长江中下游夏季特大旱涝预测研究

利用1951～1995年的资料,分析了长江中下游梅雨期(6～7月)和夏季(6～8月)旱涝的一般特征.在此基础上着重研究了大涝(旱)和特大涝(旱)年前期大气环流的各种因子的特征,进而确定可供预测旱涝趋势的若干环流因子.     

基于降水统计方法的江苏省旱涝急转演变特征研究

采用江苏省基础气象站1961—2014年雨季（5-8月）的日降水数据和短周期旱涝急转指数,构建旱涝急转评估模型,剖析江苏省全域及各水资源分区历史旱涝急转事件演变规律,结果表明：1961—2014年江苏省各分区的旱涝急转强度整体无显著变化趋势;2001—2014年太湖片、长江片东区和西区旱转涝事件频次高于其他年代,淮河片西区则反之,淮河片南区和北区各年代间无明显差异;2001—2014年长江片东区涝转旱事件更为频发,长江西区、淮河3个分区则呈减少趋势。     

传统旱涝急转评估指数的局限和改进

针对传统旱涝急转指数存在错漏判及无法统一旱涝急转等级划分的局限, 在明晰旱涝急转定义基础上, 提出了一种改进的标准化旱涝急转指数。通过理论模拟和案例实践, 结果表明: ①传统的旱涝急转指数变化范围较大, 且随着权重参数增大, 错判率减小但漏判率增大, 因此无法避免错漏判问题;错判情形发生在正常状态转为较为严重的涝或较为严重的涝转为正常状态, 漏判发生在相邻的旱和涝等级均较轻的情形。②改进的标准化旱涝急转指数与旱涝指数的变化范围差别较小, 旱涝急转评估可与旱涝评估(如基于气象或水文干旱指数)的分级及阈值设置保持一致, 且通过先识别相邻事件是否分别为旱、涝而避免了旱涝急转的错判, 构建的新权重项避免了旱涝急转的漏判。③作为粤港澳大湾区供水水源的东江流域旱转涝主要发生在前汛期开始的4—5月, 发生比例为33.8%;涝转旱主要发生在后汛期结束后的10月, 发生比例为18.5%;旱转涝和涝转旱并存的年份有12 a。     

公元1500—2000年印度尼西亚—菲律宾强火山喷发对中国中东部旱涝格局的影响*

强火山活动是气候变化的重要自然驱动因素,可导致中国降水出现年际或年代际变化,甚至极端的旱涝现象。探究位于中国邻域的印度尼西亚—菲律宾一带的强火山喷发与中国旱涝分布格局的关系,有助于阐释中国旱涝发生的时空规律及机制,为预测未来火山爆发可能导致的降水异常提供借鉴。本文基于1500—2000年期间世界强火山活动和中国旱涝资料,运用时序叠加分析的方法辨识了印度尼西亚—菲律宾一带的强火山喷发后中国旱涝在年际尺度上的时空变化特征,并对1815年Tambora火山喷发进行案例分析。结果表明印度尼西亚—菲律宾一带的强火山喷发对中国的旱涝格局有一定的影响:强火山喷发后第0年至第2年,中国中东部各站点的整体变化为偏涝;在第3年,整体出现了偏旱的转变,且变化幅度相比其他年份较大;就地区而言,喷发后华北、华南地区分别出现了由旱转涝、由涝转旱的变化,并且这些变化大概持续了2~3年,随后2个区域均恢复了喷发前的旱涝趋势;印度尼西亚1815年Tambora火山喷发后0~3年,中国以涝情为主,但发生涝情的区域逐年在发生变化。     

北京地区季节旱涝长期变化分析

本文对北京地区各季旱涝状态进行了识别比较。结果表明,用Gamma分布划分旱涝级别更能反映该地区的气候状态。发现近30年来四季出现干旱气候状态较以前增多,但各季变化略有不同.夏季干旱增加表现较为明显。从长期变化来看,冬春季有变涝趋势,夏秋季则有变旱趋势。 对北京旱涝状况成因初步分析表明,它与太平洋地区海温冷暖有关。对它们出现的周期性分析表明,未来10～30年期间,夏季干旱程度可能有所缓解。     

中国旱涝灾害的分形结构

基于分形理论在中国旱涝灾害研究方面所存在的问题,首先系统地分析了中国华北区、西北区等不同区域和松花江、长江等不同流域旱涝灾害的分形结构,其次以唐山市为例系统分析了同一地点不同等级旱涝灾害分维的时序变化及其关系,进而探讨了以分维为中介参数在旱涝灾害与其影响因素之间建立定量化经验关系的可能。研究结果表明,中国旱涝灾害具有客观的分形结构,分维是表征中国旱涝灾害发生特征的良好参数;在此基础上,系统地计算出了中国旱涝灾害的分维值、分析了唐山市不同等级旱涝灾害分维的时序变化关系,并建立了辽河、长江等流域水系空间维数与流域洪涝分维之间的定量关系式DF=3．6179DR-4．0242(式中DR为流域水系空间维数,DF为流域洪涝分维)。     

1951～2005年海河流域汛期降水量的时空变化特征分析

本文根据<海河流域汛期10区域旱涝预报物理模型>的分区标准,对1951～2005年海河流域的9个分区和全区的汛期(6～9月)降水量和干旱洪涝的时空变化和年际变化特征做了深入的统计分析和研究.在近55年来.海河流域的9个流域性多雨洪涝和大涝年有2/3集中在1954～1964年的11年中,1965～2005年的41年只有3个洪涝年.在1991～2005年的近15年中,有11年汛期较常年同期偏少,只有1995～1996年发生了洪涝.本文通过图表能够使读者比较清楚地了解和掌握海河流域9个分区和全区性洪涝和干旱的变化规律,更好地合理利用海河流域的宝贵水资源.     

青海省玉树旱涝态势变化规律分析

选取青海省玉树1953~2013年月降水数据,基于标准化降水指数SPI,利用频率分析、小波周期分析等方法对玉树县近61年来旱涝强度、频率分布、周期性变化等旱涝态势演变特征进行了研究。研究结果表明:(1)SPI-3、SPI-6和SPI-12三种尺度标准化降水指数对旱涝指示程度存在差别,相比大时间尺度,小时间尺度的标准化降水指数值更为分散,波动幅度更大,对干旱和洪涝的识别更为敏感。近年来,随着玉树县水土流失和沙化,当地土壤持水力程下降趋势,对干旱和洪涝较为敏感,因此玉树县可采用三种尺度标准化降水指数。(2)近61年,玉树县重旱平均发生概率为2.1%,重涝平均发生概率为1.3%。(3)未来几年,预计玉树县仍呈现偏涝趋势。(4)玉树县SPI-12以18a为主周期进行变化。     

ENSO事件对长江上游1470-2003年旱涝灾害影响分析

对长江上游旱涝灾害时间序列(1470-2003年)及SST指数序列(1868-2003年)作统计相关与谱分析,探讨了长江上游旱涝灾害与ENSO事件的遥相关关系.结果表明:长江上游旱涝灾害主周期要大于ENSO事件的主周期,前者主周期主要为16.69a,5.09a以及10.47a,而后者主周期主要为5a,～10～12年以及～10a.交叉谱分析结果表明,长江上游旱涝灾害与SST在约5a以及约10～12a周期上呈现出显著的相关性.可以认为ENSO事件发生周期与生存周期的长短直接影响着长江上游旱涝灾害发生的周期与频率,并在5a以及10～12a的周期上表现出高的统计相关性.SST指数与长江上游旱涝灾害相关分析表明,ElNiño事件的发生使长江上游发生旱灾机率增大,而LaNiña事件的发生则使长江上游发生涝灾的机率增大.     

云南开远南洞地下河水质演变特征

在云南开远南洞地下河出口,连续19年采取旱、雨季水样进行水质变化监测,结果表明: ( 1)整体上地下水水质旱季好于雨季,历年旱季水质类型以良好为主,雨季则以较差为主; ( 2)水质变化阶段性明显: 1987— 1993年,离子浓度普遍较低,旱、雨季波动不大,水质多属Ⅰ 、Ⅱ 类,有机污染以NH+4 、NO-3 等为主; 1994—2000年,旱、雨季离子浓度均普遍升高且变化加剧, N H+4 、As、Cd、Cr、Mn出现历年最大值,金属离子污染日趋加剧,水质以Ⅱ 、Ⅲ 类为主; 2001— 2005年,旱、雨季离子浓度有升有降,以升为主, Pb、Zn、Cl- 、SO2-4 出现历年最大值,水质以Ⅱ 、Ⅲ 类为主。南洞地下河水质19年来发生了较大的变化,污染日趋严重。分析认为该地下河水质逐步变差与上游补给区盆地内经济发展状况密切相关。为此,提出了采用自动监测等方法加强地下河动态变化监测研究以及实行分区、分级管理等水质保护的具体对策建议。      

1470—2008年中国西北干旱地区旱涝变化特征分析

研究西北干旱地区的旱涝变化规律对于区域抗旱减灾具有重要的现实意义。建立区域综合旱涝指数模型,利用西北4省区19个站点的旱涝等级序列,建立区域综合旱涝指数序列。发现区域在1470—2008年间呈现出干旱频发的态势,且区域内的西部比东部、高海拔地区较低海拔地区更易发生干旱灾害。利用经验模态分解方法处理区域综合旱涝指数序列,发现区域综合旱涝指数变化存在2.5年、7.5年、13.1年、25.7年、77.0年和134.8年等准周期变化。且近539年来,西北干旱地区区域综合旱涝指数呈减小趋势,未来区域干旱综合强度有减轻态势。     

The evolution analysis of flood and drought in Huai River Basin of China based on monthly precipitation characteristics

Based on the daily precipitation data of 38 weather stations in the Huai River Basin from 1961 to 2010, this study used SPI index, P-III curve to determine the flood/drought years, under what situations for droughts and floods easily happen, and to analyze the evolution law of flood and drought during inter-annual and intra-annual based on the characteristic of monthly precipitation. The results showed that: (1) annual rainfall of the Huai River Basin presented decreasing trend, maximum rainfall appeared from June to August, and multi-year average precipitation increased gradually from north to south; (2) the variation of monthly precipitation during flood years was more severe than other typical years, and precipitation in drought years showed nearly 50 % decline compared with normal years; (3) high rainfall of flood years was mainly caused by the increase in rainfall in flood season, and the strategy of flood control and drought relief was “short-term flood prevention and long-term drought relief”; (4) while precipitation of most months in drought year was reduced, the relevant strategies “annual basin-wide of long-term drought prevention” should be carried out; (5) combination events of floods and droughts occurred frequently. Persistent drought dominated in spring and summer while droughts and floods that happened alternately were mainly in summer and autumn.     

1800—1813年上海地区梅雨特征和汛期降水量的复原

私人日记是重建高分辨率历史天气气候序列的珍贵史料来源。以《查山学人日记》中的雨日记录为指标复原了日记史料相对缺乏的19世纪早期(1800—1813年)上海地区的梅雨特征,并将雨日区分为5个降水等级,同时将1951—1998年上海龙华站器测日降水量划分为与日记降水记录相匹配的5个降水等级,然后根据龙华站梅雨期、汛期各级雨日数与降水量之间的回归关系复原了1800—1813年的梅雨量和汛期降水量。结果显示:(1)1800—1813年的梅雨相对典型,平均入梅日期为6月10日,出梅日期7月7日,梅期雨日数20.1天,梅期长度27.1天,梅雨量257.3 mm,汛期降水量669.5 mm,与利用《雨雪分寸》重建的梅雨期大体一致,梅雨量有较大差异。(2)整体上看,该时段平均入、出梅日期比龙华站各年代有所提前,梅期雨日数和长度略有增加,梅雨量偏丰,梅雨强度偏强,汛期降水量在适中水平。梅雨特征量、汛期降水量与龙华站各年代不存在显著差异,与20世纪80、90年代最相近。(3)复原的“梅期雨日数、梅期长度”、汛期降水量与区域旱涝状况均有较好的对应关系,与东亚夏季风强弱变化指示的降水空间变化特征也比较相符,反映出文中所用的日记资料以及复原方法和结果具有较高的可靠性。     

An analysis of the drought and flood hazard characteristics and risks during the pre-rainy season in South China

Based on the daily precipitation data provided by the National Meteorological Information Center recorded at 89 representative stations in South China, as well as the reanalyzed monthly average 850-hPa wind field and sea surface temperature (SST) data from the National Centers for Environmental Prediction and the National Center for Atmospheric Research between 1969 and 2008, we studied the inter-annual variations and the causes of flood and drought hazards during the pre-rainy season in South China. Moreover, we assessed the hazard risks. The results indicate the following. (1) Most areas in Guangdong, the north and southwest of Guangxi, and the junction of Jiangxi and Fujian are at high risk of severe flooding. (2) The inter-annual variations of the pre-rainy season flood and drought hazards are evident in South China; specifically, consistent anomalies exist in Guangdong, Guangxi, central and north Fujian, and central and south Jiangxi. An inverse distribution of anomalies occurred in central and south Guizhou. Since the 1990s, inter-annual drought and flood hazards have accrued, particularly in south Guangxi, the southern and northern regions of Guangdong, and the north and central of Fujian where the risk of severe drought and flood is high. (3) The “El-Niño-Southern-Oscillation-like” (ENSO-like) SST anomaly and the corresponding atmospheric circulation anomaly are the major causes of the inter-annual variation of the pre-rainy season drought and flood hazards in South China. From the preceding winter to the pre-rainy season, the ENSO-like positive (negative) SST anomaly regulates the South China Sea and western Pacific anti-cyclonic (cyclonic) airflow to control the South China Sea. This effect increases (or decreases) the warm, humid vapor input in South China and causes severe pre-rainy season floods (or droughts) hazards in South China. It should be noted that because of the asymmetry in the anomalous local low-level circulation and the rainfall patterns, the floods and droughts hazards region in South China are also asymmetry between El Niño and La Niña.     

基于文献记录的黑河流域历史时期旱涝特征分析

流域的旱涝灾害特征及其变化规律是流域水资源演变研究的重要内容。利用历史文献资料重建了西北内陆河黑河流域公元0-1949年的旱涝灾害等级序列,结合滑动平均、小波变换处理等方法,探讨了流域历史时期旱涝等级的频数特征、旱涝变化的周期特征及其与气候冷暖和人类活动之间的关系。对公元1000年以后的旱涝灾害规律进行分析,结果表明：流域存在5个旱灾高发阶段（1230-1270年、1430-1530年、1640-1760年、1860-1890年、1900-1940年）,3个涝灾高发期（1650-1690年、1730-1790年、1830-1910年）,并呈现出旱涝灾害频发的态势;1000-1949年期间,流域旱涝灾害存在4个准周期变化,对比发现这与太阳黑子活动等环境变化周期有紧密的联系;1580年以前,气候冷暖是影响旱涝灾害发生的主要因子,但16世纪以后,旱涝灾害交替频发,很可能是人类活动加剧了该现象。所以,定量辨析自然因素和人类活动对流域旱涝灾害的影响将是未来研究的重点方向。     

淮河流域近500年洪旱事件演变特征分析

为了认识淮河流域过去500年洪旱事件发生规律并鉴别当前的洪旱情势,收集并对比分析了流域实测降雨资料、重建历史雨季降雨资料、历史旱涝等级资料、历史洪旱文献记录和历史调查洪水资料等多源洪旱灾害数据。以重建历史雨季降雨资料和历史旱涝等级资料为主要依据,通过滑动平均、频率计算、小波分析和突变检验等方法,分析流域过去500年洪水干旱时空分布特征和演变规律。结果表明,17世纪淮河流域洪旱灾害最严重,但20世纪极端洪旱事件发生频次最多。淮河流域洪旱事件存在40年左右的稳定长周期,主周期从18世纪的15~20年逐渐减少到19世纪的5年周期,近20年来出现2~3年的主周期,洪旱灾害事件呈增加趋势,流域社会经济发展面临着严峻的洪旱灾害威胁。     

2011长江中下游旱涝急转前后河口表层沉积物地球化学特征研究

系统分析了2011旱涝急转前后长江口表层沉积物中常量元素、微量元素和有机碳等地球化学特征的变化及其影响因素,探讨了旱涝急转状况对河口沉积地球化学分区的影响。结果显示,洪涝期河口沉积物粒度总体有变粗的趋势,尤其是南支水道至三角洲前缘区。洪涝期含量下降的组分主要有Al2O3、K2O和Na2O等,含量增加主要有TFe2O3、CaCO3、CaO、TiO2、Mn和P等。干旱期常量元素组分与黏土的正相关性更高,但S4站的情况相反,这可能主要跟径流携带的流域物质的输入状况和该区特有的沉积动力条件有关。洪涝期大多数沉积物中微量元素的平均含量表现为不同程度增加,反映了研究区洪涝期沉积物粒度整体变粗和流域洪水导致的入海物质通量升高的影响。不同时期TOC和TN均具有较好的正相关关系,有机质C／N值指示洪涝期陆源贡献大于干旱期：但C／N值整体相对偏低,这可能跟物源贡献和微生物作用有关。洪涝期各元素变量在主因子载荷图上的分布更加分散,反映了洪涝期粒度对元素组合分布的控制作用有所减弱和径流携带流域物质的输入有所增强。基于各样品的因子得分,发现旱涝急转前后河口沉积物样品的元素地球化学分区基本一致。     

淮河流域旱涝急转气候特征研究

利用标准化旱涝指数和灾情资料挑选出了1960～2009年淮河流域各水资源二级分区的旱涝急转事件,在此基础上分析了旱涝急转事件的时空分布、水位特征和大气环流特征,结果表明,淮河流域在这50年中共有13年出现了旱涝急转,约4年一遇,其频次和降水强度的大值区都位于流域上游和南部;与长江中下游地区相比,淮河流域的旱涝急转事件更频繁、平均强度更大。旱涝急转具有先减少后增加的年代际演变特征,就年内分布来看,主要集中在6月下旬～7月上旬;干流各水文控制站的水位对旱涝急转的响应具有一定差异,其中王家坝站水位涨幅最大,对强降水的响应时间最短。从环流成因来看,三种典型的大气环流形势可以引发旱涝急转。     

基于集对分析的赣江中上游流域汛、枯水期分期研究

南方红壤丘陵区洪涝和季节性干旱灾害并存,合理划分汛、枯水期可为旱涝灾害防控提供科学依据。本文选取并统计赣江上中游国家气象站、水文站旬最大1日降水量、旬最大3日降水量、旬降水总量和旬平均流量,采用集对分析,将赣江上中游流域汛期划分为2月1~28日为汛前期,3月1~31日为前汛期,4月1日~6月30日为主汛期,7月1日~9月10日为汛后期,9月11日~次年1月31日为枯水期。集对分析汛期分期结果与传统汛期相近,理论基础完善,可用于赣江上中游流域水资源综合管理。