基于小波分析与Mann-Kendall法的岩溶大泉动态研究

研究地下水动态是认识地下水资源的有效手段。根据1956－2013年济南岩溶泉域大气降水及地下水水位动态监测资料,采用小波分析法、Mann-Kendall趋势检验、突变检验法研究了58个水文年泉水位对大气降水的响应,可以看出:（1）大气降水和泉水位呈现出多尺度的变化特征,长时间尺度上两者的变化周期基本相同,变化周期为16年和12年,说明大气降水对泉水位有直接影响;（2）在1956—2013年,济南泉域地下水水位具有0.65 m·（10a）-1的年际显著下降趋势,但降水具有12.65 mm·（10a）-1的不显著上升趋势,说明在人为因素影响下泉水动态的影响因素的权重发生了变化;（3）大气降水在1999年发生突变,1999年之后年降水为增加趋势;而地下水水位突变年份为1967年,1967年以后水位持续降低,2004年以后水位快速上升,泉水位未来趋势应与降水保持一致,呈上升趋势,说明大气降水并非泉水动态的唯一影响因素;（4）通过建立不同时段的多元回归模型,表明近58年来地下水水位的主要影响因素由大气降水到人工开采之间的转换,同时验证了小波分析和Mann-Kendall法研究地下水动态的适宜性和可靠性,也为济南市的保泉提供了参考依据。      

Trend detection in river flow series: 1. Annual maximum flow / Détection de tendance dans des séries de débit fluvial: 1. Débit maximum annuel

Abstract

Results of a study on change detection in hydrological time series of annual maximum river flow are presented. Out of more than a thousand long time series made available by the Global Runoff Data Centre (GRDC) in Koblenz, Germany, a worldwide data set consisting of 195 long series of daily mean flow records was selected, based on such criteria as length of series, currency, lack of gaps and missing values, adequate geographical distribution, and priority to smaller catchments. The analysis of annual maximum flows does not support the hypothesis of ubiquitous growth of high flows. Although 27 cases of strong, statistically significant increase were identified by the Mann-Kendall test, there are 31 decreases as well, and most (137) time series do not show any significant changes (at the 10% level). Caution is advised in interpreting these results as flooding is a complex phenomenon, caused by a number of factors that can be associated with local, regional, and hemispheric climatic processes. Moreover, river flow has strong natural variability and exhibits long-term persistence which can confound the results of trend and significance tests.     

黄河中下游地区旱涝分型及突变的初步分析

采用CEOF(复经验正交函数)对黄河中下游地区15个代表站点近500年来的旱涝等级指数分析结果表明,历史时期本地区的旱涝分布特点可用三种分布型表征:平均型、东西反相型和南北反相型,对上述三种旱涝分布型的时间振幅,应用Mann-Kendall方法进行突变检验,可以发现平均型和东西反相型近500年来发生旱涝突变,而南北反相型则相对比较稳定。     

胶东山丘区典型流域径流年内分配特征量化研究

采用M ann-Kendall法和最小方差法,对大沽夹河流域1966~2004年逐月实测径流数据进行均值变点分析。根据分析结果,将径流划分为水文变化特征相似的A(1966~1971年)、B(1972~1981年)、C(1982~1996年)、D(1997~2004年)4个时段。在此基础上借鉴年降水年内分配的向量法,提出了量化径流年内分配的集中度和集中期。结果表明:1.大沽夹河的不同水文年,其径流年内分配的特征不同。时段A集中度最小,时段D最大,4个时段变差系数为0.12。时段A和时段C的集中期比较接近,最大径流出现的时间均在7月下旬,时段B和时段D的集中期比较相似,最大径流出现的时间在8月中下旬。径流年内分配与降水年内分配两者呈显著正相关。2.用月径流量计算的集中度比径流年内不均匀系数具有更高的分辨能力和有效性,用月径流量计算的集中期对应的月份与月径流最大值出现的实际月份完全一致,径流集中度、集中期能够充分定量地表征径流在年内分配的非均匀性。     

Responses of streamflow to climate change in the northern slope of Tianshan Mountains in Xinjiang: A case study of the Toutun River basin

A case study on the responses of streamflow to climate change in the Toutun River basin was carried out based on data analysis of streamflow, precipitation, and temperatures during the past 50 years.Temporal series of the streamflow change in the Toutun River basin was analyzed and tested using the Mann-Kendall nonparametric test. Results revealed that the annual runoff of the Toutun River had been in a monotonic decreasing trend for the past 50 years. Compared with the 1950s and 1960s, the annual runoff in the 1990s decreased by 4.0×105 m3 and 7.2×105 m3. The precipitation did not show monotonic trend during the past 50 years, but the annual temperature increased by 1.12℃ since the 1950s. Further data analysis indicated that the monthly runoff of the Toutun River decreased significantly from August to October, with precipitation displaying the similar pattern of seasonal change. Analysis suggests that the reduction of streamflow in the Toutun River basin is possibly caused by the seasonal change of precipitation, especially the precipitation reduction in summer, and temperature increases.     

Spatiotemporal analysis of precipitation trends in the Yangtze River catchment

Precipitation trends in the Yangtze River catchment (PR China) have been analyzed for the past 50 years by applying the Mann-Kendall trend test and geospatial analyses. Monthly precipitation trends of 36 stations have been calculated. Significant positive trends at many stations can be observed for the summer months, which naturally show precipitation maxima. They were preceded and/or followed by negative trends. This observation points towards a concentration of summer precipitation within a shorter period of time. The analysis of a second data set on a gridded basis with 0.5° resolution reveals trends with distinct spatial patterns. The combination of classic trend tests and spatially interpolated precipitation data sets allows the spatiotemporal visualization of detected trends. Months with positive trends emphasize the aggravation of severe situation in a region, which is particularly prone to flood disasters during summer. Reasons for the observed trends were found in variations in the meridional wind pattern at the 850 hPa level, which account for an increased transport of warm moist air to the Yangtze River catchment during the summer months.     

近55年中国大陆地区降水突变的区域特征

利用中国大陆1951～2003年160站较为完整的降水观测资料,采用Mann-Kendall检验法和小波分析方法,确定了中国大陆不同区域降水突变事件的大致时间,研究揭示了近55年中国大陆降水突变事件变化的区域特征。得出如下结论:(1)近55年来,中国大陆年平均降水量正在逐步减少。华北地区、四川盆地和东北地区年降水量减少明显。年降水量增加的区域位于长江中下游及其以南地区,另外,西北部分地区和青藏高原南部略有增加。(2)中南地区和青藏云地区年降水在20世纪90年代中后期出现突变,华北地区降水突变出现在20世纪70年代中期,东北地区突变出现在20世纪60年代中期,华南地区降水在20世纪70年代初期出现突变。     

近58a南岳高山站气候变化特征分析

采用1953—2010年南岳高山站逐日气象资料,运用线性回归、突变分析和小波分析方法,对该站平均风速、气温和降水的气候变化特征进行了分析,并对与平均风速变化密切相关的气温和降水进行了年际变化特征比较.结果表明:1)年和四季平均风速均呈明显减小趋势,在20世纪90年代前后风速有由大到小的突变,年平均风速存在显著的准2 a和准4 a周期;2)年平均气温、最低气温、最高气温均呈明显升高趋势,气温存在显著的准2 a和准4 a周期,且于20世纪90年代中期前后气温有由偏低向偏高的突变;3)年降水量呈下降趋势,存在显著的准2 a和准3 a周期;4)风速与平均气温、最高气温和最低气温呈负相关关系,均通过0.01显著性检验,风速与降水的相关性没有通过显著性检验,但风速与降水的变化趋势在20世纪60年代中后期、70年代中期到21世纪初有较好的反相位变化.     

广东省1960～2007年降雨侵蚀力变化趋势分析

降雨侵蚀力反映由降雨引起的土壤侵蚀的潜在能力.本文利用广东省25个站点48年(1960～2007)的日雨量资料计算了各站的降雨侵蚀力,并用Mann-Kendall(M-K)非参数检验和克里格空间插值法分析了降雨侵蚀力的时空变化规律.结果表明:广东省降雨侵蚀力的空间分布呈沿海向内陆逐渐递减的趋势.全省大部分地区的年降雨侵蚀力呈现不明显上升趋势,且存在较明显的年代际和年际变化.降雨侵蚀力的年内分布特征和降雨量分布类似,呈"双峰型",主要集中在4～9月的雨季.对于季节序列,冬季、春季和夏季大部分地区的降雨侵蚀力有不同程度的上升,秋季全省几乎所有地区呈下降趋势.汛期的降雨侵蚀力变化特征与年降雨侵蚀力相似.     

黑龙江省未来41年气候变化趋势与突变分析

选用由英国Hadley中心区域气候模式系统PRECIS构建的基准时段（1961—1990年）和未来时段（2010--2050年）A2、B2情景气候数据,应用线性倾向估算法、累积距平及Mann—Kendall法对排放情景特别报告（SRES）中A2和B2情景下黑龙江省2010--2050年的平均气温、平均最高最低气温、降水量的变化趋势和突变进行了分析。结果表明：相对于基准气候（1961--1990年）,未来41a平均气温表现出明显的上升趋势,A2、B2情景下年均气温分别升高1．63℃和1．94℃,突变分别发生在2031年和2033年;相对于基准气候,A2、B2情景下未来41a降水量分别增加5．3％和1．1％,降水量变化趋势不同,A2情景下为4．03mm／10a,B2情景下为5．94mm／10a,但趋势均不显著,且没有突变发生。总体上,黑龙江省未来41a的气候为向暖湿变化的趋势。