黑河流域春季降水空间分异性特征及其与黑河流量的相关分析

利用黑河流域13个气象站建站至2012年3—5月降水量资料和黑河莺落峡水文站流量资料,分析了黑河流域春季降水的基本气候特征;通过EOF、REOF、Morlet小波变换等方法,对黑河流域春季降水的时空特性进行了研究;用Mann-Kendall检验法检验黑河流域春季降水序列是否存在突变现象.结果表明:黑河流域春季降水空间分布极不均匀,其空间分布特征是南部为多雨区、北部为少雨区.黑河流域春季降水在第一空间尺度上为全区一致,在第二空间尺度上可分为2个自然气候区,在第三空间尺度上可分为3个自然气候区.从年代际变化来看,21世纪最初10年是近半个世纪来降水最多的10年,20世纪70年代是降水最少的10年;黑河流域春季降水的年际变率十分显著,降水最多的年份是最少年份的6倍多.1961—2012年间河西走廊春季降水发生了明显的突变:2001年出现了一次趋于增多的突变.最显著的周期是4年的短周期、14年和22年的长周期.黑河流域春季各月降水与黑河流量均呈正相关,尤其是春季各月降水滞后1个月的相关和5月份降水的同期相关性显著;春季气温与黑河流量也均呈正相关,特别是春季各月气温的同期相关和3月气温滞后1个月的相关性显著,说明黑河流量的增加取决于前期降水量的增加和同期气候的明显变暖.     

基于PRISM和泰森多边形的地形要素日降水量空间插值研究

以黑河流域河西走廊中段地区为例,利用该研究区年、月降水与地形间较强的相关性特点,在PRISM方法的基础上对该地区日降水量进行了空间插值计算。文章提出了以月降水量的PRISM空间插值结果为该月逐日降水空间分布的参考本底,利用泰森多边形方法确定空间日降水的概率,从而实现黑河流域河西走廊中段地区日降水的空间制图方法,并对该方法得到的日降水时空数据集进行了误差分析和评估。分析结果表明,这一方法简单可靠,满足分布式水文模型或相关陆表过程分布式模拟对分布式日降水数据时空精度的要求。     

丰满流域汛期降水变化特征分析

利用丰满流域水文站1936~2008年降水资料、1948~2008年美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料,通过线性趋势分析、小波分析、M-K检验分析和最大熵谱分析对该流域汛期降水量变化特征进行了分析。结果表明:丰满流域汛期降水量与年降水量均呈减少趋势,特别是近20 a和30 a降水量减少较明显,汛期降水量下降趋势倾向值在1989~2008年达到-39.2mm/10a;年降水量下降倾向值在1979~2008年达到-26.5mm/10a,汛期降水量的减少较年降水量减少的明显。汛期6月、7月降水量下降的不明显,8月、9月降水量减少相对明显。最大熵谱分析和Morlet小波分析结果表明,丰满流域汛期降水量的周期变化存在着一个8~9 a左右的降水相对短周期和一个28 a的降水长周期;利用1948~2008年NCEP再分析资料对多雨、少雨的7月、8月200 hPa、700 hPa环流形势场、850 hPa风场进行了分析,以分析流域汛期降水减少的可能原因。丰满流域降水减少的可能原因是汛期影响该流域的台风次数减少、冷涡影响天数的减少,副高偏南、偏西不利于水汽向北输送和南支系统北上的影响。     

从Mann-Kendall特征看石羊河流域降水量的演变规律

以石羊河流域5个气象站从建站到2008年逐月降水量资料为基础,从mann-kendall方法入手,分析了降水量的时间和空间变化特征。结果表明:石羊河流域降水量变化存在地理差异,上游明显减少(Zc=-0.561),中游略有增加,下游略有减少。流域年降水量呈波动性变化,在近十年间流域的增湿非常明显,气候变化趋于暖湿性。年内降水量分布极不均匀,8月份降水量极不稳定,季节性降水差异明显。此外上下游降水分别存在准17 a、准9 a的周期震荡,而中游则同时兼顾这两种主周期变化。降水量在空间分布上由南向北递减,形成"乌鞘岭古浪永昌武威民勤"的降水递减变化特征。     

黑河流域日降水格局及其时间变化

利用10个气象站1950—2000年日降水资料,对黑河流域的降水及其时空格局进行了研究。结果表明:①降水事件以≤5 mm的降水为主,占全年降水事件的82%,0～10 d间隔期占全年无降水期的40.7％,＞10 d间隔期占59.3％;②年降水日数与降水量之间存在显著的正相关性(r=0.78,P<0.01),＞10 mm降水总量与年降水量呈显著正相关,而≤5 mm降水总量与年降水量的相关性差;③＞10 mm和≤5 mm的降水总量变化范围分别为:0～262.6 mm,20.3～172.7 mm ,变异系数分别为0.25～0.92,0.17～0.25;④近50 d来,黑河流域近50 d降水量的变化总体上呈平稳上升趋势,≤5 mm的降水日呈现小幅下降的趋势,≥10 mm的降水日呈小幅上升的趋势。0～10 d的降水间隔期出现的频率总体保持不变,＞10 d间隔期出现的频率出现明显的下降趋势,年内总降水日数保持不变。     

黑河山区气温与降水的季节变化特征及其区域差异

基于黑河干流上游山区(以下简称黑河山区)及周边有关台站的观测数据,对该区域1960—2013年气温、降水的季节变化特征及区域差异进行分析。结果表明:黑河山区干、支流各区的气温变化与全球气温变化有着较好的一致性,气温升幅率明显高于过去50 a全球与中国平均气温的升幅,年平均气温的年代际变化的上升趋势比年际变化的更为显著,但不同区域年与各季气温的上升幅度存在着一定的差异,各区气温的气候倾向率变化呈现出一种由南向北逐步减小的趋势。其中,位于中高山地区的东、西支流域冬季气温升幅最大,位于中低山区的干流区则以秋季气温升幅最大,且各区均以春季气温升幅最小。东、西支流各区年平均与各季节气温发生变暖的突变时间基本上出现在1990年代中后期;干流区年平均与各季节气温发生变暖的突变时间差异较大。尽管山区干、支流各区各季节降水均呈波动增长的态势,但年降水量增幅差异较大。其中,以东支增幅最大,干流区增幅最小;各区各季降水量的年际变化总体上亦呈波动增长的态势;夏秋季降水增加比较明显,冬、春季降水量变化趋势不明显。各区年与各季降水量的年代际的变化较年际变化波动更为剧烈。冬春季降水波动幅度大于夏、秋季降水;各区各年代降水量增加或减少并不完全同步。东、西支两区年降水量系列均在1974年发生降水量增加的突变,而干流区年降水则无明显的突变点;东、西支两区春、夏、秋三季降水量系列均有明显增加或减少的突变点,但出现时间不一致;干流区除夏季降水在1970年初发生明显增加的突变外,其他各季降水量均无明显突变点;除西支冬季降水量在1970年中期后发生明显增加的突变外,整个山区冬季降水量均无明显突变点。总体上讲,黑河山区气候持续转向暖湿,受其影响,黑河出山径流目前的丰水态势仍将会持续下去。     

高斯函数参量法及其在山区降水计算中的应用

本文根据乌鲁木齐河流域7个雨量站点多年(17~61年)的月平均降水数据的统计规律,提出一种新的、能够同时满足空间维和时间维插值需求的降水分布及降水量计算模型——高斯函数参量化法。该模型根据高斯函数的几何意义和降水分布规律,给高斯函数的参数赋予了明确的物理意义,从而把对降水量和分布函数规律的计算转化为对高斯函数少量参数(1~3个)的估计。不仅能够实现山区降水在时间上和空间上的插值,而且能够实现降水量和降水分布函数的相互转换。特别是能解决在高山区降水数据稀缺条件下的降水量和降水分布估计的问题。大大提高了降水数据的可用性。     

白洋淀流域降水的气候特征

白洋淀是河北平原最大的天然湖淀。研究白洋淀流域降水的地理分布特征及其时间变化规律,对于治理白洋淀有着重要的意义。 本文用经验正交函数和功率谱等分析方法,对白洋淀流域上30个水文气象站32年的(1951—1982年)降水资料以及北京、保定的514年(1470—1983年)旱涝等级资料进行统计分析,说明该流域降水时空分布的一些气候特征;并讨论了降水量变化对白洋淀的影响。     

黑河流域NPP遥感估算及其时空变化特征

植被的净初级生产力(NPP)是研究陆地各种生态过程的关键参数,对区域NPP的研究有利于人类对自然资源的管理和有效利用.本研究使用气象和遥感等数据,应用修正的CASA模型及其他数理统计方法对黑河流域1999—2010年的NPP进行估算,并对其时空变化特征进行了分析.结果显示:在1999—2010年,黑河流域的年NPP总量以3×10¹¹ g·a^-1的趋势增加;该流域NPP空间分布总体上为南多北少、河流两旁及绿洲地区多于其他地区;各类型中,草地生态系统累计的NPP最多;黑河上游NPP量与太阳辐射和降水量呈正相关关系,与年均气温呈负相关关系,上游地区水分和太阳总辐射量因子共同制约着流域的NPP量;中游地区年平均NPP与年平均气温呈负相关,与年总降水量呈正相关,与年总太阳辐射量呈微弱负相关,水分因子制约着植被NPP的生产;黑河流域下游地区植被NPP的年均累积生产量与年平均气温呈正相关,与年总降水量呈负相关,而与年总太阳辐射量无明显相关性,气温是下游植被NPP生产的制约因素.     

1956-2010 年甬江流域降水变化特性分析

近几十年气候变化加剧了一些地区的水资源时空分布不均匀性, 使水灾害事件呈突发、频发、并发、重发趋势。本文选取中国东南沿海的甬江流域为研究对象, 基于近55 年日过程降雨资料(1956-2010 年), 采用集中度分析和Mann-Kendall(MK)趋势检验等统计学方法, 分析甬江流域降水的变化特性。结果显示, 甬江流域20 世纪80年代后, 年降水集中度呈现显著(置信水平95%)的下降趋势, 汛期降水量占年降水量比重减少, 其中5 月份降水量比重下降最为明显;而非汛期降水量占年降水量比重增加, 1 月份降水量比重增加最为明显;50~100 mm/d级别的暴雨总量稳定且有增加趋势。总体上, 甬江流域降水年内分布呈现坦化趋势, 不同量级暴雨变化趋势有利于洪水资源化, 因此结合合理的工程措施可以有效地增加该区域的水资源可利用量。     

Local Modeling模式及其在月径流预测中的应用

Local Modeling方法是一种动力系统预测方法，将其应用于河西内陆区黑河干流出山口莺落峡水文站月平均流量的中长期预测预报，取得了较为理想的成果。预测试验的结果表明，该预测模型有较高计算精度，尤其适用于非主汛期各月的月平均流量的预测；对于主汛期6～9月的月平均流量的预测，在考虑前期来水与预见期内降水的影响后，亦可获到较为理想的预测结果。可以认为，该方法的预报精度达到了水文情报预报规范的要求，Local Modeling方法的应用，将为西北干旱地区河川径流的中长期预报提供了一个新的途径。     

黑河流域水资源动态变化及其趋势的灰色Markov链预测

根据有关水文气象台站的观测数据,对黑河流域水资源时空分布特征及变化规律进行了分析,并基于GM(1,1)模型和Markov链原理,提出了一个用于黑河流域的水资源变化趋势预测的灰色离散随机过程模型。结果表明,从1944年有观测记录以来的近60a时间里,以黑河干流为代表的黑河流域天然径流经历了几个长度不等的丰水段与枯水段,而目前正处于1996年开始第5个丰水段的下降段的最低点或自2000年开始的第6个枯水段的起始点。未来几年里,黑河流域天然水资源的变化总体上将呈现一种偏枯或平水偏枯的状态,但径流偏枯的幅度将不会很大。     

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。     

近50年黑河流域的冰川变化遥感分析

黑河流域作为中国西北地区第二大内陆流域,其景观类型完整、流域规模适中、社会生态环境问题典型,已成为寒区、旱区水文与水资源研究的热点地区。本研究结合1：5 万地形图、Landsat TM/ETM+遥感影像及数字高程模型数据,运用面向对象的图像信息自动提取方法,建立冰川信息提取知识规则,对近50 年黑河流域的冰川变化进行遥感分析。结果表明：（1）20 世纪60 年代黑河流域内的967 条冰川到2010 年左右,减少为800 条冰川,减少数量明显;冰川面积由361.69 km²退缩为231.17 km²,共减少130.51 km²,退缩率为36.08%,平均每条冰川面积退缩0.14 km²。（2）黑河流域冰川分布及变化存在显著的区域差异性,黑河冰川退缩率比北大河大16%左右;冰川末端主要分布在4300~4400 m、4400~4500 m和4500~4600 m海拔区间内。（3）与西部其他山地冰川相比,黑河流域冰川退缩率较高。（4）根据流域内6 个气象站资料分析表明,降水增加对冰川的补给无法弥补气温上升导致的冰川消融所带来的物质损失,是黑河流域冰川普遍萎缩的关键因素。     

全球气候变暖情景下黑河山区流域水资源的变化

利用有关水文气象观测资料,对全球气候变暖情景下祁连山区黑河流域水资源的变化特征、成因及趋势进行了分析,并在此基础上提出了未来各种假定气候情景下黑河山区径流变化的计算模式。分析及计算结果表明:黑河山区水资源对全球气候变暖的响应十分明显,但受其特殊地理位置的影响,水资源的变化又有着显著的地域性特征。总体上,山区的气温和降水随全球增温均呈上升和增加的趋势,且气温上升的幅度大于全球平均水平,山区径流亦随降水量的增加而增加,但增幅随着气温升高而逐渐减小,除非遭遇到比较极端的气候情景,如气温升幅与降水减幅同时出现较大值的"暖-干"气候组合或气温降幅与降水增幅的同时出现较大值的"冷-湿"气候组合等。因此,可以预计,未来几十年里黑河山区水资源量虽随着降水、气温的变化而上下波动,但变化相对稳定,其幅度基本在目前出山径流量的±10%左右范围内。     

黑河流域湿地资源保护对策

黑河流域湿地资源由于管理体系不完善,造成了湿地资源的破坏、锐减和生态质量下降.使得黑河流域湿地资源的保护所面临的形势不容乐观。今后应按照全面保护、生态优先、突出重点、合理利用、持续发展的方针,坚持以保护求持续发展,以发展促湿地生态保护的战略,加强对黑河流域湿地资源的保护。     

黑河流域张掖市近38 a以来气候变化特征分析

 目前黑河流域气候变化研究多集中于流域系统气候变化与区域水资源变化之间的关系、区域沙漠化、沙尘暴发生的气候动因等研究方面，而对人类活动强度大、活动最为密集的流域绿洲区域张掖市气候变化所作研究较少。通过对张掖市六县（区）6个气象观测站近38 a以来的逐月平均气温、降水、大风频率资料的系统分析，认为张掖市近38 a来气温升高幅度较之全国其他区域更为明显。多年降水变化相对不大，但冬春两季降水出现缓慢增加的趋势，大风天气与沙尘暴发生频数近38 a来出现了明显的下降趋势，这与区域气温升高及冬春两季易发生沙尘暴的期间降水增加有明显的相关性。同时人类对干旱区内陆河流域绿洲开发的加深也一定程度上对这种生态环境敏感地区的气候产生影响。     

Kalman滤波方法在黑河出山径流年平均流量预报中的应用

应用Kalman滤波方法,以流域平均降水量、气温、太阳黑子相对数及莺落峡站6年显著周期序列等为控制参数,对黑河出山径流年平均流量的预测问题进行了初步研究和探讨。