中国干旱内陆河出山径流对流域气象要素与全球气象指数的响应特征研究

干旱内陆河出山径流及其影响因素分析对于流域水资源评价、流域经济生态安全保障具有重要意义。基于1960-2012年塔里木河流域"三源流"与黑河流域的出山径流、降水、气温资料及4个全球气象指数监测数据,采用小波分析方法研究了各水文气象要素的周期特征,以及流域出山径流对气象要素与气象指数的响应特征。结果表明：（1）各水文气象因子多具有1~2个显著周期,周期多在2~7 a尺度范围内。（2）叶尔羌河、黑河出山径流与流域降水分别在6~17 a、2~16 a周期上关系显著。各出山径流与流域降水、气温的多尺度共振周期性差异,反映了各径流来源构成及其与气象要素年际动态方面的差异。（3）各流域出山径流对气象指数的响应特征不同,这在显著时频域以及径流响应时滞等方面均有表现。此研究可为气候变化条件下干旱内陆河流域生态-水文过程响应及水资源管理提供依据。     

黑河出山径流过程与气象要素多尺度交叉小波分析

运用交叉小波对黑河上游野牛沟气象站1959-2010年和祁连气象站1957-2010年年降水(AP)与年均气温(AAT)、北极涛动指数(AOI)和莺落峡站(1944-2010年)的年均径流量(AAR)进行了多尺度分析。结果表明:AOI存在3~5 a尺度的显著周期,AAT存在3 a尺度的显著周期,AP存在3 a和4~6 a尺度的显著周期,AAR存在3 a、2.5~4 a和5 a比较显著的周期;黑河上游径流的增加主要是受"暖湿"气候影响;AAR与AOI、AAT呈现出3 a的负相关和3~4 a的近似负相关共振周期,AAR与AP存在2~7 a的显著性的共振周期,降水对径流的影响很大,为径流的主要补给来源;受AOI的影响,AAR在1987年发生3 a周期的"丰-枯"转换,受AAT的影响,AAR在1974年和1996年发生3 a周期的"丰-枯"转换,受AP的影响,AAR在1986年发生3 a周期的"丰-枯"转换。降水和气温是影响径流变化的主导因素。     

黄河中游多沙粗沙区水沙变化趋势及其主控因素的贡献率

随着气候变化和人类活动影响加剧,黄河中游多沙粗沙区的水沙变化剧烈,因此研究影响黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量的驱动因素对预测未来水沙变化具有重要意义。本文选取Mann-Kendall趋势检验法,Pettitt突变点检验法,位置、尺度、形状的广义可加模型以及累积量斜率变化率比较法对黄河中游多沙粗沙区15个水文站控制流域1956-2010年的年降水量、年径流量以及年输沙量变化特征及其贡献率进行分析,确定影响黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量变化的主要原因。结果表明：① Mann-Kendall趋势检验在5%的显著性水平下,表明降水量虽呈减少趋势但并不显著,径流量和输沙量则有显著的减少趋势;② Pettitt突变点检验得出所研究区域径流量和输沙量的突变年份在1972年、1985年以及1996年左右;③ GAMLSS模型分析结果同样表明降水的均值不随时间发生变化,但降水的方差有减小的趋势;④ 通过累积量斜率变化率比较法得出,人类活动对窟野河流域径流输沙的影响大于无定河流域。通过分析黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量变化的原因,可为黄河中游多沙粗沙区水资源合理分配提供一定的理论支持。     

西北干旱区阿克苏河径流对气候波动的多尺度响应

基于阿克苏河流域1960~2010年的气象、水文观测数据,利用集合经验模态分解（EEMD）方法,对研究期内阿克苏河径流时间序列进行多尺度的分析,并探讨其在不同时间尺度上的振荡模态结构特征及其对气候因子的多尺度响应。结果表明：① 近50年来,阿克苏河年径流整体上呈现出显著的非线性增加趋势,且其变化在年际尺度上表现出准3 a和准6~7 a的周期性波动,在年代际尺度上表现出准13 a和准25 a的周期性变化;② 各周期分量的方差贡献率表明,年际振荡在径流长期变化中占据主导地位,年代际尺度在径流变化过程中也起着重要作用。重构的径流年际变化能够较为详细地描述原始径流序列在研究时期内的波动趋势,重构的径流年代际变化则有效揭示了阿克苏河径流在不同年代丰、枯水期交替出现的状态。③ 在年际尺度上径流与气温、降水和潜在蒸发都表现为不显著的正相关关系,而在年代际尺度上,径流量与气温和降水均表现为显著的正相关关系,与潜在蒸发表现为显著的负相关关系,且在年代际尺度上相关性和显著性明显强于年际尺度,表明年代际尺度更适于评价径流对气候波动的响应。结果表明EEMD是一种甄别非线性趋势和尺度循环的有效方法。     

50年来秦岭金钱河流域水文特征及其对降水变化的响应

运用集中度和集中期、Kendall秩相关系数、R/S分析法、降水—径流双累积曲线模型及其他数理统计方法,分析了金钱河流域径流的变化特征,探讨了年际、季节及月尺度上径流变化的趋势并预测了未来趋势,用集中期指标反映了径流对降水响应的滞后效应,并定量分析了降水变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:50 a来径流量呈现出显著的递减趋势(p<0.05),递减率为34.33 m3(/s 10a),Hurst指数H=0.669>0.5,表明未来的一段时间内变化趋势与现在相同;1~12月各月径流均表现为下降趋势。流域内径流对降水的响应存在滞后效应,50 a径流对降水平均每年滞后23.6 d,且滞后天数具有明显上升趋势。50 a来径流系数呈极显著减小趋势,降水量转化为径流的部分在逐年减少,被植物截留、填洼、入渗和蒸发的部分增加;径流发生突变后比突变前径流系数降低了35.2%。50 a来降水变化对径流变化的影响率为53.4%,高于人类活动影响率46.6%,是导致径流变化的主要原因,人类活动为次要原因。     

科尔沁沙地1961—2021年主要气象要素的变化特征——以奈曼旗为例北大核心CSCD

为了分析全球气候变化背景下科尔沁沙地主要气象要素的变化特征,基于逐月站点气象数据,采用趋势分析、Mann-Kendall突变分析和小波分析等研究方法,分析了1961—2021年奈曼旗主要气象要素(气温、降水量和蒸发量)的多尺度时间变化特征。结果表明:在全球气候变化下奈曼旗各主要气象要素变化显著,其中气温以0.21℃/10a速率极显著升高,降水以-9.2 mm/10a速率极显著减小,蒸发量以32.50 mm/10a速率不显著增加;从季节变化来看,春季和秋季气温、降水和蒸发量均表现为增加趋势,夏季和冬季温度和蒸发量增加,降水量减少。各气象要素出现突变点的时间不同,其中气温为1971年左右,降水为1978年和1987年,蒸发量为2002、2009、2013年。各气象要素在研究时段内均表现出明显的周期变化,其中气温为3~7、14~23、34~43 a,降水量为3~6、8~11、13~23、43 a,蒸发量为5~7、11~16、27、35 a。     

渭河与泾河流域水沙变化规律及其差异性分析

依据渭河和泾河流域1956—2016年实测水文资料、水利水保统计数据、TerraClimate年平均温度和Landsat地表反射率数据集,分析了流域水文要素、气温及植被覆盖度的历年变化规律,采用双累积值曲线法、累积距平法、有序聚类法、Lee-Heghinan法、秩和检验法等数理统计方法,确定了流域年径流量和年输沙量变化的突变年份,分析了降水和人类活动的减水减沙效应。结果表明:(1)渭河和泾河流域历年降水量、径流量、输沙量、含沙量均呈显著减少趋势,渭河流域的降水和径流比泾河流域减少较多,泾河流域的泥沙比渭河流域减少较多。(2)人类活动对2个流域径流泥沙量的影响均大于降水量对其的影响,且泾河流域受人类活动影响较渭河流域明显。(3)2个流域的水沙特征差异性较大,渭河的年径流量、年径流深、径流系数是泾河流域的2.0~2.4倍,渭河的年输沙量、年输沙模数、年均含沙量仅是泾河流域的1/2~1/5。2个相邻流域水沙特征差异性较大的主要原因是,流域气温、降水等气候条件不同,植被覆盖度等下垫面条件存在差异,水利水保措施、水资源开发利用程度等人类活动的影响所致。     

西江流域径流与气象要素多时间尺度关联性研究

使用水文统计和交叉小波方法对西江流域1961~2005年径流变化特征及其与气象要素的多时间尺度的关联性进行分析。结果表明,径流量总体呈现减少的变化趋势,可能是人类活动引起流域内蒸发和入渗增加,使径流对降水的响应减弱造成的,径流丰枯变化基本与降水的波动相一致。气温对径流的显著作用主要集中在1990~2000年3~5 a周期上,径流对气温变化的响应时间为6~12个月;降水与径流在大部分时频域中呈同相相位变化,其相互作用主要集中在1992~2003年3~4 a和1980~2000年11~12 a周期上;大气环流变化对径流的影响主要集中在1965~1975年2~3 a及1993~2000年3~5 a周期上,对径流的影响可能是通过对区域降水影响实现的,径流对前一次环流变异响应时间为6~12个月,对后一次响应时间较快,时间的差异可能是下垫面的改变引起流域产汇流机制变化造成的。     

陕西年降水量变化特征及周期分析

以1959-2009年陕西省各气象站逐旬降水资料为基础,采用墨西哥帽小波函数,线性趋势分析以及Mann-Kendall检验法,对陕西省51 a降水的时空分布特征及趋势进行分析,揭示了陕西省降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点,并确定了主要周期。结果表明：（1）陕西省年降水量年际变化大且时空分布极不均匀,降水量从北部向南部递增,呈南多北少特征,大致上为纬向分布。陕北、关中、陕南年降水量多年平均值依次为279 mm、563 mm、840 mm。三大区域年均降水变化相对较为平稳,近51 a来,研究区内年均降水总体呈北部和南部略微下降,中部微弱上升的变化格局,线性倾向率分别为-5.110 mm/10 a、-3.758 mm/10 a、1.908 mm/10 a;（2）陕西省年均降水量有3～7 a,10～17 a,17～30 a周期,以中时间尺度10～17 a的少-多交替最为明显。在微观尺度上,陕北、关中、陕南地区的周期均表现得零乱且不显著。中观尺度,关中和陕南的降水周期比较显著,为10～17 a,陕北的降水周期表现得不十分规律。宏观尺度,陕北的降水周期为23～30 a,关中和陕南较为相似,为18～25 a;（3）Mann-Kendall检验发现1993年是陕西省年均降水量增加的一个显著突变点,2009年以后陕西省将处于多雨期。     

江河源区达日县近50年气候变化的多尺度分析

利用墨西哥帽小波对达日县1956~2004年共588个月的气温和降水数据进行多尺度分析,揭示了达日县气候变化多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水和气温序列的变化周期和突变点,并确定了各序列中存在的主周期。结果表明:达日县气温和降水的变化趋势与青藏高原以及江河源区气候总体变化基本一致,局部存在较明显的滞后反应,小尺度的变化嵌套在较大尺度的复杂背景之中,不同时间尺度下突变的年份有所差异,小波分析在揭示气候变化的多尺度构型和主周期方面具有明显的优势。     

雅鲁藏布江流域径流特性变化分析

本文采用Morlet小波对1956~2000年雅鲁藏布江流域6个站点的径流序列进行了分析,揭示了不同时间尺度下四个季节以及年平均径流量的丰枯交替特性、突变性和周期性,通过小波方差确定各序列存在的主要周期。结果表明:在15年时间尺度上,雅江流域四个季节的径流变化趋势基本一致;发生突变的年份主要在1957、1967、1976、1983、1992年;径流序列第一主周期主要以15年长周期和2年短周期为主,第二主周期以15、6、2~3年的长、中、短周期为主;秋季和冬季径流序列的周期空间分布基本一致,年平均径流序列的周期分布与夏季最为接近;除拉萨河子流域春季在2~3年尺度上处于枯水期外,其他子流域其他时段在任何时间尺度上未来几年里都将处于丰水期。     

基于小波多尺度变换的渭河水沙演变规律研究

关中平原地区是推动陕西省经济社会发展的引擎,其生产总值占陕西省的70%以上,但是水资源短缺、时空分布不均、河流含沙量高等问题严重制约其经济社会的发展。运用小波变换、滑动t检验、累积距平以及Yamamoto、Mann-Kendall等方法系统分析了1935-2011年渭河水沙序列演变规律。研究结果显示：77 a间除20世纪70年代、80年代外,其它年代渭河华县站水沙变化波动下降的匹配趋势均一致,其中径流量减流速度大于输沙量减沙速度;渭河水沙序列周期变化不一,径流量变化的主周期依次为38 a、14 a、4 a,输沙量变化的主周期依次为15 a、49 a、43 a、4 a;除输沙量49 a变化周期外,其他水沙变化周期大致相近;由于渭河输沙量变化所受气候及人类活动的影响远较径流量复杂,加之水沙异源,所以渭河华县站输沙量周期变化及突变点分布情况比径流量变化复杂,且其第一主周期变化呈现独特的变化态势。     

祖厉河流域降雨径流泥沙变化特征研究

祖厉河流域位于年降水量200～400 mm之间过渡带,是气候变化最敏感和最为复杂的区域之一。运用祖厉河流域1955-2013年径流量、输沙量与年降雨量的变化趋势、时段特征进行了分析。结果表明：祖厉河流域降雨量、径流量和输沙量存在年际变化大、逐年减小的变化趋势;年降雨量在1995年出现突变点,降雨量存在明显的丰水和枯水变化,丰水时段（1955-1989年）年降水量为376.2 mm,枯水时段（1990-2013年）年降水量为224.9 mm;径流量和泥沙量的突变点分别出现在1995年和2000年;依据UF_k值信度变化趋势,将径流量、输沙量变化分为非显著减少（1955-1971年）、显著减少（1972-1985年）、较显著减少（1986-2000年）和极显著减少（2001-2013年）四个时期。     

新疆克里雅河源流区径流变化与气候因子关系的非线性分析

利用克里雅河源流区兰干站1957～2009年的年径流量、气温和降水量实测数据,借助小波分析和R/S分析等方法探讨了径流量、气温和降水量的变化趋势及多时间尺度相关性。结果表明:(1)年径流量与气温和降水量存在明显的正相关关系并皆呈增加趋势,结合R/S分析,这种增加趋势在未来的50a仍将可能持续。(2)研究区年径流量、气温和降水量均存在9年的年际变化周期,而在年代际上由于气温和降水量周期性不同致使径流量的周期为15年。另外,三者在未来的20年存在不同的周期性突变。(3)克里雅河源流区径流量与气温和降水量存在显著的非线性相关关系。年径流量的变化是气温和降水量综合作用的结果。     

甘肃省气温与降水变化趋势及其对主要流域径流量的影响

基于气温和降水格点资料及水文站年径流量数据,对甘肃省不同区域气候变化趋势及其与径流量的关系进行了分析。结果显示:1961-2011年,甘肃省大部地区气温呈显著升高趋势(p<0.05),而降水量则在乌鞘岭东西两侧地区存在明显的反向变化趋势。气温和降水的变化趋势对不同区域径流量起不同作用。过去51年来,在乌鞘岭以西地区,受河源区降水量增加的影响,黑河与疏勒河流域径流量有增加趋势;在乌鞘岭以东地区,由于降水量减少及气温升高,区域河流径流量以减少趋势为主。虽然气温和降水对径流量均有影响,但降水与径流量的关系更为密切。然而从长时间尺度来看,虽然甘肃省区域平均降水量无明显减少趋势,但径流量仍呈现减少趋势,可能与气温持续上升趋势带来的蒸发增强、水分损耗增加等因素有关。     

1961—2010年讨赖河山区径流变化特征及其驱动因素

以1961—2010年讨赖河山区气温、降水和径流资料为基础,综合运用线性趋势、距平百分比、重标极差、Mann-Kendall突变检测、小波变换和多元线性回归等多种数理分析方法,研究了讨赖河山区径流的年内和年际变化规律,并探讨了气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明：径流年内分配极不均匀且呈单峰型分布,汛期径流占年径流的比重为62.11%。径流经历了“丰-枯-丰-枯”4次波动,在1984年发生由多到少的显著性突变,但整体呈不显著减少趋势且具有持久性。径流在22年准周期上振荡最为明显,经历了“少-多-少-多-少-多-少”7次循环交替,2010—2015年径流可能再次偏多。近50年来山区气温呈“稳定波动-快速上升”变化,降水量呈显著增加趋势,但山区降水转化为径流的比例减少。气温升高和降水量增加引起的蒸散发增加,同时气候变化和人类活动共同作用下的地表覆盖类型的变化均对径流变化产生影响。     

Runoff variations in the Luanhe River Basin during 1956–2002

The decrease of runoff in the Luanhe river basin, which caused water crisis in Tian-jin for several times, was investigated using discharge data covering the period 1956–2002. The data from the differential integral curves of the annual runoff indicate that the decreasing point began in 1979 in the six sub-basins. The decrease of runoff in the Luanhe river basin resulted from the combination of climate effects and human activities, in which the latter plays an important role. This can be illustrated by noting that after 1979 the runoff generated by similar precipitation decreased under the condition that the total precipitation did not decrease in the entire basin. As a result, the annual runoff of the Luanhe river basin after 1979 de-creased by about 6.46×108 m3 each year. To analyze the runoff characteristics, it is inade-quate to seek the runoff trends only and the identification of cyclical component of the runoff as accurate as possible is necessary. From the natural annual runoff discharge time series, we can see the annual runoff fluctuates around the long-term average. Analyzed by VRL (Variable Record Length) method, the main periods of 3, 5–6, 7, 9, 16–20 and 37–39 years were found. The last decade causing water crisis was the driest period in the history, and this condition will last several years from trend analysis and power spectrum analysis. So finding new water sources is urgent to     

52 a来秦岭南北径流变化对比及影响因素

运用集中期、M-K突变检验法、径流系数等数理统计方法,基于1960-2011年马渡王与南宽坪径流数据及气象数据,对比分析灞河与金钱河流域径流变化特征,揭示秦岭南北气候变化差异得出：（1）52 a来灞河与金钱河年均径流深变化趋势相似,金钱河年径流深的变异程度大于灞河;（2）灞河与金钱河流域径流与降水在年内分配上存在滞后效应,秦岭南北从流域降水开始经过停蓄、漫流、河槽集流,然后汇流至金钱河河道大概需要20 d 左右的时间;（3）秦岭南北气候因子突变的时间点具有一致性,均发生在1990年左右,该突变可能是由于大尺度的气候变化导致局部地区自然环境变化引起的;（4）径流变化的下降趋势是降水、气温、植被变化和人类活动综合作用的结果。20世纪90年代末的径流突变主要原因是气候变化引起的,人类活动对其影响十分微小,因此,某些明显的突变现象是由于大的气候变化引起的,人类活动的影响是一个长期的过程,所以对自然资源应采取开发与治理同时进行。     

1956-2002年滦河流域径流变化

The decrease of runoff in the Luanhe river basin, which caused water crisis in Tian-jin for several times, was investigated using discharge data covering the period 1956-2002. The data from the differential integral curves of the annual runoff indicate that the decreasing point began in 1979 in the six sub-basins. The decrease of runoff in the Luanhe river basin resulted from the combination of climate effects and human activities, in which the latter plays an important role. This can be illustrated by noting that after 1979 the runoff generated by similar precipitation decreased under the condition that the total precipitation did not decrease in the entire basin. As a result, the annual runoff of the Luanhe river basin after 1979 decreased by about 6.46×10^8 m^3 each year. To analyze the runoff characteristics, it is inadequate to seek the runoff trends only and the identification of cyclical component of the runoff as accurate as possible is necessary. From the natural annual runoff discharge time series, we can see the annual runoff fluctuates around the long-term average. Analyzed by VRL （Variable Record Length） method, the main periods of 3, 5-6, 7, 9, 16-20 and 37-39 years were found. The last decade causing water crisis was the driest period in the history, and this condition will last several years from trend analysis and power spectrum analysis. So finding new water sources is urgent to solve water crisis in Tianjin city, and the South-North Water Transfer is a feasible option.     

湖南四水入洞庭湖水沙演变及成因分析

以湖南四水入洞庭湖的代表性控制站1951-2009年长系列水文数据为基础,运用Mann-Kendall趋势突变检验等方法探讨水沙演变过程并分析了其成因。结果表明:四水年径流量变化比较复杂,存在多个上升-下降过程,但总体上无明显上升或下降趋势;年输沙量总体上呈明显下降趋势,且突变时间存在差异,湘水是1996年,资水是1973-1974年,沅水是1997-1998年,澧水是1998年。年径流量的减少、植被覆盖增加以及大中型水库的建设等综合作用是2001年后年输沙量较大幅度减少的主要原因。