气候变化对澜湄流域气象水文干旱时空特性的影响

受全球气候变化影响,澜沧江-湄公河流域气象水文干旱发生了较大变化,预测未来流域干旱的时空变化与传播特征是应对气候变化、开展澜湄水资源合作的基础。利用SWAT模型通过气陆耦合方式模拟了澜沧江-湄公河流域历史（1960—2005年）和未来时期（2022—2050年,2051—2080年）的水文过程,采用标准化降水指数和标准化径流指数预估并分析了流域未来气象水文干旱时空变化趋势。结果表明:①澜沧江-湄公河流域未来降水呈增长趋势,气象干旱将有所缓解,但降水年内分配不均与流域蒸发的增加,将导致水文干旱更为严峻,干旱从气象到水文的传播过程加剧;②水文干旱具有明显的空间异质性,允景洪和清盛站的水文干旱最为严重,琅勃拉邦、穆达汉和巴色站次之,万象站最弱;③未来流域水文干旱事件发生频次略有减少,但其中重旱、特旱事件占比增加,极端干旱将趋多趋强,且空间变化更加显著。     

人类活动对水文干旱形成与发展的影响研究进展

在高强度人类活动对地球系统产生全方位深刻影响下,干旱灾害已经不再是严格意义上的自然灾害,而成为自然-人为复合灾害。人类活动通过改变大气成分(主要通过温室气体排放)引起全球或区域性水循环过程的变化,导致气象干旱时空特性变化,从而间接影响到水文干旱的形成发展;通过改变河流蓄存状态与水力联系(主要通过蓄、引、提、调水工程)以及用水特性变化,改变河流与地下水系统调蓄功能与产汇流过程,从而直接影响到气象干旱向水文干旱的传递过程以及水文干旱的发展过程。考虑自然和社会水循环之间复杂的相互作用过程,揭示人类活动对干旱形成与发展的影响是干旱研究的重要发展方向。     

甘肃省河东地区气象-水文干旱时空演变特征

干旱半干旱区是气候变化和人类活动的敏感和脆弱区,研究地区干旱时空演变特征有助于成灾机理分析。甘肃省河东地区是我国典型干旱半干旱区,主要依靠自然降水维持农业生产,旱灾尤为突出。基于标准化降水指数和标准化径流指数探讨河东地区气象-水文干旱的时空演变特征,结果表明：（1）气象干旱多发生于春夏两季及陇东地区,较少发生季节型以上气象干旱;（2）水文干旱较气象干旱历时更长,多年尺度干旱时有发生;（3）不同季节气象-水文干旱滞时不同,春夏两季几乎无滞后,秋季约滞后1个月,冬季约滞后4个月;（4）陇中和陇东地区历史受灾/成灾面积较大。本研究可为干旱半干旱区的旱灾预警评估和旱灾防控工作提供参考。     

干旱演变驱动机制理论框架及其关键问题

干旱演变驱动机制是科学认识干旱问题和制定有效防旱抗旱政策的理论基础。针对气象干旱、水文干旱和农业干旱3种干旱类型,分别分析了其形成过程,并阐述了其之间的关系;采用"驱动力-压力-状态-响应"模式构建了干旱演变驱动机制总体研究框架,并探讨了干旱演变驱动力系统构成、干旱演变驱动机制、变化环境下干旱演变规律及其响应等关键科学问题。     

2015—2017年南非西开普省干旱事件的时空特征分析

2015—2017年南非西开普省遭受了特大干旱冲击,造成了城市可用水资源的极度短缺,使其首都开普敦市成为人类历史上首个面临“零日”灾难（关闭该城市水龙头的确切时间）威胁的现代城市。但此次灾害的多种致灾因素的交互机理和过程尚不明确,人为供用水管理如何科学应对自然降水变异的模式有待进一步挖掘。因此,通过气象干旱、水文干旱和城市供用水管理3个维度挖掘其中的关键阶段、空间分布和管理效益。结果表明：(1)西开普省2015—2017年气象干旱面积和强度显著增加,且2017年5月干旱情况最为严重。相比于标准化降水指数,标准化降水蒸散指数检测到的干旱更为显著。(2)西开普省的水文干旱在2017年5月最为严重,这与气象干旱的时空特征规律大体一致,体现出气象—水文干旱迅速传播的特征。标准化径流指数结果与水库储水量变化均反映该地区的水资源缺乏,表明此次干旱事件对严重依赖降雨和水库供水的西开普省产生了显著影响。(3)西开普省政府针对此次干旱演进过程采取了不同等级的用水限制和管理政策,有效推迟和避免了“零日”灾难,但在政治和经济等方面解决用水不平等的问题还值得商榷和改良。研究表明城市干旱问题涉及气象、水文和供用...     

黑河流域水环境演变及其驱动机制研究进展

基于近几十年来诸多学者对西北干旱区典型内陆河流域——黑河流域水环境演变诸方面研究成果,综述了上游山区成水环境、中游绿洲用水环境和下游荒漠天然绿洲水成环境在不同时间尺度上的演变过程及其驱动机制。通过对各种古环境代用指标的对比研究表明：在大尺度上,流域上下游表现出阶段性的一致性水环境演变趋势;在小尺度上,则表现水环境演变的时空异质性。驱动机制方面,在空间上,流域上、中、下游水环境演变的气候变化和人类活动影响驱动作用各有侧重;在时间上,表现为不同尺度上气候变化与流域人类活动耦合作用的驱动机制。     

气候变化下中国主要流域气象水文干旱潜在风险传播

全球气候变化影响了气象水文要素的时空分布特性,气象水文干旱事件的转化关系及风险传播特征亟待研究。基于站点、栅格观测资料和CMIP5（Coupled Model Inter-comparison Project Phase5）的19个气候模式输出数据,采用新安江等4个水文模型模拟了中国135个流域历史（1961—2005年）和未来时期（2011—2055年,2056—2100年）的水文过程,计算了SPI（Standard Precipitation Index）和SRI（Standard Runoff Index）干旱指标,通过游程理论识别了气象干旱与水文干旱事件,利用Copula函数与最大可能权函数度量二维干旱风险特征,定量评估了气象干旱至水文干旱的潜在风险传播特性。结果表明:①气象-水文干旱对气候变化响应强烈,华北和东北地区的干旱联合重现期增大,干旱潜在风险减小,华中和华南地区的干旱联合重现期减少60%~80%,干旱潜在风险增加;②气象干旱与水文干旱风险在历史和未来时段均存在显著的正相关关系,相关系数超过0.99;③各流域水文干旱风险变化对气象干旱风险变化的敏感程度不会随气候变暖发生较大变化,但未来北方地区水文干旱同气象干旱同时发生的概率将会小幅度增加。     

水文土壤学面临的机遇与挑战

水文土壤学是以土壤发生学、土壤物理学和水文学为主的新兴交叉学科,综合研究不同时空尺度土壤与水的相互作用关系,在地球表层系统科学综合集成研究中具有特殊地位和重要作用。阐述了水文土壤学形成背景与内涵、学科与理论基础及研究进展,并展望未来面临的机遇与挑战。水文土壤学重点解决以下2个科学问题:①土壤结构及土壤—景观分布格局在不同时空尺度上如何主导和影响水文过程以及与其相关的生物地球化学循环和生态系统演变;②景观系统水文过程如何影响土壤发育、演变、异质性及其功能。水文土壤学面临研究方法和理论创新、多尺度综合观测网络体系构建及人才培养等方面的挑战。     

变化环境下渭河流域水文干旱演变特征剖析

环境变化影响区域水资源的可持续开发利用,导致水文过程出现非平稳特征,需发展非平稳水文干旱评估方法。选取渭河流域为研究区,依据流域内2个水文站、62个雨量站和24个气象站1961-2013年数据,基于可变下渗容量模型定量分离气候变化和人类活动对径流衰减的贡献;采用标准化径流指数（Standardized Runoff Index, SRI）剖析水文干旱时空演变特征;提出多种SRI参数化方案,对比评定各方案表征非平稳干旱的合理性以及环境变化对干旱演变的影响作用。结果表明:自1991年以来渭河流域年径流量呈显著衰减趋势,人类活动是径流演变的主要因素,对咸阳和华县站径流量变化的贡献率分别为-66.7%和-71.0%;时变参数方案计算的干旱指数能合理重建历史水文干旱序列;人类活动是渭河流域1991年以来短历时水文干旱发生的主导因素,气候变化主要影响长历时旱涝的演变趋势。     

廊坊市地下水位下降漏斗的气象成因分析

由于人类社会生产生活过程中过度开采地下水引发了地下水降落漏斗,加之全球气候变暖,大面积干旱等极端天气气候事件频繁发生,使得水资源短缺已成为制约经济社会可持续发展的重要因素.研究气象干旱对地下水降落漏斗演化过程的影响将为提出防御地下水降落漏斗的进一步发展提供充分的科学依据.通过对廊坊市地下水漏斗发展演化过程与逐年降水的相关分析,揭示了地下水降落漏斗的气象干旱响应模式,即气象干旱促使人类过度开采地下水资源,从而进一步加剧水文干旱、地下水降落漏斗及地面沉降灾害.同时,提出了合理开采地下水、提倡中水回用、推广节水灌溉等对策.     

岩溶关键带水循环过程研究进展

岩溶关键带处于岩石、水、土壤、大气、生物五圈交汇地带。正确认识岩溶关键带的结构、功能及其水文循环过程是当前地球关键带与岩溶水科学研究的关键问题。剖析了岩溶关键带水循环过程与演变规律、水循环过程在岩溶关键带中的作用,探寻变化环境下岩溶关键带水循环过程演变的规律与驱动机制,总结不足与问题,提出未来研究的总体趋势和方向:岩溶关键带形成与演化和水循环过程相互作用机制;岩溶关键带水循环驱动的物质转化与能量迁移过程及其耦合;水循环过程在不同时空尺度上对全球变化与人类活动干扰的响应;多种观测与模拟手段的综合应用。     

唐山地区干旱演变特征分析

研究区地处干旱和湿润气候的过渡地带,这一地区导致干旱发生的直接原因是干旱的气候和水资源的短缺,主要就是降水量的偏少.从简单实用角度考虑,本文根据唐山地区1956～2005年的水文和气象资料,采用降水距平、径流系数、她表湿润度指数等指标对唐山地区的干旱演变趋势进行分析,揭示出该地区近50年的干旱演变特征.     

基于条件分布模型的气象水文干旱传递分析

气象干旱发展到一定程度可以传递为水文干旱。以潘家口水库流域1961—2010年逐月平均降水数据和潘家口水库的入库径流序列为基础数据,分别计算了1、3、6、12个月时间尺度的标准化降水指数（SPI）和标准化径流指数（SRI）,以表征研究区域的气象干旱和水文干旱。基于条件分布模型,分析了不同时间尺度的气象干旱传递到未来的不同等级和不同的预测期（或滞后期）的水文干旱的概率。结果表明,当SPI时间尺度较短或预测期（滞后期）较短时,其对应的SRI水文干旱等级越倾向于维持与SPI相同的干旱等级;随着SPI时间尺度的增长或预测期（滞后期）延长,其对应的SRI水文干旱等级略低于气象干旱或恢复到正常状态。     

水文要素变异的人类活动影响研究进展

重点针对人类活动导致的水文要素变异问题从以下3个方面分析了研究进展:①综述了人类活动水文效应研究的定性和定量2类成果,分析了作为揭示人类活动的水文效应机理的综合驱动因子的研究现状,剖析了人类活动水文效应定量化研究的方法模式;②综述了水文要素时间序列变异特征及变异点位置的识别研究成果,分析了现有的统计识别方法和差异信息熵等新技术、新理论在变异点识别中的应用,简析了目前研究尚不多的水文要素空间变异性研究方法;③描述了分离气候变化和人类活动对流域水文要素影响的2类主要方法:分项调查法和水文模型法,分析了土地利用/覆被变化对水文系统作用的驱动机理模型,综述了农区下垫面变化对水文要素变异的贡献分解方法.通过综述,指出了现有人类活动水文效应、水文要素变异性识别、下垫面变化对水文要素变异的驱动机理等方面的研究不足和问题.提出了未来需要重点加强气候变化与人类活动对水文要素变异驱动机理及贡献分解研究,加强水文要素时空变异特性的诊断,重构水文要素变异环境下洪涝极值等特征量及其重现期的新概念和新定量等.     

基于SPI的鄱阳湖流域干旱时空演变特征及其与湖水位相关分析

以标准化降水指数(SPI)为工具,以鄱阳湖流域为研究对象,选择流域内13个气象站共50a的逐月降水量和5个水位站共50a的逐日水位为实验数据,通过Mann-Kendall检验方法和Kriging插值方法,分析了鄱阳湖流域干旱的时空演变特征,以Spearman秩相关系数为评价指标,比较了流域不同时间尺度的SPI值与各站湖水位、不同时间尺度干旱强度与各站年最低水位之间的相关程度。研究表明:鄱阳湖流域的干旱具有明显的季节性特征,春季和秋季具有较为明显的干旱化趋势;鄱阳湖的干旱覆盖面较广,干旱在不同区域内的不同时期都有可能发生和转移;鄱阳湖流域的气象干旱对湖水位具有较为显著的相关性,湖水位对3个月尺度和6个月尺度的SPI值响应最为明显,其与湖水位的相关程度,自近出湖口地区向远离湖口地区递增。     

土壤水异质性研究进展与热点

土壤水是水资源的重要组成部分,是衔接四水转换和循环的核心。土壤水分异质性是土壤水研究的关键科学问题;绿水理念下水循环、水平衡更关注土壤水分的有效性。随着土壤水观测和识别技术的完善,可能获取多尺度土壤水时空变化信息;遥感、同位素、模拟与定位观测的结合在理解土壤水过程方面起着重要作用。认识土壤水文参数在测点尺度和生态水文单元尺度间的转换机理、研究土壤水及其驱动因子的异质性变化规律、形成土壤水异质性同化和尺度转换的方法与技术是近期热点。     

水文干旱研究进展

水文干旱是自然干旱中的一种重要类型,影响自然界水循环过程中蒸发、下渗和径流三大环节,关系着水文循环和水量平衡。当前的干旱研究多集中在气象干旱、农业干旱上。鉴于水文干旱研究的重要性和目前水文干旱研究的不足,对当前水文干旱研究进行了分类评述,提出了研究中存在的问题及主要发展方向,可为水文干旱的进一步研究提供参考。     

环境变化下荆南三口河系水文干旱演变特征及归因分析

环境变化下水文干旱研究是水科学研究领域的热点问题之一。根据荆南三口河系1956-2017年5个水文站和22个气象站实测数据,采用标准化径流指数（Standardized Runoff Index,SRI）、降水-径流多元非线性模型、累积量斜率变化率比较法辅以Mann-Kendall检验法等方法,分析环境变化前后荆南三口河系62年水文干旱演变特征,并定量分解气候变化（降水量、蒸发量）和人类活动对径流量衰减的影响。结果表明：荆南三口河系整体干旱频率较高,变化期干旱事件发生频次多且等级高,多尺度干旱平均频率达42.96%,稳定期极少出现干旱现象;三口地区年径流量、年蒸发量在长时间序列上均呈下降趋势,年降水量较为稳定,年径流量检验的突变年份为1970年、1985年和2003年;人类活动是促使三口河系年径流量逐渐衰减的主要原因,1971-1985年、1986-2003年和2004-2017年三个时期人类活动对径流量变化（水文干旱演变）影响的贡献率依次为91.14%、103.73%、78.33%。     

珠江流域极端降水阈值不确定性分析

全球气候持续变化下。极端水文事件频发且时空分布规律显著变异,极端水文事件阈值及其时空分布不确定性成为当前水文水资源研究领域的热点问题之一。以珠江流域62个雨量站1959～2009年逐日降水序列为样本,运用固定临界值法、百分位值法和极值分布拟合法等方法,探讨了珠江流域极端降水阈值的时空分布规律和不确定性特征。研究表明,在流域尺度上,利用上述方法分析极端降水阈值时,均存在较多不确定性。(1)固定临界值法无法反映流域降水空间分布不均对极端降水阈值的影响;(2)百分位值法受样本容量、百分位值选取标准等影响较大,流域不同地区同一百分位或同一地区不同百分位下极端降水阈值波动幅度较大,易导致降水高值区阈值偏低,降水低值区阂值偏高;(3)极值分布拟合法受极值分布拟合函数类型、样本容量大小等影响较大,拟合精度不高。     

黄河三角洲水文-地貌-生态系统演变与多维调控研究进展

河口三角洲是由水文、地貌和生态耦合作用形成的复合系统，其演变具有时空波动性强、响应高度敏感、边缘效应显著与环境异质性高的特性，属典型的易失衡区。从黄河三角洲水文-地貌-生态子系统演变过程、耦合作用关系以及多维调控理论与技术等方面，阐述了多重压力下的子系统自适应调整与状态特征，归纳了水文条件与河口地貌-生态系统演变的互馈关系，搭建了多维协同的水沙配置研究框架，并提出了基于水沙优化配置的多维调控策略。针对目前研究存在的问题，从连续性监测平台建设、全过程模型构建、失衡风险预测以及多维调控理论与技术研究等方面提出了未来研究的重点方向，以期为优化利用有限水沙资源维持河口系统稳定提供科学支撑。