珠江流域实际蒸散发与潜在蒸散发的关系研究

采用水量平衡模型和Penman公式分别计算了珠江流域七个子流域1961—2000年实际蒸散发(I_(ETa))和潜在蒸散发(I_(ETp)),并对供水条件变化下I_(ETa)与I_(ETp)的关系进行了定量化分析,对各子流域I_(ETa)和I_(ETp)关系的理论从属性进行判定,主要结论如下:1)珠江流域年实际蒸散发量远低于潜在蒸散发量,多数子流域I_(ETa)值不到I_(ETp)值的1/2。7个流域面积加权平均I_(ETa)为681.4 mm/a,I_(ETp)为1 560.8 mm/a。从蒸散发的变异性来看,则实际蒸散发I_(ETa)的变异性明显要高于潜在蒸散发I_(ETp)。2)东江、西江、北江、柳江和盘江等5个流域实际蒸散发I_(ETa)都与降水量呈现正相关关系,韩江、郁江两个流域I_(ETa)随降水变化的变化趋势不明显。各子流域的潜在蒸散发I_(ETp)与降水量呈现显著负相关关系。7个子流域平均情况下,随着降水量的增加,I_(ETa)呈现明显的增加趋势,而I_(ETp)呈现明显的下降趋势。3)通过对降水量P与实际蒸散发I_(ETa)及潜在蒸散发I_(ETp)的联合回归方程P-IET回归系数的T检验,判定韩江、柳江和盘江等三个子流域以及七流域面积加权平均I_(ETa)与P和I_(ETp)与P的关系满足理论意义上的严格互补相关;东江、西江、北江等三个流域I_(ETa)与P和I_(ETp)与P的关系满足"非对称"互补相关。4)基于极端干旱和极端湿润的边界条件,推导出非对称条件下的实际蒸散发互补相关理论模型。     

太阳活动与黄河流域降水关系分析

太阳活动对黄河流域降水有一定影响.引用Morlet小波分析技术,对黄河流域近50年来的降水与太阳黑子的小波系数变化进行分析,表明在1951～1997年期间,黄河流域年降水与太阳黑子在9年时间尺度上呈一定的负相关关系,且降水有1～2年的滞后现象.     

多年冻土区土壤蒸散发对气候变化的敏感性分析

由于不同区域蒸散发对气候变化的敏感性各不相同,为摸清多年冻土活动层陆面过程中冻土-气候变化-水文循环之间的相互关系,选择青藏高原风火山区域的典型多年冻土区,依据气象站观测资料,应用Penman-Monteith公式计算了典型多年冻土区土壤蒸散发和蒸散发气候敏感系数,分析了多年冻土区土壤蒸散发对气候变化的敏感性。结果表明:多年冻土区土壤蒸散量对相对湿度的敏感性最高(-1. 291),其次为风速(0. 658),对空气温度的敏感性最低(0. 248);土壤完全融化的植被生长期,蒸散发对各气象因子的敏感性最高,土壤完全冻结的植被枯萎期,蒸散发对各气象因子的敏感性都最低;年内尺度,蒸散发对气温、相对湿度和风速的敏感性均在8月最高,在1月或12月最低;蒸散发对气温和相对湿度的敏感性变化与植物生长变化过程高度一致,而蒸散发对风速的敏感性则较为复杂,与土壤的冻融过程相关,分别在土壤逐渐融化的植物生长前期和土壤完全融化的植物生长期敏感性较高。     

黑河流域日蒸散发遥感估算研究

地表蒸散的估算在干旱半干旱区水资源研究中具有重要意义。利用NOAA/AVHRR遥感资料、NCEP再分析格点资料和气象站点资料,根据能量平衡模型和FAO-17 Penman公式,计算了研究区域内逐日蒸散发量;对于晴天,用遥感模型反演出瞬时蒸散,进而推算出日蒸散;同时用FAO-17 Penmen公式和气象资料,计算研究区域内的同一天的蒸散,利用气象资料计算得到的蒸散与遥感估算的蒸散的关系,估算非晴空日的蒸散,进而得到逐日蒸散发结果。与同类研究结果的比较表明:该方法能够估算逐日蒸散发,通过气象与遥感资料结合,提高了气象格点资料的空间分辨率,弥补了难以得到遥感逐日晴空资料的不足,同时也为流域内同类研究提供参考依据。     

基于多种机器学习模型的西北地区蒸散发模拟与趋势分析

基于机器学习方法和多源数据构建高精度蒸散发（Evapotranspiration,ET）产品对研究气候变化背景下干旱、半干旱地区陆地水循环变化具有重要意义。本文利用西北地区12个草地通量站点与卫星遥感产品,基于随机森林、极端梯度提升、支持向量回归和人工神经网络4种机器学习方法构建ET估算模型,制作5 km分辨率ET产品,并分析ET的长期变化趋势。交叉验证结果表明,4种模型的均方根误差都低于0.57 mm·d^-1,R²高达0.73～0.88。SHAP （SHapley Additive exPlanation）可解释性分析表明,4种模型均将净辐射、植被和土壤湿度作为ET估算的重要因子,也能刻画出土壤偏干时土壤水分对ET的限制作用,有较好的物理解释性。多模型集合的ET结果相比单一机器学习模型以及现有遥感产品误差分别降低7％～20％和45％～70％。趋势分析结果显示,西北地区非裸地下垫面在2001—2018年间整体呈现ET增加趋势,平均速率为19 mm/（10 a）。在河套平原和内蒙古中部和东北部地区,ET的增长速率超过降水,这可能会进一步加剧这些地区的干旱化。     

青藏铁路沿线气温和降水的小波分析

利用Morlet小波分析方法,对青藏铁路沿线地区(7站)30 a(1970~1999年)的月平均气温和月平均降水量资料进行了处理和分析。结果表明:青藏铁路沿线的月降水量存在比较明显的9 a左右周期变化,它有2个降雨偏多中心和3个降雨偏少中心,历经30 a的全过程,因而具有长期预测意义。还有其它4 a以下的较短周期振荡,但多不具全局性变化特征。从气温与降水资料的对比分析上看,降水和气温的变化趋势呈正相关。     

南宁市云量变化特征及其与气温、降水的关系分析

利用广西南宁站1951～2005年的云量、气温和降水资料,分析了云量变化特征及其与气温、降水的关系,结果表明：总云量和低云量长期变化分别呈减少和增加的趋势,且趋势显著。总云量和低云量季节变化都是在初春或冬春交接季节达到最高值,秋季降到最低值,平均云量白天多于晚上。总云量与平均气温、最高气温有很显著的反相关,与最低气温相关不显著;低云量与最高气温有很显著的反相关,与最低气温有显著的正相关,与平均气温相关不显著。总云量与降水有显著的反相关关系,而低云量与降水相关不显著。     

哈尔滨市降水和气温的分布预报方案

按“前期环流状态决定后期环流状态”的思想,用逐站预报、场展开、分片预报方法,设计了哈尔滨市月、季气温降水的３个预报方案,给出一年试报结果     

我国月降水和气温网格点资料的处理和分析

用逐步搜索逼近法的客观分析技术计算出１９５１－１９９２年中国月降水量和月平均气温的格点资料，并利用图象识别原理对格点值和站点观测值进行了比较。     

6月气温和降水对花生产量的影响

本文通过对莱州市花生产量和6月气温、降水资料的分析，得出：6月份的气温、降水对花生产量形成的影响较大，气温低、降水少易导致花生低产，在气温较为适宜的情况下，降水充沛会使花生产量提高。     

黄河流域城镇化对地下水的影响分析

黄河流域是我国重要的生态屏障,也是我国粮食作物的主要产区。近年来,随着城镇化的发展,当地水资源分配出现了显著变化。因此,厘清黄河流域城镇化作用下水循环的改变对制定黄河流域城镇化政策具有重要意义。本文利用资源环境科学与数据中心的黄河流域下垫面数据、世界人口数据集的人口密度和Gravity Recovery and Climate Experiment (Grace)的Center for Space Research (CSR)陆地总水储量格点数据,开展了黄河流域城镇化过程中地下水的变化特征分析工作。结果表明：黄河流域城镇化程度具有显著的空间差异,下游存在明显的城镇化加剧现象;全域人口密度整体呈上升趋势,其中下游的人口增长趋势最大;黄河流域的地下水呈下降趋势,以下游的地下水下降最为显著。通过对比黄河流域新增城镇、不变城镇和消失城镇的地下水变化差异,发现地下水下降幅度最小出现在消失城镇,新增城镇的地下水下降幅度小于不变城镇的区域。因此,黄河流域城镇化对地下水的减少具有显著的作用,新增城镇地下水并没有出现显著下降的结果也说明近年来城镇化后的地下水保护政策取得的效果良好。     

黄河源区蒸散发量时空变化趋势及突变分析

蒸散发量是流域水文过程的关键因子。由于缺乏区域面上实际蒸散发量的长期观测,很难得到长时间序列的蒸散发时空变化趋势。因此,本研究首先利用架设在黄河源若尔盖地区的涡动相关系统观测的2010年全年的蒸散发资料进行分析,对欧洲中心提供的ERA-interim和美国国家环境预报中心(NCEP)提供的地表变量再分析数据集进行了局地适用性评估,并依据再分析蒸散数据集,基于统计学方法分析了1979~2014年黄河源区蒸散发量的时空分布及变化特征。结果表明:(1)ERA-interim蒸散发再分析资料在黄河源区适用性较好,均方根误差为0.63,NCEP蒸散发再分析资料在4~7月、10~12月模拟值偏高,均方根误差为0.81。(2)进而利用ERA-interim蒸散发再分析资料,基于Mann Kendall方法及Sen斜率(Sen’s slope estimator)检验法,分析了黄河源区蒸散发量在1979~2014年期间的变化趋势。黄河源区蒸散发量总体上呈现北高南低的年变化趋势,北部兴海—共和—贵德地区增加最为迅速,年变化率在1.5~2.5 mm/a,西南部曲麻莱—治多—玉树地区减少最为明显,变化率为-1.0~-0.5 mm/a,东南部玛沁—玛曲—久治地区蒸散发量的变化在0.5~1.0 mm/a。(3)利用滑动t检验和SQMK(Sequential Mann Kendall)方法检测出发生突变的年份集中在20世纪80年代。     

Precipitation climatically features over the Huai River Basin,China

The temporal and spatial characteristics of precipitation in the HRB (Huai River Basin) were studied using the observation data of monthly precipitation provided by the National Climate Center from 1961–2016 and the NCEP/NCAR global monthly reanalysis data. The results showed that: (1) The precipitation was mainly concentrated in summer, accounting for 52% of the total annual precipitation; there was more precipitation in the south, less in the north, and more in the coastal areas, less in the inland in summer; (2) The precipitation showed obvious decadal variations, especially in summer; the range of variation of most regions is above 140 mm; and significant decadal abrupt changes of precipitation from “abnormally less” to “abnormally more” appeared around 1979.     

长江流域极端强降水分布特征的统计拟合

基于长江流域147个气象站1960-2005年最大值降水序列(AM)与超门限峰值降水序列(POT),选取4大类20种分布函数,采用极大似然法和线性矩法估算了参数,经柯尔莫洛夫-斯米尔诺夫检验,确定了降水极值的最优概率模型.对AM与POT两套极端强降水序列的频率分析均表明,Wakeby分布函数能够较好的拟合长江流域降水极值的概率分布.同时指出了降水极值的拟合存在的不确定性.     

气温变化对黄河流域蒸发能力的影响

气温是影响流域蒸发的一个重要因素,根据黄河流域蒸发能力与气温的关系,建立了简洁且实用的指数型蒸发能力估算公式,分析了气温变化对流域蒸发能力的影响。结果表明:黄河流域简洁指数型公式具有与高桥浩一郎公式同样好的蒸发能力估算效果,在气温升高1℃的情况下,流域蒸发能力约增加5.0%~7.0%;干燥系数约为3时,蒸发能力随气温的变率最大。     

澜沧江源区气温与降水对径流变化的影响

为研究澜沧江源区水文气候变化特征,采用线性回归拟合分析方法、M-K非参数检验法对1960—2010年间澜沧江源区的水文气候变化趋势进行分析,计算了各季节气温变化对年气温变化的贡献量,并基于Pearson相关分析法和贡献率的计算讨论了降水量和气温对径流量变化的影响。结果表明:澜沧江源区年平均气温和各季节平均气温均呈显著上升趋势,其中,冬季的增温对年平均气温增加贡献最大(38%)。澜沧江流域源区年降水量无明显增减趋势,但春季降水量显著增加。澜沧江流域源区年径流量未呈现显著变化趋势,冬季和春季径流量呈现出显著的增加趋势。年际尺度上,径流量的主控因素是降水量,降水量对径流量年内变化的影响主要发生在降水相对丰沛的6—10月份;冬季和初春季节气温上升对径流量的改变存在一定的影响,且气温的贡献率要比降水的贡献率大,原因是气温升高加剧研究区内冰雪的消融,进而导致澜沧江源区的径流增加。     

近50年黄河流域夏季降水的时空变化及其与东亚副热带西风急流的关系

基于1959-2008年黄河流域92个测站降水量和NCEP/NCAR再分析资料,研究黄河流域夏季降水的时空变化和周期特征,及其与东亚副热带西风急流的关系。结果表明,黄河流域夏季降水呈现由东南向西北逐渐减少的分布特点,其夏季降水的异常空间型主要有3种:全流域一致型,东南多(少)西北少(多)型,西南多(少)东北少(多)型。当夏季东亚副热带西风急流中心异常偏北(南)时,同期黄河流域中上游地区降水偏多(少),下游降水偏少(多);东亚副热带西风急流中心异常偏东(西)时,黄河流域上游降水偏多(少),中下游地区降水偏少(多)。     

春季陆面植被对长江流域夏季降水可预报性的影响分析

利用美国全球监测与模型研究中心(GIMMS)1982—2006年逐月归一化植被指数(NDVI)、美国国家海洋和大气局(NOAA)1854—2008年海温资料以及中国国家气候中心(NCC)1951—2006年160站月降水资料,通过旋转经验正交函数分解(REOF)和相关分析获得了长江流域夏季降水预报序列和植被、海温预报因子集。基于最优子集回归方法(OSR),并借助交叉验证(CV)以及空间重建等手段,构建了单独以前期春季海温为预报因子和同时引入前期春季海温与归一化植被指数为因子的两类预报模型,对比分析引入陆面植被因子前后长江流域夏季降水预报效果改善状况,评估春季陆面植被对长江流域夏季降水可预报性的影响及预报效果的稳健性。结果表明:(1)相对于海温因子,春季陆面植被因子对长江流域夏季降水预报具有同样重要性,引入春季归一化植被指数后,长江流域夏季降水预报得到明显改善,相关系数平均由0.49提升到0.66,提高0.17左右,模型解释方差提升平均60%左右,其中单纯海温因子预报效果较差的汉江—淮河地区和淮河流域地区,相关系数更是提高了0.20—0.30,模型解释方差提升1倍左右;(2)交叉验证预报表明,相对于仅考虑海温因子模拟情形,交叉预报相关系数下降较多,模型稳健性较低,引入归一化植被指数后,长江流域夏季降水预报稳健性得到明显提升,长江中下游及其以南的长江三角洲地区、洞庭湖—鄱阳湖地区改善尤为明显;(3)长江流域降水可预报性存在明显的区域差异,嘉陵江流域地区、汉江—洞庭湖地区预报效果最好,汉江—淮河地区、淮河流域地区、长江三角洲地区预报效果最差,但引入归一化植被指数后预报效果提高最明显,而洞庭湖—鄱阳湖地区虽然模拟效果较好,但预报稳健性较低,交叉验证相关系数降幅达到0.27,这也从侧面说明了长江流域夏季降水分区预报的重要性。     

黄河流域气候水分盈亏时空格局分析

以中国气象局整编的1961~2001 年的气象资料为数据基础,采用联合国粮食及农业组织(FAO)1998 年推荐使用的Penmanmonteith模型,并以GIS技术为手段进行黄河流域气候水分盈亏的时空分布格局分析。结果表明：黄河流域干旱缺水是一种普遍现象,气候水分盈亏量在空间上总的变化规律表现为自南向北、自东向西气候水分亏缺量呈逐渐增大趋势,大部分地区全年气候水分亏缺量介于200~600 mm之间;就季节分布而言,水分亏缺的主要时期在春季和初夏,亏缺量一般在180~300 mm之间;就典型站点气候水分盈亏量逐月变化而言,存在着区域差异。研究结果和结论对区域充分发挥水分利用效率、发展高效节水农业具有重要意义。     

塔里木河流域夏季降水年际和年代变化的环流异常

基于1961-2020年夏季（6-8月）NCAR/NCEP再分析资料和塔里木河流域（简称“塔河”）38个气象站降水资料,使用5年滑动平均分离出塔河夏季降水年代际和年际变化,选出了典型的年际变化的干年和湿年与年代际变化的干期（1963-1986年）和湿期（1989-2018年）,分析了与这两种时间尺度变化相关联的大气环流异常。结果表明,两者的变化不同,影响两者变化的大气环流不同。影响年代际变化的大气环流异常主要表现在欧亚大陆对流层从西北至东南交替出现正负位势高度异常中心,在湿期塔河东部和西部分别出现明显的东风和西南风异常,水汽主要由西北太平洋和印度洋输送至塔河,在干期则与之相反;影响年际变化的大气环流异常主要表现为在塔河东部和西部对流层分别为反气旋异常和气旋异常,在多雨年从南北方向向塔河输送的水汽增多,北风水汽通量异常向流域输送较多,南风水汽通量异常向流域输送较小且主要集中在流域西部,水汽主要由北冰洋洋和印度洋输送至塔河。在干年则与之相反。