缩速率为3.86 km²·a^-1;多年平均最大冻结深度平均递减速率为1.14 cm·a^-1;(3)党河径流年际递增速率为0.21亿m³/10a,年内分配为“双峰型”,降水和气温对径流年内变化贡献分别为57.2%和42.8%,气候变化和人类活动对径流变化贡献分别为59.46%和40.54%。     

近50 a来黑河流域水资源问题与流域集成管理

 基于黑河流域器测水文等资料,分析了近50 a来黑河流域水资源形成区——上游山区水资源变化的历史背景和趋势、平原绿洲-荒漠耗水区3个循环带水资源时空变化及区域耗水特征,以及水资源管理政策变化下的流域中下游水环境问题和社会经济系统水循环过程中的水问题,探讨了解决内陆河流域水问题的水资源集成管理和区域可持续发展对策。     

气候变化对不同气候区流域年径流影响的识别

气候变化对流域径流的影响显著,但不同流域径流对各气候因子敏感性不同,具有明显的空间分异性。本文以位于半湿润、湿润地区的松花江、子牙河以及西苕溪流域为例,基于Budyko 水热平衡经验模型,采用归因分析方法分离了气象要素趋势性变化对年径流和潜在蒸发变化率的贡献与差异性。结果表明:1960-2008年,在上述3个流域中,降水趋势性变化对年径流变化的贡献比潜在蒸发大。松花江和子牙河流域各气象要素趋势性变化对潜在蒸发变化率的贡献排序为:温度>风速>水汽压>日照时数,而西苕溪流域为:温度>日照时数>风速>水汽压。在气候要素共同作用下,松花江和子牙河流域平均年径流分别以0.48和1.51 mm a^-2的速率减少,而西苕溪流域年径流则以1.42 mm a^-2的速率增加。所得结果加深了气候变化对径流影响机制和程度的认识,可作为流域水资源适应性管理的科学依据。     

锡林河流域水文气象要素变化趋势分析研究

本文利用锡林浩特水文站及气象站1955年~2012年的降水、气温、蒸发等资料,采用Mann-Kendal法对锡林河流域水文气象要素的变化趋势进行分析,结果表明:锡林河流域降水量变化趋势不显著,从年尺度来看,流域降水呈减少趋势;年气温呈上升趋势,年蒸发量总体呈上升趋势;从季度这一尺度来看,春、冬季降水有所增加。     

1982—2019年中国陆地蒸散发变化的归因分析

蒸散发(ET)是水循环的关键变量之一,其长期变化直接影响区域水资源的时空分布格局。近几十年来,中国气候和下垫面特征发生了显著变化,但这些变化如何影响ET的时空分布仍缺乏清晰的认识。本文基于Penman-Monteith-Leuning模型和驱动要素去趋势实验定量揭示了降水、净辐射、水汽压差、风速和叶面积指数对中国陆地ET变化的贡献。研究结果表明,1982—2019年中国陆地ET呈显著增加(p <0.05)趋势,趋势值为1.25 mm a^-1。水汽压差、降水和叶面积指数主导了中国陆地ET变化,三者对ET趋势的贡献度分别为44%(0.54 mm a^-1)、29%(0.36 mm a^-1)和25%(0.31 mm a^-1)。ET变化的主导因素具有明显的区域分异规律,西北地区(干旱和半干旱区)ET变化受降水主导,长江大部以及东北北部(湿润区)受水汽压差主导,而黄土高原、华北平原和东北部分地区受叶面积指数主导。本文研究结果可为气候变化背景下中国水资源的差异化管理和规划提供参考。     

黄河源区气候—植被—水文协同演变及成因辨析

全球变化下黄河源区水文过程的演变影响流域生态系统的水源涵养功能,流域植被改变也影响水循环。本文基于气候、植被信息和VIP分布式生态水文模型,开展黄河源区水碳循环要素变化的集成模拟,分析了气候—植被—水文要素的协同演变机制。结果表明,2000年以来黄河源区气候呈暖湿化趋势;植被绿度明显提高,2010—2019年比2000—2009年平均增加了4.5%;生长季延长了至少10 d;植被生产力（GPP）显著上升,倾向率为4.57 gC m^-2 a^-1;植被恢复措施对GPP变化的贡献约为23%,气候变化和大气CO₂升高的施肥效应的贡献为77%。源区植被蒸散量（ET）呈增加趋势,倾向率为2.54 mm a^-1,水分利用效率（WUE）亦提高,平均相对上升率为5.1% a^-1。GPP、ET和WUE年总量及其变化率在海拔4200 m以下随高度上升而减小,之后变化趋缓。源区植被绿度和径流系数与当年和前一年降水呈显著正相关,反映降水蓄存于植物根层土壤的遗留效应。蒸散增强在一定程度上有利于源区地表—大气之间的水分再循环,帮助缓解生态恢复引起的产水能力下降,促进降水—植被—径流之间的良性互馈关系的形成。揭示水文对气候变化和植被恢复的响应和互馈机制,可为生态恢复措施对源区水源涵养功能的影响及效应的定量评估提供科学依据。     

青藏高原近60年降水变化研究进展北大核心CSCD

作为全球海拔最高的独特自然地理单元,青藏高原对局部、区域乃至全球天气和气候系统具有显著影响。基于气象台站观测资料,对1960年以来青藏高原整体和区域尺度的降水量和极端降水量变化特征及其影响因素研究进行了回顾。结果表明:近60年青藏高原年降水量呈现上升趋势,变化速率为3.8~12.0 mm/10a,但其显著性存在争议。冬春两季降水量显著增加,春季降水量上升速率最大,夏秋两季降水量变化趋势不明显。区域尺度上,三江源区年降水量总体呈现上升趋势,变化速率为7.3~20 mm/10a;雅鲁藏布江流域年降水量呈现不明显上升趋势,变化速率为0.4~9.0 mm/10a;祁连山区年降水量显著增加,变化速率1.0~13.2 mm/10a;年降水量增长速率在青海高原为1.9~3.3 mm/10a,西藏高原为12.5 mm/10a,柴达木盆地为6.7~8.6 mm/10a,共和盆地为7.2 mm/10a。青藏高原极端降水量和极端降水日数明显增多,但是极端降水量变化空间异质性特征显著。青藏高原降水变化的影响因素很多,主要包括大尺度大气环流、高原地表状况及气候变暖。未来应采用更多类型数据源监测青藏高原降水变化,尤其是区域或流域尺度,进一步完善青藏高原降水变化机制研究。     

1951-2012年渭河流域降水频次变化特征分析

利用渭河流域26个气象站点1951-2012年的逐日及逐年降水数据,分析流域降水频次的变化特征及其相关影响。结果表明：（1）年降水频次在空间上表现出由北向南逐渐递增的趋势,最高年降水频次为111.39 d·a^-1,最低年降水频次为67.77 d·a^-1。强降水频次在空间上表现出由西北向东南逐渐递增的趋势,高值区最高年强降水频次为8.10 d·a^-1,低值区最低年强降水频次为1.99 d·a^-1。（2）年降水量与强降水频次Pearson相关系数>0的区域占到总流域面积的96.59%,>0.6～<1的区域占到了总面积的74.14%,呈现为强相关或者极强相关,Pearson相关系数为负数,且呈现强相关或极强相关的区域只占到了总面积的0.8%。（3）强降水频次在一定阶段符合幂律分布。在拟合趋势线中间会发生转折点,强降水频次的规模较大时,拟合方程为y=198.9x-1.199（R²=0.901 8,P<0.01）,强降水频次较小时拟合方程为y=113 466x-5.402（R²=0.983,P<0.01）。幂律分布规律可以深层次的解释强降水是引发渭河流域洪灾的重要影响因素。     

黄河流域近50年降水变化趋势分析

本文简要分析了黄河流域降水空间分布规律,用非参数检验方法（Mann-Kendall法）对流域内77个气象站近50年的降水资料进行了年月降水序列趋势检验,并用线性回归方法与其进行了比较。结果表明,对于年降水序列,有65个气象台站呈现下降趋势,典型月（包括1月、4月、7月、10月）中4月、7月和10月对年降水下降趋势贡献较大,但其趋势空间分布情况存在差异。对于所有月降水序列,全年4⁵月以及7¹2月降水呈现下降趋势。而其趋势空间分布,黄河上游北纬35°以南地区除7⁹月外其余月份降水呈现增长趋势。渭河上游及呼和浩特地区降水趋势随月份时有变化,流域内其他地区降水则呈减少趋势。对比两种方法,Mann-Kendall方法在冬季（12月至次年2月）的检验结果中无变化趋势气象站数明显多于线性回归方法,且后者估计出的趋势变化幅度略大于Mann-Kendall方法所估计出的结果。     

黄河流域植被净初级生产力时空特征及自然驱动因子

植被净初级生产力（NPP）是陆地生态系统的关键指标,是地表碳循环的重要组成部分,能够用来较客观地评价生态系统变化及其可持续性。利用MOD17A3HGF数据、土地利用数据、气象数据、地形数据,应用变化趋势分析、相关性分析及地理探测器模型等方法,探讨了2000—2019年黄河流域NPP（以C计量）时空格局及演变特征,并对影响NPP的自然因子进行量化研究。结果表明：（1）2000—2019年黄河流域植被NPP整体呈极显著上升趋势（）。流域平均年NPP为281.39 g·m^-2,变化范围为270—347 g·m^-2,增速为5.75 g·m^-2·a^-1。流域NPP显著增加的区域占整个流域面积的99.53%,空间分布呈西北低东南高的趋势。（2）不同土地利用类型的植被NPP年平均值差异较大,林地是对该区域植被NPP贡献最大的土地利用类型。（3）NPP与海拔之间存在一定相关性,NPP与气温、降水显著正相关的区域分别占总面积的23.20%和44.17%,自然驱动因子中海拔、气温及降水对植被NPP的驱动作用差异明显,降水>气温>海拔,各因子之间的交互作用均为双因子增强。     

黄河上游气候变化对地表水的影响

利用1961~2002年黄河上游唐乃亥水文站水文资料及同期该流域气象资料,研究黄河上游流域气候变化及其对地表水资源的影响,结果表明: 黄河上游年流量呈现出逐年减少趋势,20世纪90年代以来减少趋势更为明显;黄河上游流域气候变化表现出气温升高、降水减少和蒸发增大的干旱化趋势,这一变化趋势在90年代以来尤为突出;气温升高、降水量减少和蒸发量增大是导致黄河上游流量减少的气候原因,其中降水量是影响流量的主要气候因子,降水量的减少特别是夏季降水量的减少直接导致了黄河上游流量的减少。     

近50 a来黄河上游水循环要素变化分析

 根据水文、气象台站观测资料,分析了黄河上游有器测资料几十年来降水、温度、径流等水循环素的变化过程与特征。结果显示,温度近几十年来流域各个地方有着不同程度的上升,与全球变暖有着明显的对应关系;而随着气温的上升,蒸发和下渗呈增加的趋势。降水变化的区域性特征十分明显,降水量的增减随地理位置不同而差异较大。受主要产流区域降水减少,气温上升的影响,黄河上游产水量呈持续递减的态势。在上述分析基础上,利用全球气候模式(GCMs)与统计模式对未来流域降水和径流的可能变化进行了预测。结果表明,未来30 a里,随着温度将进一步上升,降水量将比目前有明显增加,黄河上游的径流量将随降水量的增加而进入一个相对丰水的时期。     

基于InVEST模型的黑河流域上游水源涵养量

黑河流域上游生态系统具有重要的水源涵养功能,对维系流域生态平衡有着重要的意义。基于InVEST模型估算了黑河流域上游水源涵养量,分析了水源涵养量的时空变化特征及其与气候因子的相关性。结果表明：2001—2015年黑河流域上游草地、林地、灌丛面积分别增加了1 665.00、381.75、162.75 km²,而荒漠和农田分别减少了2 165.25、20.50 km²;2001—2015年黑河流域上游水源涵养量年均值为228.64 mm,在空间上呈现东南高、西北低的分布特征,高值区位于祁连山一带,肃南裕固族自治县北部条带状为上游水源涵养量的低值区;从变化趋势来看,研究区水源涵养量以7.60 mm·a^-1的速率减少;近15年来,研究区潜在蒸散、降水量分别呈现增加和减少趋势,速率分别为1.45、-0.67 mm·a^-1,水源涵养与潜在蒸散以负相关为主,而与降水量正相关,降水量主要影响上游的中东部、北部的祁连山高寒地区,而潜在蒸散主要制约西北部的水源涵养量。     

Spatial and temporal change in the potential evapotranspiration sensitivity to meteorological factors in China (1960?2007)

Potential evapotranspiration (E0), as an estimate of the evaporative demand of the atmosphere, has been widely studied in the fields of irrigation management, crop water demand and predictions in ungauged basins (PUBs). Analysis of the sensitivity of E0 to meteorological factors is a basic research on the impact of climate change on water resources, and also is important to the optimal allocation of agricultural water resources. This paper dealt with sensitivity of E0 over China, which was divided into ten drainage systems, including Songhua River basin, Liaohe River basin, Haihe River basin, Yellow River basin, Yangtze River basin, Pearl River basin, Huaihe River drainage system, Southeast river drainage system, Northwest river drainage system and Southwest river drainage system. In addition, the calculation method of global radiation in Penman-Monteith formula was improved by optimization, and the sensitivities of Penman-Monteith potential evapotranspiration to the daily maximum temperature (STmax), daily minimum temperature (STmin), wind speed (SU2), global radiation (SRs) and vapor pressure (SVP) were calculated and analyzed based on the long-term meteorological data from 653 meteorological stations in China during the period 1960-2007. Results show that: (1) the correlation coefficient between E0 and pan evaporation increased from 0.61 to 0.75. E0 had the decline trends in eight of ten drainage systems in China, which indicates that “pan evaporation paradox” commonly exists in China from 1960 to 2007. (2) Spatially, Tmax was the most sensitive factor in Haihe River basin, Yellow River basin, Huaihe River drainage system, Yangtze River basin, Pearl River basin and Southeast river drainage system, and VP was the most sensitive factor in Songhua River Basin, Liaohe River basin, Northwest river drainage system while Rs was the most sensitive factor in Southwest river drainage system. For the nation-wide average, the most sensitive factor was VP, followed by Tmax, Rs, U2 and Tmin. In addition, the changes in sensitivity coefficients had a certain correlation with elevation. (3) Temporally, the maximum values of STmax and SRs occurred in July, while the maximum values of STmin, SVP and SU2 occurred in January. Moreover, trend analysis indicates that STmax had decline trends, while STmin, SU2, SRs and SVP had increasing     

Quantifying the Degree of Water Resource Utilization Polarization: A Case Study of the Yellow River Basin

The overexploitation of water resources has a substantial influence on their sustainable utilization and the ecological environment in a river basin. Quantification of the development and utilization of water resources plays an important role in guiding the rational utilization of water resources. Based on this, this paper develops the concept of water resource utilization polarization (WRUP) in order to qualitatively analyze whether water resources are being overexploited in the process of utilization. An index model of WRUP was built to quantify the degree of water resources overexploitation. In addition, taking seven secondary basins of the Yellow River as examples, the available quantity, overdraft and polarization indexes of surface water and groundwater resources were calculated. The results show that there are 34.49×10⁸ m³ of surface water available, which accounts for 56.21% of the total surface water volume. A total of 5.84×10⁸ m³ of groundwater is available, which is 58.74% of the total groundwater resources. We also found that the water resources are heavily overexploited and that there is extensive polarization in the middle and lower reaches of the Yellow River. The highest polarization of water resources occurs from Lanzhou to Toudaoguai where the polarization index is 19.88 and from Longmen to Sanmenxia where it is 11.81. There is no polarization above Longyangxia or from Toudaoguai to Longmen. Overall, the polarization of water resources is 7.95 over the entire Yellow River area. These results provide a reference for the availability of water resources that can be used to determine the degree of overexploitation of the water resources in the Yellow River.     

哈萨克斯坦水环境与水资源现状及问题分析

水是最重要的自然资源之一,水资源的可利用量取决于自然条件和人为因素两个方面。亚洲中部干旱区水资源有限,近年来河湖萎缩、生态环境系统退化,已成为区域社会经济持续发展的瓶颈。以丝绸之路经济带沿线国家之一哈萨克斯坦内按照水资源需求程度划分的八大流域作为研究区,在进行各个流域水质及水资源现状特征分析的基础上,通过径流占比、人为影响程度以及水资源需求程度等3项指标分别对八大流域水资源进行综合评估,并采用可变模糊优选模型评价哈萨克斯坦境内不同流域人类活动对水资源的影响程度,对八大流域进行轻微、中等和显著等3个影响程度的等级划分。结果表明：人类活动对锡尔河-咸海及伊希姆河流域水资源以及水环境的影响程度处于显著水平,而且前者流域水质污染问题较为严重;乌拉尔河-里海流域的地表径流占比最高,但该区域因大量油气资源开发对水资源需求量非常高,处于危险等级。巴尔喀什湖-阿拉湖流域的用水需求处于临界程度,属于第三类（处于危重程度）。额尔齐斯河流域水储量最为丰富,但流域中游哈萨克斯坦境内矿产开发引起的水质污染严重。另外,近几十年来哈萨克斯坦地表径流变化分析表明,1965年以来年总径流量减少39.4 km³,其中跨境径流量减少23 km³,境内径流减少16.5 km³。近年虽然灌溉面积和工业活动减少,年均耗水量也有所减少,但是人口增长导致公共服务和生活等方面耗水量增加2.58 km³,区域水资源供需矛盾日益凸显。因此,需要综合考虑各国利益和整个区域社会经济与生态环境的和谐可持续发展,共同商定水资源开发利用及保护的措施。     

黄河水资源量可再生性问题及量化研究

通过探讨黄河水资源量可再生性的量化问题,对黄河断流的情况、危害和成因进行分析。由于水资源量可再生性问题的复杂性,现行的方法一般都过于简单。目前迫切需要从水文循环更深层次上揭示水资源量可再生性。依据系统理论方法,从河流水循环系统的稳定性和抗干扰能力出发,提出度量和评价河流水体水资源量可再生性的指数。利用该指数,对黄河干流上、中、下游河段不同年代的水资源量可再生能力进行了定量评价,评价结果能够客观地反映实际情况。从维持水资源量可再生性的角度,进行了黄河干流水资源量的调控分析。模拟结果表明,20世纪90年代严重的黄河断流问题主要受人为因素的影响。     

1960~2014年淮河流域极端气温和降水时空变化特征

基于淮河流域33个气象站点1960~2014年逐日气温和降水数据,利用Mann-Kendall检验和克里金插值法分析了极端气温、降水指数的时空变化规律。结果表明：① 近55 a来,冷极值呈显著下降趋势,暖极值表现为波动上升趋势;日较差（DTR）呈显著下降趋势,这与最低气温的增加幅度比最高气温大有关;② 总降水量（PRCPTOT）和强降水日数（R10,R20）表现为缓慢下降趋势,1 d最大降水量（RX1day）、连续5 d最大降水（RX5day）以及降水强度（SDII）呈缓慢上升趋势,但变化趋势均不显著;③ 空间变化上来看,霜冻日数（FD0）、冷夜日数（TN10p）、热夜日数（TR20）和暖夜日数（TN90p）在流域大部分地区变化趋势显著,而降水极值在全流域未表现出一致上升或下降趋势,且变化趋势在全流域均不显著;④ 基于流域当前气象站点数据,极端气温、降水指数变化趋势未表现出高程相依性;⑤ 流域大部分极端气温、降水指数变化趋势介于中国南北方流域之间,表现出一定的南北过渡带特色。