长江和淮河流域汛期洪涝大气环流特征的比较

利用1990~2010年我国756站汛期(6~7月)逐日降水资料及NCEP逐日再分析资料,选取了这21年间分别发生在我国长江及淮河流域洪涝的典型年份,进行了汛期大气环流场及物理量场的合成分析,结果表明:长江与淮河流域汛期洪涝年的大气环流及物理量场有很大差异.在长江流域汛期洪涝年,南亚高压中心偏东,乌拉尔山及鄂霍次克海区域上空维持着阻塞高压系统,梅雨锋维持在30°N附近;而在淮河流域洪涝年,南亚高压中心位置偏西,北半球中高纬大气环流呈经向型,梅雨锋维持在33°N附近.此外,长江与淮河流域汛期洪涝的水汽来源及输送也有很大不同,长江流域汛期洪涝的水汽输送气流有两支,分别是来自孟加拉湾的西南气流和我国南海季风,这两支气流在我国长江流域上空交汇;而淮河流域汛期洪涝的两支水汽输送气流分别是我国东南洋面上的东南季风及我国南海季风,这两支季风气流在我国淮河流域上空交汇.     

近50a三峡库区汛期极端降水事件的时空变化

利用三峡库区35个台站1961-2010年汛期(5-9月)的逐日降水量资料,首先定义不同台站的极端降水量阈值,统计各站近50 a逐年汛期极端降水事件的发生频次,进而分析其时空变化特征.结果表明:三峡库区汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态是主体一致性,同时存在东西和南北相反变化的差异.三峡库区汛期极端降水事件发生频次具有较大的空间差异,可分为具有不同变化特点的5个主要异常区.滑动t检验表明,三峡库区西南部区代表站巴南的极端降水事件在1974年后发生了一次由偏多转为偏少的突变,北部区代表站北碚在1981年后和1993年后分别发生了由偏少转为偏多和由偏多到偏少的突变,中部区代表站武隆在1984年后发生了一次由偏多转为偏少的突变.结合最大熵谱和功率谱分析表明,近50 a来各分区汛期极端降水事件发生频次的周期振荡不太一致,三峡库区东北部区代表站宜昌、北部区代表站北碚和中部区代表站武隆分别存在5、2.4和8.3 a的显著周期.     

淮河流域夏季降水的振荡特征及其与气候背景的联系

利用1922~2007年淮河流域和长江中下游夏季降水量资料,使用小波变换、广义极值分布等方法,分析了近86年来淮河流域夏季降水的年际、年代际振荡和概率分布特征.在此基础上,分析了东亚夏季风、太平洋海表温度及东亚遥相关环流等气候背景与淮河流域夏季降水年际和年代际振荡的联系.另外,还比较了淮河流域与长江中下游夏季降水年代际振荡特征及其气候背景的差异.结果表明：①淮河流域夏季降水存在显著的准2年振荡和年代际振荡特征.准2年振荡的强弱变化与年代际振荡强弱变化一致.20世纪90年代末以来,淮河流域夏季降水处在年代际偏多期,准2年振荡特征突出,极端强降水事件的概率亦显著增加;②淮河流域夏季降水年代际振荡与PDO及东亚夏季风年代际振荡关系密切,当PDO处于冷位相年代际阶段且东亚夏季风处于年代际偏弱时,淮河流域夏季降水呈年代际偏多趋势;③淮河流域夏季降水的准2年振荡主要受到东亚夏季风准2年振荡的控制,同时与东亚环流系统从高纬至低纬的＂＋,？,＋＂特定配置有关;④淮河流域与长江中下游夏季降水存在年代际位相差异,其差异主要与西太平洋副热带高压强度和位置的年代际变化有关.     

基于径流分析的淮河流域汛期旱涝急转研究

本文基于淮河流域吴家渡水文监测站1950-2007年月径流量资料,通过定义长、短周期径流旱涝急转指数,分析了淮河流域汛期径流旱涝急转现象(分旱转涝和涝转旱两种类型),研究结果表明:1)长周期径流旱涝急转在1986年以前发生次数较多,而1986年以后发生次数相对较少;2)各相邻月间的短周期旱涝急转的年际振荡以6-7月最多,且其长期变化规律与长周期旱涝急转年际振荡变化相似;3)长、短周期旱涝急转频次呈现不断减少的趋势,但全旱和全涝频次则有增加的趋势;4)2000s汛期长周期旱转涝、短周期6-7月旱转涝有逐渐增加的趋势,分析认为这种旱涝急转变化是导致淮河流域汛期径流量增加的主要原因之一.     

淮河流域径流过程变化时空特征及成因

径流变化特征及成因研究对于农业灌溉、流域水资源配置与管理等具有重要理论与现实意义,而淮河流域是我国重要农业区,因而淮河流域径流过程特征及机理研究更突显其重要性.利用非参数Mann-Kendall趋势检验和小波转换等方法系统分析了淮河中上游息县、王家坝和蒋家集等9个水文站点径流资料,分析淮河流域中上游径流年内分配、年际变化、径流趋势、突变特征及周期变化等径流过程变化特征,并探讨了径流变化特征的成因.研究发现:(1)淮河中上游径流量主要集中于5-9月,约占年径流总量的70.37%,变差系数介于0.16~0.85之间,径流年际极值比则介于1.7~23.9之间,径流年际变化剧烈;(2)淮河中上游径流量整体呈下降趋势,尤其是4-5月径流下降趋势显著,季节变化不明显;(3)各站点年径流量在2000s呈显著周期变化,班台、王家坝、鲁台子和蚌埠站在该尺度上存在2.0~3.4 a尺度的小周期,息县、潢川和蒋家集站处于高能区.季节和汛期与非汛期的显著周期集中出现在1960s、1980s和2000s,1960s周期主要为2~8a.(4)潢川站年径流量对气候因子的响应最为明显,其对混合ENSO指数和太平洋中高纬年代际振荡指数(PDO)的响应分别通过了95%和99%的显著性检验.PDO对各站点月径流的直接影响最为显著,且主要集中在6月份,多呈显著负相关关系,以班台站最为显著,分别在1、4和6月通过了95%的显著性检验.南方涛动指数、北大西洋涛动指数和Nino3.4区海表温度距平指数(Nino3.4)对研究区月径流量的响应存在显著滞后性,Nino3.4对研究区月径流量滞后期的影响主要发生在潢川和蒋家集站,而北极涛动指数和PDO指数无滞后性响应.     

华南前汛期降水异常与太平洋海表温度异常的关系

利用近50年华南地区站点逐日降水观测资料和全球大气、海洋分析资料,分析了华南前汛期降水异常的变化特征及其与太平洋海温异常的联系.结果表明,近50年来华南前汛期降水总体呈现减少趋势.影响华南前汛期降水异常的太平洋海温异常型是一个类似于ENSO的西太平洋暖池模态,即显著海温异常区域位于西太平洋暖池.西太平洋暖池区域(120°E—180°E,20°S—20°N)前期冬季海温异常同华南前汛期降水存在显著的负相关关系,是具有预报意义的海温关键区.该关键区海温异常影响华南前汛期降水的可能物理过程是:当前期冬季暖池异常偏暖时,菲律宾周围地区对流活动加强,导致Walker环流及东亚太平洋中低纬局地Hadley环流增强;该异常通过影响东亚－太平洋遥相关波列,使前汛期期间西太平洋副高加强西伸,脊线位置偏北,同时副热带西风急流减弱北退.随着Hadley环流上升支的增强,东亚副热带地区下沉运动也增强了,华南地区对流活动受到抑制.而且由于副高的增强,经过其北侧向华南地区的西南水汽输送辐合也减弱了,因此前汛期降水偏少.冷海温年的情形则相反,华南前汛期降水偏多.近50年来华南前汛期降水总体呈现趋势性减少正是由于前冬西太平洋暖池趋势性增暖所致.     

北太平洋海温与广西前汛期降水的联系

利用1979—2019年全国160站逐月降水资料、Hadley中心海温资料、NOAA以及NCEP/NCAR再分析资料,结合相关分析、信息流以及合成分析方法,分析了北太平洋海温异常与广西前汛期降水的同期联系,并初步探讨了前者对后者的影响及可能机制,结果表明：北太平洋关键区海温是广西前汛期降水的显著影响源,海温正位相(负位相)的异常分布在一定程度上导致了广西前汛期降水增多(减少).北太平洋关键区海温变化可以独立于赤道中东太平洋影响前汛期降水,而赤道中东太平洋海温变化可以起到调制作用,增强两者联系.北太平洋为正位相海温异常时,大气为“+-+”的经向三极型位势高度异常响应.与此同时,海温异常激发了向下游中高纬传播的Rossby波列,引起东亚沿岸位势高度正异常和反气旋环流异常.在上述机制下,贝加尔湖高压脊和东亚大槽均显著增强,使得中高纬冷空气更易南下.赤道中东太平洋海温的调制作用体现在对中低纬环流的影响.关键区海温正位相对应于赤道中东太平洋海温偏暖,后者引起局地异常上升运动,减弱Walker环流进而导致赤道西太平洋出现下沉异常,抑制了对流活动,在西北太平洋强迫出异常反气旋,使得副高加强西伸.副高的增强西伸增强了暖湿气流输送,这一方面有利于广西一带的水汽输送,水汽通量辐合增强;另一方面有利于冷暖空气在广西交汇,对流不稳定增强,促进上升运动,最终导致降水增多.北太平洋为负位相时上述异常形势相反,导致降水减少.

     

近2000年淮河流域地理环境的变化与洪灾——淮河中游的洪灾与洪泽湖的变化

近2000年来淮河流域的洪涝灾害十分频繁。作者认为淮河中游的洪涝灾害与洪泽湖的演变有非常密切的关系。洪泽湖本是人工筑堤蓄水而形成的。湖区水位的上升与湖底淤高,势必会引起淮河中游发展溯源加积和洪水位的上升。估计鲁台子-蚌埠河段平均每公里河长加积了约3400×10～4t泥沙,由此造成泄洪不畅,加剧了洪害。     

青藏高原气温降水变化的空间特征

利用青藏高原建站至90年代初期历年各月气温降水资料,分析该区50年代至90年代初气温降水变化和趋势。指出西藏、青海气温普遍呈上升趋势,具有较强的空间一致性。西藏东南部暖期开始最早,可将全区划为5个气温和9个降水变化特征相异的小区,全区温湿组合以增温减湿和增温增湿为主。     

长江流域近50年降水变化及其对干流洪水的影响

根据我国长江流域气象观测站近42年的资料,分析了整个流域年和季节平均面雨量、暴雨日数和暴雨量的变化特征,以及降水对流域径流和洪水的影响.长江流域年和夏季平均面雨量存在明显的年际和年代变化特征,也表现出比较显著的趋势变化特点.大部分测站年平均面雨量呈增加趋势,夏季和冬季平均面雨量的增加趋势尤其明显;秋季平均面雨量呈显著下降趋势.同时,年和夏季暴雨日数和暴雨量也在较大范围内呈显著增加趋势.长江流域的降水对干流平均流量具有重要影响.1973年、1983年和1998年的洪水主要是由明显高于平均的流域面雨量引起的;长江下游平均流量变化趋势也同流域年平均面雨量、夏季平均面雨量变化趋势基本一致,特别是70年代末以来,下游平均流量和流域面雨量的上升趋势更加明显,并同时在1998年达到最高值.长江流域大的丰水年一般对应El Nino年或El Nino次年,表明E1 Nino对长江较大洪水可能具有一定影响.     

淮河具有行蓄洪区河系洪水预报水力学模型研究

针对淮河流域河系特点,建立淮河具有行蓄洪区河系洪水预报模型.干流河道洪水演进采用一维水动力学模型,钐岗分流量利用分流曲线法推求,利用虚拟线性水库法解决大洪水时支流洪水受干流顶托作用,临淮岗闸作为水力学模型的内边界条件进行处理,利用分流比法概化行洪过程,行洪区内只有蓄满时,才会有出流,行洪区内的洪水利用Muskingum...     

从长江上游近500年历史气候看1860、1870年大洪水气候变化背景

1860、1870年洪水是长江上游两次举世瞩目的出现于我国相对冷期的大洪水．它的出现似乎相悖于“以19世纪冷期与20世纪暖期相比,暖期大洪水出现频率高于冷期”的早期认识．通过对云、贵、川近500年历史气候研究,发现19世纪中后期至20世纪初,长江上游确为西南季风强盛的多雨期．1860,1870大洪水,尽管在百年尺度上,出现在我国小冰期第三个冷期,然而由于东西部差异,洪发当地在年代际尺度上,相对偏暖．因而长江上游于19世纪中叶前后,相对偏暖和强盛的西南气流与大洪水的孕育可能存在一定的联系．     

基于SWAT模型的淮河上游流域设计洪水修订

变化环境下洪水序列的一致性遭到破坏,引发基于统计原理计算的设计洪水可靠性下降,亟需开展非一致性条件下的设计洪水修订研究.以淮河上游流域为研究区域,运用Pettitt检验法和滑动t检验法综合检测年最大洪峰流量序列突变点,在此基础上,采用SWAT分布式水文模型对变异前的洪峰与洪量序列进行还现,利用径流深的模拟结果修订设计洪...     

SRES情景下多模式集合对淮河流域未来气候变化的预估

采用偏差修正/空间降尺度方法处理后的IPCC AR4中8个全球海气耦合模式的集合平均结果,分析了SRESA2、A1B和B1情景下淮河流域未来30 a(2011 2040年)相对于现状(1961 1990年)地面温度和降水的可能变化.结果表明:(1)多模式集合能较好地反映流域现状年、季温度和降水的大尺度空间分布特征;对温度和降水的年内分配过程模拟较好,各月温度集合平均与观测值相差0.2℃左右(冬季各月除外),而降水集合平均与观测值相对误差在5%左右(9月除外).(2)不同情景下未来流域年、季温度一致增加,年温度增加幅度在0.85～1.12℃之间;冬、春季温度增加相对明显,而夏、秋季温度增加并不显著;年际和年代际温度增加趋势显著.(3)不同情景下未来流域年降水有增加趋势,增加幅度为0.13%～5.24%,增幅不明显;降水季节变化有增有减,季节、年际和年代际降水变化较为复杂,不同情景下降水空间变化差异显著.     

雷达测雨误差及其对淮河流域径流模拟的影响

将雷达测雨数据与分布式水文模型相耦合进行径流过程模拟,分析雷达测雨误差及其径流过程模拟效果,研究雷达测雨误差对径流过程模拟的影响效应.在对淮河流域气象中心业务化的5种淮河流域雷达测雨数据进行误差分析的基础上,采用雷达测雨数据驱动HEC-HMS水文模型,模拟分析淮河息县水文站以上流域2007年7月1-10日强降雨集中期的径流过程.结果表明:利用雷达测雨数据的径流模拟结果与实测资料的模拟结果基本吻合,各种雷达测雨数据误差经过HEC-HMS水文模型传递后,误差明显减小.联合校准法对应的模拟效果最好,过程流量相对误差NBs'和洪峰流量相对误差Z'分别为-20.2%和-13.3%.     

Nonstationarity-based evaluation of flood risk in the Pearl River basin: changing patterns,causes and implications

Nonstationary GEV-CDN models considering time as a covariate are built for evaluating the flood risk and failure risk of the major flood-control infrastructure in the Pearl River basin, China. The results indicate: (1) increasing peak flood flow is observed in the mainstream of the West River and North River basins and decreasing peak flood flow is observed in the East River basin; in particular, increasing peak flood flow is detected in the mainstream of the lower Pearl River basin and also in the Pearl River Delta region, the most densely populated region of the Pearl River basin; (2) differences in return periods analysed under stationarity and nonstationarity assumptions are found mainly for floods with return periods longer than 50 years; and (3) the failure risks of flood-control infrastructure based on failure risk analysis are higher under the nonstationarity assumption than under the stationarity assumption. The flood-control infrastructure is at higher risk of flood and failure under the influence of climate change and human activities in the middle and lower parts of Pearl River basin.

EDITOR D. Koutsoyiannis

ASSOCIATE EDITOR G. Thirel     

变化环境下珠江流域洪水频率变化特征、成因及影响(1951-2010年)

气候变化和人类活动导致珠江流域水文变化,变化前后洪水频率分布显著不同.运用滑动秩和(Mann-Whitney U test)结合Brown-Forsythe、滑动T、有序聚类和Mann-Kendall检验法,并用累积距平曲线法获取年最大流量序列详细信息,综合确定样本最佳变化节点,并对水文变化成因做了系统分析.在此基础上,对整体序列、变化前后序列用线性矩法推求广义极值分布参数以及不同重现期设计流量.结果表明:(1)西江大部以及北江流域最佳变化节点在1991年左右;东江流域最佳变化节点与该流域内3大控制性水库建成时间基本吻合;(2)变化后,西江、北江年最大流量持续增加,洪峰强度增大,尤其是西江干流年最大流量显著增加;东江流域年最大流量显著减小,洪峰强度降低;(3)变化后,西江与北江洪水风险增加,尤其是下游珠三角地区本身受人类活动显著影响,加之西江与北江持续增加的洪水强度,珠三角地区发生洪水的强度及频次加剧,而东江洪水风险减小.此研究对于珠江流域在变化环境下的洪水风险评估与防洪抗灾具有重要意义.     

Spatial and temporal variability of precipitation maxima during 1960–2005 in the Yangtze River basin and possible association with large-scale circulation

This study investigated spatial and temporal patterns of trends of the precipitation maxima (defined as the annual/seasonal maximum precipitation) in the Yangtze River basin for 1960–2005 using Mann–Kendall trend test, and explored association of changing patterns of the precipitation maxima with large-scale circulation using NCEP/NCAR reanalysis data. The research results indicate changes of precipitation maxima from relative stable patterns to the significant increasing/decreasing trend in the middle 1970s. With respect to annual variability, the rainy days are decreasing and precipitation intensity is increasing, and significant increasing trend of precipitation intensity was detected in the middle and lower Yangtze River basin. Number of rain days with daily precipitation exceeding 95th and 99th percentiles and related precipitation intensities are in increasing tendency in summer. Large-scale atmospheric circulation analysis indicates decreasing strength of East Asian summer monsoon during 1975–2005 as compared to that during 1961–1974 and increasing geopotential height in the north China, South China Sea and west Pacific regions, all of which combine to negatively impact the northward propagation of the vapor flux. This circulation pattern will be beneficial for the longer stay of the Meiyu front in the Yangtze River basin, leading to more precipitation in the middle and lower Yangtze River basin in summer months. The significant increasing summer precipitation intensity and changing frequency in the rain/no-rain days in the middle and lower Yangtze River basin have potential to result in higher occurrence probability of flood and drought hazards in the region.