疏勒河流域极端水文事件对极端气候的响应

为了明确疏勒河流域极端水文事件对极端气候事件的响应关系,选取疏勒河流域内及其周边的托勒、敦煌、瓜州、玉门、酒泉、马鬃山等气象站点的气温、降水和蒸发的日值数据,昌马堡水文站的日径流数据,通过趋势分析、滑动平均、主成分分析等方法,分析疏勒河流域极端气候指数、极端水文事件的年际变化规律以及影响极端水文事件的因素,并明确该流域极端洪水年内分布特征。结果表明:疏勒河流域年际气温升高趋势明显,降水量呈波动变化,增加趋势不明显,而蒸发量呈下降的变化趋势。表征高温的极端气温指数呈显著上升趋势,表征低温的极端气温指数呈显著下降趋势,说明疏勒河流域气温增幅明显。极端降水指数呈显著的增加趋势。该流域极端洪水事件和频次呈上升趋势,而极端枯水事件和频次呈下降趋势。极端洪水事件主要受控于极端降水事件,特别是极端降水总量,极端高温事件对极端洪水总量的增加也有影响,而极端枯水事件主要受控于极端低温事件。此外,2000-2016年年最大洪峰流量出现的时间有由8月向7月转变的趋势。     

基于前期降水指数的气象干旱指标及其应用

从气象干旱定义出发,考虑干旱累积效应,借鉴前期降水指数（API）和标准化降水指数（SPI）,建立基于标准化前期降水指数（SAPI）的逐日气象干旱指标,并利用1961-2010年全国632个台站的气象资料分析SAPI的适用性特征。结果表明：逐日SAPI曲线呈典型“锯齿型”特征,在降水持续偏少时段平稳下降,克服了基于“等权累加”建立的综合气象干旱指数由于前期降水移出计算窗口而导致的“不合理旱情加剧”问题,能够精细刻画干旱发生、发展和结束过程。SAPI敏感性分析表明,加剧一个干旱等级需要的无雨日数在降水越少的季节（地区）越多, 减缓一个干旱等级需要的日降水量在降水越少的季节（地区）越少。各等级旱日频率总体上与理论频率一致。降水量较少的季节（地区）,轻旱、中旱及总旱频率略高于降水量较多的季节（地区）,而重旱、特旱频率时空特征相反。1961-2010年全国平均各等级旱日频率均呈下降趋势,其中特旱较为明显,但具有复杂的时空特征：9-11月各等级旱日频率显著增加,其余月份以减少为主;各等级旱日频率总体上呈“西减东增”趋势。     

2022年夏秋季鄱阳湖流域气象要素异常特征及干旱演变

2022年夏秋季鄱阳湖流域发生了历史罕见的气象干旱事件,科学分析此次干旱过程气象要素特征和干旱发展演变对开展干旱预报预警以及防旱抗旱具有重要意义。利用鄱阳湖流域内87个国家站1961—2022年的逐日降水量、气温和蒸发资料,应用本地化的综合气象干旱指数,分析此次干旱过程的主要气象要素异常特征和气象干旱发展演变。结果表明：2022年夏秋季,鄱阳湖流域及其五大支流平均降水量为1961年以来同期最少;平均气温和高温日数为同期新高或次高,多站极端最高气温创新高;各流域蒸发量远远大于降水量,且秋季降水蒸发差大于夏季;流域各地出现了夏秋连旱,且秋旱重于伏旱,其中9—10月全流域出现重旱或特旱。     

黑河上游径流对极端气候变化的响应研究

为深入认知黑河上游径流变化与极端气温、极端降水指数间的关联机制,使用1960-2014年黑河上游祁连、托勒、野牛沟3个气象站点的逐日气温、降水资料和莺落峡水文站逐日径流量资料,通过趋势分析、相关分析、多元回归分析和主成分分析等方法,分析黑河上游极端气候指数和极端水文事件的变化趋势、极端气候指数与径流的相关关系以及径流对降水的滞后效应。结果表明:(1)黑河上游表征低温的极端气温指数呈下降趋势,表征高温的气温指数呈上升趋势。极端降水指数呈小幅增加趋势。年极端洪水总量呈增加趋势,极端枯水呈显著减少趋势,与黑河上游径流总量增加的变化趋势一致。(2)极端降水指数与极端洪水总量的相关性显著,说明黑河上游极端降水是影响极端洪水总量的主要因素。(3)洪水对祁连站降水量的响应存在1～2天的滞后期,初步分析得出黑河上游降水量的时间和空间差异以及东、西支河流河网密度的差异是产生滞后性响应的主导因子。     

呼和浩特近59年降水极端事件分析

利用呼和浩特气象站1951—2009年逐日降水量资料,以年序列的第90个百分位,建立了日降水量极端气候事件的阈值,检测了近59年来呼和浩特逐日降水量极端事件的出现频率,分析了极端事件阈值和日数及降水量的年际、年代际和季节变化,结果显示:①呼和浩特日降水极端事件的阈值小,为10.6mm;全年极端事件出现的频次11d。②降水极端事件主要出现在4-10月,且8月最多。③近59年来呼和浩特全年降水极端事件及其降水量没有显著的增减变化趋势,但而进入21世纪后,极端降水事件及其降水量的变率加大,降水强度明显减小。     

近50a锡林浩特市降水量变化特征及干旱灾害统计分析

干旱是影响锡林郭勒畜牧业发展最主要的自然灾害之一。文章基于多年降水观测资料,以及《北方草原干旱标准》中降水距平百分率指标的划分依据,详尽分析了锡林浩特市干旱发生的年、季节特征,结果表明:(1)降水量的年代变化呈现明显的规律性:20世纪60、80年代、21世纪前10a年均降水量低于多年平均值,20世纪70、90年代、2010—2014年年降水量高于多年平均值;(2)春季、夏季与年降水量的变化规律一致;冬季降水量的变化比较独特,尤其是2000年以后表现出显著高于多年平均值的变化趋势;(3)锡林浩特市特旱发生概率为9.26%,即10a一特旱;重旱发生概率为20.99%,即5a一重旱;中旱发生概率为24.69%,即4a一中旱;轻旱发生概率为14.81%,即7a一轻旱;无旱发生概率为30.25%,约占1/3。     

德江县极端降水事件特征及天气模型

该文利用1959—2018年德江国家站、1987—2017年思南和沿河国家站、2010—2017年德江县19个区域站的逐日降水数据,采用95位百分位法定义极端降水事件发生阈值,运用统计学方法分析德江县极端降水事件频数和强度的特征,基于M-K非参数检验方法对极端降水事件频数和强度长期变化趋势进行检验。研究近60 a乌江中下游流域德江站极端降水频数和强度的特征和关系,再研究近8 a德江县19个区域站极端降水事件特征,结果表明,乌江中下游流域德江站近60 a来发生极端降水事件阈值为30.7 mm,平均极端降水频数为8.7 d,平均极端降水强度为52.6 mm/d,近60 a年来德江县发生极端降水事件的频数和强度总体呈现上升的趋势,近8 a德江县中部、北部、西北部、西南部乡镇出现平均极端降水频数天数较多,近8 a德江县乌江流经段东南部乡镇平均极端降水降水强度较强,日降水量100 mm的极端降水事件主要集中出现在6月和7月,典型极端降水事件年发生概率为38%。选取乌江中下游流域思南、德江、沿河3站近10 a典型极端降水事件为研究对象,综合分析各层次天气系统,归纳总结出乌江中下游流域极端降水天气模型。     

基于Copula函数的绕阳河流域降水事件危险性评估

利用1961—2021年绕阳河流域周边8个气象站的逐日降水资料,以降水持续时间和降水强度作为判断降水事件的两个要素,运用Copula函数确定降水事件的联合概率和重现期,并构建危险性评估模型,分析绕阳河流域降水事件危险性空间特征。结果表明：绕阳河流域周边不同地区降水事件的持续时间和降水强度的最大值存在显著差异。Lognormal和Logistic函数对两个降水要素的拟合效果较好,Clayton函数适合反映两要素联合下降水发生的概率。随着降水持续时间和降水强度的增加,极端降水事件的危险性快速升高;不同地区降水事件的概率和重现期存在着显著差异,阜新站降水持续7 d,强度达到60 mm的事件每10 a出现一次,而盘锦站和北镇站发生持续6 d以上的降水事件较少,多为20 a一遇;降水事件危险性高值区处于绕阳河流域南部,主要位于盘锦、辽中和北镇。     

长江流域极端降水时空分布和趋势

1986年以来，长江流域的极端强降水出现了显著增加的趋势，突出表现在中下游地区。长江中下游地区极端降水量的增加，既是极端降水强度增强，也是极端降水事件显著增加的结果。长江流域极端降水变化主要发生在东南部和西南部。趋势分析表明，自20世纪80年代中期以来，长江流域上游极端降水事件峰值提前到6月份出现，与长江中下游极端降水峰值出现的时间几乎同步，这必将加大遭遇性洪水发生的机率。20世纪90年代以来长江洪水的频繁发生，与长江流域极端降水时空分布的变化密切相关。     

中国干旱半干旱区洪涝灾害的初步分析

中国干旱半干旱区的洪涝灾害是一个尚未引起人们重视的重大科学问题,这主要是因为干旱半干旱区对洪涝灾害的防范意识比较薄弱。而极端降水事件的次数、强度和持续时间与干旱半干旱区的洪涝灾害有密切联系,直接影响该区域洪涝灾害及其次生地质灾害的次数与严重程度。以干旱半干旱区的极端降水事件为切入点,分析了中国干旱半干旱区的极端降水事件次数和极端降水量的变化特征,旨在为干旱半干旱区的洪涝灾害研究提供科学依据。结果表明,进入21世纪以来,中国110°E以西的干旱半干旱区极端降水事件的日数有所增多,而110°E以东的区域日数都有所减少。干旱半干旱区极端降水量的变化也呈现出西增东减的分布,大部分干旱半干旱区的极端降水量变化占总降水量变化的40%以上,一部分地区能达到50%,甚至100%-200%。从季节变化来看,春季天山以北、新疆南部、甘肃敦煌和内蒙古包头以北地区极端降水量增加较多,夏季110°E以西的干旱半干旱区极端降水量均增大明显,秋季陕西榆林、内蒙古鄂尔多斯、包头和呼和浩特等地极端降水量增大较明显。     

汉江流域极端水文事件时空分布特征

利用1960-2012年汉江流域15个气象站点的日降雨资料和3个水文站同时期日径流资料,分析了9个极端降雨指数的空间分布规律,运用广义极值分布（GEV）、Gamma分布两种极值统计模型对各站点的最大1 d降雨、最大3 d降雨极值样本进行拟合,遴选描述降雨极值分布规律最优概率模型,进而推算给定重现期下的降雨设计值,并分析其空间分布规律;选用Gumbel、Clayton和Frank这3种Copula函数建立降雨-洪量极值联合分布模型,优选最合适的Copula函数,由此计算给定重现期下的洪量设计值。结果表明：GEV分布模型能更好地模拟降雨极值序列,不同重现期下的降雨极值在空间上均呈西低东高的特征;3种Copula函数中,Frank Copula函数能更好地拟合降雨-洪量相关关系,由此推求的洪量设计值大于单变量拟合设计值。     

气候变化对澜湄流域上下游水资源合作潜力的影响

澜沧江-湄公河（澜湄）流域南北跨越了25个纬度,流域上下游气候差异明显。同时遭遇干旱或湿润通常不利于上下游水资源合作,而水文气象条件正常或上下游间的干湿条件不一样时有利于缓解流域内的竞争性用水状况。为探究气候变化对澜湄流域上下游水资源合作潜力的影响,基于普林斯顿降水数据集与全球气候模型预估数据,利用标准化降水指数（SPI）和Copula函数计算了历史时期（1985—2016年）与未来时期（2021—2090年）澜湄流域上下游同时面临干旱、湿润以及干湿存在差异的发生概率。基于典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5情景的预估结果显示与历史时期相比,未来时期澜湄流域在RCP4.5与RCP8.5情景下具有相似的变化趋势,即：遭遇同期湿润的概率在逐渐增大（最大达到199.5%),遭遇同期干旱的概率则在逐渐减少(最小达到-35.9%),而遭遇干湿差异时期的概率在所有时段均大幅减少（-53.1%~-42.5%)。未来澜湄流域上下游同期湿润概率的增加和遭遇干湿差异概率的减少预计将加大上下游面临水资源竞争的可能性,从而对澜湄流域各国家之间的水资源合作产生不利影响。这一研究可以为澜湄流域水资源合作策略的制定提供科学参考和依据。     

Trends in evaporation of a large subtropical lake

In order to further investigate the capability of the Standardized Precipitation Index (SPI) to identify flood/drought events, monthly precipitation data from 26 precipitation stations and monthly discharge data from four hydrological stations from 1960 to 2006 in the Minjiang River basin were used to analyze the correlations between multiple time scales of the SPI and river discharge. The SPI series that had a maximum correlation with discharge was chosen to detect flood/drought events in the basin, and the results were compared to historical flood/drought events. The results indicated the following. (1) High Pearson correlations between the SPI and discharge were identified at shorter time scales (1 to 3 months), and the maximum correlation was found on the time scale of 2 months. (2) Five floods among the six largest historical flood events in the Minjiang River basin were identified with the 2-month SPI, but the SPI does have shortcomings in identifying more general floods. The SPI also identified major drought events that were consistent with historical data. This demonstrates that the 2-month SPI is an effective indicator for the identification of major flood/drought events in the Minjiang River basin.     

近60年来中国主要流域极端降水演变特征

在全球增暖背景下,中国极端降水事件及洪涝、干旱等次生灾害近年来频发,严重影响生态系统、人民的生产生活和社会经济发展。本文基于气候变化检测和指数专家组（ETCCDI）定义的10个降水指数,利用中国台站日降水资料,系统分析了1961～2017年中国及九大流域片降水变化情况,并利用空间场显著性检验考察不同降水指数的显著变化是否与外强迫作用有关。结果表明,各降水指数的变化具有区域性特征。整体而言,全国范围内平均降水、降水强度、极端强降水和连续性强降水呈增强趋势的台站数多于呈减弱趋势的台站数,呈显著增强趋势的台站占比不可能仅由气候系统内部变率引起,还受到外强迫的影响。此外,中国大部分站点连续干旱日数（CDD）减少,观测中CDD呈显著减弱趋势的台站占比也与外强迫作用有关。九大流域片中,内陆河片能够观测到平均降水、降水强度、极端强降水和连续性强降水的增多以及连续干旱日数的减少,有洪涝灾害增多的风险,且上述变化可归因为外强迫的作用。长江流域片、东南诸河片和珠海流域片平均降水、极端强降水和连续性强降水均增强,其中强降水的变化与外强迫作用有关。西南诸河片极端强降水增强,但大部分站点CDD呈增加趋势,有干旱增加的风险。黄河流域片、海河流域片、淮河流域片及松辽河流域片的大部分站点及区域平均结果中,降水指数多无显著变化趋势。增暖背景下,不同流域片呈现出不同的降水变化特征,将面临不同的气候灾害风险。     

未来气候变化对黄河和长江流域极端径流影响的预估研究

使用NASA-NCAR全球环流模式FvGCM结果驱动高分辨率区域气候模式RegCM3 (20 km),进行1961～1990年当代气候模拟(控制试验)和2071～2100年IPCC A2排放情景下未来气候情景模拟(A2情景模拟试验)。将RegCM3同高分辨率大尺度汇流模型LRM(分辨率0.25°×0.25°)连接,分析水文极端事件在A2情景下相对于当代气候的变化,预估未来气候变化对我国黄河和长江流域水文极端事件的影响。结果表明:(1)未来黄河流域径流年变率增大,月变率减小,日变率在头道拐站以上流域减小,以下流域增大。未来兰州以上半湿润地区,流域东南部湿润区出现径流量峰值的可能性增大,而流域西北部干旱半干旱区出现径流量百分位极值的可能性减小。未来黄河流域中游地区发生流域洪水的风险在夏季月份减少,其余月份均增大。(2)未来长江干流径流年际变率增大,上中游地区径流日和月变率减小,下游地区略有增大;未来汉江流域径流量的年、月和日变率均增大。未来长江干流发生流域洪水的风险在夏季明显降低,而汉江流域各月发生流域洪水的可能性均增大。     

气侯变化背景下黑河上游春季融雪洪水预估研究

气候变暖将导致高山区冰冻圈加剧融化,一方面融水资源时空分布的不确定性增大;另一方面,融水洪水灾害发生的频度和强度也将发生改变。基于气象、水文数据和MODIS积雪覆盖数据,利用融雪径流模型(SRM),对1990—2012年共23年祁连山黑河札马什克控制区融雪期径流进行模拟与验证。结果表明：SRM在该流域具有较高的模拟精度（纳什系数为0.91),可用于分析和预估控制区径流强度变化。为此,采用黑河流域气温、降水降尺度数据,预估了未来气候变化背景下积雪范围变化及不同重现期洪水变化趋势。结果显示,与基准期相比,在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,最大积雪范围可减小3%~7%,且随着海拔升高,变化愈剧烈。RCP2.6情景下因气温和降水变化幅度较小,到21世纪末各重现期洪水强度保持在10%以内波动;RCP4.5情景下,各重现期洪水强度最高增大约20%;在RCP8.5情景下,各重现期洪水强度最高可增大超30%。相关分析结果显示,不同重现期洪水径流与气温和降水均具有较强相关性：重现期越长,洪峰与气温的相关性越大;重现期越短,洪峰与降水的相关性越大。通过预估气候变化背景下的融雪性洪水事件强度及重现期变化,有助于有效开展区域洪水风险管理、提高洪水资源的利用价值。     

2020年8月黄河中游致洪暴雨气象水文特征

利用ECMWF提供的ERA5再分析资料(分辨率0.25°×0.25°)和黄河流域加密的气象水文实况资料,分析了降水集中期的气象水文特征。结果表明:平均中纬度低槽、南亚高压和阻塞高压偏强,副热带高压位置偏西、偏北,且异常偏强是造成2020年8月黄河中游持续性强降水的主要环流背景;水汽输送较常年同期偏多,来自东海和孟加拉湾的东南和西南暖湿气流沿副热带高压边缘不断输送到黄河中游地区,并和中纬度低槽携带的冷空气在此交汇形成持续性的强降水。水文特征分析表明,导致潼关水文站出现3次洪水的较大面雨量,主要来源于潼关以上的8个子流域;2020年8月的洪水超过2011年9月的,为潼关站近20 a来的最大的洪水过程;5号和6号洪水连续超过编号标准的时长,为120 h和44 h,最大流量达6 300 m³·s^-1;流量开始增加的时间落后降水开始的时间12 h~3 d,峰值落后降水结束的时间12 h~4 d;黄河支流水文站的流量峰值与水文站所在子流域降水范围、量级呈正相关,流入潼关站的流量从大到小依次为龙门站、华县站、状头站和河津站。历史对比表明,2020年8月黄河中游累积面雨量为近30 a来最大,北部6个子流域面雨量表现更为极端,降水持续时间更长。     

全球升温1.5℃和2.0℃情景下澜沧江流域极端降水的变化特征

澜沧江是我国为数不多的跨境河流,流域内多发暴雨、洪水灾害,因此定量、科学地评估澜沧江流域未来全球升温情景下极端降水的变化特征,能够为澜沧江-湄公河沿线国家共同管理流域水资源和抵御自然灾害提供一定的科学指导。文中基于部门间影响模式比较计划（ISI-MIP）下5个全球气候模式降水数据,通过偏差校正增强其在澜沧江流域极端降水的模拟能力,使用降水强度、日最大降水量和强降水量等9个指标评价未来全球升温1.5℃和2.0℃下澜沧江流域极端降水的变化情况,并对结果的不确定性和可信度进行研究,得出以下主要结论：随着全球温度的升高,澜沧江流域年降水和极端降水均呈现增大趋势,其中极强降水量（R99p）升幅最大,升温1.5℃和2.0℃下升幅分别为37%和75%;相对于基准期,全球升温2.0℃下各极端降水指数增幅明显大于升温1.5℃,前者升幅甚至超出后者一倍;未来全球升温情景下,澜沧江流域湿季会变得更湿润,而干季则会更干燥;澜沧江流域降水集中程度会增大,使得流域内洪涝灾害发生的风险增大;ISI-MIP气候模式对澜沧江流域未来极端降水模拟存在较大不确定性,升温2.0℃较升温1.5℃情景下不确定性更大,但相对于基准期,前者极端降水增大的可信度更高。     

1960-2005年长江流域降水极值概率分布特征

Based on the daily observational precipitation data of 147 stations in the Yangtze River basin for 1960-2005,and the projected daily data of 79 grids from ECHAM5/MPI-OM in the 20th century,time series of precipitation extremes which contain annual maximum(AM)and Munger index(MI)were constructed.The distribution feature of precipitation extremes was analyzed based on the two index series.Research results show that(1)the intensity and probability of extreme heavy precipitation are higher in the middle Mintuo River sub-catchment,the Dongting Lake area,the mid-lower main stream section of the Yangtze River,and the southeastern Poyang Lake sub-catchment;whereas,the intensity and probability of drought events are higher in the mid-lower Jinsha River sub-catchment and the Jialing River sub-catchment;(2)compared with observational data,the averaged value of AM is higher but the deviation coefficient is lower in projected data,and the center of precipitation extremes moves northwards;(3)in spite of certain differences in the spatial distributions of observed and projected precipitation extremes,by applying General Extreme Value(GEV)and Wakeby(WAK)models with the method of L-Moment Estimator(LME)to the precipitation extremes,it is proved that WAK can simulate the probability distribution of precipitation extremes calculated from both observed and projected data quite well.The WAK could be an important function for estimating the precipitation extreme events in the Yangtze River basin under future climatic scenarios.