阿克苏河径流变化与北大西洋涛动的关系

The relationship between North Atlantic Oscillations (NAO) and Aksu River Runoff (ARR) was investigated by using the wavelet transform (WT), cross wavelet transform (CWT), correlation and linear trend analyses, and abrupt change test. The main results are as follows: the interannual/decadal variation and period analyses of ARR and NAO reveal that the both were close correlated each other; the CWT indicates that the correlation was good between ARR and NAO at all periods in the 1990s, because the significant correlation areas mainly concentrated in the 1990s; the variations in the trend strength of ARR and NAO were consistent; the abrupt change of NAO was also temporally consistent with that of ARR, which exerted impact on the Aksu River Basin (ARB) climate and then the ARR through atmospheric circulation variation. Foundation: Special Fund for Social Public Good Project of the Ministry of Science and Technology, No.2004DIB3J118; No.2005DIB6J113; GYHY (QX) 2007-6-8; Desert Meteorological Fund, No.2007011 Author: Li Hongjun (1971–), Associate Professor, Ph.D Candidate, specialized in climate change.     

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。     

MODIS observed snow cover variations in the Aksu River Basin,Northwest China

A major proportion of discharge in the Aksu River is contributed from snow-and glacier-melt water.It is therefore essential to understand the cryospheric dynamics in this area for water resource management.The MODIS MOD10A2 remotesensing database from March 2000 to December 2012 was selected to analyze snow cover changes.Snow cover varied significantly on a temporal and spatial scale for the basin.The difference of the maximum and minimum Snow Cover Fraction(SCF)in winter exceeded 70%.On average for annual cycle,the characteristic of SCF is that it reached the highest value of 53.2%in January and lowest value of 14.7%in July and the distributions of SCF along with elevation is an obvious difference between the range of 3,000 m below and 3,000 m above.The fluctuation of annual average snow cover is strong which shows that the spring snow cover was on the trend of increasing because of decreasing temperatures for the period of 2000-2012.However,temperature in April increased significantly which lead to more snowmelt and a decrease of snow cover.Thus,more attention is needed for flooding in this region due to strong melting of snow.     

阿克苏河流域的面雨量序列及其与径流关系

以数字高程模型 (DEM) 的1km×1km网格数据为基础,对阿克苏河流域14个气象站和水文站的1961~2000年的年降水资料进行了自然正交分解 (EOF),通过回归分析,建立主要特征向量与地理因子的插值模型,给出了一个面雨量序列的计算方法,为建立气候要素的区域平均序列提供了一个有效的解决方案,并由此推算出年阿克苏流域平均年降水量的空间分布以及面雨量序列。径流量与面雨量之比 (R/P) 平均为0.43,最高为0.69 (1997年),最低为0.30 (1963年)。计算出的阿克苏河流域面雨量序列与阿克苏河实测径流量序列的趋势变化率分别为5.79×10⁸ m³/10a和4.29×10⁸ m³/10a,两者均表现出增加趋势,但面雨量的增加速率要比径流量大一些,年际变化幅度也要大,面雨量和径流量的变差系数Cv值分别为0.17和0.13。阿克苏河年径流量的变化与夏季0^oC层高度、年面雨量有着十分密切的关系,表明20世纪90年代以来新疆气候的变化是阿克苏河流域径流稳定增加的一个非常重要的因素。     

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。     

气候变化对秦岭北陂径流过程的影响机制研究——以灞河流域为例

综合运用距平分析、连续小波变换（CWT）、交叉小波变换（XWT）、小波相干（WTC）和时滞相关性分析等方法对秦岭北坡灞河流域径流与六大气象因子进行了多尺度分析。结果表明：水文气象因子在不同时频域中存在1~4个显著性周期,且都能通过95%置信水平检验;太阳黑子数8~11.4 a的显著性周期对同时间尺度年均SOI和年均MEI的连续小波能量谱具有明显的影响;交叉小波变换和小波相干分析相结合的方法在识别水文和气象要素的共振周期、相位角变化、丰枯阶段转换、时滞性、相关性、突变与显著性检验等方面具有独特的优势;同期降水是灞河流域径流形成和变化的控制性因素,年均太阳黑子数的影响作用微乎其微,月均流量滞后月均AOI0个月或8~9个月时的相关系数绝对值达到最大,滞后月均SOI2个月或7~8个月达到最大,滞后月均MEI6~8个月达到最大。     

阿克苏河流域气候变化对潜在蒸散量影响评价(英文)

Evapotranspiration is one of the key components of hydrological processes. Assessing the impact of climate factors on evapotranspiration is helpful in understanding the impact of climate change on hydrological processes. In this paper, based on the daily meteorological data from 1960 to 2007 within and around the Aksu River Basin, reference evapotranspiration (RET) was estimated with the FAO Penman-Monteith method. The temporal and spatial variations of RET were analyzed by using ARCGIS and Mann-Kendall method. Multiple Regression Analysis was employed to attribute the effects of the variations of air temperature, solar radiation, relative humidity, vapour pressure and wind speed on RET. The results showed that average annual RET in the eastern plain area of the Aksu River Basin was about 1100 mm, which was nearly twice as much as that in the western mountainous area. The trend of annual RET had significant spatial variability. Annual RET was reduced significantly in the southeastern oasis area and southwestern plain area and increased slightly in the mountain areas. The amplitude of the change of RET reached the highest in summer, contributing most of the annual change of RET. Except in some high elevation areas where relative humidity predominated the change of the RET, the variations of wind velocity predominated the changes of RET almost throughout the basin. Taking Kuqa and Ulugqat stations as an example, the variations of wind velocity accounted for more than 50% of the changes of RET.     

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.     

阿克苏河流域气候变化对潜在蒸散量影响分析

蒸散发是水文过程的关键环节,研究气候因子对潜在蒸散发的影响,有助于深入认识水文过程对气候变化的响应。本文基于阿克苏河流域1960-2007 年逐日气象资料和Penman-Monteith公式,估算并分析参考作物蒸散量(RET) 时空变化特征,并用多元回归方法定量区分气候因子变化对RET 变化的贡献率。研究发现流域RET 空间差异明显,东部平原区平均年RET 为1100mm左右,是西部山区的近2 倍;东南部绿洲区的RET显著减少,而西部变化复杂。RET变化趋势的季节差异也很显著,以夏季变幅最大,是年变化的主要贡献者。高海拔地区相对湿度对RET变化影响最大,其它区域的风速变化对RET变化的贡献率最高。库车和乌恰站的风速变化对RET变化的贡献率大于50%,是RET变化的主导因素。     

阿克苏河流域气候变化对潜在蒸散量影响评价(英文)

Evapotranspiration is one of the key components of hydrological processes. Assessing the impact of climate factors on evapotranspiration is helpful in understanding the impact of climate change on hydrological processes. In this paper, based on the daily meteorological data from 1960 to 2007 within and around the Aksu River Basin, reference evapotranspiration (RET) was estimated with the FAO Penman-Monteith method. The temporal and spatial variations of RET were analyzed by using ARCGIS and Mann-Kendall met...     

新疆克里雅河源流区径流变化与气候因子关系的非线性分析

利用克里雅河源流区兰干站1957～2009年的年径流量、气温和降水量实测数据,借助小波分析和R/S分析等方法探讨了径流量、气温和降水量的变化趋势及多时间尺度相关性。结果表明:(1)年径流量与气温和降水量存在明显的正相关关系并皆呈增加趋势,结合R/S分析,这种增加趋势在未来的50a仍将可能持续。(2)研究区年径流量、气温和降水量均存在9年的年际变化周期,而在年代际上由于气温和降水量周期性不同致使径流量的周期为15年。另外,三者在未来的20年存在不同的周期性突变。(3)克里雅河源流区径流量与气温和降水量存在显著的非线性相关关系。年径流量的变化是气温和降水量综合作用的结果。     

雅鲁藏布江流域径流特性变化分析

本文采用Morlet小波对1956~2000年雅鲁藏布江流域6个站点的径流序列进行了分析,揭示了不同时间尺度下四个季节以及年平均径流量的丰枯交替特性、突变性和周期性,通过小波方差确定各序列存在的主要周期。结果表明:在15年时间尺度上,雅江流域四个季节的径流变化趋势基本一致;发生突变的年份主要在1957、1967、1976、1983、1992年;径流序列第一主周期主要以15年长周期和2年短周期为主,第二主周期以15、6、2~3年的长、中、短周期为主;秋季和冬季径流序列的周期空间分布基本一致,年平均径流序列的周期分布与夏季最为接近;除拉萨河子流域春季在2~3年尺度上处于枯水期外,其他子流域其他时段在任何时间尺度上未来几年里都将处于丰水期。     

Glacier changes from 1975 to 2016 in the Aksu River Basin,Central Tianshan Mountains

Journal of Geographical Sciences - In this study, we analyzed glacier changes in the Aksu River Basin during the period 1975–2016, based on Landsat MSS/TM/ETM+/OLI imagery analysis and the...     

西北干旱区阿克苏河径流对气候波动的多尺度响应

基于阿克苏河流域1960~2010年的气象、水文观测数据,利用集合经验模态分解（EEMD）方法,对研究期内阿克苏河径流时间序列进行多尺度的分析,并探讨其在不同时间尺度上的振荡模态结构特征及其对气候因子的多尺度响应。结果表明：① 近50年来,阿克苏河年径流整体上呈现出显著的非线性增加趋势,且其变化在年际尺度上表现出准3 a和准6~7 a的周期性波动,在年代际尺度上表现出准13 a和准25 a的周期性变化;② 各周期分量的方差贡献率表明,年际振荡在径流长期变化中占据主导地位,年代际尺度在径流变化过程中也起着重要作用。重构的径流年际变化能够较为详细地描述原始径流序列在研究时期内的波动趋势,重构的径流年代际变化则有效揭示了阿克苏河径流在不同年代丰、枯水期交替出现的状态。③ 在年际尺度上径流与气温、降水和潜在蒸发都表现为不显著的正相关关系,而在年代际尺度上,径流量与气温和降水均表现为显著的正相关关系,与潜在蒸发表现为显著的负相关关系,且在年代际尺度上相关性和显著性明显强于年际尺度,表明年代际尺度更适于评价径流对气候波动的响应。结果表明EEMD是一种甄别非线性趋势和尺度循环的有效方法。     

树轮记录的历史时期阿克苏河流域沙尘天气变化

相关计算表明,位于塔克拉玛干沙漠西北边缘沙漠-绿洲-山地过渡带的阿克苏河流域英阿特河树轮标准化年表与该区域4—7月的沙尘天气日数相关显著,单相关系数高达-0.527（α<0.0001）,利用树木年轮重建阿克苏河流域历史时期沙尘天气日数是可行的,并具有明显的树木生理学意义。利用吾力街力克和英阿特河标准化自回归年表序列可较好地重建阿克苏气象站过去611 a的4—7月沙尘天气日数,经多方面验证,表明其具有较好的可信性。在过去611 a中,阿克苏河流域沙尘天气日数以2.3 a、4.1 a、5 a、6.8 a、8.8 a、10.7 a、45.1 a、50.7 a的周期最为显著;且经历了9个偏湿期及9个偏干期,降水的增加有利于制约沙尘天气的发生,在新疆气候暖湿化的背景下,沙尘天气有望减少;阿克苏河流域历史时期沙尘天气日数在1434年前后、1721年前后、1776年前后和1865年前后发生了由少向多突变,在1685年前后、1752年前后和1798年前后发生了由多向少的突变。这些突变年份中,1721年前后的由少到多突变最为显著,1752年前后的由多到少突变最为显著。17、18世纪沙尘天气较为频繁,15—17世纪,沙尘天气日数明显增加,18—20世纪,呈下降趋势。     

1766 年以来黄河中游与永定河汛期径流量的变化

利用清代志桩涨水尺寸和雨分寸记录、近现代器测水文与降雨数据等多种资料,重建/修正了永定河卢沟桥断面和黄河三门峡断面1766-2004 年的汛期径流量(m³/s),其在夏秋汛期的多年平均径流量分别为109.0 m³/s 和5121.1 m³/s。并依据多年径流量平均值±1 个标准差值得出了新的丰-枯水发生年表。小波分析显示两者具有较为明显的30~40 年周期,1920 年之后,永定河持续性的枯流使河流水量变化周期消失,黄河中游的高频周期则更加发育。两者在1780-1900 年存在20 年尺度上的变化同步性现象,而1840-1860 年代和1890-1910 年代两者出现了明显的反相位现象。从1766 年以来的情况分析,中国东部季风区进入20 世纪暖期之后,黄河中游与永定河卢沟桥以上流域的汛期降雨基本为反相关关系。     

气候变化对河北省海河流域径流量的影响

利用河北省境内海河流域51个气象站、68个水文站1956~2000年近50年的气象、径流量数据,分析了气象要素和径流量的变化规律。河北省境内海河流域多年平均地表径流量为67.0×10⁸m³,从20世纪 50 年代至 90 年代地表径流量呈逐渐减小的趋势,50年代为105.3×10⁸m³,90年代为54.7×10⁸m³。地表径流量随降水量的减少而减小,随气温的升高而下降,用回归方法建立的径流量与气象要素之间的模型为对数模型。根据未来气候变化情景对河北省海河流域径流量的预测:2030年为70.0~76.8×10⁸m³,2050年为69.8~76.9×10⁸m³。     

Synchronism of runoff response to climate change in Kaidu River Basin in Xinjiang, Northwest China

The runoff in alpine river basins where the runoff is formed in nearby mountainous areas is mainly affected by temperature and precipitation.Based on observed annual mean temperature,annual precipitation,and runoff time-series datasets during 1958–2012 within the Kaidu River Basin,the synchronism of runoff response to climate change was analyzed and identified by applying several classic methods,including standardization methods,Kendall's W test,the sequential version of the Mann-Kendall test,wavelet power spectrum analysis,and the rescaled range(R/S) approach.The concordance of the nonlinear trend variations of the annual mean temperature,annual precipitation,and runoff was tested significantly at the 0.05 level by Kendall's W method.The sequential version of the Mann-Kendall test revealed that abrupt changes in annual runoff were synchronous with those of annual mean temperature.The periodic characteristics of annual runoff were mainly consistent with annual precipitation,having synchronous 3-year significant periods and the same 6-year,10-year,and 38-year quasi-periodicities.While the periodic characteristics of annual runoff in the Kaidu River Basin tracked well with those of annual precipitation,the abrupt changes in annual runoff were synchronous with the annual mean temperature,which directly drives glacier-and snow-melt processes.R/S analysis indicated that the annual mean temperature,annual precipitation,and runoff will continue to increase and remain synchronously persistent in the future.This work can improve the understanding of runoff response to regional climate change to provide a viable reference in the management of water resources in the Kaidu River Basin,a regional sustainable socio-economic development.     

新疆塔里木河三源流径流量变化趋势分析

运用非参数检验、R/S分析和小波分析等方法对塔里木河三源流的年径流序列进行了分析。结果表明:阿克苏河与叶儿羌河的突变点在1993年,而和田河在1978年;阿克苏河径流呈显著增加趋势而叶儿羌河增加不显著,结合其Hurst指数可知,在未来阿克苏河仍将保持增加走势而叶尔羌河将转变为减少;和田河径流呈轻微的减少趋势,其Hurst指数接近于0.5,具有随机性,不可做长程预测;阿克苏河在6、18、22 a周期性明显,和田河主周期为9和17 a,而叶尔羌河在3、9、13和17 a处周期性明显。     

黄河流域天然径流量突变性与周期性特征

突变性和周期性是水文时间序列的两个重要特征。黄河流域面积广阔，各区域水文水资源系统演变规律各不相同，它们的突变和周期变化及其形成的物理机制遍异，因此系统分析各区域水资源突变性和周期性特征及其影响机制具有重要意义。把黄河流域划分为15个区域，计算出各区域1951—1998年的年天然径流量系列。利用Mann-Kendall非参数检验方法检测黄河流域各区域年天然径流量的突变年份，结果表明各区域的突变年份不完全一致，主要在1953—1955年、1979—1983年、1991—1993年等发生了突变，这些突变与北半球气候突变具有一致性，且由于下垫面改变、人类活动等影响而复杂化。利用Morlet小波分析各区域年天然径流量的变化周期，发现主要存在3～4a、7～9a、11a的周期，形成这些周期的物理因子有太阳黑子、海—气相互作用和下垫面因素等。通过分析黄河流域主要产流区不同时段小波系数变化，发现20世纪80年代之后年径流量主要以短周期变化。