1765-2010年黄河中游5-10月面降雨序列重建与特征分析

基于清代黄河流域水位志桩设置与报汛制度运作情况考证,梳理出清代陕州（陕县,今三门峡市）“万锦滩”水位志桩水尺记录数据,重建了黄河中游1765-2010年5-10月面降雨量变化序列。累积距平法分析显示,面降雨量变化具有较明显阶段性,3个降雨趋增阶段为1816-1863年、1902-1918年、1938-1989年;3个降雨趋减阶段为1765-1815年、1864-1901年、1919-1937年;Morlet小波分析显示,面降雨有5种时间尺度的周期特征,平均周期分别为72.7年,46.8年,30.3年,22.5年和11.2年;滑动t-检验显示面降雨序列存在1824-1826年、1856-1874年和1933-1937年3处突变时段最显著。通过与其他代用指标反映降雨序列及外部因子比对,在1810s、1840-1850s、1880-1900s、1920s、1970s及1990s等几个时段,各序列十年尺度变化趋势比较吻合,显示出基于历史文献和自然指标等不同代用资料重建结果基本一致,亦反映了历史气候变化研究中的不确定性特征。     

1766～1911年黄河中游汛期水情变化特征研究

根据1766～1911年万锦滩汛期涨水情况的历史文献记录,重建研究时段内黄河三门峡断面逐年汛期流量R(109m3/a)和汛期开始时间T(侯尺度),其平均水平分别为径流量R=51.06×109m3/a,汛期开始时间T平均情况为7月上旬(7月第2个侯),对应于梅雨结束平均日期。研究时段内,1840 s前流量平,汛期开始时间总体较稳定;1840～1850 s流量普遍偏丰,汛期到来偏晚;1860 s开始流量减少,汛期提前,此阶段持续约40 a左右,是近300 a中黄河中游产流微弱持续最长的1个时期。     

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。     

试从气候和人类活动看黄河问题

该文从气候和人类活动的角度出发 ,选取了人类历史时期的两个时间段 (194 9年以前和以后 ) :在第一阶段 ,从农牧业界线的变迁、黄河下游的河湖变迁、黄河曲率的变化、历史时期的气候和黄河在历史时期的决淤泛滥频率的对比与关系方面分析 ,得出黄河下游的决淤泛滥有两个最关键的因素 ,即人类活动叠加于气候的变迁之上 ;在第二阶段 ,黄河下游及河口三角洲延伸缓慢 ,主要原因应是气候的变化 ,所以黄河中游的生态建设切不可掉以轻心。     

山东省近600年旱涝时间分形特征

通过对历史资料的整编。建立了山东省１２个地区近６００年旱涝等级序列，提出了数据序列灾变时间分维数计算的方法与步骤，计算各地区人旱、偏旱、正常、偏涝、大涝５种级别的序列分维数，讨论了全省旱涝演变的构型特征。     

华南地区1961-2014年夏季长周期旱涝急转特征

根据华南地区110个气象站1961-2014年5-8月逐月降水资料,计算夏季长周期旱涝急转指数(LDFAI),经与降水量和灾情比对,LDFAI能反映出华南夏季的旱涝急转特征.采用旋转经验正交函数,趋势系数计算,线性倾向计算,T检验,M-K检测等方法,对华南地区夏季LDFAI的时空变化特征进行了研究.结果表明:① 从整体上看,华南区域平均的LDFAI趋势变化不明显,但其强度呈显著的阶段性变化特征,存在2个偏强时期和1个偏弱时期.② 从区域变化特征上可以分为5个主要空间区域,通过对各空间区域代表站的资料进行分析,1区(粤北和桂东北)和2区(粤西和桂东南)夏季LDFAI呈下降趋势,且1区下降趋势显著并在1988年发生了显著下降的突变;3区(粤东)和5区(海南岛)LDFAI呈显著上升趋势,且3区在1980年发生了显著上升的突变;4区(桂西)LDFAI呈现阶段性变化特征.③ 从年代际特征看,1区和2区LDFAI随年代下降,相应5-6月降水随年代增多.3区和4区LDFAI在1990s和2000s为较大值,该时段7-8月降水明显偏多.5区LDFAI随年代上升,相应7-8月降水随年代增多.     

历史时期黄河中游环境变迁与下游水患问题的研究

地质研究表明鄂尔多斯高原沙漠在史前即已存在,史籍也记载北魏时期该地区有大沙漠,"人造沙漠"的论点不能成立。东汉以后游牧民族入迁,使该地区及陕北、陇东草原破坏加剧,所谓"改农归牧使森林草原植被得以恢复"的论点与事实不符。由于上述地区植被的严重破坏,土地沙漠化和水土流失加剧,北魏中期黄河下游决、溢水患频繁,灾情极重,所谓"长期安流"史实无据。     

1960-2018年中国西南地区旱涝急转的时空变化特征

基于 1960—2018 年的逐日降水观测数据,采用日尺度旱涝急转指数（DWAAI）计算方法,以生态地理区为框架,识别并分析了西南地区旱涝急转事件的时空变化特征。结果表明：西南地区旱涝急转事件的发生次数在 1960—2010年有增加趋势,在 2011—2018 年快速减少;旱转涝事件多发生在春夏季（4~8 月）,涝转旱事件则跨越了春、夏、秋季（5~11 月）;在云南高原常绿阔叶林、松林区（VA5）,西双版纳山地季雨林、雨林区（VIIA3）,闽粤桂低山平原常绿阔叶林、人工植被区（VIA2）,旱涝急转事件主要发生在夏季,而在湘黔高原山地常绿阔叶林区（VA3）和四川盆地常绿阔叶林、人工植被区（VA4）,旱涝急转事件主要发生在春季;旱涝急转事件发生次数的空间分布呈现东北多、西南少的格局;2000 年以来旱涝急转事件在滇中南亚高山谷地常绿阔叶林、松林区（VIA3）和闽粤桂低山平原常绿阔叶林、人工植被区（VIA2）发生次数减少,但有加重趋势,呈现极端化特征。     

1933~2012年无定河径流突变与周期特征诊断

选取黄河中游区实施水土保持最早的一级支流无定河流域,利用滑动-T、曼-肯德尔和山本等3种突变检测方法相互验证,确定了在受人类活动显著影响下,径流的突变年份为1972年,自此径流平均减少3.55×10⁸m³;基于径流突变前降水与径流的显著相关性,并借助地统计克里格空间插值法,重建1933~2012年无定河流域出口控制水位站天然径流变化序列。采用小波分析法诊断天然径流序列的周期变化,结果显示：天然年径流存在6个不同时间尺度的“丰-枯”演变特征,其平均周期分别对应着35.5、22.2、16.8、12.2、9.3和3.3 a。     

1735—1911年汉江流域季节旱涝等级序列的重建与特征分析

基于汉江流域雨雪分寸等史料记录的特点,以发生地区、影响程度和持续时间为衡量标准,提出了利用史料重建汉江流域季节旱涝等级序列的方法,重建了1735—1911汉江流域7府（州）四季的旱涝等级序列,据此分析了各府（州）1735—1911年季节上的旱涝变化特征。结果表明：① 汉中府、兴安府、商州和南阳府有更多的春季、夏季、冬季偏旱年,而郧阳府、襄阳府和安陆府有更多的春季、夏季偏涝年和秋季偏旱年;② 夏季和秋季旱涝等级的波动明显,而春季和冬季旱涝等级的波动较小;③ 年代际尺度上来看,汉江流域,1820s—1840s偏涝,1850s、1870s偏旱;④ 影响较大的季节连旱事件多发生在19世纪,而影响较大的季节连涝事件多发生在夏季和秋季。这一研究,对汉江流域定量化气候研究具有一定的价值,也为汉江流域未来的降水变化研究提供了数据支持。     

黄河中游悬移质泥沙粒径与流域环境的关系

以黄河中游多沙粗沙区为研究区，在流域泥沙粒径、降雨、地面物质组成、地面形态、植被和高含沙水流等资料采集的基础上，采用“环境要素法”和多元回归分析来阐明泥沙粒径空间分异的机理。研究表明，随降雨不均匀系数的减小，断面最大含沙量的减小，流域内黄土覆盖面积的增大，以及植被盖度的增大和沟谷密度的减小，悬移质泥沙粒径趋于变细，反之，趋于变粗。其中，流域地面物质对泥沙粒径组成起最重要的控制作用，其次是植被，高含沙水流、沟谷密度和降雨影响作用相对较小。     

黄河中游地区流域产沙中的地貌临界现象

地貌现象的演化常常存在着由量变到质变的临界条件.地貌临界是地貌学研究的重要理论问题之一.本文利用黄河中游地区近60个水文测站资料,探讨了流域产沙量随降雨、植被和流域面积变化过程中的地貌临界现象.结果表明,流域产沙量与年降雨量之间关系遵循Langbein-Schumm曲线,最大产沙量大致出现在年降雨量400mm左右的半干旱草原区,即无定河以北的皇甫川、孤山川、佳芦河流域.同时,由沙黄土、砒砂岩流域向基岩山地流域过渡,流域产沙量峰值趋于减小,而峰值出现所需要的降雨量渐趋增大,显示出不同自然地理地带和地域最大产沙区位置和产沙强度的不同.流域产沙量与植被之间呈现为相当好的非线性负相关关系.流域产沙量随植被变化存在着二个临界值,一是当流域植被覆盖度等于30%时,另一是当植被覆盖度等于70%时.这一现象以往只是在试验小区或试验流域见到,本研究表明,类似的现象在天然河流流域也存在.受流域上下游不同生物气候及下垫面特性的控制,流域产沙量随流域面积的增大呈现出复杂多样的变化,可以是增加,也可以是减少.然而,对于大多数复合流域来说,随着流域面积的增大,流域产沙量一开始趋于增加,当流域面积接近1000 km2左右时,流域产沙量达到最大,而当流域超过1000 km2以后,流域产沙量反而趋于减少,呈现出明显的地貌临界现象.     

黄河中下游地区降水变化的周期分析

根据利用清代雨雪档案重建的黄河中下游及其4 个子区域1736~2000 年的逐年降水序列, 采用小波变换方法, 分析了该区降水变化的周期特征, 探讨了影响降水周期变化的可能 驱动因子。结果表明: 黄河中下游地区的降水, 具有2~4 年、准22 年及70~80 年等年际与年代际的振荡周期。其中, 2~4 年周期与El Nino 事件关联, 在El Nino事件发生的当年或第二年, 黄河中下游地区的降水比常年偏少; 而准22 年及70~80 年的周期, 与wolf 太阳黑子相对数的周期变化及太平洋年代际振荡(PDO) 信号有关。但在70~80 年的周期尺度上, 太阳活动与降水变化的对应关系在1830 年以前表现为太阳活动偏强(弱) 时, 降水偏少(多); 1830 年以后, 太阳活动的周期演变为80~100 年的更长周期, 因这一阶段可能受到由于人类活动加 强而致的温室气体浓度升高等因素的干扰, 太阳活动与降水之间的关系明显减弱; 而PDO 与降水的对应关系则表现在全时域上, 且在近100 多年, PDO 与降水之间的相关关系逐渐加强, 特别是在1940s 以后达到最大。     

长江中下游黄棕壤中若干元素的环境地球化学特征

在长江中下游黄棕壤上采集１２９个土样,测定了其中１４种元素（１３种微量元素和Ｆｅ）的全量含量,比较了不同岩石上发育的黄棕壤元素含量的差异,分析了其剖面分布特征。讨论了目前农业生产中广泛关注的５种微量元素和Ｆｅ的有效态含量在黄棕壤剖面中的迁移分布及其影响因素。     

黄河流域文物保护单位空间分布特征及其影响因素

文物保护单位是历史时期区域科技、文化、生产、生活等信息的反映载体。运用核密度估算、最近邻指数、标准差椭圆等方法对黄河流域2 078处国家重点文保单位的空间密度、集散与方向特征给予分析,并运用地理探测器模型探索得出其空间分布的影响因素与交互作用。结果表明：（1）空间密度上,文保单位在黄河流域整体上呈现东密西疏、连片分布的空间特征,核心区数量由史前时期到近代以来呈现波动变化的发展趋势。（2）集散类型上,文保单位的最近临指数为0.38,属于集聚型分布类型。（3）方向特征上,文保单位在黄河流域多呈现东北—西南方向分布,但魏晋南北朝时期旋转角为89.85°,东西横向特征最明显。标准差椭圆重心整体上位于山西省运城市稷山县境内,但从史前时期到近代以来重心轨迹呈现西南—东北往复移动以及山西—陕西交替变化的特征。（4）文化事业经费、河网密度、年末人口数、非遗项目数量和A级景区数量均是黄河流域文保单位空间分布的主导因素,此外,影响因素两两交互作用后多表现出非线性增强或双因子增强型关系,与独立作用时相比更具有空间分布的解释力。     

黄河中游降雨特性对泥沙粒径的影响

以黄河中游36个有泥沙粒径资料的水文测站流域为样本，在不同自然地理类型流域划分的基础上，建立了流域泥沙粒径特片与降雨特性的关系。结果表明，在不同类型流域，流域泥沙的粗细与降雨季节性变率和年际变率之间存在着相当好的线性正相关关系；而与年降雨量和降雨不均匀系数之间呈明显的非线性关系。流域地面物质、植被和地貌发育程序等下垫面环境因素对泥沙粒径特性与降雨特性之间关系起着十分重要的控制作用。不同类型流域曲线的斜率各不相同，在图中所处的位置也不相同。     

清代苏沪地区饥荒的时空变化及其环境因素

论文基于方志等多源史料提取饥荒的时间和地点信息,利用语义差异法和指数法构建了清代(1644—1911年)苏沪地区逐年的饥荒指数序列,复原了饥荒的空间分布特征,探讨了不同致灾因子及其组合对饥荒时空特征的影响。结果表明：① 从时间上看,清代苏沪地区饥荒频率和强度有明显的阶段性、周期性、季节性及间歇式暴发等波动特征,最严重时段是康乾盛世的中后期及由盛转衰的道光和咸丰时期。② 饥荒的空间分布整体呈“两带、多核”的东南—西北向分布格局,长江两岸、太湖及高邮湖周边一带和废黄河、洪泽湖周边一带是饥荒多发区域。除受区域人口、经济等社会因素影响外,水域格局等地理背景对饥荒多发区的分布有重要影响。③ 饥荒主要环境致灾因素为洪涝灾害,其次为旱灾和风潮,其他灾害影响较小。不同致灾因子组合对饥荒影响不同,单因子致灾的饥荒比例占绝大多数,双因子和三因子对应的饥荒程度整体均大于单因子情形,与水旱灾相关的饥荒分布决定了研究区整体的饥荒分布格局。上述认识对于辨识苏沪地区饥荒高风险区、探索区域自然灾害对饥荒的影响及未来粮食安全保障机制有一定的参考价值。     

人类活动对黄河中游高含沙水流的影响

以黄河中游干流和渭河、无定河的资料研究了人类活动对黄土高原河流高含沙水流的发生频率的影响。人类破坏森林植被，大量拦截黄河上游清水来源区的清水基流，使得高含沙水流发生频率增大，大规模水土保持措施的实施则使高含沙水流发生频率迅速减小。近50年来黄河干流和一些支流的高含沙水流随时间的变化可以用一个三阶段模式来概括，即20世纪50-60年代，由于人类破坏植被，使高含水流频率增大；20世纪60年代末至80年代中期，大规模水土保持措施的实施使高含沙水流发生的频率减小；20世纪80年代末期以来，人类大量拦截利用清水资源，使高含沙水流的发生频率又复增大。