三峡水库蓄水关键区降水时空变化特征

根据1961—2012年三峡水库安全蓄水各关键区域内经过质量控制的261个代表站逐日降水资料,采用线性回归分析、FFT滤波等方法,研究了区域全年和5—9月降水的时空分布及演变趋势。结果表明:三峡水库蓄水关键区年均降水量为992.9 mm,东多西少,岷江东南部为降水大值中心;近52年来,年降水量以-16.2 mm/10a的速率显著减少,2000年后减少尤为明显,宜宾—重庆段减少最为严重,金沙江减少最微弱;蓄水关键区5—9月降水量占全年降水量75.6%,5—9月降水量以-12.2 mm/10a的速率显著减少,减少趋势较为明显的区域主要位于岷江、沱江、宜宾—重庆段交汇处,5—9月降水20世纪70年代前呈"中北多、南部少",之后演变成"中北少、南部多",大暴雨和极端降水量呈增加趋势,蓄水前后区域降水变化主要体现在空间分布格局方面。     

中山市近56年降水的时空变化特征

根据中山国家气象观测站1956-2010年的降水资料和24个区域自动气象站2007-2011年的降水资料,采用M-K检验、第Ⅰ型极值分布、克里金插值等方法研究了中山市降水的时间和空间变化特征.结果表明：中山市近56年降水量呈上升的趋势,主要突变点在1987和2004年;月平均降水量、月平均雨日及暴雨出现日数最大值都出现在6月;100年一遇的日最大降水量达375.9 mm;中山市降水和暴雨分布趋势基本一致都呈现出南高北低空间差异较大的特点.     

祖厉河流域近50a降水变化及典型人类活动对降水的影响

对祖厉河流域近50 a 降水资料的分析结果表明:祖厉河主流域区等降水量线纬向分布特征明显,降水量随纬度增高而减少;在流域南部和东北部高度差大的地方,降水量随高度增高而增加;受地形影响,祖厉河中下游有一条干舌自西北向东南伸到流域东部边缘,与周边区域相比,干舌区降水偏少90～140 mm.近50 a祖厉河流域降水显著减少,区域平均减少106.4 mm.小波分析表明,25 a以上和10 a左右的降水变化周期很明显,目前处于偏少期;区域平均降水量从20世纪60年代后期开始减少,1986年发生了突变,之后迅速减少.流域内降水季节分配很不均匀,夏季降水最多,占年降水的55%,春、秋季均占年降水的21%,冬季占年降水的3%;春、夏季降水减少不显著,秋季降水减少显著,但进入本世纪,秋雨开始增多,冬季降水有不显著的增多趋势.中下游过度垦殖及河流源头过多的小水利工程等人类活动造成地表状况变化,降水有加剧减少的迹象;流域外大量调水虽然对降水不足有相当的补偿作用,但地表调水显然没有使流域内的天然降水量增加;地表植被增加和人类活动对地表影响较小的区域降水减少比较缓慢.     

基于降水时空分布情景模拟的暴雨洪涝致灾危险性评价

致灾因子危险性评价是进行风险区划的重要环节。本文采用江西省贡水流域超警戒水位的降水作为暴雨致灾因子,以最优极值函数分布方法计算研究该流域的重现期面雨量,利用超警戒水位降水过程的降水量时间分布规律和降水空间经验正交函数分析结果,结合Flood Area模型开展不同降水时空分布情景的洪水演进模拟,以模拟淹没水深作为指标建立暴雨致灾危险性评价等级,对不同降水时空分布情景下贡水流域暴雨致灾危险性进行评价。结果显示:不同的降水时空分布对暴雨洪涝致灾危险性评价影响较大。该方法是完善流域内暴雨洪涝灾害风险区划和评估工作的基础,在此基础上开展流域内不同承灾体的脆弱性评价和暴露度评价,可为地方政府制订减灾规划与预案等提供参考。     

近40年我国西北荒漠化区降水和气温的时空变异特征 --以塔里木河流域为例

基于土地荒漠化的涵义,以及塔里木河流域的人类活动特点和流域水系的组成状况,选择了26个与水系组成相关的气象台站1961～2000年的年降水量、夏半年(5～10月)月均气温的资料,对近40年来该区域土地荒漠化发展的气候背景和时空变异特征进行了分析.年降水量的分析结果表明,流域平均年降水量为77 mm,年降水量年际变化较稳定,变异系数为0.50;40年来各水系的年降水量普遍呈增加趋势;年降水量的空间差异较大,差异系数多年平均为2.29.气温的分析结果表明,流域多年平均气温为20℃,气温年际之间变化微弱,变异系数为0.03;从气温的变化趋势来看,流域各水系的增降趋势不同步,其中叶尔羌河流域和干流上游的气温表现为下降趋势,其他各水系为增温趋势;气温空间差异较小,多年平均为0.21.近40年降水和气温的空间差异具有缩小的趋势.     

基于分位数映射法的黑河上游气候模式降水误差订正

区域气候模式降水弥补了高寒山区气象站点稀少的缺陷,是水文模拟的重要驱动变量。然而,高寒山区模式输出降水的总量和频率都存在较大不确定性。因此,改进了用于降水频率纠正的分位数映射法(Quantile Mapping,QM),对中尺度数值预报模式(Weather Research and Forecasting model,WRF)模拟的黑河上游日降水输出数据进行误差订正。选取第95分位和第98分位降水量为阈值,选择2004-2009年为建模时段,2010-2013年为验证时段,使用分段拟合的方法建立传递函数,侧重于对极端降水进行单独订正。研究结果表明:该方法不仅对降水空间分布有明显的改善,对极端降水也有很好的订正效果。订正前模式模拟日降水与台站之间的均方根误差为3.41 mm·d^-1,绝对偏差为115.67 mm·y^-1,订正后均方根误差减少为3.11 mm·d^-1,绝对偏差有明显改善,为60.3 mm·y^-1。订正后流域内年降水空间分布更加合理,年降水量也更接近于观测降水插值结果,其空间相关系数由0.74改善为0.94。春、夏季订正效果优于秋、冬季,其中夏季订正效果较为明显,订正前降水偏差百分比在-0.1~0.1以内的区域面积仅占流域总面积的28%,而订正后占比增加至66%。同时,该方法对极端降水有较好的订正效果,减小了日降水强度(SDII)和极强降水量(R99p)的模拟偏差,订正后的第95分位模拟降水与观测降水插值的相关系数由0.15提高到0.48。本研究为站点稀少的黑河上游提供了一种更有效的误差订正方案,有利于为寒区水文研究获取更精确的降水数据。     

川北绵阳地区降水量的时空分布特征及变化趋势

选用四川省绵阳地区8个台站1959~2005年日降水资料,采用经验正交函数分解法和连续功率谱分析等方法分析了绵阳地区年降水量的时空分布特征及变化趋势,结果表明,绵阳地区年降水量的空间分布不均匀,局地差异大,主要表现为3种分布型:①区域一致型;②东南—西北型;③中部型。绵阳地区的年降水量呈整体下降趋势,但降水剧烈程度加大,同时东南—西北分布型在加剧;功率谱分析发现,绵阳年降水量的变化具有2.9年和6.7年的显著变化周期;绵阳地区各站的年降水和不同等级降水的降水量和降水日数大致呈不同程度的下降趋势和减少趋势,但不同站点暴雨以上量级的降水量和降水日数变化特征又有所不同;绵阳地区区域平均年降水量呈减少趋势主要是由于雨季降水量和降水日数均出现减少趋势造成的。      

1961-2014年石家庄地区降水量的时空变化特征

利用石家庄地区5个代表站1961-2014年的逐日降水资料,采用多种统计分析方法,分析了石家庄地区降水量的时空变化特征,结果表明石家庄地区年降水量从20世纪70年代开始下降,80年代达到最低,90年代有所增加,但也没有明显的上升趋势,21世纪初又开始下降.20世纪70年代降水量的减少春季和秋季贡献最大,80年代降水量的减少和90年代降水量的增加主要是夏季的贡献.石家庄地区年降水量起伏较大,1963年降水量最多,为1038.4 mm,2014年最少,仅为276.2 mm.近54年石家庄年降水量在波动中呈现下降趋势,线性趋势为-11.0 mm/（10 a）,但下降趋势并不明显.石家庄北部年降水量呈上升趋势,市区及东部、南部和西部年降水量均呈下降趋势,变化趋势均不明显.近54年,石家庄春季降水量呈上升趋势,线性趋势为0.9 mm/（10 a）,夏季、秋季和冬季降水量均呈下降趋势,线性趋势分别为-11.9,-1.1和-0.3 mm/（10 a）,上升或下降趋势均不明显.夏季降水减少是导致石家庄年降水减少的主要原因.石家庄四季降水量变化趋势的空间分布具有明显的季节特征和区域特征.石家庄四季降水量均存在显著周期变化.     

人类活动对1961～2016年长江流域降水变化的可能影响

人类活动造成的温室气体浓度增加对气候变化的加剧做出了贡献,降水作为重要的气象要素和水循环组成部分,人类活动对其时空变化特征的影响也是当下研究的重要课题。本文以长江流域为例,利用1961～2016年CN05.1逐日降水数据和20世纪气候检测归因计划（C20C+D&A Project）中CAM5.1-1degree模式的逐日降水结果,分析了人类活动对长江流域年降水量及三个极端降水指数时空变化的影响。结果表明:包含人类活动及自然强迫因素的现实情景（All-Hist）的模拟结果与观测结果较为相近。All-Hist情景下的多试验集合平均结果对长江流域降水的模拟能力较为可靠。通过对比两种情景下模拟的长江流域降水量时空变化特征发现:考虑人类活动影响后,长江流域平均降水相对于仅考虑自然强迫情景下时呈现减少趋势,且减少趋势随时间推移加剧;极端降水受人类活动的影响随时间呈现出的增加趋势有所削弱;对平均降水及极端降水变化趋势的影响存在空间差异性,其中受人类活动影响最严重的是上游中部、东南部及中下游东南部地区,均呈现减少趋势;但在长江上游西南部极端降水受人类活动影响显著增加,需要加强该区域洪涝预防工作。另外,人类活动对平均降水的减少贡献最大的时段为2000～2009年,影响最明显季节为秋冬两季;人类活动对极端降水的影响与降水的极端程度成正相关,降水极端性越强,受人类活动影响的变化程度更大,且空间分布上的差异性也更加显著。     

青海省 1961—2018 年侵蚀性降水时空变化特征

利用青海省41个气象站点1961—2018年逐日降水数据,采用常规统计学方法,统计逐年降水量/日数、侵蚀性降水量/日数,分析青海省降水和侵蚀性降水的时空分布特征。结果表明:青海省年降水量、降水日数、侵蚀性降水量、侵蚀性降水日数之间呈显著的幂函数关系,空间分布均从东南向西北逐步减少。从4个生态功能区分布来看,三江源地区年降水量最高,为469.3 mm,柴达木盆地全省最低,为99.4 mm;侵蚀性降水量柴达木盆地最低,为25.1 mm,东部农业区全省最高,为155.5 mm。1961—2018年青海省年降水量和侵蚀性降水量分别以8.1、4.7 mm/10a呈显著增加趋势,年降水日数表现为不显著的减少趋势,侵蚀性降水日数呈显著的增加趋势,变化速率分别为-0.5、0.2 d/10a。侵蚀性降水量和侵蚀性日数突变分别发生在2004年和2001年,突变后侵蚀性降水量和降水日数较突变前分别增加22.4 mm和0.7 d。1961—2018年青海省侵蚀性降水量和侵蚀性降水日数的贡献率平均为32.7%和6.5%,侵蚀性降水量和侵蚀性降水日数的贡献率分别以0.59%和0.21%呈显著增加趋势。     

基于自然邻点插值法的洱海湖面降水特征分析

湖面降水是影响湖泊水量和水质的重要因素之一,对湖面降水的研究有利于湖泊水环境的研究和治理。本文利用洱海周边11个气象站降水观测数据,对洱海周边站点的降水进行分析,并基于自然邻点插值法对洱海湖面降水进行分辨率为0.01°的网格插值,分析洱海湖面降水的分布特征。结果表明:洱海湖面降水分布时空差异显著,时间上具有季节性特征,夏季最多,秋季次之,冬季最少;空间上存在显著分布不均,降水高值中心位于洱海中部靠西岸湖湾区域,低值中心位于东南部湖区,最大格点降水量是最小格点的1.9倍;湖面降水存在明显的季节性空间振荡特征,降水的高值中心夏季略有北移向外呈发散性递减。洱海湖面降水时空分布特征的研究为大气湿沉降敏感区域和时段的划分提供数据支持,同时为湖泊水环境研究治理提供科学的技术支持。     

基于西南地区台站降雨资料空间插值方法的比较

以西南地区1996～2000年93个气象台站观测的月均降雨量为基础,对各月降雨量进行空间自相关性,变异特征等空间分析后,采用反距离加权法(IDW)和以不同变异函数模型(指数模型、球面模型、高斯模型)为基础的普通克里金(O-Kriging)两种方法进行空间插值,通过交叉验证结果对两种方法进行分析比对。结果表明:(1)西南地区月均降雨量存在明显的空间集聚现象,并具有显著的空间自相关性和变异特征,可对该研究区域降雨量进行空间插值研究。(2)在O-Kriging插值时,变异函数选用指数模型的效果最好,球面模型次之,高斯模型最差。(3)两种方法对月均降雨量及其极大值和极小值插值时,O-Kriging的插值误差均小于IDW,插值误差整体上与降雨量呈正相关关系。在剔除各月降雨量极大值较为集中的两个站点后进行插值,插值结果的误差均明显降低。(4)对研究区域整体来说,O-Kriging的插值效果优于IDW,但就单个站点来看,结果并非如此。在降雨量的空间插值中,由于研究区域和时间尺度的不同,并不存在绝对的最优方法,应根据实际应用效果选择最适方法。     

黄河源区陆面蒸散量的时空分布特征研究

基于修正的Penman-Monteith（P-M）模型,利用1980~2020年黄河源区的气象台站观测数据和陆-气间水热交换观测试验数据,计算出该区域的陆面参考蒸散量,分析了黄河源区蒸散量的时空演变特征,探讨了影响黄河源区蒸散量变化的原因。结果表明:（1）修正的P-M模型能较准确地估算黄河源区的参考蒸散量,与实际观测的相关系数在0.85以上。（2）黄河源区的蒸散量总体呈上升趋势,但在20世纪80年代中期和90年代中期均呈显著减少趋势;近年来,中部和西部地区的蒸散量呈减少趋势,而东部地区的蒸散量呈增加趋势。（3）黄河源区年蒸散量呈自东向西减小的分布特征,东、中、西部地区分别为473.5~516.0mm、437.6~473.5mm和386.3~437.6mm;四季蒸散量差异明显,夏季最大,春季和秋季次之,冬季最小。（4）黄河源区蒸散量随温度、风速和日照时数的增加而增大,随相对湿度和降水量的增大而减小。      

近40年黄河源区气候要素分布特征及变化趋势分析

用Mann-Kendall统计检验方法对黄河源区13个气象站点1959—1997年日照、气温、降水、蒸发的分布特征和变化趋势进行了分析,结果表明:近40年黄河源区年平均日照时数表现为微弱的下降趋势,空间分布呈明显的从北部向南部减少的态势,变化趋势从中部向西部、东部、北部逐渐减少;年平均气温呈明显的上升趋势,空间分布规律从西向东、从南向北逐渐增加,变化趋势为中部、南部地区上升趋势最小,北部、东部、西部上升幅度较大;多年平均降水呈较弱的下降趋势,空间分布规律从东南向西北逐渐减少,变化趋势表现为大部分地区降水量呈下降趋势;年平均蒸发量的下降趋势幅度较大,空间分布规律从北部向南部逐渐减少,变化趋势表现为大部分地区呈减少趋势,以北部地区最为明显。另外,本文也应用线性倾向估计方法对黄河源区各气候要素进行了分析,这两种方法得到的结果基本一致。     

中国北方苹果种植需水特征及降水适宜性

以中国北方7个苹果主产省为研究区域,基于研究区域及周边100 m范围内210个气象站1970-2019年逐日气象数据和1 km分辨率的数字高程数据,采用最小湿度法对作物系数(Kc)进行逐日估算,并利用基于样条函数插值理论的专业气象插值软件ANUSPLIN对逐日气象数据进行空间插值,计算苹果各关键生育期需水量和降水适宜度...     

基于台站降水资料对不同空间内插方法的比较

如何把离散的气象台站资料通过合适的空间内插方法转变成规则的网格数据,对于气候变化分析和模拟研究具有重要的意义.作者利用中国区域160个常用台站10年降水观测资料为例,分别采用克里格(Kriging)插值、反距离加权、Delaunay三角剖分线性插值、双谐样条(Biharmonic Spline)插值和Cressman客观分析等几种常见的空间内插方法,较为系统地分析和比较了这几种内插方法插值结果之间的异同,对其优缺点和适用范围进行了适当讨论,并采用不同的网格分辨率和影响半径对Cressman客观分析方法做了进一步分析比较.结果表明:在台站分布密集的区域不同空间内插方法之间差异较小,在台站分布稀疏的区域则差异较大;与更加密集的台站观测资料的比较显示,自动调节影响半径的Cressman客观分析方法与双谐样条插值方法误差相对较小.     

基于Shepard和OI方法对雨量计逐时资料的分析

引入地形影响效应的日降水量气候分析场,分别运用Shepard和最优插值(OI)两种插值方法对广东和广西2007年5月20日—8月30日汛期小时雨量计降水量进行插值,得到0.125°×0.125°分辨率的规范化网格资料。结果表明:无论是直接插值还是用降水比率(地形影响效应的日降水量气候分析场)插值,两种方法均能很好地体现广东和广西雨量计站点观测降水的季内变化和日变化特征。虽然用直接插值方法比用降水比率插值方法得到的降水空间分布更为平滑,但估值精度没有用降水比率插值方法高。通过交叉检验进一步表明,总体上OI方法优于Shepard方法,而考虑地形影响效应的降水比率OI方法为最优,能有效提高相关性,并减少均方根误差和系统误差。     

基于DEM修订的新疆区域气温空间插值精度优化研究

为研究新疆地区气温的空间变异性,以新疆66个国家气象台站1981—2010年月平均气温和30 m空间分辨率DEM数据为基础,采用传统插值法、基于DEM多元线性回归插值和基于DEM修正的空间插值方法对新疆区域气温数据进行栅格化,并分析年平均气温与海拔的相关关系。通过采用反距离权重法(IDW),普通克里格法(Kriging),样条函数法(Spline)和趋势面分析法(Trend)4种空间插值方法对气象要素进行直接插值、气温多元回归模型残差结果插值、基于DEM修正插值对比分析。通过针对插值方法进行基于MAE和RMSIE的交叉验证,结果表明传统插值方法、基于多元线性回归和基于DEM修正4种空间插值精度均为IDWKrigingSplineTrend。反距离权重(IDW)空间插值方法最优,基于DEM修正IDW插值、基于多元线性回归IDW插值与传统IDW插值精度分别是0.039、0.477、1.038,插值结果客观的表达了新疆区域气温随空间梯度的变化趋势。     

费尔干纳盆地1950-2019年降水时空变化及其影响机制

基于1950-2019年费尔干纳盆地降水格点数据,利用线性回归法和经验正交函数（EOF）分析等方法,探究了费尔干纳盆地降水年际变化的影响因素及其空间分布模态,并研究了降水时空变化后的大尺度环流影响因素。结果显示：（1）1950-2019年,费尔干纳盆地降水总体呈下降趋势,为-2.20mm/10a,但并未通过显著性检验,同时对单个月份的降水进行检验也都未发现明显趋势。（2）费尔干纳盆地降水的主要模态有两个,解释了全区降水变化的70.52%,第一模态解释了全区降水变化的59.90%,空间向量场呈现全区一致型,表征研究区整体的降水变化情况,受到ENSO和西风带的影响;第二模态解释了全区降水变化的10.62%,空间向量场表现出从西北到东南的空间反相模态,表征研究区降水空间异质性,受到欧亚大陆北部输送的水汽影响。（3）厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）事件通过调整水汽输送路径和季风环流模式影响了费尔干纳盆地的降水变化;来自欧亚大陆北部的气流是造成费尔干纳盆地降水空间格局差异的主要原因。