阿克苏河径流变化与北大西洋涛动的关系

使用小波、交叉小波多尺度分析、相关和突变检验以及线性趋势等方法研究了阿克苏河天然径流与北大西洋涛动的关系。结论如下：（1）对NAO与阿克苏河径流的年代际变化、周期、相关等分析表明两者关系密切;（2）交叉小波谱表明：阿克苏河径流与NAO在年、冬季和夏季各周期尺度上的20世纪90年代相关性高,相关显著区多集中在90年代;（3）阿克苏河径流与NAO年代趋势强弱变化具有一致性;（4）NAO突变影响阿克苏河径流突变;（5）NAO通过大气环流变化来影响阿克苏河流域温度和降水,进而影响其径流。     

黄河源区径流量与区域气候变化的多时间尺度相关

采用交叉小波变换方法,分析了黄河源区实测径流量与区域降水量、蒸发量以及最高、最低气温之间的时频域统计特征,讨论了黄河源区径流与区域气候变化之间的多时间尺度相关.结果表明,黄河源区径流和区域气候变化具有多时间尺度结构,两者都存在准2a、4a、6～8a、12～14a和20a以上尺度的显著变化周期,不同尺度周期振荡能量的强弱和时域分布的位相差异是两者相关不稳定和存在时延相关的重要原因.径流与区域降水量之间正相关振荡的凝聚性最强,区域降水量对径流变化起主控作用,前期降水异常对后期径流变化具有持续性影响.径流变化与区域蒸发量存在显著负相关振荡,年际尺度相关存在不稳定和时延现象.年代际尺度上径流与最高气温的负相关比其与最低气温的正相关凝聚性更强,最高气温升高对增大流域蒸发量导致径流补给的减少作用大于最低气温升高引起冰雪融水补给的增大作用;两者年际尺度相关不稳定,径流对气温变化的响应时间不同.分析认为,区域降水量是黄河源区径流变化的主导因子,最高气温是重要因子;在区域降水量逐年减小的背景下,气温升高进一步加剧了径流量的减小.区域蒸发量和最低气温变化对径流量也有不同程度的影响,气候因子的综合作用是黄河源区径流变化的根本原因.     

1960~2014年淮河流域极端气温和降水时空变化特征

基于淮河流域33个气象站点1960~2014年逐日气温和降水数据,利用Mann-Kendall检验和克里金插值法分析了极端气温、降水指数的时空变化规律。结果表明：① 近55 a来,冷极值呈显著下降趋势,暖极值表现为波动上升趋势;日较差（DTR）呈显著下降趋势,这与最低气温的增加幅度比最高气温大有关;② 总降水量（PRCPTOT）和强降水日数（R10,R20）表现为缓慢下降趋势,1 d最大降水量（RX1day）、连续5 d最大降水（RX5day）以及降水强度（SDII）呈缓慢上升趋势,但变化趋势均不显著;③ 空间变化上来看,霜冻日数（FD0）、冷夜日数（TN10p）、热夜日数（TR20）和暖夜日数（TN90p）在流域大部分地区变化趋势显著,而降水极值在全流域未表现出一致上升或下降趋势,且变化趋势在全流域均不显著;④ 基于流域当前气象站点数据,极端气温、降水指数变化趋势未表现出高程相依性;⑤ 流域大部分极端气温、降水指数变化趋势介于中国南北方流域之间,表现出一定的南北过渡带特色。     

黄河源区径流量的季节变化及其与区域气候的小波相关

采用交叉小波分析方法,分析了黄河源区达日站四季径流量与区域降水量、蒸发量以及最高、最低气温之间的时频域统计特征,讨论了黄河源区河川径流的季节变化及其与气候要素之间的多时间尺度相关。结果表明,黄河源区径流量具有明显的年际和年代际变化,存在着2~4 a、6~8 a和12~22 a尺度的显著变化周期。夏秋季径流变化与区域降水量之间年际和年代际尺度正相关振荡的凝聚性最强,秋季两者相关程度更高;夏季径流与区域蒸发量、最高和最低气温的年代际尺度相关凝聚性高于秋季,径流变化对区域蒸发和气温异常的响应时间也不相同。冬春季径流变化与最高、最低气温的高凝聚性相关表现在年际尺度共振周期上,春季径流与最高气温的负相关程度高于冬季,冬季径流与最低气温的正相关高于春季。分析认为,区域降水量是黄河源区丰水期径流变化的主导因子,最高、最低气温对枯水期径流变化具有重要影响;不同季节气候要素对河川径流的影响机制不同,径流变化对区域气候异常的响应时间存在差异,黄河源区径流变化是气候要素综合作用的结果。     

黄河流域降水格局及影响因素北大核心CSCD

黄河流域位于干旱、半干旱与半湿润过渡地带,是中国重要的经济地带和生态屏障,研究流域降水时空格局及其对多驱动因素的响应具有重要意义。本文分析了近70年降水的时空格局规律、多尺度特征以及降水对不同气象要素与环流因子的响应。结果表明:黄河流域降水量呈下降趋势,降水变率为-0.88 mm/10a,而上游地区呈增加趋势。流域降水存在显著的年周期尺度;年际周期尺度为主导模态,集合经验模态分解(EEMD)的累积方差贡献率为94.85%。偏小波相干性(PWC)分析表明蒸散量为降水多尺度特征的主导气象因素,气象因素主要调制降水的季节性与年周期,环流因子主导降水的年际和年代际周期;不同类型因素的耦合可以增强对降水在所有周期尺度的解释能力。     

1961-2016年渭河流域极端降水事件研究

基于1961-2016 年渭河流域26 个气象站点的逐日降水数据,选取与极端降水事件密切相关的9 个指数,利用线性趋势法、Mann-Kendall突变点检验和方差分析等方法,揭示渭河流域极端降水事件的变化趋势、突变情况以及渭河流域上、中、下游降水情况的差异特征,对研究区未来极端降水事件提供科学预测和理论参考。结果表明：① 渭河流域上、中、下游地区及整个流域的年总降水量分别以16.588 mm/10a、8.319 mm/10a、6.703 mm/10a和9.544 mm/10a的速率下降,表明渭河流域56 a来降水总量存在逐年减少的趋势,整个渭河流域地区呈现变干的趋势。② 降水强度(SDII)、强降水总量(R95PTOT)和极端降水总量(R99PTOT)在整体上均呈现上升趋势,极端降水总量的上升趋势高于强降水总量,上游地区的上升趋势高于中下游地区,表明渭河流域极端降水强度有所增强,极端降水事件发生频率有所增大。③ 渭河流域出现极端降水事件的年份集中在20世纪90年代和21世纪初期,且降水情况的年际差异较大,中游地区的变化更为明显。④ 相关分析显示中下游地区对整个流域极端降水事件的发生情况起到较大的贡献。     

珠江流域多尺度极端降水时空特征及影响因子研究

基于珠江流域74个气象站点1952~2013年逐日降水和气温数据,采用POT抽样、Mann-Kendall（MK）趋势检验、泊松回归等方法,从降水量级、降水频率及发生时间等方面系统分析了珠江流域年、雨季及旱季3个时间尺度上的极端降水特征,并从降水对温度变化响应及ENSO影响等角度,探讨了极端降水变化特征的机理。研究表明：① 珠江流域极端降水年内分布不均,多发于4~9月,其中6月份发生频率最高;② 珠江流域极端降水频率在雨季及年际间分布较为均匀。但在旱季,珠三角地区极端降水在不同年份差异性较大;③ 在雨季及年际尺度上,极端降水年序列趋势性并不显著;而相对干旱季节,极端降雨量级、发生频次均随年份增加呈显著上升趋势,且发生时间提前。珠江流域农业以水稻(Oryzasativa)种植为主,旱季极端降水增加易导致冬汛及其引起的作物倒伏与农田渍涝等灾害,同时对秋冬防洪提出新的挑战,需要引起人们的关注;④ 温度升高和ENSO事件对珠江流域极端降水过程有显著影响。从ENSO影响的角度讲,在厄尔尼诺年,珠江流域西部极端降水量级和频率增加,而流域东部沿海区域极端降水量级减少,时间延后。     

北半球过去2000年气温变化的多尺度分析

对北半球过去2000a重建气温变化的多尺度分析,发现:(1)北半球过去2000a气温变化存在准6a、准11a、准21a、准43a、准86a、准247a、准914a等7个不同时间尺度的波动,并且以年际变化、年代际变化和近千年周期为主,不只是在数百年尺度上受太阳活动的驱动,在数十年尺度上也受到太阳活动的影响;(2)北半球在中世纪暖期波动幅度较小,小冰期气温振荡幅度相对较大,1400~1800A.D.这400a间是北半球最寒冷的时期;(3)在未来的几十年里,北半球气温的自然波动将极大地减低因人类活动而导致的全球气候变暖效应。     

1960～2017年华北地区气候生长季变化特征及成因分析

基于华北地区1960~2017年逐日气温数据,运用Mann-Kendall非参数检验、Morlet小波分析和R/S分析等方法,分析了华北地区气候生长季指标生长季开始（GSS）、生长季结束（GSE）、生长季长度（GSL）、生长季内≥10℃活动积温（AT10）及其对应的天数（DT10）的时空变化特征及其影响因素。结果表明:① 华北地区GSS呈显著的提前趋势,变化速率为-2.43 d/10a,GSL呈现出明显延长,AT10和DT10表现为显著增加趋势,变化速率分别为2.95 d/10 a、67.14℃/10a和2.31 d/10a,GSE变化趋势不明显。近60 a来华北地区GSL的延长主要归因于GSS的明显提前。② 生长季指标变化趋势在空间上存在明显差异,其中GSS与GSL,AT10与DT10变化趋势的空间分布格局较为相似。③ 生长季指标普遍在20世纪90年代中后期发生了明显的突变,GSS、GSE和GSL的突变年份为1994~1995年,AT10和DT10的突变年份为1997~1998年。④ 近60 a来华北地区生长季指标变化存在着2~3 a、5~6 a的主周期。生长季指标Hurst指数都大于0.7,表现为较强的持续性,其过去变化趋势将在未来继续延续。⑤ 北大西洋年代际振荡指数（AMO）是影响近60 a来华北地区生长季指标（GSS、GSE与AT10）变化的主要大气环流因子。     

近60年来黄河入海水沙通量变化的阶段性与多尺度特征

以1950-2011年黄河利津站实测水沙资料为基础,利用突变分析和有序聚类分析方法对60年来黄河入海水沙通量变化过程进行了阶段性划分,并利用功率谱、交叉谱和小波分析方法对同期黄河入海水沙通量的多尺度周期性变化特征进行了分析。研究结果表明,1985年为利津站水沙通量显著变化的时间分界点,此后利津站的径流量和输沙量的各种尺度变化都呈现出明显的减弱趋势。入海径流量和输沙量在时间尺度上分别在2.86a、4.44a和13.33a存在显著相关关系。黄河入海水沙通量变化的阶段性特征受流域的降水以及人类活动尤其是水库建设、干流引水、水土保持等工程措施的影响,进入80年代后受人类活动影响越来越大。西太平洋副热带高压的准两年周期振荡和年代际振荡、降水的周期性、太阳活动的年代际周期是影响黄河入海水沙通量周期性变化的重要因素,使得黄河入海水沙通量的周期性变化集中在年代际变化和年际变化上。黄河入海水沙通量的阶段性递变除受年代际尺度周期性变化控制外,还与人类活动的干扰有着密切的关系。     

西北干旱区内陆河年径流过程的非线性特征——塔里木盆地三源河的实证分析

以塔里木盆地三源河为例,基于1957-2002年的时间序列,运用小波分析方法从不同的时间尺度上分析了年径流过程的非线性变化趋势,并运用关联维数和R/S分析方法揭示了其分形与混沌特征.主要结论如下:(1) 西北干旱区内陆河年径流过程,是复杂的非线性系统,它们具有波动性以及分形和混沌特征.(2) 从大的时间尺度,即16(24)年的时间尺度上来看,阿克苏河、叶尔羌河的年径流量,在整体上基本呈上升趋势,而和田河在整体上却基本呈轻微的下降趋势.如果把时间尺度缩小到8 (23)或4 (22)年,则各河流的年径流量就不再是上升或下降趋势,而是呈明显的波动变化,而且4(22)年尺度上的波动比8(23)年尺度上的波动更加明显.(3)和田河、叶尔羌河与阿克苏河的关联维数分别为3.222 7、3.211 8与 3.209 2,均为非整数,是分形,这说明三源河的年径流过程具有混沌特征.由于每一个关联维数都大于3,这就意味着,要从动力学角度描述三源河的径流过程,至少需要4个独立变量.(4) 从1989-2002年期间的Hurst指数可以判断,在2002年以后的14年里,阿克苏河与叶尔羌河的年径流量基本上将呈增加趋势,而和田河基本上将呈轻微的减少趋势.     

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。     

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。     

过去千年中国不同区域干湿的多尺度变化特征评估

依据近年发表的新成果,对中国过去千年干湿的年至百年尺度变化特征进行了总结梳理与对比分析,综合评估了20世纪干湿变幅的历史地位。主要结论是：① 根据历史文献记载重建的东中部各区干湿序列在1400年以后均达高信度,但其前因存在记录缺失,仅有半数时段的重建结果达高信度。在东北及内蒙古东部,根据不同地点湖沼沉积物记录揭示的区域干湿百年尺度变化特征在多数时段不一致。在西部的黄土高原、河西走廊、新疆中北部、青藏高原东北部和东南部等地区,利用不同地点树轮资料重建的干湿序列显示的干湿变化特征在区内一致性高。② 过去千年中国各地干湿变化均存在显著的年际、年代际和百年尺度周期。其中准2.5 a、60~80 a和110~120 a等尺度的周期为所有地区共有;3.5~5.0 a、20~35 a等尺度周期则主要发生在东北、东中部地区、黄土高原和青藏高原;而准45 a周期则只发生在东北和东中部地区（均超过90%信度水平）;各区域间的干湿变化位相并不同步。③ 尽管已发现青藏高原东北部20世纪很可能是过去3000 a最湿的世纪之一,但其他大多数区域的重建结果显示：20世纪的干湿变幅在年代际尺度上均未超出其前各个时段的变率范围。     

1956—2013年曹家湖流域径流深变化

在古浪河水文站观测数据基础上,运用数理统计方法对曹家湖流域1956—2013年径流深变化的研究表明:(1)曹家湖流域春、夏、秋、冬季径流深的变化趋势均表现为20世纪80年代偏多,2000年后偏少,这两个时段内年径流深与季节径流深变化一致;除冬季外,其他季节20世纪60年代径流深均高于多年平均;夏、冬季和年径流深70、90年代偏多。(2)就年际变化而言,春、夏、秋季径流深均表现为减小趋势,但不显著,冬季径流深呈不显著微弱增加趋势。受季节变化的影响,年径流深也表现出减小的态势。(3)各季节径流深变化均存在4~18a的短周期变化,除春季外,其他季节径流深变化还存在28~30a的长周期变化。(4)研究区春、秋、冬季和年径流深分别在2008、1961、2007、2007年突变减小,除冬季外,其他均未通过95%的显著性水平检验;研究时段内,夏季径流深经历了两次突变显著减少,分别出现在1966年和2007年。(5)研究区春、夏、秋季以及年降水量与径流深之间存在显著的正相关关系,冬季降水量与径流深存在不显著的负相关关系。     

极点对称模态分解下中国新疆温度变化趋势的区域特征

基于新疆16个国际交换站1957-2012年年平均温度时间序列,利用极点对称模态分解(ESMD)方法,分析了新疆温度序列的非线性趋势变化特征,并对其空间差异进行了初步探讨。结果表明：50多年来,新疆年平均温度整体上呈现出显著的非线性上升趋势,且其变化存在明显的年际尺度(2年和8年)和年代际尺度(10年和25年);各分量方差贡献率显示年际变化在新疆整体温度变化中占据主导地位,重构的年际变化趋势能精细刻画原始温度序列在研究时期内的波动状况;重构的年代际变化揭示了新疆在1997年前后气候模态有了显著转换,由原来温度以负相位为主的气候模态转向正相位显著的高温气候模态;年平均温度非线性变化趋势具有明显的区域差异,北疆以上升为主,东疆表现出先降后升,南疆变化较为复杂。同时,结果还表明ESMD是一种很好的甄别大尺度循环和非线性趋势的方法。     

塔里木河流域60 a来天然径流变化趋势分析

利用塔里木河流域近60 a的地表径流、气温和降水量资料,通过趋势分析、突变检验、年代际分析等方法分析了塔里木河流域地表径流变化的时空差异性,探讨了塔里木河流域天然径流变化对气温、降水量变化的响应。研究表明：近60 a来塔里木河流域三源流径流整体存在增加的趋势,但干流径流存在减少的趋势;塔里木河流域三源流增加强度在1993年前后从强到弱依次为阿克苏河、叶尔羌河、和田河,进入2000年后从强到弱依次为和田河、叶尔羌河、阿克苏河;塔里木河流域三源流径流强度增加主要受降水增加和由气温增加引起的融雪径流增加的双重影响。     

不同源降水数据在天山南坡阿克苏河流域适用性分析

降水是水热循环以及气候变化研究的重要环节,降水资料的准确与否直接影响流域尺度的水文过程研究。本文基于2000-2015年天山南坡阿克苏河流域气象站点观测降水数据,对比分析了Tropical Rainfall Measuring Mission（TRMM）降水数据集和Global Land Data Assimilation System（GLDAS）两种具有代表性的降水格网数据集在阿克苏河流域的适用性。结果表明：TRMM3B43数据在阿克苏河流域的整体表现优于GLDAS-2数据。两种数据的精度在月尺度上表现最优,相关系数分别为0.938和0.901,通过了0.01的显著性检验;在季节尺度,TRMM3B43数据各季节与站点插值的拟合度要优于GLDAS-2数据,但二者均呈现出高估冷季降水而低估暖季降水的趋势;在年尺度上,两种数据表现较差。在空间分布上,两种数据类型均能够反映出阿克苏河流域降水自西北向东南递减的空间分布趋势。并且两种数据在平原区的表现均优于山区,低估高海拔地区降水而高估低海拔地区的降水。