雄安新区地下水水位与降水及北太平洋指数的小波分析

基于1991—2016年雄安新区4个地下水监测孔的长时间序列水位数据、降水数据及北太平洋指数（North.Pacific.Index,NPI）,采用连续小波、交叉小波变换等方法,分析了三者的周期性变化及其之间的相互关系。结果表明:（1）雄安新区地下水水位、降水与NPI的主波动周期及各序列间共振周期均为1.a。（2）丰水年的地下水水位时滞小于全时段的地下水水位时滞,高降水量对潜水-承压水水位时滞的影响大于对承压水的影响。（3）地下水水位对NPI的时滞大于对降水的时滞;在丰水年,地下水水位对NPI的响应更快;地下水对降水和NPI的响应速度,明确反映了研究区地下水水位动态变化的主要气候影响因素是降水。     

利用连续小波变换方法对潜水位进行气压和潮汐改正

以河北省农林科学院衡水市旱作节水农业实验站(旱作所)H5观测资料为例,利用连续小波变换(CWT)对气压、理论固体潮和浅层地下水位进行了多时间尺度分析,结合小波方差分析确定了气压、固体潮和地下水位等水文时间序列的主要周期(或频率)成分和能量分布;再运用连续小波逆变换在主要周期尺度上重构了气压、固体潮和地下水位时间序列,用最小二乘法求出了水位对不同频率气压和固体潮的敏感程度(即响应系数),依此消除气压和固体潮对观测水位的影响;最后通过极差和标准差评判改正效果。结果表明:旱作所H5观测孔水位受气压影响较大,气压系数为0.799~0.881cm/HPa;对固体潮的响应较小,固体潮系数均接近于0cm/μGal;响应系数的频率效应不明显;与采用一般线性回归方法和快速Mallat离散小波变换算法相比,CWT方法所得气压系数和固体潮系数的地球物理意义更明确;3种计算方法得到的水位改正结果显示,CWT方法与Mallat算法接近,优于一般线性回归方法。     

我国西北地区气温变化与Nino3区SST的关系及其稳定性分析

根据1956—2005年中国西北地区72个观测站的月平均气温资料,分析了气温的空间分布特征,利用相关分析、滑动t检验、小波分析和小波凝聚谱等方法,探讨了Nio3区SST与西北地区气温的关系及其稳定性.结果表明:一致性异常分布是西北地区气温变化的最主要空间模态,第一模态时间系数与Nio3区SST有着较好的相关关系.在典型的ENSO暖状态,西北地区气温偏高,在典型的ENSO冷状态则情况相反.西北地区气温和Nio3区SST关系的稳定性分析表明,气温和SST之间在1～5a变化周期上存着较好的相关关系,但这种相关关系并不稳定,存在着年代际变化:1956—1970年正相关较好,1992—2005年反相关较好,而在1971—1991年二者相关关系较差.     

我国北方典型岩溶地下水位对降水及气象指数的响应特征——以鲁中地区为例

我国北方岩溶水资源是其经济社会发展的重要资源基础,表征水资源赋存特征的岩溶地下水位动态及其影响因素分析能够为岩溶水资源管理及合理开发利用提供重要支撑。本文选取鲁中地区3个典型水文地质单元,基于2010-2017年月值降水、地下水位及NPI气象指数数据,采用小波分析方法对上述指标的周期性、响应特征及遥相关特征进行了分析。结果表明:（1）各岩溶地下水位动态、降水与NPI的主波动周期均为1 a,其显著周期与分布时段等的异同是受自然条件和人类活动共同作用的结果。（2）各水文地质单元岩溶水位对降水的响应时滞为95.81~146.64 d,其差异主要源于观测站所处的地下水流系统的位置的不同。（3）NPI与降水存在一定的遥相关,与受降水影响的岩溶水位动态也存在遥相关。各岩溶水位对NPI的遥相关时滞为111.75~169.77 d,相比水位对降水时滞有所增加。鲁中岩溶地区地下水位对降水与NPI存在规律性的响应时滞,此种特征可为我国北方岩溶地下水位的预警预报提供帮助。      

元谋干热气候资源特征分析

元谋是云南省金沙江流域区典型的干热河谷盆地。为客观评价元谋干热气候资源和气候特征,选取云南省125个县市的气温、降水、日照、相对湿度进行气象因子的主成分分析,选取元谋县近54年来几个特殊影响时段的气温和降水数据进行气候倾向分析和小波周期分析。结果表明,元谋是云南省的高热量和强光日照区、最干燥区和光热资源高效利用区。热量因子主成分得分在滇中河谷盆地中北部最高,光日照因子主成分得分居云南省最高,干湿因子主成分得分在云南省最低;年降水量趋势变化不明显(-0.64mm/a),2001年后年降水量变化趋势明显,变化周期依次为26a、16a、2～4a;长夏季平均气温有-0.009℃/a的较明显趋势变化,2009年由明显下降变为明显上升,变化周期依次为25a、17a、4～6a;最冷时段平均最低气温有-0.036℃/a的明显趋势变化,变化周期依次为19a、4～6a;11～2月时段平均气温变化周期依次为8a、3a。     

近50年济南岩溶泉域地下水位对降水响应的时滞差异

依据近50年降水及年均水位等的差异,将1959-2011年济南岩溶泉域地下水位与降水观测数据划分为若干时段。采用小波变换方法定量分析了泉域地下水位对降水的响应时滞,并采用相关分析讨论了时滞与地下水开采量等的关系。结果表明,(1)泉域地下水位与降水的主周期均为1 a。(2)两种划分方式下,泉域排泄区水位时滞分别为83.44~161.24 d、88.62~150.56 d,径流区水位时滞分别为67.87~81.66 d、76.58~82.21 d,径流区水位时滞明显小于排泄区。(3)依据降水划分的时段,排泄区与径流区均有随年降水减少,水位时滞增加的趋势。(4)依据水位划分的时段,排泄区有随水位降低,时滞增加的趋势,而径流区不明显。(5)泉域水位时滞与泉域地下水开采量、泉群流量等存在相关关系,泉域开采量越大,泉群流量越小,则水位时滞相对越大。上述时滞差异分析,有助于增加地下水位与降水之间的非线性耦合过程的认识,可为地下水位的预报预警提供帮助。      

基于小波分析与Mann-Kendall法的岩溶大泉动态研究

研究地下水动态是认识地下水资源的有效手段。根据1956－2013年济南岩溶泉域大气降水及地下水水位动态监测资料,采用小波分析法、Mann-Kendall趋势检验、突变检验法研究了58个水文年泉水位对大气降水的响应,可以看出:（1）大气降水和泉水位呈现出多尺度的变化特征,长时间尺度上两者的变化周期基本相同,变化周期为16年和12年,说明大气降水对泉水位有直接影响;（2）在1956—2013年,济南泉域地下水水位具有0.65 m·（10a）-1的年际显著下降趋势,但降水具有12.65 mm·（10a）-1的不显著上升趋势,说明在人为因素影响下泉水动态的影响因素的权重发生了变化;（3）大气降水在1999年发生突变,1999年之后年降水为增加趋势;而地下水水位突变年份为1967年,1967年以后水位持续降低,2004年以后水位快速上升,泉水位未来趋势应与降水保持一致,呈上升趋势,说明大气降水并非泉水动态的唯一影响因素;（4）通过建立不同时段的多元回归模型,表明近58年来地下水水位的主要影响因素由大气降水到人工开采之间的转换,同时验证了小波分析和Mann-Kendall法研究地下水动态的适宜性和可靠性,也为济南市的保泉提供了参考依据。      

基于交叉小波的天山乌鲁木齐河出山径流多尺度特征研究

运用连续小波对新疆天山北坡的乌鲁木齐河上游1958-2006年的月均气温(MMT)、月降水量(MP)和月均径流量(MMR)变化进行了多时间尺度特征分析. 结果表明：1960—2005年月均气温、月降水量和月均径流量三者始终存在着12个月左右尺度的主周期,并呈现出全局性特征,信号的强弱依次为MMT、MP 和MMR;同时,MMT存在66个月和96个月的次周期,MP存在6个月、30个月和72个月的次周期,MMR亦存在6个月、24个月、36个月和72个月的次周期. 在此基础上,对其进行交叉小波分析后发现,MMR与MMT、MP的相关程度除了表现为12个月的主周期和6个月的次周期外,MMT对MMR的影响还表现在34个月和72个月的次周期上,而MP对MMR的影响也表现在24个月、36个月和72个月的次周期上. MMT对MMR的影响除了12个月的主周期表现为正相关外,6个月的周期相位亦存在正负交错的现象,说明在该尺度上MMT对MMR的影响既有正面的也有负面的;MMT对MMR的影响在其他次周期上均表现为负相关或近似负相关;而MP对MMR的影响在主次周期上均表现为显著的正相关.     

广东梅江中上游河段气温、降水、径流变化趋势及周期性分析

运用梅江中上游河段两个国家气象站和两个水文站的时间序列数据,应用累积滤波器、Kendall的秩次相关和小波分析等方法对该河段气象水文要素的长期变化趋势及周期性进行了分析。结果显示:1梅江中上游河段降水量、径流量呈不同程度的减少趋势,而气温则表现出较明显的上升趋势,其中两个水文站径流量的减少趋势和气温的增加趋势十分显著,均通过了置信度为95%的显著性检验;2该河段气温、降水、径流序列周期变化不一,年均气温只有28a的主周期,年降水变化的主周期依次为28a、12a、7a和4a,尖山站和水口站径流量变化的主周期很接近,尖山站依次为28a、20a、12a、8a和5a,水口站依次为29a、20a、12a、9a和5a;3另一方面,在河段气温上升、降水量几乎保持不变的情况下,两个水文站的径流量明显减少,这是人类活动所致还是气候变化的影响,还有待进一步研究。     

天山南坡清水河与阿拉沟流域径流变化特征及其对气候变化的响应

依据1956-2012年天山南坡清水河流域的克尔古提水文站以及阿拉沟流域的阿拉沟水文站资料,采用Mann-Kendall非参数检验法和交叉小波变换法,分析了清水河与阿拉沟出山径流的趋势、突变、周期变化等特征,并进一步探讨了出山径流对气候变化的响应。结果表明：清水河与阿拉沟流域年径流量均呈上升趋势,其中1988年为径流突变年,该年前后年均径流变化态势不同,1988年以后径流升幅显著。同时,流域径流过程呈现多时间尺度的周期变化,以32 a以上大周期为主,2 a和8 a小周期变化为辅。因流域下垫面特征等差异,清水河出山径流对降水变化的响应程度强于阿拉沟,而阿拉沟出山径流对气温敏感性高于清水河。且受冰川径流调节作用与多年冻土退化的影响,阿拉沟径流过程对气温的滞后性强于清水河。     

西宁市逆温特征及其与空气污染物浓度的相关分析

根据2010-2012年西宁市基本探空气象站逐日07：00时和19：00时两个时次的逆温资料,及西宁市环境监测站监测的大气污染物（SO₂、NO₂、PM₁₀）日均值数据,分析了西宁市逆温基本特征及其与空气污染物浓度之间的相关关系. 结果表明：西宁市2010-2012年07：00时逆温出现频率为69%,19：00时逆温出现频率为41%;近地逆温层厚度冬季最厚,夏季最薄. 07：00时和19：00时月平均逆温厚度变化趋势基本一致;西宁市逆温发生频率冬半年明显高于夏半年;秋、冬季产生的逆温强度明显比春、夏季强. 3 a来西宁市空气污染共出现148 d,逆温频率和空气污染物月平均浓度有较好的正相关性. 08：00时西宁市逐日空气污染物浓度与逆温厚度呈正相关,与逆温强度呈负相关关系. 冬、春季平均空气污染物浓度值与逆温厚度、强度均呈正相关关系.     

青海省极端气温事件的气候变化特征研究

选用青海省37个气象站点1961-2011年近51 a, 逐日气温(最高、 最低、 平均)资料, 采用国际通用的极端气温指数定义计算了9种极端气温指数, 并分析其主要气候特征.结果表明: 近51 a青海省极端气温呈明显上升趋势, 极端冷指标(霜冻、 结冰日数、 冷夜、 冷昼指数)呈下降趋势, 而极端暖指标(夏天日数、 暖夜、 暖昼指数)呈上升趋势, 且极端冷指标的减少幅度高于极端暖指标的增加幅度.空间分布上, 极端气温指数在全省呈一致的上升(下降)趋势分布.在近51 a的时间尺度上各种极端气温指数都存在多个较明显的周期, 如较短的3~8 a的准周期, 以及13 a、 17 a、 27 a的年代际周期特征.青海省年平均气温与极端气温指数有很高的相关性, 气候变暖突变前后极端气温指数表现出明显差异: 在变暖突变发生后, 霜冻日数、 冷夜指数、 冷昼指数、 结冰日数明显减少, 夏天日数、 暖夜指数及暖昼指数明显增加, 其中相对指数几乎呈倍数显著变化, 表明极端气温指数对气候变暖有很好的响应.     

A Study of the Extended-range Forecast for the Low Frequency Temperature and High Temperature Weather over the Lower Reaches of Yangtze River Valley in Summer

Based on the observational data, the variations of Intraseasonal Oscillation (ISO) of the daily temperatures and its relationships to the high temperature in summer over the lower reaches of the Yangtze River Valley (LYRV) were studied for the period of 1979-2011. It is found that the daily temperatures over LYRV in May-August was mainly of periodic oscillations of 1525, 3060 and 6070 days, and the interannual variation of the intensity of its 3060-day oscillation had a strongly positive correlation with the number of days with daily highest temperature over 35 ℃ in July-August. Low frequency components of daily temperature in the LYRV, and the principal components of the Eastern Asian 850 hPa low frequency temperature, over a time period ranging from 1979 to 2000, were used to establish the Extended Complex Autoregressive model (ECAR) on an extended-range forecast of the 3060-day low frequency temperature over the LYRV. A 11-year independent real-time extended-range forecast was conducted on the extended-range forecast of low frequency component of the temperature over the LYRV in May-August, for the period ranging from 2001 to 2011. These experimental results show that this ECAR model, which is based on a data-driven model, has a good forecast skill at the lead time of approximately 23 days, with a forecast ability superior to the traditional autoregressive (AR) model. Hence, the development and variation of the leading 3060-day modes for the Eastern Asian 850 hPa low frequency temperatures and temporal evolutions of their relationships to low frequency components of the temperature over the LYRV in summer are very helpful in predicting the persistent high temperature over the LYRV at a 20 to 25 days lead.     

Precipitation Effects on Temperature-A Case Study in China

To discover the mechanism of the continuous summer temperature decline in certain regions against significant global warming,456 national meteorological observational stations with long term of observed daily temperature and precipitation data were applied to analyze the relationship between precipitation and temperature.Results show that there is a significant negative correlation between precipitation and temperature,indicating that precipitation influences temperature signifi-cantly:the more the precipit...     

非饱和土土-水特征曲线的温度效应

基于热力学的理论,利用van Genuchten的土-水特征曲线表达式,建立了一种能考虑温度影响的土-水特征曲线方程,并给出了推导过程。该表达式综合考虑了温度对表面张力和浸润系数的影响。相对于根据试验数据拟合的表达式,该表达式具有更加坚实的理论基础,更具适用性和一般性。选用MX-80斑脱土和黄土土样的试验结果,将该方程预测结果和试验结果进行了比较;可以看到,所提出的方程能较好地反映非饱和土土-水特征曲线随温度而变化的情况。     

坝基集中渗漏通道的温度场反分析与试验研究

渗漏是严重影响堤坝安全的主要形式,确定渗漏通道的位置是进行堤坝渗漏整治的前提和基础。温度场探测堤坝渗漏的研究是其中一种较便捷的方法,但是在理论上还需要进一步完善。在库水和地下水存在着温度差异的基础上,考虑堤坝发生集中渗漏后,渗漏通道中的地下水与周围土体进行热量交换,造成渗流通道附近地层温度发生改变,建立起温度场对渗漏通道的反演模型。在前人研究的基础上,考虑地温梯度的影响,可以建立有集中渗漏通道影响下的二维热传导方程,进而以现场测井的温度数据作为边界条件,对泛定方程进行求解,最终得到渗漏通道的位置。计算结果和实测结果的对比表明,通过温度场反推渗漏通道参数的方法是可行的。     

利用非线性拟合方法由BHT资料推算地层的平衡温度

实际地层温度在地热调查与碳氢化合物熟化程度的研究中非常有用。目前已有几种从BHT资料获取地层实际温度的计算方法。本文从这些公式出发实现了用非线性拟合处理方法求取地层平衡温度,给出了实际计算结果,并认为密特篮顿公式更适宜于用非线性拟合方法处理。     

中俄原油管道工程(漠河大庆段)沿线气温、地表和浅层地温年际变化特征

分析了中俄原油管道(漠河-大庆段)沿线自建站至2005年的月平均气温和地温观测资料,并通过插补建立了1961—2005年漠-大沿线各站各季及年平均温度资料完整序列.结果表明:各站年平均气温具有很好的相关性,近40多年年平均气温在20世纪60年代最低,70年代略有回升,80年代后气温逐渐升高,进入90年代后期升温有所减缓;沿线各站的年平均地表温度也是20世纪70年代最低,70年代进入80年代升温最明显.气温升温最显著的是冬、春季,升温率分别达到0.71℃.(10a)-1和0.48℃.(10a)-1,夏季升温率只有0.27℃.(10a)-1.年平均气温和地表温度的升温率分别为0.45℃.(10a)-1和0.27℃.(10a)-1,气温的升温比地表温度要快.年平均地表温度要比年平均气温高,深层地温的变化趋势与气温基本一致,在位相上有1～2a的差异.     

辽东湾红沿河附近海域2017—2018年冬季气温-水温-冰情关系研究

辽东湾是我国冰情最严重海域,每年冬季都会受到海冰的显著影响,冰情预测评估可为辽东湾涉海活动提供防冰抗冰的技术依据。建立气温-水温-冰情的相关性,结合便于获取的现场高精度连续气象数据和高精度冰情预测模型,可实现局地小尺度的冰情快速预测评估。基于2017—2018年冬季辽东湾东岸红沿河附近海域实测气象-水温-冰情同步观测数据,结合辽东湾大尺度整体冰情（浮冰面积）,推演局地气温、水温与不同尺度冰情评价参数（浮冰范围与冰厚）的相关关系,提出基于不同气温区间的气温变化规律的冰底热通量选取方法,进而建立适用于辽东湾的气温-水温-冰情评估方法。相关性分析结果显示：观测点气温与水温存在明显相关性;浮冰范围与气象数据存在明显相关性,临界温度为 -5 ℃的累计负气温能很好拟合本年度盛冰期浮冰范围。基于HIGHTSI进行数值模拟后发现：水温与块体积法计算冰底热通量时,冰水间的热传递系数取2.2×10^-5是可行的;水温对冰情的影响表现在海冰冰厚最大值与冰期长短。为弥补辽东湾其他海域因缺少实测海水温度观测数据欠缺、冰底热通量选取不准选取导致的冰情模拟预测评估困难的问题,本文依据水温与气温的相关性,将水温随气温变化划分为结冰区（气温小于-10 ℃时水温维持冰点附近）、过渡区（气温为-10~-5 ℃时水温处于-1.4~-0.4 ℃）、融冰区（气温高于-5 ℃时水温随气温的增大逐渐增大）,进而提出适用于辽东湾所有海域的冰底热通量计算方法和冰情评估方法。     

无线气象站数据与人工观测蒸发量的资料同化——以白鹤滩电站坝址区数据为例

在MATLAB中使用最小二乘法拟合Goff-Gratch公式,得到关于气温的饱和水汽压函数。无线气象站观测得到的气象资料结合人工观测蒸发量,在MATLAB中进行回归分析,得到基于彭曼公式的日水面蒸发量计算公式。算例表明,与无线气象站的蒸发量计算值相比,回归分析得到的日水面蒸发量公式计算值与人工观测值能够同步对比。无线气象站资料和人工观测资料能够资料同化,适合在工程中推广。