珠江流域极端降水阈值不确定性分析

全球气候持续变化下。极端水文事件频发且时空分布规律显著变异,极端水文事件阈值及其时空分布不确定性成为当前水文水资源研究领域的热点问题之一。以珠江流域62个雨量站1959～2009年逐日降水序列为样本,运用固定临界值法、百分位值法和极值分布拟合法等方法,探讨了珠江流域极端降水阈值的时空分布规律和不确定性特征。研究表明,在流域尺度上,利用上述方法分析极端降水阈值时,均存在较多不确定性。(1)固定临界值法无法反映流域降水空间分布不均对极端降水阈值的影响;(2)百分位值法受样本容量、百分位值选取标准等影响较大,流域不同地区同一百分位或同一地区不同百分位下极端降水阈值波动幅度较大,易导致降水高值区阈值偏低,降水低值区阂值偏高;(3)极值分布拟合法受极值分布拟合函数类型、样本容量大小等影响较大,拟合精度不高。     

珠江流域降水周期特征分析

运用小波分析方法,研究了珠江流域全年、汛期(4～9月)和非汛期(10～翌年3月)三种降水序列时间周期演变特征,结果表明:(1)珠江流域不同区域降水周期不一,大体可分成三个片区,周期尺度分别为6～8a、12～14a和20～21a;(2)珠江流域全年与汛期降水周期以年际变化为主,且两者降水周期分布一致;非汛期降水周期以年代际变化为主,与全年及汛期的降水周期差异较大。     

降水观测误差修正对降水变化趋势的影响

依据中国气象局国家气候数据中心提供的660个气象站1951-2004年逐日气温、降水、风速资料, 以及雨雪类型资料, 在乌鲁木齐河源降水误差对比观测试验基础上, 对我国的降水资料进行了系统的修正计算. 这一修正不仅使降水量在数量上增加, 更接近实际值, 同时由于相关气象要素的变化, 还会对降水的长期变化趋势产生影响, 通过对比分析原始观测降水系列和修正后的降水系列的长期变化趋势, 结合理论分析估计这一影响的大小.结果表明: 我国观测和修正后的全国面积加权平均降水量分别为565.2 mm和654.9 mm, 平均修正量为89.7 mm (16%);修正后的降水系列, 绝对趋势大于实际观测系列趋势, 而相对趋势则小于观测系列. 全部台站统计结果表明, 实际的降水变化趋势被低估了6%, 而相对变化趋势被高估了约10%. 同时, 由于我国大部分地区风速呈减少趋势, 导致降水观测误差减小, 结果实际的降水变化趋势远小于观测资料显示的趋势值, 1955-2004年全国实测降水的变化趋势为-1.9 mm·(10a)-1, 而修正后降水的变化趋势高达-6.0 mm·(10a)-1. 目前依据实测的降水观测资料得出的降水变化趋势远远小于实际的变化趋势.     

甘肃渭河流域气温、降水和径流变化特征及趋势研究

根据流域内气象站、雨量站、水文站的气温、降水、径流系列监测资料,采用周期波法、延时分布频率、径流溯源理论分析了渭河流域气温变化及分布特征,降水量变化及分布特征,径流变化特征和未来变化趋势。揭示了渭河流域气温、降水和径流变化之间的关系。结果表明:(1)气温波动变化存在着9~10 a的周期性变化规律,气温的流域分布由河源向干流递升且与地理高程密切相关。(2)流域平均降水呈现出弱减少的趋势性变化过程。降水的流域分布特征主要体现为均匀性、地带性两个方面。(3)流域多年径流变化存在显著的逐年减小的趋势,径流年际变化趋势要大于降水年际变化趋势。从径流溯源度多年平均变化过程看,1970年以后渭河流域径流空间分布呈现出持续性缩小的趋势,并且下游的缩小速度要大于上游。     

贵州山区降水集中度和降水集中期的时空变化特征

利用1961~2015年贵州省81个气象观测站的逐日降雨资料,计算了降水集中度(PCD)和集中期(PCP),并采用线性趋势、空间分析、M-K突变检验和R/S分析等方法 ,对贵州山区复杂地形下的降水集中度和降水集中期进行了分析。结果表明:贵州1961~2015年PCD波动幅度介于0.30~0.59之间,空间分布上由东向西逐渐增加的趋势,PCP的波动范围在16.5~21.0旬之间,空间呈现出由东南向西北逐渐增加的趋势;PCD与降水量的相关性高于PCP与降水量的相关性,表明贵州地区的降水量越多,降水越趋于集中;R/S分析表明贵州地区PCD可能隐含着周期规律,PCP会保持提前的趋势。     

湖南省近46年来降水时空分布特征及趋势分析

利用湖南省86个地面气象台站1960～2005年的月降水资料(在Arcgis中通过Kriging插值方法对少数站点的缺测值进行了插补)分析了湖南塔降水的空间分布特征;采用线性回归方法研究了湖南省降水的变化趋势及区域上的差异.结果表明:(1)湖南省降水的空间分布总体趋势是:西南东三面山地降水多,中部丘陵区和北部洞庭湖平原区降水少.(2)湖南省46年来年降水呈增加的趋势,但7年滑动平均曲线表明今后湖南省降水有减少趋势.湖南省西北部为降水减少区,其它区域均表现为增加.(3)湖南省春秋两季降水呈减少趋势.春季南岭和湘东南山地、秋季湘东北为降水增加区,其它地区为降水减少区.夏冬两季降水呈显著增加的趋势.夏季除攸县、临武和江华等少数站点外其它区域均表现为增加;冬季湖南省86个站点的降水均表现为增加.     

1961-2007年四川夏季降水的时空变化特征

基于1961-2007年四川地区119测站逐日降水资料, 利用EOF、REOF分析、趋势分析、M-K突变检验以及Morlet小波分析等方法, 研究了四川地区夏季降水的变化趋势、空间分布特征以及时间变化规律. 结果表明: 近47 a来四川夏季降水呈减少趋势, 在1962、1982年和21世纪初发生突变, 存在22 a和6~8 a的周期.四川夏季降水可分为4个区域: 一区(盆地东部)和四区(川西高原)夏季降水量长期变化呈增多趋势, 二区(盆地中西部)长期变化呈减少趋势, 三区(川西南山)变化趋势较为稳定, 呈小幅度增多趋势. 4个区域的夏季降水周期各有特点, 最长存在的周期为23 a左右, 其次还有16 a、14 a、12 a、8 a、6 a的周期变化.     

不同强度热带气旋对中国降水变化的影响

基于1960—2017年2 000多个气象台站逐日降水数据和中国气象局热带气旋(TC)最佳路径资料集,采用客观天气图分析法(OSAT)识别得到TC降水。研究表明,中国TC降水总体呈显著下降趋势,较12年前的研究结果下降趋势变缓;TC盛期(7~9月)降水占到TC总降水的78.5%,TC盛期降水和TC非盛期降水均呈显著下降趋势。TC降水气候趋势在空间分布上以减少为主要特征,并表现出明显的地域差异,自南向北呈"减少—增多—减少"的分布型,减少趋势中心位于广东和海南。按TC影响期最大强度分级(弱TC、中等强度TC和强TC)研究不同强度TC降水的变化,结果显示,强TC降水表现出显著减少趋势,主要决定着TC总降水的影响范围和趋势等主要特征。进一步分析发现,影响TC频数在1960—2017年呈显著减少趋势,并在1995年发生突变;对1995年前后2个时期的对比研究显示,与前一时期(1960—1994年)相比,后一时期(1995—2017年)影响TC活动频次在20°N以南的海域呈现出显著的减少趋势,减少大值中心位于南海北部,而且这一特征也主要由影响TC中的强TC所决定;强TC的这一变化趋势导致了华南地区尤其是广东和海南TC降水日数的减少,进而使得TC降水减少。     

近40年来珠江流域降水量的时空演变特征

为阐明珠江流域降水量的时空演变特征,利用中国气象局1961～2000年80个观测站的逐月降水资料,采用克里格插值法(Kriging)对珠江流域各月降水量进行插值,并用Mann-Kendall法分析降水序列的变化趋势及其突变分量。结果表明：①40年来,流域总降水量呈微弱的增加趋势,增加率为5．5mm/10a,且具有明显的11年主周期振荡,但不存在突变现象：在空间上表现为东半部以增加为主,西南部以减少为主。②从降水变化趋势的季节来看,春、夏、冬三季降水都呈不显著增加趋势,而秋季降水则呈不显著下降趋势。③汛期(4～9月)降水量呈不显著减少趋势,主汛期(5～7月)与非汛期(10～翌年3月)则呈不显著增加趋势。④从月降水量变化来看,1、2、3、7四个月份是增加明显的月份,其余各月都呈不显著减少趋势。这种变化加剧了降水年内分布的不平衡,即枯水期8～12月份降水更少,而雨水较多的7月降水增加较多,增加了流域洪涝和干旱灾害发生的几率。     

塔里木河流域水文气象要素时空变化特征及其影响因素分析

本文首先应用非参数Mann—Kendall检验法和线性趋势统计检验法对塔里木河流域各水文气象要素的时间序列变化趋势进行显著性检验。根据Mann-Kendall计算的倾斜度值分析了该流域水文气象要素的空间变化趋势，进而探讨了研究区水文气象要素的时空分布特征。然后采用非参数Z统计量检验法分析其时空变化特点，特别是对降雨、径流、日照时数和平均气温变化趋势的对比分析。判识了影响塔里木河流域水文气象要素时空变化规律的主导因素。研究结果表明：流域内降水、平均气温呈较为明显的上升趋势，径流量则表现出明显的减少趋势，说明人类活动的影响在部分水文气象要素的变化趋势中可能占据了主导地位。     

新疆伊犁河谷夏季降水日变化特征

基于2007-2011年伊犁河谷4个气象站逐时降水资料, 分析了伊犁河谷夏季降水日变化特征. 结果表明: 降水量最大值出现在北京时间22:00, 最小值出现在13:00, 其中, 降水量高值区主要集中在21:00至次日08:00. 一天中最易发生降水的时间为23:00至次日10:00, 03:00是降水频数最多的时刻, 16:00则发生频数最少. 降水强度最高值出现在16:00, 最低值出现在13:00. 降水主要以短持续时间的降水为主, 持续1 h的次数最多, 持续2 h的降水量最多, 对总降水量的贡献也最大, 贡献率最小的为持续14 h的降水事件. 伊犁河谷夏季的降水主要发生在夜间, 且以短时间的降水为主.     

天山乌鲁木齐河源降水观测误差分析及其改正

乌鲁木齐河源不同雨量计观测降水对比以及普通雨量计湿润损失和蒸发损失实验表明,普通雨量计观测降水中的动力损失(修正量/观测降水量)为13.9％,湿润损失为8.4％,蒸发损失为3.7％,三项之和为26.0％。修正以上观测偏差,得到乌鲁木齐河源1号冰川粒雪线处(4050m)年平均降水量645.8mm。     

1961-2015年新疆和田地区不同级别降水事件变化特征

为探究新疆和田地区降水事件特征及在全球气候变化影响下的变化趋势,分析了该地区1961-2015年,7个气象站点的逐日降水数据,研究了不同级别降水量、降水日数和降水强度的年、季特征及变化趋势.结果表明:年平均降水量、 日数、 强度均为增加趋势,其变化率分别为3.7 mm·(10a)-1、1.15 d·(10a)-1、0.046 mm·d-1·(10a)-1,1986年为和田地区年平均降水和降水日数发生气候转折的年份,春、夏季转折时间与年际转折时间一致,冬季转折年份不明显.全地区年平均降水量为44.0 mm,小量降水占各级降水量的42.4％,夏、春季降水量占全年的78.4％;年均降水日数为49.8 d,微、小量降水日数占各级降水日数的95.3％,夏季降水日数占全年的48.0％.各级降水量和降水日数年际间均为增加趋势,其中小、中降水量和降水日数的增加是年际增加的主要原因,小量降水强度的增强是年降水强度增强的主要原因;四季降水量和降水日数变化趋势也是增加的,其中夏季增加趋势最明显,降水强度除春季减弱趋势外,其他季节均为增加趋势.在和田地区,春夏两季降雨量决定了全年的多寡,小量级别的降水量和降水日数是年降水量和降水日数的主要形式,降水日数是决定年降水量的主要因素;降水量和降水日数都存在明显气候转折年,目前正处于转折点后的增加阶段,小、中降水量和降水日数的增加是降水事件年际变化的主要特征.     

1960—2017年中国降水集中程度特征分析

降水集中程度是反映降水结构的重要指标。基于1960—2017年中国773个气象站日降水资料,运用降水集中程度（Q）,研究中国降水集中程度的时空特征,分析其与降水量、海洋状态之间的关系。结果表明:①中国年平均Q值为0.38,南北较低中间较高;冬季和秋季的降水集中程度相对较高,平均Q值分别为0.53和0.51,夏季和春季相对较低,分别为0.39和0.48。②年降水集中程度变化趋势较小,总体上略有上升,东南升高西北降低;在年和季尺度,Q和降水量均表现出较强的负相关性,年尺度相关系数为-0.71,秋季的相关性最强,相关系数为-0.89,春季的相关性最弱,相关系数为-0.70,降水集中程度和降水量共同影响水旱灾害受灾面积。③Q与NINO3.4指数间的相关性随着滞后时间的延长先增大后减小,当滞后时间为2个月时相关系数最大,平均为0.13,由北向南总体呈"-+-"分布;与PDO指数间的相关系数随着滞后时间的延长先减小后增大再减小,当滞后时间为4个月时相关系数最大,平均为0.12,以负相关为主。     

天山地区夏季极端降水特征及气候变化

基于1961—2007年天山地区32站的逐日降水资料,分析了夏季天山地区极端降水事件的气候分布和时间变化特征.结果表明:夏季天山地区的极端降水量、极端降水日和极端降水比分布存在明显的区域差异.局地极端降水频繁,平均3～4d就有1次发生,大范围极端降水较少发生.连续性极端降水以1d为主.极端降水量在天山南北坡均随地形增加而增多,地形高度对降水的影响,北坡要大于南坡.在相同高度范围内,北坡极端降水量基本均大于南坡.天山地区的极端降水事件呈增多趋势,在1970年代中后期至1980年代中前期,极端降水事件为低值期,而1990年代是高值期.     

1965-2015年新疆夏季不同等级降水的空间分布特征

根据新疆51个台站1965-2015年夏季逐日降水资料,将降水划分为小雨、中雨及大雨3个等级,分析了新疆近51 a夏季不同等级降水量、降水日数及降水强度的空间分布特征,并讨论了各等级降水日、降水量及降水强度与总降水量的空间相似程度以及各等级降水对夏季总降水的贡献。结果表明：新疆降水主要集中在夏季,并以小雨为主。以天山山脉为界,南北两疆降水空间分布存在明显差异,北疆夏季降水量（日）占年降水量（日）的36%~45%（36%~39%）,南疆夏季降水量（日）占年降水量（日）的51%~63%（48%~60%）;新疆夏季不同等级降水量、降水日及降水强度的空间分布不均匀。新疆夏季总降水量与各等级降水量的空间相似系数最为密切,与各等级降水强度的空间相似系数相对较小;新疆夏季小雨贡献率最大,中雨其次,大雨最小,夏季降水量和降水日的变化主要受小雨的影响。     

黑河流域过去40a来降水时空分布特征

对４０ａ来黑河流域降水的时空变化特征进行了分析,在空间上,降水由西北向东南呈现出明显的增加趋势,但平原区和山区,东部和西部之间存在着差异,在纬向上约以９９．５°Ｅ经线为界,降水在水汽补给上存在一定差异,导致流域东,西部降水年内分配具有不同特点,在经向上降水由北向南递增,在东,西部地区,降水随高度的变化有所不同,西部呈线性增加,而东部多为非线性增加,且在海拔２４００～３０００ｍ之间出现最大降水高度带     

五台山区地形雨减少对水资源量的影响

海河流域水资源量减少的原因倍受关注,以五台山地区为例分析地形雨减少对水资源量的影响,分析五台山站与山下周边的5个站点年降水量之比——地形强化因子(R_o)的减少趋势以揭示地形雨的减少;并利用水热耦合平衡方程定量评估地形雨减少对该地区水资源量的影响。结果表明,近50年间R_o减少了0.53(27%),即地形雨大幅度减少;导致南庄水文站控制的五台山地区天然年径流量减少了1.9亿m3/a,占径流总减少量的70%,为多年平均年径流量的26%。中国很多地区的降水观测站网都缺少位于山上的雨量站,难以估计山区地形雨的减少,导致根据降水进行径流计算时,会低估水资源的减少量。     

城市化建设对广州夏季降水过程的影响

城市化造成城区下垫面的热力学、动力学特性以及大气成分发生显著变化,从而对降水过程产生显著影响。基于广州市近30年土地遥感数据,分析了该市城市化历史进程,并用城区上风向、城区和城区下风向1984~2015年夏季逐时降水资料,分析了城市化建设对城区及周边降水过程的影响,结果表明:(1)城市化对城区和下风向降水过程产生显著影响,对城区上风向降水过程作用不明显;(2)与城市化前期对比,城市化后期城区和下风向夏季降水总量、降水日数、降水强度和极端降水等指标均发生明显变化,具体表现为城市化后期大雨以上级别降水明显增加,强度增大,极端降水向短历时演化,过程雨量分布更加集中。     

旱作农田沟种植垅覆盖集水试验

为了在降水不足的旱作农业区,充分接收、贮存大气降水,减少无效蒸发和因径流引起的水、土、肥的流失,笔者设计了作为农田土壤、作物、大气连续系统的调节措施之一,旱农沟种垅覆集水试验;提出了旱作农田沟作地段的水分平衡方程.通过试验说明,该措施使作物沟地的水分收入增加,支出减少,土壤增墒、保墒能力增强.它既有利于抗旱增产,建立稳定的节水型旱作农业,又减少了径流引起的水、土、肥的流失,有明显的经济效益与生态效益.