近40年来塔里木河流域气候及径流变化特征研究

以塔里木河流域的21个气象站和10个水文站1961～2000年观测资料为基础,对塔里木河流域的温度、降水及径流变化进行了分析.结果得出:(1)20世纪60年代以来塔里木河流域的年平均气温呈逐年代递增趋势,源流区的年平均气温增高了0.57℃,上游区增高了0.6℃,中游区增高了0.7℃,下游区增高了0.8℃,越往下游方向变暖趋势越明显,并且气温增高幅度逐步加大.(2)60年代以来塔里木河流域的年降水量也逐年递增,但是与温度的增幅趋势相反,从源流区到下游区,降水增幅逐步减少,源流区平均增加了34.2%,上游区增加了22.0%,中游区增加了15.3%,下游区只增加了6.1%.(3)该流域各源流的出山口径流量除和田河减少外,阿克苏河增加9.04亿m3,叶尔羌河增加5.51亿m3,开都河增加9.27亿m3.(4)该流域源流径流受温度和降水变化的双重影响,源流区的气候变暖和变湿是塔里木河源流径流量增长的一个非常重要的因素.     

近50年来中国干湿气候界线的10年际波动

利用中国北方1951～1999年降水量和年蒸发量资料，计算了干燥度指数（D）。并据此将中国划分为干旱区（D（0.20）），半干旱区（0.20-0.50）和湿润区（D(0.50）），近50a中国干湿气候波动显著，区域差异大；50a波动幅度东北区为20～400km，华北区为40～400km，西北东部为30～350km，西南区为40～370km，以80年代为界，在20世纪80年代以前（包括80年代），西南区气候具有显著变湿趋势；西北东部稍变湿；华北区和东北区具有变干趋势，且华北区变干程度比东北区严重。进入90年代。西南区和西北东部气候有变干迹象。华北区西部气候的干旱程度有所增加，华北区东部有所减弱，东北区气候进一步变湿，半干旱区是湿润区与干旱区之间的过渡区，是中国季风的边缘地带，也是环境变化的敏感区，20世纪60～70年代中国（北方）干湿气候存在一次突变，由较湿润变为干旱。50年来干湿气候界线呈现出整体移动和东西、南北相异波动的特征，当干湿气候界线同时向西或向北移动时，中国北方气候就变得相对湿润；当同时向东或向南移动时，北方气候就变得相对干旱；当干湿气候界线东西、南北相异移动时，北方气候的干旱程度就介于二者之间。     

530年来中国东部旱涝分区及北方旱涝演变

使用我国东部地区530年来100个站的旱涝等级序列作REOF分解,根据前7个旋转空间模上高荷载区分布,将中国东部地区分成7个旱涝气候区,即东北区、华北北区、华北南区、西北区、长江中下游地区、华南区及西南区.在分区基础上,着重研究了中国北方季风边缘地带旱涝演变特征.自1470年以来中国北方的旱涝存在明显的阶段性和区域性.16～17世纪上半叶,中国北方干旱频繁,尤其在东北区、华北南区及西北区普遍出现严重干旱.18～19世纪,华北北区干旱发生较多,东北区以涝为主;而华北南区及西北区旱涝交替发生,但变化幅度相对较缓.华北北区及华北南区分别在19世纪末及20世纪初突然从涝相气候跃变为旱相气候,这两地区的干旱持续近百年,是我国北方干旱最严重的地区.五百多年中,东北区、华北北区及西北区极端干旱呈现出相似的变化趋势,具有两头多而中间显著减少的特征;而华北南区一直是极端干旱多发区.中国北方各个旱涝气候区的旱涝具有多时间尺度的年代际振荡特征.4个地区的旱涝变化都存在20～30年时间尺度的周期振荡;除西北区外的三个地区的旱涝变化都存在70～80年时间尺度的周期振荡;东北区及西北区的旱涝变化存在40～50年时间尺度的周期振荡;另外,准10年时间尺度的周期振荡存在于华北北区和南区.     

塔里木河流域径流量周期特征及其影响因素

采用交叉小波变换与小波相干方法分析了塔里木河流域近40 a来年径流量、年降水量和年平均温度的周期特征,结果表明:塔河流域年径流量、年降水量和年均温度存在2.0~6.0 a左右的显著周期变化,除卡群站年径流量周期变化不显著,其余水文站的年径流量周期强烈震荡主要分布于20世纪60年代中后期至70年代以及90年代以后;各站年降水量的显著周期主要分布于20世纪80年代以后;年均气温显著周期主要分布于20世纪60年代中后期至70年代。同古孜洛克和卡群的径流量显著周期变化主要受和田和莎车降水量的影响;沙里桂兰克1965~1968的径流量显著周期主要是阿合齐气温周期显著变化引起的,20世纪90年代以后阿合齐降水量成为影响径流量周期变化的主要因素;大山口的年径流量周期变化受降水量和气温的共同影响。阿拉尔径流量的周期变化在20世纪70年代主要受源流降水量显著周期变化。由于人口和耕地面积的迅速增加,源流区用水量增加,20世纪90年代以后降水量的周期变化没有引起阿拉尔径流量的周期变化。     

近130年来中亚干旱区典型流域气温变化及其影响因子

利用中亚干旱区5 大主要典型流域代表性气象站点近130 年逐月实测气温数据,结合线性趋势、Mann-Kenndall 非参数检验和小波分析等方法,研究了各流域气温的多时间尺度特征,并探讨了引起气温变化的可能因素。研究发现,在近130 年来中亚干旱区各主要流域（除阿姆河外）年均气温均呈上升趋势,增温趋势高于全球和周边地区,中亚干旱区气温对全球变化的响应比其他地区更加明显。20 世纪80 年代之后更加明显,并表现出明显的多时间尺度周期振荡特征,这主要是自然外强迫动力作用、气候系统内部变化和人类活动相互叠加的结果,亚洲极涡强度减弱和面积缩小对主要流域气温变化的作用明显,其次是北半球环状模（北极涛动）和青藏高原的影响,而CO₂引起的温室气体增温效应在中亚干旱区也不容忽视。气温表现出与布吕克纳周期（BC）、太平洋年代际涛动（PDO）和准2~3 年振荡周期（TBO）等有关的显著周期,可以证实中亚干旱区气温变化与大气环流、海温和太阳活动等密切相关。     

新疆三工河流域山地、平原区气候变化特征对比分析

通过分析三工河流域近40a气候变化特征,结果表明：(1)近40年三工河流域平原区平均温度以0．27℃／10a趋势上升,和全疆变化一致,低于北疆地区;流域山区增温趋势较慢,平均每10年以0．14℃的趋势增温,但冬季增温显著,暖冬趋势明显。(2)三工河流域平原区1987-2000年比1961—1986年平均降水量偏多35％;三工河流域山区,20世纪80年代降水增加较显著,90年代降水量减少到70年代水平。(3)三工河流域平原区和山区气温、降水,同一气象要素呈现正相关;三工河流域平原区温度与降水没有明显相关性：山区温度与降水表现出负相关性。(4)三工河流域山区温度和降水用Mann-kendall方法检验没有达到突变水平,工河流域平原区降水,用Mann-kendall方法检验在1984年发生了由低向高的突变,温度在1995年发生了由低向高的突变。近36a三工河流域平原区干旱指数下降趋势显著,用Mann-kendall方法检验在1983年发生了由高向低的突变;山区干旱指数下降较慢。     

阿克苏河径流变化与北大西洋涛动的关系

使用小波、交叉小波多尺度分析、相关和突变检验以及线性趋势等方法研究了阿克苏河天然径流与北大西洋涛动的关系。结论如下：（1）对NAO与阿克苏河径流的年代际变化、周期、相关等分析表明两者关系密切;（2）交叉小波谱表明：阿克苏河径流与NAO在年、冬季和夏季各周期尺度上的20世纪90年代相关性高,相关显著区多集中在90年代;（3）阿克苏河径流与NAO年代趋势强弱变化具有一致性;（4）NAO突变影响阿克苏河径流突变;（5）NAO通过大气环流变化来影响阿克苏河流域温度和降水,进而影响其径流。     

洞庭湖流域各季节旱涝及其与大气环流和关键区海温的关系

利用逐月降水数据和NCEP/NCAR再分析数据,分析了洞庭湖流域春、夏、秋季57年来旱涝异常的年际变化以及典型旱涝异常年份的全球海温分布形势,并利用降尺度和趋势分析方法探究气象因子对ENSO和关键区海温的响应,以加强对流域旱涝前期影响因素的认识。结果表明：1）流域在春、秋季旱涝变化趋势不明显,在夏季较明显地变湿。2）前期冬、夏季ENSO事件分别对流域春、秋季旱涝产生显著影响,而与夏季呈不显著的统计特征。3）在消除前期ENSO信号后,阿留申群岛附近海域（S3）、澳大利亚东部海域（S4）海温和印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）现象仍分别为春、夏、秋季与流域旱涝有密切联系的海温因素。4）S3区SST对流域春季旱涝的影响通过西风带环流实现,S4区SST偏高似乎是东亚夏季风强度偏弱的表现,成熟的IOD现象为流域秋季旱涝的主导因子。     

东亚夏季风年代际变化及其对海河流域水文要素的影响（英文）

基于VIC水文模型输出的水文要素数据,采用小波分析法及Mann–Kendall非参数检验,分析了东亚夏季风及海河流域各水文要素的周期性变化情况以及两者之间的潜在关系。结果表明:东亚夏季风和海河流域各水文要素在40年周期尺度上具有一致性;此外,近60年来各水文要素均呈下降趋势,其中环太行山–燕山山脉山前区域趋势最明显,并且均与东亚夏季风关系密切,1970年以来东亚夏季风的持续减弱导致流域内持续干旱及水资源短缺。研究还发现东亚夏季风具有显著80年周期变化,并且可能在2040 s为海河流域带来大量降水。因此,对东亚夏季风的研究可以为预测海河流域水资源变化及管理提供重要的科学参考。     

中国西北干旱半干旱区近46 a秋季气候变暖分析

 利用中国西北干旱、半干旱区137个测站,近46 a年平均地面气温资料,采用线性趋势分析、EOF、REOF、Mann-Kendall、子波分析等方法,分析了西北区秋季气温对气候变暖的响应。结果表明：①中国西北干旱、半干旱区秋季气温增温明显,近46 a增温率0.36 ℃/10a. 从1971年开始气温呈增加趋势,1988年有一次显著突变,其后达到一个更显著的增暖时期。②秋季气温标准差在青海高原西部、新疆东部—北疆和内蒙古是一个高值区。③秋季区域平均气温单调增温而无明显转型期,全区性的前10个偏热年,80%出现在1990年以后,各分区的异常偏热年,90%也出现在1990年以后;气温异常变化存在5 a左右和22 a的周期,无论从年代际的变化来看,还是从20 a以上的气候变化层次来看,振幅向高温增大,气温趋势仍在居高不下的位置。④秋季气温存在演变的地域差异,新疆区和蒙陕甘宁青区东西变化相反。⑤根据REOF分析将该区秋季气温异常细分为蒙陕甘宁区、北疆区、南疆区和高原区。西部干旱、半干旱区秋季气温的转折大致在20世纪60年代末期至70年代初期,由下降转为上升;各区秋季气温在1987—1988年发生一次突变。     

基于气象旱涝指数的旱涝急转事件识别方法

基于长江流域212个气象站点1961-2017年的日降水资料,借助标准化加权平均降水指数（SWAP）,结合多门槛游程理论,提出一种识别旱涝急转事件的新方法。方法应用于旱涝急转事件高发的长江流域,分别从典型站点旱涝事件分析、区域典型旱涝急转事件分析、旱涝急转事件时空分布规律分析等角度,探讨了长江流域1961-2017年旱涝急转事件规律。结论显示：①SWAP指数对于旱涝事件具有良好的识别能力。②聚类方法可聚合相似旱涝急转事件,2011年长江中下游旱涝急转事件中干旱事件占主导地位,持续时间远长于洪涝事件。③ 长江流域旱涝急转事件呈现明显的区域规律：上游发生频率较低,中下游偏高;此外,长江流域多数分区近期旱涝急转事件发生频率呈现上升趋势。研究结果表明,基于SWAP指数并结合多门槛游程理论的方法能够比较准确地识别旱涝急转事件,可进一步应用于旱涝急转事件的预测及评估中。     

近60年来西南地区旱涝变化及极端和持续性特征认识

利用1953~2012年中国西南地区44个气象台站的逐日降水、温度资料,通过降水和潜在蒸发均一化旱涝指数,从旱涝的年代际、年际、季节内变化以及极端和持续性特征等方面进行了分析,结果表明：从旱涝的空间趋势变化来看,西南近60 a来秋季和年变化呈显著的一致变旱趋势,而春、夏、冬3季旱涝变化趋势表现出一定的区域性特征;从旱涝的时间演变来看,在温度与降水双重因子驱动下春、夏、秋、冬均表现为干旱化趋势,相比较秋季的干旱化程度最强,而春季的最弱,夏、冬两季相当,而全年的干旱程度比四季的程度更强;从极端旱涝的多时间尺度来看,在年代际和年际尺度上,极端洪涝发生频次逐渐减少,而极端干旱发生频次逐渐增多,从季节尺度看,春、冬两季极端干旱发生频次较多,而夏季最少,极端洪涝发生频次夏季最多,春季次之,秋季最少。从旱涝的持续性特征来看,持续性干旱事件的持续时间有增长趋势,发生频率有增多趋势,发生强度有增强趋势,并且主要发生在冬春两季,而持续性洪涝事件的持续时间、发生强度没明显变化趋势,发生频率有减少趋势,发生的季节也没明显差异。     

塔里木河1994年大洪水及其相关问题分析

塔里木河阿拉尔站１９９４年７月发生了有记载以来的第二位最大洪峰流量，时段最大洪量。超过了以往的记录，在分析塔里木河洪水成因的基础上，对１９９４年洪水的形成，特性，沿程耗损作了剖析；回顾了１９５６年以来干流上，中，下游段耗用水比的变迁，并对其后果进行了分析。     

黄河中上游流域夏季异常降水的变化特征及环流分析

 从中国气象局信息中心提供的全国地面台站逐日观测资料中选取黄河中上游流域66 个台站资料,结合NCEP/NCAR再分析资料,运用小波分析等统计方法,对黄河中上游流域夏季降水异常的变化特征、周期分布及影响降水的因子进行分析,研究结果表明：（1）流域旱涝年夏季降水空间分布上差异显著,易涝区位于河套平原,易旱区位于黄土高原东北部;（2）1960-2008年,流域夏季降水量线性趋势变化不明显,但年际间波动较大,多雨年少雨年相间出现,近50 a中降水整体呈现平稳—少雨—多雨—平稳—多雨—少雨的过程;（3）黄河中上游流域降水变化周期复杂多样,总体以2 a周期振荡为主,异常少雨年多表现为9 a周期振荡,异常多雨年多表现为15 a周期振荡,且流域主周期的空间分布可能与地形地貌、海拔高度及流域分布等地理因素有关;（4）丰、枯雨年环流形式差异显著,影响流域降水的环流系统有季风,西太平洋副高,温带气旋及贝加尔湖低压。     

1951-2002年长江流域降水特征

The monthly, seasonal, and annual precipitation trends in the Yangtze river catchment have been detected through analysis of 51 meteorological stations‘ data between 1950-2002 provided by National Meteorological Administration. Results reveal that: 1) Summer precipitation in the Yangtze river catchment shows significant increasing tendency. The Poyanghu lake basin, Dongtinghu lake basin and Taihu lake basin in the middle and lower reaches are the places showing significant positive trends. Summer precipitation in the middle and lower reaches experienced an abrupt change in the year 1992; 2) The monthly precipitation in months just adjoining to summer shows decreasing tendency in the Yangtze river catchment. The upper and middle reaches in Jialingjiang river basin and Hanshui river basin are the places showing significant negative trends; 3) Extreme precipitation events show an increasing tendency in most places, especially in the middle and lower reaches of the Yangtze river catchment.     

Observed precipitation trends in the Yangtze river catchment from 1951 to 2002

The monthly, seasonal, and annual precipitation trends in the Yangtze river catchment have been detected through analysis of 51 meteorological stations' data between 1950-2002 provided by National Meteorological Administration. Results reveal that: 1) Summer precipitation in the Yangtze river catchment shows significant increasing tendency. The Poyanghu lake basin, Dongtinghu lake basin and Taihu lake basin in the middle and lower reaches are the places showing significant positive trends. Summer precipitation in the middle and lower reaches experienced an abrupt change in the year 1992; 2) The monthly precipitation in months just adjoining to summer shows decreasing tendency in the Yangtze river catchment. The upper and middle reaches in Jialingjiang river basin and Hanshui river basin are the places showing significant negative trends; 3) Extreme precipitation events show an increasing tendency in most places, especially in the middle and lower reaches of the Yangtze river catchment.     

基于EOF和REOF的1470-1911年黄河中下游地区旱涝空间分布特征分析

基于通过历史文献资料重建的1470—1911年黄河中下游地区36个站点的历史旱涝等级序列和矢量化的历史地图，利用EOF、REOF方法分析旱涝灾害空间特征。EOF方法展开的结果表明：前4个模态累计方差贡献率为71.85%，主要表现为第一、二、四特征向量场呈经向带状分布，第三特征向量场呈纬向分布；第一特征向量场的空间分布均为正值，说明黄河中下游地区的旱涝变化具有一致性，但是其余各特征向量场之间特点差异明显，说明在不同背景场和影响条件下，旱涝变化还存在较多局域性特征；REOF展开的结果可将黄河中下游地区旱涝划分为5个典型的敏感气候分区，这为进一步研究该区旱涝变化的区域性特征奠定了基础。     

黄河源径流演变特征及其对降水的响应

采用1960-2012年黄河源径流、降水数据,以过程线法、集中度和集中期等方法分析黄河沿以上、黄河沿-吉迈、吉迈-玛曲、玛曲-唐乃亥等4个区段降水、径流的演变特征,并从降水的产流能力、时滞相关和集中期响应等角度分析径流对降水的响应。结果表明：黄河源径流汛期占比年际变化趋势自上游各区段呈不显著的增加-减少-增加-减少的特征。吉迈以上径流量年际变化呈不显著增加,吉迈以下呈减少趋势。各区段径流集中期均有不同程度的提前。下游径流集中期早于上游。黄河源汛期降水占比呈不显著下降趋势。4个区段自上游降水年际变化呈显著增加-显著增加-不显著减少-不显著增加的特征。降水的集中度分布较径流更为集中,且有不显著减少趋势。各区段降水的产流能力在20世纪80年代末至90年代中期出现弱化趋势,中上游在2005年左右降水的产流能力转为较分析时段初期有增强的趋势,而中下游一直较分析时段初期减小。不同区段年径流量与不同统计时段降水量的依存关系不同。黄河源玛曲以上径流相对于降水的集中期滞后天数呈不显著减少,玛曲-唐乃亥滞后天数略有增加。     

气候变暖背景下1961—2010年宁夏旱涝灾害空间分布特征和变化规律

利用宁夏20个气象站1961—2010年实测气象资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall非参数检验、标准化降水指数等数理分析方法,对宁夏近50年旱涝灾害时空变化特征进行分析。结果表明:①1961—2010年宁夏气候暖干化趋势明显,增温速率为0.38 ℃/10a,远高于全国和西北地区;②1961—2010年宁夏降水量波动减少且具有整体性,雨量带明显南移,干旱、半干旱区域逐年扩大。③1961—2010年宁夏旱涝灾害交替发生,干旱化趋势明显。④在旱灾方面,宁夏南部山区旱灾频率相对较低,从南向北旱灾频率逐渐上升。北部灌溉区以轻微干旱为主,严重干旱和极端干旱主要发生在中部干旱区。⑤在涝灾方面,宁夏南部山区涝灾相对较少,依然呈现由南向北涝灾频率逐渐上升的空间格局。中等以上涝灾南部山区相对较多,严重湿润和极端湿润主要发生在北部引黄灌溉区。     

黄河中上游流域降水量的时空特征及其对三门峡库区水沙量的影响

根据气象和水文资料,采用自然经验正交函数、相关分析等方法,对黄河中上游流域年降水量的时空特征及其对三门峡库区水沙来量的影响进行分析。分析表明：黄河中上游流域年降水量具有3种典型的空间分布结构;在不同的降水空间结构下,三门峡库区各水文站水沙变化差异显著;3种空间结构具有不同的变化趋势和周期;三门峡库区沙源可分为四级源区,水源分为三级源区;未来20年,库区水沙来量有增加趋势。