基于Copula的区域水文干旱频率分析

以径流量为水文干旱指标,通过径流量距平百分率和径流量累积频率两种方法识别水文干旱特征变量,并以适线法确定单个干旱特征变量的分布曲线,在此基础上利用Archimedean Copula函数构建了干旱历时与干旱烈度间的联合分布,并计算干旱重现期。应用研究结果表明:用Copula函数,得以上两种识别法提取的干旱历时和干旱烈度的联合概率分布,其重现期计算结果与区域实际受旱状况相符,其中径流量距平百分率法相对更优、更直观;适线法避免了基于样本数据估计分布函数参数的不合理性,使基于Copula函数的频率分析结果更可靠。     

长白山景区旅游安全风险动态评价研究

以长白山景区旅游安全为研究对象,以鱼骨图、动态贝叶斯、GIS技术等为基本研究方法,从研究区自然环境、社会环境及责任人为3个方面出发,筛选景区致险因子,构建景区旅游安全风险危险性评价指标体系,利用动态贝叶斯方法综合构建景区旅游安全风险动态评价模型;并以实测数据及景区统计数据为依据,划分景区旅游安全风险评价的4个动态时段,综合实现景区旅游安全风险动态风险评价。研究结果表明：① 中等以上风险区域呈条带状分布;② 高风险区域与主要景点重合;③ 长白山景区安全风险发生高概率的时段发生在第三个时段（12:00~14:00）;较高概率发生分别在第二个时段（10:00~12:00）与第四个时段（14:00~16:00）;中等概率发生较高的时段在第四个时段（14:00~16:00）;较低概率发生在第一个时段（8:00~10:00）。     

松花江区气象水文干旱演变特征

采用标准化降水蒸散指数和径流干旱指数分析了1961~2010年研究区水文干旱和气象干旱时空演变特征,并探讨了水文干旱与气象干旱的关系。结果表明：① 1961~2010年松花江区呈总体干旱化且又有明显时段性的特征,其中1967~1983年和1996~2010年气象干旱频发、覆盖范围广、持续时间长且强度大;其它时段气象干旱少有发生。其次,气象干旱空间分布差异明显,东部的平均干旱频次和强度都大于西部地区,中部（嫩江流域中下游）平均干旱持续时间最长;但在嫩江流域和黑龙江上游地区干旱略有减弱趋势。② 松花江流域和挠力河流域水文干旱呈加剧的趋势,尤其是近15 a干旱化趋势明显;挠力河流域干旱频发、强度大且持续时间很长。松花江流域水文干旱程度弱于挠力河流域,但极端水文干旱事件频发。 ③ 松花江区气象干旱与水文干旱密切相关,嫩江流域水文干旱滞后于气象干旱2个月,而第二松花江流域和松花江流域水文干旱滞后于气象干旱3个月;挠力河流域水文干旱与气象干旱无明显的时滞相关性。     

基于Copula函数的暴雨要素三维联合分布——以宽甸县为例

以辽宁省宽甸县为例,利用1955~2012年逐日降水数据,提取年暴雨日数（D₅₀）、年暴雨量（P₅₀）、年均暴雨强度（I）和暴雨比（R）共4个暴雨要素,运用K-S法确定各单要素最优概率分布函数;针对暴雨要素多面性,通过引入Copula函数,构建三维联合分布并进行AIC和RMSE优度检验,确定适合暴雨要素的最优Copula函数,分析多要素联合后暴雨的概率和重现期特征。研究表明： ① 单变量拟合仅反映暴雨单个要素本身的信息,无法涉及要素间的联系;三维Copula联合可从3方面呈现暴雨要素间的内在信息,更贴近实际;暴雨本身的多要素性,为Copula函数在暴雨分析上提供了广阔前景; ② 年暴雨日数、年暴雨量和年均暴雨强度的联合适合反映宽甸县暴雨重现期;宽甸县暴雨联合重现期短,多为0~2 a,同现重现期较长,集中于200 a左右;2种重现期变化趋势一致,存在同步效应,反映了暴雨要素的不可分割性。     

基于 Copula函数的韩江流域旱涝组合事件概率特征研究

以韩江流域潮安、横山和溪口3个代表性站点1959—2000年日流量数据为基础资料,选取4种边缘分布函数拟合各站点春、夏、秋、冬四季的径流距平百分率序列,并利用线性矩法估计参数,在此基础上采用4种Copula函数拟合春－夏、夏－秋、秋－冬、冬－春径流距平百分率序列,然后计算出各站点连旱连涝和旱涝交替这2类旱涝组合事件发生的概率,结果表明：1）基于Copula函数建立的联合分布模型可以较好地描述季节间连旱连涝和旱涝交替这2类旱涝组合事件发生的概率;2）潮安与溪口站夏－秋、秋－冬时段平均每4年发生一次连旱连涝的事件,春－夏、冬－春时段发生连旱和先旱后涝的概率均在10％左右;横山站秋冬季节平均每1.28年就发生一次连续干旱的事件。     

基于Copula函数的韩江流域旱涝组合事件概率特征研究

以韩江流域潮安、横山和溪口3个代表性站点1959—2000年日流量数据为基础资料,选取4种边缘分布函数拟合各站点春、夏、秋、冬四季的径流距平百分率序列,并利用线性矩法估计参数,在此基础上采用4种Copula函数拟合春-夏、夏-秋、秋-冬、冬-春径流距平百分率序列,然后计算出各站点连旱连涝和旱涝交替这2类旱涝组合事件发生的概率,结果表明:1)基于Copula函数建立的联合分布模型可以较好地描述季节间连旱连涝和旱涝交替这2类旱涝组合事件发生的概率;2)潮安与溪口站夏-秋、秋-冬时段平均每4年发生一次连旱连涝的事件,春-夏、冬-春时段发生连旱和先旱后涝的概率均在10%左右;横山站秋冬季节平均每1.28年就发生一次连续干旱的事件。     

基于Copula函数的中国东部季风区干旱风险研究

利用1961~2016年的中国地面降水月值0.5°×0.5°格网数据集计算了中国东部季风区不同时间尺度的标准化降水指数,并结合游程理论识别气象干旱事件。常规的单变量和基于Copula函数的双变量频率分析分别用来描述干旱事件的干旱历时和干旱烈度。结果表明：① 3个月时间尺度和6个月时间尺度的干旱特征空间格局非常相似,但与12个月时间尺度的干旱特征空间格局差异较大;② 各时间尺度的干旱历时和干旱烈度均呈正相关,即具有较长干旱历时的地区往往也是干旱烈度较大的区域;③ 西南区、长江下游地区、黄淮海区北部和南部、内蒙古东部和黑龙江省东部干旱风险较高,而长白山地区、松嫩平原和珠江流域干旱风险较低。研究结果可为中国东部季风区的干旱区划及旱灾风险评估提供科学依据。     

基于GAMLSS模型的水文干旱指数研究——以玛纳斯河流域为例

传统的水文干旱指数是在一致性条件下确定的,而在非一致情况下水文干旱指数的识别精度受到质疑。特别是当全球气候发生剧烈变化的时候,应用合适的干旱指数可以增加干旱预警的精确度。一般在非一致情况下,通常会认为干旱指数的概率分布参数服从时间或者其他协变量的线性或者非线性变化。因此以玛纳斯河流域肯斯瓦特站为例,构建以时间为协变量的GAMLSS模型,建立非一致情况的标准化径流指数SRI_ns,并对比分析,讨论其适用性。结果表明：① 肯斯瓦特站1957—2014年期间,径流量的变化趋势比降水和气温的变化趋势更为明显,径流发生明显变化主要集中在秋季和冬季,降水全年各月的变化趋势不明显,气温则在春季和夏季变化较剧烈。② 通过对比研究区1957—2014年内有历史资料记载的历史干旱事件,SRI_ns对于研究区干旱事件的识别更准确,SRI_ns识别的严重干旱和极度干旱事件的发生频率要比SRI_s高。③ 通过游程理论识别出干旱特征变量,将干旱特征变量采用均匀分布随机化处理可以提高干旱历时序列的拟合精度。干旱特征变量序列的最优分布均为对数正态分布。④ SRI_ns和SRI_s的干旱特征变量的二维联合分布的最优Copula函数均为joe函数。通过对比干旱特征变量二维联合概率和重现期,SRI_ns可以缩小风险区间,增加干旱风险预警的精度,因此更适用于该研究区的干旱预测与风险评估。     

长江经济带空气质量指数的时空特征及驱动因素分析 ——基于贝叶斯空间计量模型的实证

基于2015年长江经济带126个城市空气质量监测数据,首先利用探索性空间数据分析方法揭示了空气质量指数（AQI）的时空演变特征,然后采用贝叶斯空间滞后模型探讨了长江经济带空气质量指数的社会经济驱动因素。研究结果表明：① 长江经济带年AQI在空间上整体具有东高西低,长江以北高长江以南低的分布特点,具有明显的空间集聚特征。空气污染严重的热点地区主要集中长三角城市群的江苏省、浙北地区、皖北大部分地区以及上海市。空气质量较好的冷点地区则主要集中在云南省、四川的攀枝花以及贵州的大部分地区。② 长江经济带AQI在季节上呈现冬春高、夏秋低的季节变化趋势。总体而言,四季的高值集聚主要分布在鄂皖苏,低值集聚主要分布在云贵地区。③ 贝叶斯空间滞后模型回归结果显示,长江经济带空气质量存在显著的空间溢出效应。此外,模型结果证实了“环境库兹涅兹曲线”假说;FDI回归系数为正,支持了“污染避难所”假说;人口密度、公路客运量均是导致空气污染加剧的重要因素,而第三产业比重和建成区绿化覆盖率增加有利于长江经济带空气质量的改善。     

城市规模与旅游成长空间关系、演变及驱动因子——长江三角洲城市级别体系新认识

以“揭示规律、验证规律”为研究逻辑起点,提出“城市规模-旅游成长-城市级别”数理空间分布模型及其时空演变模型,以长江三角洲地区城市体系为例,系统搜集1995~2014年系列基础数据,探讨城市规模与旅游成长的空间关系及其演变机理。结果表明：① 20 a来长三角地区城市规模、旅游成长、城市级别的数理空间分布呈三段“金字塔”式结构,城市级别越高,分布数量越少;② 三元空间关系在演变中,1995~2009时期内的三阶段符合演变模型的A线关系趋向,2010~2014阶段呈“核”式分布,旅游对城市规模存在倒逼效应;③ 依据城市4个基本象限类分布,级别高的城市分布在Ⅰ类区,Ⅳ类区与Ⅱ、Ⅲ类区间存在单向转换与演变关系;④ 对驱动因子剖析,政府政策的倾斜、城市规模效应以及旅游的快速发展共同促成三元关系的演变格局。     

基于SPEI和SDI指数的云南红河流域气象水文干旱演变分析

本文基于红河流域43个气象站1961-2012年逐月降水、气温数据以及干支流2个水文站1956-2013年逐月流量数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和径流干旱指数(SDI)分析流域气象水文干旱的演变特征,并探讨水文干旱对气象干旱的响应。结果表明：①1961-2012年期间,流域总体上表现出干旱化的趋势,季节变化上春季有变湿的趋势,而夏、秋、冬三季有变干的趋势,但趋势并不显著。干旱频率季节空间分布差异较大,春旱和冬旱发生频率较高。从干旱范围来看,春旱范围呈缩小的趋势,夏旱、秋旱和冬旱范围表现出不同程度的增大趋势;②1956-2013年期间,流域水文干旱表现出加剧的趋势,其中1958-1963、1975-1982、1987-1993、2003-2006和2009-2013年为水文干旱多发期,近10年来频率明显增加;③流域水文干旱滞后于气象干旱1~8个月,气象和水文干旱事件的干旱历时、严重程度和强度之间具有紧密的相关性,流域气象干旱是水文干旱的主要驱动力。     

基于径流分类的流域降雨—径流过程动态神经网络建模

利用聚类分析,将径流序列分为不同类型的子径流序列,对这些子序列建立神经网络模型,采用Elman动态神经网络对沂沭河流域上游临沂子流域日径流量进行预测分析,通过与不加分类的总体神经网络的模拟结果进行对比分析。确定性系数、相关系数、平均相对误差和平均相对均方根误差4个统计指数及流域径流过程线和次洪误差分析结果都表明:Elman动态神经网络能够对日径流量进行较好模拟,但基于径流分类的降雨—径流模型表现出更优良性能,能较大程度提高径流模拟精度。     

基于马尔科夫模型的新疆水文气象干旱研究

在气象干旱SPI和水文干旱SRI的二维变量干旱状态的研究基础上,通过一阶马尔科夫链模型对二维变量干旱状态进行频率、重现期和历时分析,并预测未来非水文干旱到水文干旱的概率,研究结果表明：（1）开都河、和田河在干旱形成中危害大,阿克苏河在干旱演变中危害大,开都河和叶尔羌河在干旱持续中危害大。开都河和叶尔羌河主要以气象水文干旱为主,和田河和阿克苏河以水文干旱为主。（2）开都河连续湿润或者干旱的概率最大,状态2与状态4、状态5的相互转移概率低,和田河和开都河状态4不能一步转移到状态2。（3）在长期干旱预测中,塔河流域从状态2达到状态4或者状态5的概率最低,开都河（或和田河）从非水文干旱状态到状态4的概率最大（或最小）,从非水文干旱状态到状态5的概率最小（或最大）。     

Simulation and analysis of river runoff in typical cold regions

It is generally agreed that global warming is taking place, which has caused runoff generation processes and apparently total runoff amount changes in cold regions of Northwestern China. It is absolutely necessary to quantify and analyze earth surface hydrological processes by numerical models for formulating scientific sustainable development of water resources. Hydrological models became established tools for studying the hydrological cycle, but did not consider frozen soil or glacier hydrology. Thus, they should be improved to satisfy the simulation of hydrological processes in cold regions. In this paper, an energy balance glacier melt model was successfully coupled to the VIC model with frozen soil scheme, thus improving the models performance in a cold catchment area. We performed the improved VIC model to simulate the hydrological processes in the Aksu River Basin, and the simulated results are in good agreement with observed data. Based on modeling hydrological data, the runoff components and their response to climate change were analyzed. The results show: (1) Glacial meltwater recharge accounts for 29.2% of runoff for the Toxkan River, and 58.7% for the Kunma Like River. (2) The annual total runoff of two branches of the Aksu River show increasing trends, increased by about 43.1%, 25.95×10⁶ m³ per year for the Toxkan River and by 13.1%, 14.09×10⁶ m³ per year for the Kunma Like River during the latter 38 years. (3) The annual total runoff of the Toxkan River increased simply due to the increase of non-glacial runoff, while the increase of annual total runoff of the Kunma Like River was the result of increasing glacial (42%) and non-glacial runoff (58%).     

The relationship between ENSO cycle and high and low-flow in the upper Yellow River

Firstly, the hydrological and meteorological features of the upper reaches of the Yellow River above Tangnag are analyzed based on observation data, and effects of EI Nino and La Nina events on the high and low flow in the upper Yellow River are discussed. The results show El Nino and La Nina events possess consanguineous relationship with runoff in the upper Yellow River. As a whole, the probability of low flow occurrence in the upper Yellow River is relatively great along with the occurrence of El Nino event. Moreover, the flood in the upper Yellow River occurs frequently with the occurrence of La Nina event. Besides, the results also show dissimilarity of El Nino event occurring time exerts greater impact on high flow and low flow in the upper Yellow River, that is, the probability of drought will be greater in the same year if El Nino event occurs in spring, the high-flow may happen in this year if El Nino occurs in summer or autumn; the longer the continuous period of El Nino is, the lower the runoff in the upper Yellow River is.     

特枯2006年长江中下游径流特征及江湖库径流调节过程

利用1978特枯年、2000~2006年长江中下游宜昌、汉口、大通、城陵矶及湖口等水文实测资料,对2006年长江中下游出现特大枯水水情条件下的径流变化和江、湖与水库的调节过程进行分析。结果表明:长江中下游径流变化出现洪季不洪、枯季不枯特征,洪季来水量不到平常年的60%~70%,枯季基本维持平常年的来水量;其中长江上游来水量急剧减少是造成长江中下游洪季不洪的主要因素,三峡在枯水期间的调蓄对维持长江中下游干流的水量有一定的贡献,洞庭湖与鄱阳湖两大湖泊在枯季因干流水位显著降低形成的胁迫效应是长江中下游枯季不枯的重要因素。     

基于Copula函数的珠江流域河川径流丰枯遭遇

面对珠江水量统一调度的新要求,采用Copula函数对珠江流域内3个控制性水文站的径流量进行研究,分析其丰枯遭遇概率。结果显示：1）三大水系两两间丰枯同步的概率大于丰枯异步的概率（汛期西江和东江除外）,其中北江与东江径流量一致性较好,丰枯同步的概率最大,其中全年丰枯同步的概率高达69.88%,汛期丰枯同步的概率为63.36%;西江与东江丰枯同步的概率最小,汛期只有47.88%;西北江丰枯同步的概率居中,全年、汛期和非汛期丰枯同步的概率分别为55.10%、56.02%和50.12%。2）三大水系三维联合分布研究表明,三大水系丰枯同步的概率在全年、汛期和非汛期均较大,依次为40.16%、38.11%和36.49%,其中同丰和同枯的概率远大于同平的概率。3）利用三大水文站的联合分布,可获得各水文站不同径流量遭遇的概率,以及特定概率下各水文站径流量的可能组合,可对珠江水量统一调度提供参考。     

ENSO循环与黄河上游径流的丰枯

1IntroductionScholarsoftheinternationalmeteorologicalandoceanographicalcirclesgenerallythinkElNinoeventhasoccurredwhenthepositivedeparturesofmeansea-surfacetemperature(SST)atEquatorialEastPacificOceanArea(lyingbetween0o-10oS,180o-90oW)occurcontinuallywith0.5oCexteedingthelong-rangemeanandcontinualperiodlastinghalfayear.TheyalsothinkLaNinaeventhasoccurredwhenthestrongernegativedeparturesoccur.SouthernOscillationoccurringsynchronouslywithElNinoindicatesitisaneventwithalternativeoccurrence…