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。     

近40年来塔里木河流域旱涝的气候变化

以Mann-Kendall检验、z指数变换、最大熵谱和气候趋势系数方法分析塔里木河流域降水突变、旱涝等级、旱涝周期与趋势的时空变化。结果表明:近40年来,流域各段的降水量都有增加的趋势,且存在突变,从源流区至下游突变时间依次提前;20世纪60年代流域干旱多,旱情较重;70~80年代中期属于转换期,出现旱情和涝情较重;80年代后期以后干旱明显减少,雨涝居多,涝情重;90年代中期以来,下游趋势与其余区域不同;准3年周期是流域各段最重要的变化周期。近40年来,上游变湿显著,源流区和中游不显著,下游有微弱变湿趋势;NAO对中上游旱涝影响显著,对全流域影响较大。     

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。     

明清时期宝鸡地区旱涝灾害链及其对气候变化的响应

通过对明清时期宝鸡地区旱涝灾害资料的统计和整理,利用滑动平均、累积距平及小波分析等方法探讨分析了1368-1911年宝鸡地区旱涝灾害链及其对气候变化的响应。结果表明：① 1368-1911年,宝鸡地区共发生297次旱涝灾害事件,其中旱灾和涝灾分别发生191次和106次,占旱涝灾害发生总次数的64.31%和35.69%。② 宝鸡地区旱涝灾害具有较为明显的阶段性特征,1368-1644年为偏旱阶段,1645-1804年为旱涝灾害波动阶段,1805-1911年为偏涝阶段,整体上呈现出干旱—湿润期的交替特征。旱涝灾害在时间尺度上大致存在70年、110年和170年左右3个振荡周期,与太阳黑子活动周期相对应。③ 旱涝灾害具有显著的空间差异性特征。渭河流域以北、以东地区既是旱灾的多发区,也是涝灾的多发区。④ 明清时期宝鸡地区旱涝灾害链的相继发生是对全球气候变化的响应。18世纪60年代以来,全球气候环境变化导致极端旱涝灾害事件频繁发生。     

基于Copula函数的韩江流域旱涝组合事件概率特征研究

以韩江流域潮安、横山和溪口3个代表性站点1959—2000年日流量数据为基础资料,选取4种边缘分布函数拟合各站点春、夏、秋、冬四季的径流距平百分率序列,并利用线性矩法估计参数,在此基础上采用4种Copula函数拟合春-夏、夏-秋、秋-冬、冬-春径流距平百分率序列,然后计算出各站点连旱连涝和旱涝交替这2类旱涝组合事件发生的概率,结果表明:1)基于Copula函数建立的联合分布模型可以较好地描述季节间连旱连涝和旱涝交替这2类旱涝组合事件发生的概率;2)潮安与溪口站夏-秋、秋-冬时段平均每4年发生一次连旱连涝的事件,春-夏、冬-春时段发生连旱和先旱后涝的概率均在10%左右;横山站秋冬季节平均每1.28年就发生一次连续干旱的事件。     

历史时期广东省旱涝变化及其层次分析

根据历史时期广东的旱涝灾害史料建立了该地区1480～1939年间旱涝指数序列,并采用小波分析、功率谱分析对该序列进行了研究。分析认为,从历史时期来看,广东的旱涝变化主要存在准7年、15年、23年左右的准周期,不同的历史时期主要影响周期不尽相同。旱涝指数的多尺度分析表明,广东在本世纪整体上将处于偏涝期,但自2000(±5)年已开始进入偏旱期,2010(±5)年左右达到最旱,这种偏旱状况将一致持续到2040(±5)左右,期间也会有较小强度的偏涝期出现。预计2040(±5)年之后广东将有较大强度的偏涝期出现,而且在未来几十甚至百年内的旱涝变化幅度有增大的趋势。由于高层次上的偏旱(涝)期常常包含有若干个低层次上的偏旱和偏涝期,因此在对未来气候变化趋势进行预测时,离开具体的时间尺度谈气候变化是没有意义的。     

华南地区近53a极端高温日数的变化特征及其区域差异

利用1961―2013年华南地区56个气象站点逐日最高气温资料,采用百分位阈值法、线性倾向估计法、Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析等方法分析了华南地区近53 a极端高温日数的趋势变化、突变、周期变化及其区域特征。结果表明:1)从趋势变化看,大部分站点呈增加趋势,绝大部分站点于20世纪90年代后期进入快速增加期,其变化倾向于由东南部沿海逐渐向西北部内陆递减,沿海地区增加趋势明显。2)从Mann-Kendall突变检验看,绝大部分地区的极端高温日数有不同程度突变,显著减少突变和增加突变的起始时间段分别集中于20世纪60和90年代,其区域分布特征与海陆位置和地形关系密切。3)华南地区平均年和各站点分别存在26 a和22~28 a为主的第一主周期,20世纪60年代中后期到70年代的减少突变和2000年左右的增加突变存在于多个振荡周期中,多尺度周期振荡的同位相叠加是引起气候突变的主要原因;第一主周期有明显的区域差异,所引起的潜在突变对气候突变有决定性作用;地域特征与海陆位置和地形的关系密切。     

过去千年太阳活动异常期的中国东部旱涝格局

根据过去千年中国东部旱涝等级资料,采用各级旱涝发生几率的比率差指标,参照新近重建的5条过去千年太阳活动序列,重建了其间11个太阳活动异常期的中国东部旱涝格局。结果发现：在11个太阳活动异常期,中国东部旱涝格局各不相同。其中在5个太阳活动极小期（1010-1050年、1280-1350年、1460-1550年、1645-1715年、1795-1823年）,中国东部旱涝格局虽不一致,但长江中下游地区（华北地区）出现偏旱（涝）的几率更高;而在2个太阳活动极大期和4个太阳辐射高值期,中世纪极大（1100-1250年）整个东部多偏旱,1845-1873年的太阳辐射高值期,整个东部多偏涝;其余4个时段（1351-1387年、1593-1612年、1756-1787年、1920-2000年）则旱涝相间出现。集合平均表明：在太阳活动极小期,中国东部呈自南向北的“涝—旱—涝”分布：长江流域偏旱,南北两侧的华南沿海和华北平原偏涝,且西北东部及西南偏旱;而在太阳活动极大期和太阳辐射高值期,长江流域及西北东部多偏涝,华南和华北多偏旱。     

历史时期广东地区旱涝灾害与气候变化关系

通过对广东旱涝及冻灾史料的整理分析,采用相关分析、波谱分析等方法对历史时期广东旱涝灾害发生规律及其与厄尔尼诺事件、太阳活动的可能关系进行探讨。分析认为:1)从历史时期看,广东的湿润指数与其旱涝灾害的发生密切相关,寒冷指数越高(气温越低),旱涝灾害的发生越频繁。2)厄尔尼诺事件对广东整体旱涝灾害影响不大。3)在不同的历史时期,各指标序列具有相同或相似的周期。结合已有的研究认为,太阳辐射对气候的驱动可能是产生上述相同或相似周期的根本原因。4)对湿润指数的多尺度分析表明,自2000(±5)年广东地区开始进入偏旱期,偏旱状况将一直持续到2040(±5)年。从120 a尺度看,本世纪广东将处于偏涝阶段,预计2040(±5)年后将有较大强度的偏涝期出现,而且在未来几十甚至百年内旱涝变化幅度有增大的趋势。     

530年来中国东部旱涝分区及北方旱涝演变

使用我国东部地区530年来100个站的旱涝等级序列作REOF分解,根据前7个旋转空间模上高荷载区分布,将中国东部地区分成7个旱涝气候区,即东北区、华北北区、华北南区、西北区、长江中下游地区、华南区及西南区.在分区基础上,着重研究了中国北方季风边缘地带旱涝演变特征.自1470年以来中国北方的旱涝存在明显的阶段性和区域性.16～17世纪上半叶,中国北方干旱频繁,尤其在东北区、华北南区及西北区普遍出现严重干旱.18～19世纪,华北北区干旱发生较多,东北区以涝为主;而华北南区及西北区旱涝交替发生,但变化幅度相对较缓.华北北区及华北南区分别在19世纪末及20世纪初突然从涝相气候跃变为旱相气候,这两地区的干旱持续近百年,是我国北方干旱最严重的地区.五百多年中,东北区、华北北区及西北区极端干旱呈现出相似的变化趋势,具有两头多而中间显著减少的特征;而华北南区一直是极端干旱多发区.中国北方各个旱涝气候区的旱涝具有多时间尺度的年代际振荡特征.4个地区的旱涝变化都存在20～30年时间尺度的周期振荡;除西北区外的三个地区的旱涝变化都存在70～80年时间尺度的周期振荡;东北区及西北区的旱涝变化存在40～50年时间尺度的周期振荡;另外,准10年时间尺度的周期振荡存在于华北北区和南区.     

鄱阳湖流域水文变化特征成因及旱涝规律

本研究分析了1960-2008年鄱阳湖流域的气候和水文变化特征,用水量和能量平衡关系解释和印证了这些特征,并由此揭示了鄱阳湖流域水文变化特征的成因及干旱和洪涝发生的规律.得到以下主要结论:1)正常或偏湿年份鄱阳湖流域6月份容纳水量能力已达到饱和,若6-7月降水量超出正常年份,则流域超饱和,洪涝发生.长江中上游降水量7月份的异常偏多会对鄱阳湖流域的洪涝起触发和强化作用.2)鄱阳湖流域7-10月蒸发量大于降水量,特别是7-8月蒸发量大于降水量的一倍以上,所以若4-6月流域降水量少于平均年同期量的20％以上,则累积效应使秋旱发生.当初冬(11月)降水偏少时,秋旱可持续到来年的初春,形成严重的春旱.长江中上游降水量对鄱阳湖流域的春旱没有直接影响,但7-8月降水量偏少时则对秋旱起重要的强化作用.3)长江对鄱阳湖流域的水文过程和旱涝的发生、发展的影响主要在7-8月的“长江与鄱阳湖耦合作用”时期和9-10月的“弱长江作用”期.     

洞庭湖流域各季节旱涝及其与大气环流和关键区海温的关系

利用逐月降水数据和NCEP/NCAR再分析数据,分析了洞庭湖流域春、夏、秋季57年来旱涝异常的年际变化以及典型旱涝异常年份的全球海温分布形势,并利用降尺度和趋势分析方法探究气象因子对ENSO和关键区海温的响应,以加强对流域旱涝前期影响因素的认识。结果表明：1）流域在春、秋季旱涝变化趋势不明显,在夏季较明显地变湿。2）前期冬、夏季ENSO事件分别对流域春、秋季旱涝产生显著影响,而与夏季呈不显著的统计特征。3）在消除前期ENSO信号后,阿留申群岛附近海域（S3）、澳大利亚东部海域（S4）海温和印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）现象仍分别为春、夏、秋季与流域旱涝有密切联系的海温因素。4）S3区SST对流域春季旱涝的影响通过西风带环流实现,S4区SST偏高似乎是东亚夏季风强度偏弱的表现,成熟的IOD现象为流域秋季旱涝的主导因子。     

Spatio-temporal evolution of drought and flood disaster chains in Baoji area from 1368 to 1911

Based on the collation and statistical analysis of flood and drought information in Baoji area from 1368 to 1911, and in the context of climate change, we investigated the spatio-temporal evolution characteristics of drought and flood disaster chains in this area during the Ming and Qing dynasties using the methods of moving average, cumulative anomaly and wavelet analysis. The results are as follows: (1) We found a total of 297 drought and flood events from 1368 to 1911 in Baoji. Among these events, droughts and floods occurred separately 191 and 106 times, which accounted for 64.31% and 35.69% of the total events, respectively. (2) We observed distinct characteristics of flood and drought events in Baoji in different phases. The climate was relatively dry from 1368 to 1644. A fluctuant climate phase with both floods and droughts occurred from 1645 to 1804. The climate was relatively wet from 1805 to 1911. Moreover, we observed a pattern of alternating dry and wet periods from 1368 to 1911. In addition, 3 oscillation periods of drought and flood events occurred around 70 a, 110 a and 170 a, which corresponded to sunspot cycles. (3) We also observed an obvious spatial difference in drought and flood events in Baoji. The northern and eastern parts of Weihe River basin were regions with both frequent droughts and floods. (4) The sequential appearance of drought and flood disaster chains in Baoji from 1368 to 1911 was in response to global climate change. Since the 1760s, global climatic deterioration has frequently led to extreme drought and flood events.     

唐宋暖期我国东部重大气象、水文灾害的时空分布特征

唐宋时期是我国气候中的重要暖期,开展该时期区域灾害时空格局研究,可为气候变暖的影响研究提供实证案例,为潜在极端气候风险防范提供依据。基于《中国古代重大自然灾害和异常年表总集》,以10年为时间分辨率,将气象、水文类灾种整合归类为冷害、热害、旱灾、水灾、其他灾害,并以省为基本单元统计唐宋时期我国东部地区(南北方)重大气象、水文灾害的发生频次,分析其时空分布特征。结果显示:唐宋暖期灾害可分为3个高发期和4个低发期,存在"较少发-高发-少发-较高发"循环的特点;南、北方自然灾害高发期和低发期并不同步;灾害发生具有空间集中性(多发于浙江、河南、陕西、山东、河北和江苏),南方多水灾、旱灾,北方多水灾、冷害。唐宋时期灾种构成与现今相似,重大水灾发生频次是旱灾的3～4倍。受经济发展地域范围和经济水平、灾害记录详略及灾害等级评判标准差异的影响,现代灾害发生频次增大,具有区域分布集中性,主要发生于华北、华中、华南,区域分布范围明显南扩。在气候变暖情况下,应重点防范水灾、旱灾和冷害。     

近40a甘肃省气象灾害对社会经济的影响

利用甘肃省近40 a的气温、降水、各种气象灾害和各种灾情、经济指标资料,分析了甘肃气候对全球气候变暖的响应、气象灾害对社会经济和农业的影响。得出全省平均气温为增温趋势;降水河西(以黄河为界)为增加趋势,河东减少趋势;干旱20世纪90年代在增加,而沙尘暴、冰雹、暴雨90年代在减少;极端气候事件增加;气象灾害对农业的影响明显,气象灾害受灾总面积与粮食单产呈明显的负相关,尤以干旱灾害对全省粮食产量的影响更为显著;洪灾造成的直接经济损失增加。     

1368-1911年宝鸡地区旱涝灾害链的时空演变特征分析（英文）

Based on the collation and statistical analysis of flood and drought information in Baoji area from 1368 to 1911, and in the context of climate change, we investigated the spatio-temporal evolution characteristics of drought and flood disaster chains in this area during the Ming and Qing dynasties using the methods of moving average, cumulative anomaly and wavelet analysis. The results are as follows:(1) We found a total of 297 drought and flood events from 1368 to 1911 in Baoji. Among these events, droughts and floods occurred separately 191 and 106 times, which accounted for 64.31% and 35.69% of the total events, respectively.(2) We observed distinct characteristics of flood and drought events in Baoji in different phases. The climate was relatively dry from 1368 to 1644. A fluctuant climate phase with both floods and droughts occurred from 1645 to 1804. The climate was relatively wet from 1805 to 1911. Moreover, we observed a pattern of alternating dry and wet periods from 1368 to 1911. In addition, 3 oscillation periods of drought and flood events occurred around 70 a, 110 a and 170 a, which corresponded to sunspot cycles.(3) We also observed an obvious spatial difference in drought and flood events in Baoji. The northern and eastern parts of Weihe River basin were regions with both frequent droughts and floods.(4) The sequential appearance of drought and flood disaster chains in Baoji from 1368 to 1911 was in response to global climate change. Since the 1760s, global climatic deterioration has frequently led to extreme drought and flood events.     

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。     

民国时期黄河水灾对河南乡村生态环境影响研究

河南是一个以农业为主的省份,是中国农业开发较早的地区之一.该省的大部分地区自古至今都是我国主要的农业区.以洛阳为中心的大河南北地区是中国黄河流域农业文明的起源地.黄河是中华民族的母亲河,历史时期曾经给中华民族带来了很多的利益,但同时也给沿河居民带来了不少的灾难.民国时期,由于自然和人为因素的影响,黄河灾害严重,给河南的生态环境造成了深远的影响.     

明清时期嘉陵江流域水旱灾害时空分布特征

在系统搜集、整理明清时期嘉陵江流域水旱灾害历史资料并对其进行量化统计分析的基础上,揭示了明清时期的500多年间嘉陵江流域水旱灾害存在如下特征:①水灾和旱灾频繁,而水灾略多于旱灾。两种灾害的发生频率分别为2.56年/次和3.03年/次;②水旱灾害主要发生在农历五、六、七月。在发生月份可考的灾害中,农历五、六、七月发生的旱灾超过了总数之半,水灾也达到水灾总数的69.5%;③涪江流域是水旱灾害发生最频繁的区域。涪江流域的水灾次数占嘉陵江流域水灾总数的31%,旱灾占嘉陵江流域的38%;④水旱灾害等级以一般性灾害和大灾害为主,特大灾害较少。明清时期嘉陵江流域的212次水灾中,一般性水灾147次,大水灾42次,特大水灾23次;所发生的179次旱灾中,一般性旱灾115次,大旱灾42次,特大旱灾22次;⑤森林覆盖率与水旱灾害的发生次数成反比例关系。本文所探讨的明清时期嘉陵江流域水旱灾害的时空分布特征对当前该区域的防灾减灾工作有重要的借鉴意义。     

Response and recovery of the Eel River, California, and its tributaries to floods in 1955, 1964, and 1997

Northwestern California is prone to regional, high magnitude winter rainstorms, which repeatedly produce catastrophic floods in the basins of the northern Coast Ranges. Major floods on the Eel River in 1955 and 1964 resulted in substantial geomorphic changes to the channel, adjacent terraces, and tributaries. This study evaluated the changes and the effects of a moderate flood in 1997 through field observations and examination of aerial photographs that spanned from 1954 to 1996. The purpose was to document the nature and magnitude of geomorphic responses to these three floods and assess the rates and controls on the recovery of the Eel River and its tributaries. Channel widening from extensive bank erosion was the dominant geomorphic change along the lower Eel River during major floods. As a result of the 1964 flood, the largest amount of widening was 195 m and represented an 80% change in channel width. Channel narrowing characterized the periods after the 1955 and 1964 floods. More than 30 years after the 1964 flood, however, the river had not returned to pre-flood width, which suggests that channel recovery required decades to complete. A long recovery time is unusual given that the Eel River is located in an area with a “superhumid” climate and has an exceptionally high sediment yield. This long recovery time may reflect highly seasonal precipitation and runoff, which are concentrated in 3–5 months each winter. In contrast to the main stem of the Eel River, the dominant effects of floods on the tributaries of the Eel River were rapid aggradation of channel bed and valley floor followed by immediate downcutting. Dendrogeomorphic data, aerial photographs, and field observations indicate that thick wedges of gravel, derived largely from hillslope failures in upper reaches of the tributaries, are deposited at and immediately upstream of the mouths of tributaries as the stage of the Eel River exceeded that of the tributaries during major floods. In the waning stages of the flood, the tributaries cut through the gravel at a rate equal to the lowering of the Eel and generated unpaired terraces and nickpoints. The complete process of deposition and incision can occur within a few days of peak discharge. Although reworking of some sediment on the valley floor may continue for years after large floods, channel morphology in the tributaries appears to be a product of infrequent, high magnitude events. The morphology of the tributary channel also appears to be greatly influenced by the frequency and magnitude of mass wasting in headwater areas of small basins.