南水北调中线地区旱涝变化的长期特征

利用近５００年我国旱涝等级历史资料及新中国４０多年气象资料,采用天气、气候及统计方法,计算了中线地区干旱指标,分析了华北地区和汉水上游水库库区干旱分布特征、各区区域性干旱遭遇及库区供水区与北方需水区旱涝变化的长期特征,供南水北调决策参考。     

开发长江上游空中云水资源增加南水北调中线的水量

由于气候变化,加之过度开发,使三江源和汉江上游湿地锐减,生态恶化。致使丹江口水库径流在1991年发生突变,汉江水量由丰变枯,南水北调中线一期工程丹江口水源无法满足受水区的最低需水量。为解决南水北调中线的水源不足,必须大力开发长江上游丰富的空中云水资源。长江流域水汽充足,年输入水汽总量约67 800亿m3,仅有28.5%转化成降水量。在汉江上游进行人工增雨作业,则丹江口水库年径流最大可增加17.5亿m3。实际可调水量将达90.2亿m3,仍无法满足受水区2030年城市缺水量128亿m3的需要。为此需要在长江上游特别是在四川盆地进行人工增雨试验,以增加三峡水库来水量。长江上游可开发的空中云水资源较多,年均总量约5 590.7亿m3,占流域降水年总量的63%。根据云水资源人工增雨开发潜力评估,四川盆地为人工增雨的最佳作业区之一,汉江上游也是理想作业区。如在这2个地区,开展人工增雨作业,增雨机率(Pe)取30%,增雨效率(EW)按流域年降水量10%的保守估算,年总降水量将分别增加162.1亿m3和23.7亿m3,三峡库区和丹江口水库年入库径流量将分别增加83亿m3和11.6亿m3。加上三峡库区的蓄水,能满足受水区2030年缺水量的需要。     

重庆市干旱的分类与指标

根据四川盆地气候的特殊性和过去的习惯性划分方法，依据干旱发生的时间，将干旱划分为春、夏、伏、秋、冬5种旱。较系统地提出了重庆市各类干旱的单站、区域指标及干旱空间分布指标。     

南水北调中线工程对丹江口水库库区气候影响的初步研究

本文利用短期小气侯考察资料，经过超短序列订正，作出丹江口水库大坝加高后，水库对库区气候影响的预测评价。     

干旱的定量化:干旱指数的评价

讨论气象、农业和水文干旱强度的各种客观定量指数。依照6个权重评价标准(普适性、实用性、易理解性、理论性、时效性和无量纲性),对每一种干旱形式的指数进行了评价。计算了俄勒冈州两个气候区24个水年(1976～1999)的一些最优的干旱指数。研究结果认为,描述气象干旱、水文干旱和农业干旱最有价值的指数分别是降水成数、总缺水量和计算土壤水分。     

2050年前南水北调中线工程水源区地表径流的变化趋势

以南水北调中线工程水源区为研究流域,采用线性回归法、Mann-Kendall非参数检验等方法,分析了1961—2000年的水文气象要素变化特征;基于数字高程模型、土地利用和土壤类型等资料,研究了SWAT模型在研究流域的适用性;根据IPCC第四次评估报告多模式结果,分析了IPCC SRES A2和A1B情景下2011—2050年的降水、气温、径流的响应过程。结果表明：1961—2000年南水北调中线工程水源区降水量无显著变化趋势,气温呈缓慢上升趋势,径流量呈缓慢减少趋势。与基准期（1961—1990年）相比,未来40年A2和A1B两种气候情景下水源区降水量、气温和径流量都呈现出增加趋势,A2情景下增加趋势明显,但径流量增幅小于降水量的增幅,这可能与蒸发量的增加有关。未来气候变化对南水北调中线工程水源区径流变化影响不大,总体有利于南水北调中线工程的调水。     

基于有效降水干旱指数的改进研究

基于加权平均降水量(WAP)这一有效降水指数,从两个方面对其进行改进:确定WAP指数中的两个参数以及去除区域性和季节性差异,从而发展了改进的WAP指数,即IWAP.在此基础上,将IWAP指数与多因素气象综合干旱指数Ci做了对比分析,结果显示:在全国大部地区特别是中东部地区,IWAP指数与Ci指数具有良好的相关性,其中在华中大部、贵州大部、云南南部和新疆南部的部分地区两者的相关系数超过0.7;IWAP指数对区域性气象干旱事件的识别在起止时间、影响范围和干旱中心等方面均与Ci指数十分一致.IWAP指数、Ci指数和单因素气象干旱指数降水距平百分率Pa对比分析显示,对于单站干旱过程的监测,在干旱开始时间上IWAP指数与Ci指数接近,但Pa指数则明显偏晚;对干旱结束时间的判断三个指数有较好的一致性;在干旱过程演变的判别效果上,IWAP指数表现出良好的稳定性,而Ci指数和Pa指数可能由于自身算法中的因素影响容易出现不合理的波动乃至中断现象.IWAP指数的适用也存在一定局限性,年平均降水量小于300 mm的西北地区大部至内蒙古西部这些常年干旱地区和青藏高原大部地区不适宜使用该指数.IWAP指数具有计算方法简洁、物理意义明确的特点.考虑到它基于单一降水因子这一特性,该指数不仅便于业务应用,而且在研究中,特别是在现有气候模式输出要素有限的情况下,对干旱的模拟和预估具有更加明显的优势.     

气候变化对南水北调中线工程水源区与受水区降水丰枯遭遇的影响

运用Copula方法构建南水北调中线工程水源区与各受水区汛期、非汛期及全年降水量的联合分布,并基于IPCC第四次评估报告中大气环流模式的降水结果,用所建模型探讨了气候变化情景下,南水北调中线工程水源区与受水区丰枯遭遇的变化。结果表明,从汛期来看,汉唐（汉江水源区-唐白河受水区）和汉海（汉江水源区-海河受水区）遭遇的丰枯同步频率呈增加趋势,不同排放情景下分别增加3.34%~16.48%和2.56%~8.21%,而汉黄（汉江水源区-黄河受水区）遭遇的丰枯同步频率呈减小趋势,不同排放情景下减小-1.97%~9.57%;从非汛期来看,汉唐和汉海遭遇的丰枯同步频率呈减小趋势,不同排放情景下分别减小-0.21%~9.42%和0.99%~5.54%,而汉黄遭遇的丰枯同步频率呈增加趋势,不同排放情景下增加1.79%~13.28%;从全年尺度来看,汉唐、汉黄和汉海遭遇的丰枯同步频率基本均呈减小趋势,不同排放情境下分别减小-2.88%~10.97%、-1.28%~5.05%和-2.33%~7.01%。     

近半个世纪我国干旱变化的初步研究

利用我国地面606个气象观测台站1951—2006年的逐日降水量和平均气温资料, 使用《气象干旱等级》国家标准中推荐使用的综合气象干旱指数（I_C）, 分析了近半个世纪以来全国及不同地区干旱变化情况。结果表明:总体而言, 全国干旱面积在近50年没有显著增加或减少的趋势, 但不同地区差异较大; 其中东北和华北地区干旱化趋势显著, 特别是20世纪90年代后期至21世纪初, 上述地区发生了连续数年的大范围严重干旱, 在近半个世纪中十分罕见; 东北、华北和西北地区东部的大部分地区在近50年中持续时间最长的干旱事件多发生在1980年以后的20多年中, 而且上述地区在近20多年来干旱发生得更加频繁。另外, 我国干旱化趋势最显著的地区与增暖幅度最大的地区有很大的一致性, 表明区域增暖在干旱变化中起着一定作用。     

华北干旱综合评估和预警技术研究

论述了根据热惯量理论,利用气象卫星ＡＶＨＲＲ资料,对华北平原的土壤墒情进行动态监测的方法。并在分析土壤墒情、降水量、气温和未来降水趋势对干旱综合影响的基础上,提出了适用华北地区农作物生长季节干旱的综合评估和预警指标。根据这种指标研制的干旱综合评估和预警系统其灵敏性和稳定性均有显著的提高。     

南水北调背景下华北水资源的优化调配

水资源的优化配置是现代水资源规划和管理的重要内容,它主要解决水资源分布与生产力不相适应的问题。作者应用水资源优化配置模型,计算了在南水北调背景下,华北水资源的优化调配方案。在此方案实施的条件下,华北地区中长期的缺水问题将基本上得到解决,且经济仍能保证安全高速发展。     

华北东部地区干旱分布特征

用１９５１－１９９０年降水怛资料，计算了我国华北东部地区的Ｚ指数级别值，并分析该地区内干旱发生的气候规律。结果表明，该区干旱发生频繁且严重，有明显的季节和持续性特点，年代际变化大体上有２０年振荡周期。     

引起华北地区夏季出现持续干旱的环流异常型

利用中国160个台站降水资料和ERA〖CD*2〗40再分析资料分析了华北地区夏季降水及其对应的大气环流年代际变化特征。分析结果如下:华北地区夏季降水自1977年之后明显减少,出现持续性干旱。1977~2000年500 hPa高度场出现与1966~1976年相反的遥相关波列;华北地区上空700 hPa出现反气旋型环流异常,并出现明显偏北风异常,且下沉气流加强,水汽出现辐散;此外,200 hPa高度上西风带偏南且减弱。相反,1966~1976年华北地区上空700 hPa出现气旋型环流异常,并出现偏南风异常,且上升气流加强,水汽输送辐合;此外,200 hPa上西风异常偏北加强。       

基于蒸散干旱指数的华北地区干旱研究

本文利用卫星遥感资料以及常规气象资料驱动基于地表净辐射、植被指数、平均气温和日温差的蒸散模型来估测日实际蒸散量,并与栾城站涡动相关法测量的实际蒸散作对比验证。定性分析了实际蒸散与各相关影响因子的时空变化规律;通过蒸散干旱指数（EDI）分析华北地区的干旱分布特点,并分别与PDSI指数和降水距平百分率作对比。结果表明：ET模型估测的蒸散值与实测值的相关性很好,其模拟精度对于大面积干旱监测的空间尺度上是可用的;EDI距平指数表征干旱分布的空间分辨率较高,且对旱情的指示和干旱程度的判定比较可靠。     

华北地区极端干旱事件的变化特征

利用华北地区1961—2015年72个测站的月降水资料,采用一元线性回归、M-K非参数检验、小波变换、分形理论等方法,研究了华北地区极端干旱事件的变化特征。结果表明,华北地区极端干旱事件频次呈波动递增趋势,递增率为0.21次/10a。1981—1993年极端干旱事件频次低于平均值;1994—2015年的高于平均值,处于极端干旱期。极端干旱事件频次距平值年代际变化差异较大:1961—1980年极端干旱发生频次距平值正负交替;1981—1993年的为负值;1994—2015年的为正值。华北地区极端干旱事件频次在2003年发生了突变性增加,极端干旱事件频次Hurst指数值为0.55,具有长相关性,未来10年内华北地区极端干旱频次呈递增的发展趋势。     

1999及2000年夏季华北严重干旱的物理成因分析

中国科学院资源环境领域知识创新工程重要方向项目KZCX2-203和国家重点基础研究发展规划项目G1998040900第一部分共同资助     

华北地区夏季旱涝的时空分布特征及其与北极海冰的关系

采用了1951—1999年6—8月华北地区17个站点的降水资料，利用Z指数作为旱涝指标，确定出该区域的严重涝年为1954、1956、1963、1964、1971、1973和1996年；严重旱年为1968、1972、1983、1986、1989、1992、1997和1999年。分析了华北地区夏季旱涝的年代际变化特征，然后对该地区49a的z指数场进行EOF分析，讨论了华北地区夏季旱涝的空间分布特征。最后分析了华北夏季降水与春季北极海冰的关系，结果表明华北夏季降水与春季北极海冰呈正相关关系。春季北极海冰面积偏大(小)，当年夏季华北大部分地区偏涝(旱)。     

华南秋旱的大气环流异常特征

利用实测降水量资料及NCEP再分析资料,通过统计方法分析了华南秋旱及其相关的环流异常特征.结果发现,华南秋旱以全区性的干旱出现居多.华南秋旱事件对应的同期海温异常分布型大致可分两类.一类是热带中东太平洋的负海表温度距平(SSTA)区的极值中心位于赤道东太平洋,在海洋性大陆和热带西太平洋有马蹄形的正SSTA,而在热带西印度洋,南海至日本东、南部西北太平洋是负SSTA;另一类是热带中东太平洋正SSTA极值中心位于赤道中太平洋,热带-副热带西太平洋、南海和热带印度洋为负SSTA区,副热带北太平洋东部和南太平洋东部为显著的正SSTA.与第一类SSTA相关的华南秋旱与海洋性大陆区域上空的上升运动异常增强