基于气象旱涝指数的旱涝急转事件识别方法

基于长江流域212个气象站点1961-2017年的日降水资料,借助标准化加权平均降水指数（SWAP）,结合多门槛游程理论,提出一种识别旱涝急转事件的新方法。方法应用于旱涝急转事件高发的长江流域,分别从典型站点旱涝事件分析、区域典型旱涝急转事件分析、旱涝急转事件时空分布规律分析等角度,探讨了长江流域1961-2017年旱涝急转事件规律。结论显示：①SWAP指数对于旱涝事件具有良好的识别能力。②聚类方法可聚合相似旱涝急转事件,2011年长江中下游旱涝急转事件中干旱事件占主导地位,持续时间远长于洪涝事件。③ 长江流域旱涝急转事件呈现明显的区域规律：上游发生频率较低,中下游偏高;此外,长江流域多数分区近期旱涝急转事件发生频率呈现上升趋势。研究结果表明,基于SWAP指数并结合多门槛游程理论的方法能够比较准确地识别旱涝急转事件,可进一步应用于旱涝急转事件的预测及评估中。     

1960-2018年中国西南地区旱涝急转的时空变化特征

基于 1960—2018 年的逐日降水观测数据,采用日尺度旱涝急转指数（DWAAI）计算方法,以生态地理区为框架,识别并分析了西南地区旱涝急转事件的时空变化特征。结果表明：西南地区旱涝急转事件的发生次数在 1960—2010年有增加趋势,在 2011—2018 年快速减少;旱转涝事件多发生在春夏季（4~8 月）,涝转旱事件则跨越了春、夏、秋季（5~11 月）;在云南高原常绿阔叶林、松林区（VA5）,西双版纳山地季雨林、雨林区（VIIA3）,闽粤桂低山平原常绿阔叶林、人工植被区（VIA2）,旱涝急转事件主要发生在夏季,而在湘黔高原山地常绿阔叶林区（VA3）和四川盆地常绿阔叶林、人工植被区（VA4）,旱涝急转事件主要发生在春季;旱涝急转事件发生次数的空间分布呈现东北多、西南少的格局;2000 年以来旱涝急转事件在滇中南亚高山谷地常绿阔叶林、松林区（VIA3）和闽粤桂低山平原常绿阔叶林、人工植被区（VIA2）发生次数减少,但有加重趋势,呈现极端化特征。     

ENSO循环与黄河上游径流的丰枯

分析了黄河上游径流主要形成区——唐乃亥以上流域的气象和水文特性,在此基础上,根据 El Nino 现象及 La Nina 现象与黄河上游径流的丰枯的对应关系,探讨了 ENSO 事件对黄河上游径流的影响。统计结果表明,ENSO 现象与黄河上游唐乃亥以上流域的径流丰枯有着密切的关系。总体而言,伴随着 El Nino 事件的发生,黄河上游出现枯水的概率较大,而黄河上游的洪水常伴随着 La Nina 事件发生。     

近50年来长江与鄱阳湖水文相互作用的变化

通过分析1957-2008 年长江与鄱阳湖相互作用的基本特征及其与长江中游、鄱阳湖流域的径流量和气候变化的关系,并用2004-2006 年三峡水库蓄水、放水量的数据,定量地计算和比较了三峡水库运行和区域气候变化对长江与鄱阳湖相互作用的影响程度,得出如下主要结论：1)从年际、年代际尺度上来看,鄱阳湖流域的气候变化和五河入湖流量是鄱阳湖水位和水量变化的主要因素,同时也在很大程度上决定了长江与鄱阳湖相互作用关系及其强弱变化。2) 长江与鄱阳湖的相互作用强度是此消彼长的关系。从季节来看,鄱阳湖对长江的较强作用主要在4-6月,而长江对鄱阳湖的较强作用主要发生在7-9 月。3) 三峡水库运行并没有改变长江与鄱阳湖作用的基本特征,在多数季节三峡水库的影响不足以解释长江径流量变化的10%,但是水库在不同季节的蓄水或放水在一定程度上影响了江湖作用的季节变化和鄱阳湖流域的旱涝机率。4-6月的放水加强了长江作用,由于此时正值鄱阳湖流域的雨季,增强的长江作用在湿润气候的环境下可能增加初夏鄱阳湖流域发生洪涝的概率;7-9 月的少量蓄水则减弱长江对鄱阳湖的作用,降低了湖区洪涝的概率;而10 月份三峡水库的大量蓄水可能增加鄱阳湖流域的旱季干旱发生率。     

山西降水与ENSO的相关性研究

基于山西38个测站1958-2013年的逐月降水资料、CPC南方涛动指数、NOAA逐月太平洋海温等资料,应用趋势分析和相关分析等统计方法分析了近56年山西年及四季降水对ENSO事件的响应。结果表明:1 La Nina年,山西年降水、秋、冬季降水易偏多,春、夏季易偏少;El Nino年,春季降水易偏多,年降水、夏、秋和冬季易减少。La Nina次年,冬季降水易偏多,年降水、春、夏和秋季易偏少;El Nino次年,年降水、春、夏季降水易偏多,秋、冬季易偏少。2山西年降水与上年太平洋海温在Nino 3,4区存在小区域的正相关,上年对应海域海温偏高(低),年降水易偏多(少),与同期太平洋海温在Nino 3区存在负相关,对应海域海温偏高(低),年降水易偏少(多);春季降水与前期冬季(同期)太平洋海温在Nino 3,4(Nino C)区存在正相关;夏季降水与前期春季(同期)太平洋海温在Nino 3区存在负相关;秋季降水与前期夏季(同期)太平洋海温在Nino C(Nino 3和Nino C)区存在负相关区;冬季降水与前期秋季(同期)太平洋海温在Nino 3,4(Nino C)区存在大面积负相关。3 SOI与山西大部分地区的降水趋势指数为显著负相关,中西部、东北部局部地区相关系数达-0.5以上,SOI为正(负)值时,上述地区月降水易偏少(多);SOI与东北部滞后1个月的降水趋势指数有相关系数达-0.45以上的负相关区域;SOI与滞后2(3)个月的降水趋势指数的相关分析表明,不同区域对SOI变化的响应不同,相关系数分别为-0.38~0.29和-0.43~0.22。     

特枯水情对长江中下游悬浮泥沙的影响

基于长江中下游气象资料、历史水沙资料和2006 年10 月现场水沙观测资料, 分析了 典型枯水年大通站的月均径流量和输沙率特征、2006 年特枯水情产生的气候背景以及对长江中下游含沙量和悬沙粒径产生的影响。分析表明, 枯水年长江干流输沙量有显著的减少, 2006 年特枯水情下大通站汛期输沙量仅占多年平均值(1985-2000 年) 的19.8%。在特枯水情 和三峡工程蓄水的背景下, 2006 年10 月长江中下游含沙量平均为0.057 kg/m³, 只占 2003-2005 年10 月平均值的20.6%。2006 年10 月长江中下游悬沙中值粒径平均为4.8 µm, 悬沙中值粒径只占多年平均值的26.3%, 占近期平均值的41.8%。含沙量、悬沙粒度和中游 河床冲淤特性的综合分析表明, 城陵矶-湖口河段水沙垂向交换强, 是三峡兴建以后近期河 道调整频繁的河段。洞庭湖和鄱阳湖对长江干流含沙量的贡献较大, 尤以鄱阳湖的贡献最大, 长江中下游其他支流对长江干流含沙量的贡献较小。汉江和巢湖对长江中下游悬沙粒径的影响相对较大, 而洞庭湖和鄱阳湖则对悬沙粒径的影响相对较小。     

长江干流河道对流域输沙的调节作用

利用长江干流和主要支流上测站1956~2004年的输沙量资料,对干流未测区域的来沙进行了估计。根据泥沙平衡 (Sediment budget) 概念,对长江干流河道的冲淤对来水来沙的响应以及对入海泥沙的影响进行研究发现,长江干流屏山至大通河道平均淤积速率为88.58×10⁶ t/a,河道淤积占总的来沙量及大通站输沙量比例分别为14%与21%。由于河道淤积,大通站输沙量减少了17.5%。总体来说上游淤积较轻,宜昌至汉口区间淤积严重,汉口至大通区间为微冲。长江干流的河道冲淤与流域总的来沙具有显著的相关关系,但各段河道的冲淤对流域来沙的响应各不一样。上游的冲淤与流域的径流量和来沙量均没有很好的相关性,宜昌-汉口段河道冲淤的变化与宜昌站的来沙具有显著的相关性;影响汉口-大通间河道的冲淤变化的主要因素是流域的来水量,河道的冲淤与大通站径流量的存在显著的负相关关系。三峡水库蓄水后整个长江干流的冲淤形势发生了根本的变化。三峡水库的蓄水运用有效地减轻了洞庭湖的泥沙淤积,同时也降低了洞庭湖的对长江干流泥沙的调节作用;长江上游干流河道淤积增强,中下游河道出现冲刷,但不同的河段表现不一;中下游河道冲刷量小于预测值,三峡水库的蓄水运用直接导致了长江入海泥沙的减少。     

长江流域侵蚀产沙尺度效应的区域分异

以长江流域水文站点的观测数据为依据,基于一定的分区原则,将整个长江流域分成了8个区域,对所有分区产沙模数的尺度效应进行了深入分析.研究表明,所有分区产沙模数的尺度效应可以概括为三类:产沙模数随流域面积的增大而减小,或先减小后基本保持不变的,主要包括长江中下游干流沿岸区域,岷江主体区域,洞庭湖流域和鄱阳湖流域;产沙模数随流域面积的增大基本保持不变的,包括嘉陵江主体区域和汉江流域;产沙模数随流域面积增大而增大,或先增大后基本保持不变的,包括长江上游干流沿岸的非泥石流区域和乌江流域.不同流域尺度效应的差异主要与流域土地利用方式有关.基于各分区校正方程,将所有站点进行了标准面积为100 km2,1 000 km2,10 000 km2的尺度校正,结果表明,当校正面积为100 km2,侵蚀最强烈的区域主要是岷江流域,其次是鄱阳湖和洞庭湖流域,校正面积为1 000 km2和10 000 km2,产沙模数图变化不显著,但明显区别于校正面积为100km2下的产沙模数图.侵蚀最强烈的区域主要是嘉陵江流域,其次是长江上游干流沿岸的部分区域和汉江流域的部分区域.不同校正面积下产沙模数图的变化,显示了不同流域侵蚀来源的差异.     

特枯2006年长江中下游径流特征及江湖库径流调节过程

利用1978特枯年、2000~2006年长江中下游宜昌、汉口、大通、城陵矶及湖口等水文实测资料,对2006年长江中下游出现特大枯水水情条件下的径流变化和江、湖与水库的调节过程进行分析。结果表明:长江中下游径流变化出现洪季不洪、枯季不枯特征,洪季来水量不到平常年的60%~70%,枯季基本维持平常年的来水量;其中长江上游来水量急剧减少是造成长江中下游洪季不洪的主要因素,三峡在枯水期间的调蓄对维持长江中下游干流的水量有一定的贡献,洞庭湖与鄱阳湖两大湖泊在枯季因干流水位显著降低形成的胁迫效应是长江中下游枯季不枯的重要因素。     

鄱阳湖流域水文变化特征成因及旱涝规律

本研究分析了1960-2008年鄱阳湖流域的气候和水文变化特征,用水量和能量平衡关系解释和印证了这些特征,并由此揭示了鄱阳湖流域水文变化特征的成因及干旱和洪涝发生的规律.得到以下主要结论:1)正常或偏湿年份鄱阳湖流域6月份容纳水量能力已达到饱和,若6-7月降水量超出正常年份,则流域超饱和,洪涝发生.长江中上游降水量7月份的异常偏多会对鄱阳湖流域的洪涝起触发和强化作用.2)鄱阳湖流域7-10月蒸发量大于降水量,特别是7-8月蒸发量大于降水量的一倍以上,所以若4-6月流域降水量少于平均年同期量的20％以上,则累积效应使秋旱发生.当初冬(11月)降水偏少时,秋旱可持续到来年的初春,形成严重的春旱.长江中上游降水量对鄱阳湖流域的春旱没有直接影响,但7-8月降水量偏少时则对秋旱起重要的强化作用.3)长江对鄱阳湖流域的水文过程和旱涝的发生、发展的影响主要在7-8月的“长江与鄱阳湖耦合作用”时期和9-10月的“弱长江作用”期.     

长江中下游流域旱涝急转事件特征分析及其与ENSO的关系（英文）

During recent decades,more frequent flood-drought alternations have been seen in China as a result of global climate change and intensive human activities,which have significant implications on water and food security.To better identify the characteristics of flood-drought alternations,we proposed a modified dry-wet abrupt alternation index(DWAAI)and applied the new method in the middle and lower reaches of the Yangtze River Basin(YRB-ML)to analyze the long-term spatio-temporal characteristics of dry-wet abrupt alternation(DWAA)events based on the daily precipitation observations at 75 rainfall stations in summer from 1960 to 2015.We found that the DWAA events have been spreading in the study area with higher frequency and intensity since 1960.In particular,the DWAA events mainly occurred in May and June in the northwest of the YRB-ML,including Hanjiang River Basin,the middle reaches of the YRB,north of Dongting Lake and northwest of Poyang Lake.In addition,we also analyzed the impact of El Ni?o Southern Oscillation(ENSO)on DWAA events in the YRB-ML.The results showed that around 41.04%of DWAA events occurred during the declining stages of La Ni?a or within the subsequent 8 months after La Ni?a,which implies that La Ni?a events could be predictive signals of DWAA events.Besides,significant negative correlations have been found between the modified DWAAI values of all the rainfall stations and the sea surface temperature anomalies in the Nino3.4 region within the 6 months prior to the DWAA events,particularly for the Poyang Lake watershed and the middle reaches of the YRB.This study has significant implications on the flood and drought control and water resources management in the YRB-ML under the challenge of future climate change.     

Characteristics of dry-wet abrupt alternation events in the middle and lower reaches of the Yangtze River Basin and the relationship with ENSO

During recent decades, more frequent flood-drought alternations have been seen in China as a result of global climate change and intensive human activities, which have significant implications on water and food security. To better identify the characteristics of flood-drought alternations, we proposed a modified dry-wet abrupt alternation index (DWAAI) and applied the new method in the middle and lower reaches of the Yangtze River Basin (YRB-ML) to analyze the long-term spatio-temporal characteristics of dry-wet abrupt alternation (DWAA) events based on the daily precipitation observations at 75 rainfall stations in summer from 1960 to 2015. We found that the DWAA events have been spreading in the study area with higher frequency and intensity since 1960. In particular, the DWAA events mainly occurred in May and June in the northwest of the YRB-ML, including Hanjiang River Basin, the middle reaches of the YRB, north of Dongting Lake and northwest of Poyang Lake. In addition, we also analyzed the impact of El Niño Southern Oscillation (ENSO) on DWAA events in the YRB-ML. The results showed that around 41.04% of DWAA events occurred during the declining stages of La Niña or within the subsequent 8 months after La Niña, which implies that La Niña events could be predictive signals of DWAA events. Besides, significant negative correlations have been found between the modified DWAAI values of all the rainfall stations and the sea surface temperature anomalies in the Nino3.4 region within the 6 months prior to the DWAA events, particularly for the Poyang Lake watershed and the middle reaches of the YRB. This study has significant implications on the flood and drought control and water resources management in the YRB-ML under the challenge of future climate change.     

ENSO循环与黄河上游径流的丰枯

1IntroductionScholarsoftheinternationalmeteorologicalandoceanographicalcirclesgenerallythinkElNinoeventhasoccurredwhenthepositivedeparturesofmeansea-surfacetemperature(SST)atEquatorialEastPacificOceanArea(lyingbetween0o-10oS,180o-90oW)occurcontinuallywith0.5oCexteedingthelong-rangemeanandcontinualperiodlastinghalfayear.TheyalsothinkLaNinaeventhasoccurredwhenthestrongernegativedeparturesoccur.SouthernOscillationoccurringsynchronouslywithElNinoindicatesitisaneventwithalternativeoccurrence…     

长江中游城市群城市网络空间结构研究

按照"点"→"线"→"面"→"网络"的分析思路,运用分形理论、引力模型、隶属度模型、空间句法模型、时间-空间可达性模型,研究2013年长江中游城市群31个城市的网络空间结构。结果表明:(1)在"点"层次上,长江中游城市群首位城市武汉为超大城市且垄断地位较强,城市体系呈序列型分布,规模结构呈"橄榄状"态势。(2)在"线"层次上,长江中游城市群城市联系整体偏弱,骨干联系由武汉、长沙、南昌组成,武汉城市圈、长株潭城市群和环鄱阳湖城市群内部城市间联系较强,3个省会城市与其腹地城市间呈星形结构特征。(3)在"面"层次上,长江中游城市群形成武汉、长沙、南昌3个辐射中心,在西北—东南方向呈现"中间高、两端低"的特征,武汉—南昌辐射连片趋势较明显。(4)在"网络"层次上,长江中游城市群城市网络的时间、空间可达性格局基本一致,与拓扑可达性存在一定偏差。时间、空间可达性格局中心向南、西北、东北方向沿长江河谷地带出现"波峰",受桐柏山、幕阜山影响在北、东南方向分布"波谷"。在路网的发育方面,武汉城市圈发育最好,长株潭城市群受地形影响最大,环鄱阳湖城市群发育最均衡。     

鄱阳湖水文特征动态变化遥感监测

鄱阳湖是中国第一大淡水湖,对鄱阳湖的水文变化进行持续监测可以为流域内生态环境变化提供基础数据,有利于研究其与长江和流域内河流的交互关系,更好地服务于陆面过程模式和水资源管理。本文利用卫星测高数据反演的鄱阳湖水位数据与MODIS数据结合,对鄱阳湖2000—2015年的水位、水域面积和水量变化进行研究,并通过水量平衡模型,推导出了同期长江—鄱阳湖的水量交互。研究发现,2000—2015年鄱阳湖面积呈现波动性变化,最大水域面积为3600 km ²,是最小水域面积482 km ²的7.5倍。2004年、2007年、2009年和2011年水域面积比较低,2012年后形势好转。每年1月、2月、12月份是鄱阳湖干季,水域面积低至500 km ²,湖口处水位可低至4.71 m,湖面从南往北倾斜,南北水位差异达2.59 m。相对于2000—2015年最低水量,干季时湖泊水量平均增加量为3 km ³。每年6—9月份是鄱阳湖的湿季,水域面积一般大于2670 km ²,水位高于15 m,南北水位差异不大,相对于2000—2015年最低水量,湿季时湖泊水量平均增加量为12 km ³。2000—2015年鄱阳湖流入长江的水量范围为-7~40.66 km ³,每年有93.33%的时间水流从鄱阳湖流入长江。流入长江的水量多少具有明显的季节性,通常5月、6月流入长江的水量高于7月、8月,主要因为7月、8月长江中上游降水增加,长江干流来水增多,对鄱阳湖湖水倒灌有一定的顶托作用。     

长江对鄱阳湖退水期洲滩出露特征的影响

采用具有物理机制的二维水动力模型MIKE 21,基于2006 年长江枯水与1953―2000 年长江平均来水条件（平均条件）2 种情景,模拟比较2 种情景下鄱阳湖退水期（7―12 月）洲滩出露过程,阐释长江来水变化对鄱阳湖洲滩出露特征的影响。结果表明：2006 年长江来水减少导致鄱阳湖洲滩出露开始时间提前,与平均条件相比提前1 个月;洲滩出露50%面积仅历时约0.5 个月,比平均条件缩短约1.5 个月;长江枯水对鄱阳湖洲滩出露分布影响最显著的时段为8―11 月,8 月上旬洲滩增加的出露面积主要分布在赣江入湖三角洲和东部湖湾,而8月中旬―11 月末增加的出露面积主要分布在中部开敞湖区和北部入江通道洲滩;长江枯水对鄱阳湖中北部洲滩出露天数的影响大于南部湖区,对修水和赣江北支入湖三角洲的影响大于赣江中支和南支入湖三角洲,对鄱阳湖国家级自然保护区的影响明显大于南矶山自然保护区;长江来水变化还显著影响洲滩出露速率,2006 年长江水情下洲滩自开始出露至到达最大出露面积（8 月初―10 月中旬）期间的平均出露速率（25 km²/d）,与平均条件下洲滩自开始出露至到达最大出露面积（9 月初―12 月末）期间的平均出露速率（14.5 km²/d）相比增大了72%。     

The relationship between ENSO cycle and high and low-flow in the upper Yellow River

Firstly, the hydrological and meteorological features of the upper reaches of the Yellow River above Tangnag are analyzed based on observation data, and effects of EI Nino and La Nina events on the high and low flow in the upper Yellow River are discussed. The results show El Nino and La Nina events possess consanguineous relationship with runoff in the upper Yellow River. As a whole, the probability of low flow occurrence in the upper Yellow River is relatively great along with the occurrence of El Nino event. Moreover, the flood in the upper Yellow River occurs frequently with the occurrence of La Nina event. Besides, the results also show dissimilarity of El Nino event occurring time exerts greater impact on high flow and low flow in the upper Yellow River, that is, the probability of drought will be greater in the same year if El Nino event occurs in spring, the high-flow may happen in this year if El Nino occurs in summer or autumn; the longer the continuous period of El Nino is, the lower the runoff in the upper Yellow River is.