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。     

1644-1911年中国华东与华南沿海台风入境频率

利用清代至民国时期华东与华南沿海的多种历史文献,通过对“颶”、“颱”含义的考察与风雨潮现象记录特征的辨析,以及非台风事件的排除,建立了1644-1911年入境华东与华南沿海的逐年台风频率序列。研究时段内共有967次台风入境(年均3.62次),17世纪后半期、19世纪与20世纪之交这两个时期是台风活动非常活跃的时期。ENSO现象与沿海台风活动的频率不存在明显的相关性。全球/半球尺度的冷暖转换在19世纪后期至20世纪早期曾经伴随了入境中国沿海台风次数的增加,在过去300年中是增长速率最快的一个时期,但在17世纪和18世纪之交时出现的快速升温现象却伴随着沿海台风数量的下降。因此,半球/全球尺度的快速升温现象与中国华东—华南沿海遭受台风数量之间可能不存在线性关系。     

1766年以来黄河上中游汛期径流量变化的同步性

依据清代陕县万锦滩志桩水位记录和阿尼玛卿山祁连圆柏树轮,分别重建器测资料之前的三门峡和唐乃亥黄河汛期径流量,得到1766~2000年河源与中游年际分辨率的汛期径流量序列。中游与河源段流量都存在着具有明显阶段性的4~6 a周期和50 a周期,前一周期在1820年代前后与1960年代前后一致,而后一周期则基本贯穿两流量序列的置信区间之内。交叉小波分析显示,两者在年代际尺度上相关性最好,而在年际尺度上,则有非常明显的中游变化滞后于河源3~5 a的现象。年代际规模上黄河上中游的枯流首先是自然变化的结果。     

全新世温度研究回顾及对历史人地关系的启示

最新一些研究结果强调了全新世期间的长期增温趋势,综合全球平均海平面、大陆冰盖面积、大气温室气体和太阳辐射证据来看,这比传统观点所认为的全新世期间的长期降温趋势,更具有合理性。回顾历史,结合最新的一些研究进展,发现支持“中全新世大暖期”和“晚全新世降温趋势”的证据存在明显的不确定性,最核心的问题为晚全新世加强的人类活动对代用指标或者证据的强烈扰动,使得其不能准确地反映真实的气候变化过程。鉴于目前全新世温度历史争论的核心关键在于晚全新世,因此有必要加强晚全新世温度变化研究。在人类活动影响较小的地区,或者利用对人类活动不敏感的代用指标开展研究,有望可以获得更可靠的晚全新世温度历史重建结果,为准确认识中华数千年文明的长期温度变化背景,进而理解期间的“人地关系”演化历史,并最终客观认识现今面临的以全球变暖为主要特征的气候环境问题,提供一定的科学基础。     

1736-2010年华南前汛期始日变化

根据清代华南雨雪分寸记载的内容、特点,参照华南地区前汛期降水特征,提出了利用雨雪分寸记载重建华南前汛期开始时间的方法,重建了1736-1911 年福州与广州前汛期开始日期变化序列;并利用福州与广州（分别始于1953 和1952 年）逐日降水观测记录辨识了器测时期两地前汛期的逐年开始时间;据此分析了过去300 年华南前汛期开始日期的年-年代际变化特征。结果表明：1736-2010 年间,福州、广州两地前汛期开始时间平均为5 月第1 候;但存在显著的年际和年代际波动,其中重建时段（1736-1911 年）的主周期为2~3 年、准10 年和准40年,器测时段的主周期为2~3 年、准10 年和准22 年。在年际尺度,重建时段福州和广州前汛期开始时间最早的年份均为4 月第4 候,最晚的年份则分别为5 月第6 候和6 月第1 候;而器测时段两地前汛期开始时间的最早年、最晚年均为4 月第4 候和6 月第1 候。在年代际尺度,重建时段福州和广州相邻年代最大变幅分别为2.2 候和1.6 候;器测时段福州和广州相邻年代最大变幅则分别为2.5 候和2.4 候。     

1736-2010年华南前汛期始日变化

根据清代华南雨雪分寸记载的内容、特点,参照华南地区前汛期降水特征,提出了利用雨雪分寸记载重建华南前汛期开始时间的方法,重建了1736-1911年福州与广州前汛期开始日期变化序列;并利用福州与广州(分别始于1953和1952年)逐日降水观测记录辨识了器测时期两地前汛期的逐年开始时间;据此分析了过去300年华南前汛期开始日期的年-年代际变化特征。结果表明:1736-2010年间,福州、广州两地前汛期开始时间平均为5月第1候;但存在显著的年际和年代际波动,其中重建时段(1736-1911年)的主周期为2~3年、准10年和准40年,器测时段的主周期为2~3年、准10年和准22年。在年际尺度,重建时段福州和广州前汛期开始时间最早的年份均为4月第4候,最晚的年份则分别为5月第6候和6月第1候;而器测时段两地前汛期开始时间的最早年、最晚年均为4月第4候和6月第1候。在年代际尺度,重建时段福州和广州相邻年代最大变幅分别为2.2候和1.6候;器测时段福州和广州相邻年代最大变幅则分别为2.5候和2.4候。     

1766-2000年黄河上中游汛期径流量波动特征及其与PDO关系

利用清代黄河上中游3个站点的志桩尺寸记录,通过建立回归模型反演了1766-1911年的逐年径流量,重建了兰州、青铜峡和三门峡1766-2000年的逐年汛期径流量序列,再结合河源段唐乃亥站1766-2000年的逐年径流量,构建了河源—上游—中游4个站点的径流量序列,这是目前利用历史文献记录能够获得的最为清晰的黄河径流量曲线。研究显示,19世纪中期出现在黄河下游的沉重“河患”是由青铜峡—三门峡河段内的径流量突变所致,而20世纪20年代的枯水时段从河源段到中游段都存在,但其不是突变造成。同时,研究也揭示出太平洋年代际振荡（PDO）与黄河上中游径流量在年代际尺度上存在着阶段性的反相位关系,20世纪前期和中期,8~16年尺度上在4个站点的径流量都有反相位关系出现;在19世纪30-50年代,PDO与流量在4~6年尺度上的反相位关系在兰州和三门峡断面都较为明显。交互小波分析显示,PDO与黄河上中游汛期水量在8~16年尺度上存在着较为明显的反相关关系,但只存在于三门峡和兰州断面。这一关系也许表明,黄河上中游产流区的夏季降雨量与PDO的关系具有较为明显的时间和空间差异性。     

多灾种时空耦合网络构建：从多维网到单顶点网

基于1970—2017年秦岭南北72个站点气象数据,以“地理时空分析-小波相干分析-时空耦合网络”为方法框架,对秦岭南北干旱-热浪时空耦合特征进行分析;进而以干旱-热浪时空耦合网络为基础,完善时空网络连边规则,拓展单顶点网分析方法,再认识多灾种时空耦合的群聚群发效应。结果表明：① 全球变暖背景下,秦岭南北降水模态逐渐由20世纪80年代雨涝主导向干旱主导转变,同时热浪在2010年前后经历第2个谷值期后快速增加,加剧了区域干旱-热浪耦合风险。② 秦岭南北干旱-热浪变化具有同步性,但是不同时段显著周期存在差异。其中,在20世纪70—80年代初,秦岭南北干旱-热浪4~8 a周期同步减弱,并向低频2~4 a周期转变;后期同步耦合增强时段有2个,分别是1995—2002和2012—2017年。在空间格局上,秦岭以北和汉江谷地为秦岭南北干旱-热浪耦合影响关键区域,而丹江口水库附近、嘉陵江流域、秦岭南坡中段为干旱-热浪耦合波动区。③ 在研究方法上,地理时空分析为秦岭南北干旱-热浪时空耦合提供基本事实判断,小波相干可定量干旱-热浪多时间尺度耦合关系,多灾种时空耦合网络可解释多灾种“平静-爆发”现象,识别干旱-热浪耦合稳定区和波动区,三种方法相辅相成,初步形成面向多灾种时空耦合分析方法体系。     

中国居民城际出行网络的空间结构特征

利用腾讯迁徙数据构建居民城际出行网络,分析了不同时段、不同交通方式下中国居民城际出行网络的空间结构特征以及主要城市群的对内、对外居民城际出行模式。研究发现,2018年中国居民城际出行网络呈“东密西疏”空间分布格局,形成以京、沪、穗—深、蓉—渝等高中心性城市为顶点的顶层跨区级“钻石型”网络结构。“春运”时段城际出行的重心相较日常出行更偏向于西南,居民城际日均出行规模亦高于其他时段,特殊节假日城际出行具有显著的空间邻近效应。不同出行方式下的出行人口、出行范围和出行交通网络差异显著,航空、铁路、公路出行分别承担国家级、区域级和地方级城际出行的人口集散。主要城市群对内出行网络呈现“核心—邻近—边缘”空间格局,以多中心双核出行模式为主,对外出行网络则呈现“跨区—邻域—地方”的格局,以单中心单核出行模式为主。     

“生产-生活-生态”空间识别与优化研究进展

“生产-生活-生态”(简称“三生”)空间识别与优化研究是在识别现状空间结构、格局及问题的基础上,对未来空间进行优化布局,实现空间的均衡、可持续性发展,是一种更具综合性的国土空间分区方式,已成为当前学术前沿和国土空间规划亟需解决的实践问题。论文通过文献调研法、对比法和归纳法,系统梳理了“三生”空间概念内涵、识别与优化研究现状。目前,“三生”空间识别研究取得了阶段性成果,但“三生”空间形成的内在机理与概念探讨不足,“三生”空间的定量识别方法与技术体系研究有待完善,“三生”空间动态演化及驱动机制、空间冲突诊断和问题分析较为薄弱,“三生”空间优化理论和技术体系尚处于初级阶段。未来,应形成“三生”空间识别与优化“质”“量”观,借鉴国际空间规划已有的研究成果,以“‘三生’空间形成机理与概念界定、定量识别、演化机制挖掘、冲突诊断与问题分析、优化调控与模拟”为主线,系统构建“三生”空间识别与优化的理论与技术体系;同时,重视具有水平方向和垂直方向特征的山区“三生”空间识别与优化研究。     

1644-2009年黄河中游旱涝序列重建与特征诊断

据清代各县级政区的历史沿革,及现存历史文献资料的详细程度,选取黄河中游18个代表站点,在提高空间分辨率的基础上,采用旱涝等级法与面积加权法重建了1644-2009年各站点旱涝等级序列。利用小波分析、累积距平、滑动t-检验等方法,检测了全区过去366年旱涝发生的周期、阶段性和突变点。结果显示:旱涝序列存在21年、70年、114年左右的多年代际尺度周期信号;1644-1683年、1737-1775年、1885-1921年为多雨期,1684-1736年、1776-1814年、1922-2001年为少雨期;目前黄河中游开始进入雨涝多发期;1815-1895年旱涝波动频繁,气候进入不稳定期;过去366年存在2个由干旱转为雨涝期的气候突变点,分别位于1723-1726和1814-1816年。     

1736-1911年中国水灾多发区分布及空间迁移特征

重建历史时期极端气候灾害的时空格局,对于认识当前和未来的灾害演变趋势,辨识灾害高风险区,更好地应对气候变化的挑战具有重要意义。本文基于《清史·灾赈志》中的历史水灾记录,以县级政区为单元,逐年提取了1736-1911年间中国境内的8582个水灾发生地点;利用核密度估计法对这一时期及3个特征时段(1736-1795、1796-1850和1851-1911年)的水灾空间分布特征进行分析,并结合风险理论框架讨论水灾多发区的分布及迁移的影响因素。主要结论如下：①1736-1911年水灾多发区主要集中在华北平原北部的海河、黄河下游,淮河下游,长江中下游三大平原及沿江地带,与现代分布格局存在一定差异;②华北平原北部是清代水灾最为集中的区域,这与当时华北平原降水偏多有关,而进入19世纪后,当地社会经济系统的高脆弱度也大大加重了灾情;特别是1855年黄河改道后,因政府应对不力,使得1851-1911年间鲁西北地区沿黄河下游河道出现一个条带状水灾多发区;③19世纪长江中下游地区水灾频次激增,其原因除梅雨变化导致的极端降水事件增多外,人类不合理的农业开发活动大量挤占湿地和水体,也在相当程度上增大了当地面对水灾时的物理暴露度。     

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。     

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。     

黄河南徙期间淮河流域水灾研究与制图*

本文以历史洪涝潮灾史料为依据,分析了在黄河南徙入淮期间淮河流域的洪涝潮灾情况,着重阐述了明清时期人类治河及漕运活动对淮河流域水灾的多方面作用。对历史自然灾害研究提出了自己的认识,并根据史料描述和统计结果做出多种类型的历史水灾地图。     

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。     

黄河中上游流域夏季异常降水的变化特征及环流分析

 从中国气象局信息中心提供的全国地面台站逐日观测资料中选取黄河中上游流域66 个台站资料,结合NCEP/NCAR再分析资料,运用小波分析等统计方法,对黄河中上游流域夏季降水异常的变化特征、周期分布及影响降水的因子进行分析,研究结果表明：（1）流域旱涝年夏季降水空间分布上差异显著,易涝区位于河套平原,易旱区位于黄土高原东北部;（2）1960-2008年,流域夏季降水量线性趋势变化不明显,但年际间波动较大,多雨年少雨年相间出现,近50 a中降水整体呈现平稳—少雨—多雨—平稳—多雨—少雨的过程;（3）黄河中上游流域降水变化周期复杂多样,总体以2 a周期振荡为主,异常少雨年多表现为9 a周期振荡,异常多雨年多表现为15 a周期振荡,且流域主周期的空间分布可能与地形地貌、海拔高度及流域分布等地理因素有关;（4）丰、枯雨年环流形式差异显著,影响流域降水的环流系统有季风,西太平洋副高,温带气旋及贝加尔湖低压。     

清代嘉道时期（1796—1850年）黄河下游决溢时空格局与河工治理响应

历史时期黄河河患及其治理属于全球环境变化与区域响应研究的重要问题之一。基于多源史料建立清代嘉道时期（1796—1850年）黄河下游决溢基础数据库,运用交叉谱、核密度估计、标准差椭圆等分析方法,测算了黄河下游决溢与河工治理的相关性及其滞后性特征,进一步辨识二者在不同阶段的时空特征、响应过程及驱动机制。结果显示：清嘉道时期黄河下游决溢时空变化特征显著,以1825年为节点分为先增后减的两个主要发展阶段;空间分布具有较强聚集性特征,两个阶段累计高发区集中在河南怀庆府、开封府及江苏淮安府附近,黄河下游决溢重心始终位于东河。决溢与河工治理序列年际变化具有明显正相关关系,其显著振动周期为11a,且二者的响应间隔为1a左右。清嘉庆二十三年（1818年）后,黄河下游决溢与河工治理的时空响应存在明显“错位”的独特现象,即决溢重心向“东河”推移,而河工治理重心则向“南河”扩展。二者之间时空响应关系从“一致”到“错位”的转变,不仅显示清廷治黄理念由“积极革新”转向“消极防御”,也说明黄河下游已丧失清初以来“治河保漕”的重要政治经济地位,展现了其作为黄运之交重要地理区位的解构与重塑过程;而这一过程又孕育了咸丰五...