Steady, annual, and monthly recharge implied by deep unconfined aquifer flow

We consider the response of a deep unconfined horizontal aquifer to steady, annual, and monthly recharge. A groundwater divide and a zero head reservoir constrain the aquifer, so that sinusoidal monthly and aperiodic annual recharge fluctuations create transient specific discharge near the reservoir and an unsteady water table elevation inland. One existing and two new long-term data sets from the Plymouth-Carver Aquifer in southeastern Massachusetts calibrate and confirm hydraulic properties in a set of analytical models. [Geohydrology and simulated groundwater flow, 1992] data and a new power law for tritiugenic helium to tritium ratios calibrate the steady recharge that drives the classical parabolic model of steady hydraulics [Applied Hydrogeology, 2001]. Observed water table and gradient fluctuations calibrate the transient recharge models. In the latter regard, monitoring wells within 1 km of Buttermilk Bay exhibit appreciable specific discharge and reduced water table fluctuations. We apply [Trans Am Geophys Union 32(1951)238] periodic model to the monthly hydraulics and a recharge convolution integral [J Hydrol 126(1991)315] to annual flow. An infiltration fraction of 0.79 and a consumptive use coefficient of 1.08×10⁻⁸ m/s °C relate recharge to precipitation and daylight weighted temperature across all three time scales. Errors associated with this recharge relation decrease with increasing time scale.     

Combined analysis of precipitation and water deficit for drought hazard assessment

Abstract

The combined analysis of precipitation and water scarcity was done with the use of the Standardized Precipitation Index (SPI) and the Standardized Runoff Index (SRI), developed as a monthly, two-variable SPI-SRI indicator to identify different classes of hydrometeorological conditions. Stochastic analysis of a long-term time series (1966–2005) of monthly SPI-SRI indicator values was performed using a first-order Markov chain model. This provided characteristics of regional features of drought formation, evolution and persistence, as well as tools for statistical long-term drought hazard prediction. The study was carried out on two subbasins of the Odra River (Poland) of different orography and land use: the mountainous Nysa K?odzka basin and the lowland, agricultural Prosna basin. Classification obtained with the SPI-SRI indicator was compared with the output from the NIZOWKA model that provided identification of hydrological drought events including drought duration and deficit volume. Severe and long-duration droughts corresponded to SPI-SRI Class 3 (dry meteorological and dry hydrological), while severe but short-term droughts (lasting less than 30 days) corresponded to SPI-SRI Class 4 (wet meteorological and dry hydrological). The results confirm that, in Poland, meteorologically dry conditions often shift to hydrologically dry conditions within the same month, droughts rarely last longer than 2 months and two separate drought events can be observed within the same year.     

Spatio-temporal evaluation of global gridded precipitation datasets across Iran

ABSTRACT

In this work, the accuracy of four gridded precipitation datasets – Climatic Research Unit (CRU), Global Precipitation Climatology Centre (GPCC), PERSIANN-Climate Data Record (PCDR) and University of Delaware (UDEL) – is evaluated across Iran to find an alternative source of precipitation data. Monthly, seasonal and annual precipitation data from 85 synoptic stations for the period 1984–2013 were used as the basis for the evaluations. Our results indicate that all datasets underestimate and overestimate precipitation in stations with annual precipitation greater than 600 and less than 100 mm, respectively. However, all datasets correctly recognize regimes of precipitation, but with a bias in amount of precipitation. Our spatio-temporal assessments show that GPCC is the most suitable dataset to be used over Iran. Both UDEL and CRU can be considered as the second and third most suitable datasets, while PCDR showed the weakest performance among the studied datasets.     

一次江淮气旋复杂降水相态特征及成因分析

本文应用常规探空资料、地面观测资料、欧洲中心细网格(0.25°×0.25°)数值预报初始场资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料分析了山东一次江淮气旋降雪过程的复杂相态特征,并初步分析了成因。结论如下:(1)山东省2014年2月16—17日的雨雪天气过程,降水相态多样性和相态转化复杂性是主要特点,表现为同一时刻雨、雪和雨夹雪三种相态共存,郯城站降水相态逆转(由雨夹雪转雨再转雪),鲁东南地区降雪同时鲁西南地区降雨的"东雪西雨"现象。(2)在系统发展不强的江淮气旋降雪过程中,鲁中山区相对高海拔地区夜间强烈的辐射降温和山脉迎风坡的动力抬升作用均会造成边界层温度的降低,后期对流层低层为东北风控制时,除鲁中山区外,其迎风坡东麓或东北麓(潍坊地区)出现固态降水可能性也较大,一般情况下,地面2 m温度为1~2℃,1 000 hPa温度为0℃左右,925 hPa温度为-3℃左右,可出现固液共存降水现象。(3)相态逆转现象的发生与江淮气旋发展阶段和气温日变化两个因素紧密相关。0℃层在925 hPa上下的状态是一种临界状态,可产生雨夹雪或雨,但0℃层高度下降不是由雨转雪的充分条件,还需考察冷平流发展情况。(4)当江淮气旋生成地偏东(位于长江口附近),且发展不强烈时,山东若受其影响产生降水,后期上游如有新系统发展,可能与气旋共同影响山东,造成复杂相态的江淮气旋降雪过程。     

小浪底水库蓄水前后雷暴气候变化特征分析

利用小浪底库区及周边地区具有代表性的12个气象站蓄水前后共20 a逐日雷暴资料,采用数理统计方法对各站雷暴日数、初日、终日及其空间分布特征等进行统计,结果表明:小浪底水库蓄水后,因水域面积增大,对小浪底库区及周边雷暴气候特征等有较大影响,库区和周边东部年雷暴日数和初终间日数呈增加趋势,周边南部呈减少趋势;雷暴日数秋季增加,夏季减少;库区和周边雷暴初日均呈明显的提前趋势,终日多呈推迟趋势。     

四川省康定市泥石流灾害与降水预报阈值确定

通过对康定市历史泥石流灾害资料与历史气象降雨资料进行统计分析,揭示了康定市泥石流灾害与降雨的关系特征,并在此基础上,研制了康定市1h、3h降雨量诱发泥石流预警指标。结果表明：康定市境内各地均有发生泥石流灾害的可能性,东部地区是泥石流的高易发区。康定市境内泥石流灾害发生与当日降雨量、短时强降雨、前期有效降雨量关系密切。降雨量大且降雨强度强的月份（6~8月）易发生泥石流灾害。短时强降水的强度越大,发生灾害的风险越大,强降水出现频率最高的时段（19:00~02:00）也是泥石流高发时段。当降水强度<10mm/h和20mm/3h时,有出现泥石流的可能性,泥石流灾害气象风险等级为4~5级;当降水强度达到10~20mm/h、21~35mm/3h时,发生泥石流的可能性较大,风险等级为3级;当降水强度达到21~35mm/h、36~50mm/3h时,泥石流发生的可能性大,风险等级为2级;当降水强度>35mm/h、50mm/3h时,泥石流发生的可能性极大,风险等级为1级。     

冬季东亚高空副热带急流和温带急流协同变化与中国南方地区降水的关系

利用NCEP/NCAR再分析数据和中国台站降水资料研究冬季东亚高空副热带急流和温带急流协同变化特征及其与中国南方地区降水的关系,发现冬季东亚高原急流与温带急流同期反向协同变化特征最为显著。即高原急流增强,同时温带急流减弱(SW型)和高原急流减弱,同时温带急流增强(WS型)。当高原急流增强(减弱)而温带急流减弱(增强)时,中国南方地区降水显著增加(减少)。合成分析表明,不同急流协同变化型态下冷暖空气活动特征存在较大差异,高原急流与温带急流的反向协同变化可以真实反映与冬季中国南方地区降水相关联的冷暖空气活动特征,进而导致不同降水形态的产生。     

基于星载测雨雷达探测的亚洲对流和层云降水季尺度特征分析

利用热带测雨卫星搭载的测雨雷达10年探测结果,就季尺度亚洲对流降水和层云降水的降水频次和强度及降水垂直结构的特点进行了研究.结果表明春、秋、冬三季东亚季平均降水环西太平洋副热带高压呈带状分布,雨强一般不超过10 mm/d;夏季,沿孟加拉湾、中国西南、中国东部至日本的大片雨区中出现了大于12 mm/d强降水;亚洲陆面对流和层云降水强度均弱于洋面.亚洲山地强迫不但可引起迎风坡上千公里长度的高降水频次和强降水带,而且导致其下风方向降水频次减少.季尺度降水频次分析表明,亚洲大部分地区对流降水频次小于3%;而层云降水频次一般大于3%,最高可超过10%;副热带高压南侧及西南侧的热带地区对流和层云降水频次均高于副热带高压北侧及西北侧的中纬度地区;降水频次的区域分布还表明,春季中南半岛至中国华南及南海南部对流活动多于同期的印度次大陆.季平均对流和层云降水廓线的季节变化主要表现为"雨顶"高度的季节变化,即降水云的厚度变化;两类降水平均廓线季节变化的区域性差异表明,热带外地区较热带地区显著、陆面较同纬度洋面显著、孟加拉湾比南海显著,而南海和西太平洋暖池无明显的季节变化.此外,降水结构的剖面分析还表明对流降水存在4层结构、层云降水存在3层结构.     

1951—2009年中国不同区域气温和降水量变化特征

为了研究中国不同区域气候变化特征,将全国按照气候区域划分为11个气候区,并利用1951—2009年中国194个国家基本/基准站月、年气温和降水观测资料,对全国及每个气候区平均温度及降水量的年和季节变化特征进行分析。结果表明：中国及各地区增温趋势均为极显著增加,尤其近20 a增温速度更快;而2007年成为有记录以来最暖的一年;中国冬季平均温度上升趋势最明显,春季次之,夏季几乎没有变化。中国平均年总降水量20世纪50年代最多,2000年代最少;而华北地区的年降水量减少最快;在四季降水中,中国只有夏季降水量波动略有增加,且各区域降水分布具有明显的南北差异特征。     

基于Hurst指数的黑龙江省作物生长季降水趋势研究

基于黑龙江省78个气象站1971—2016年逐日降水资料,综合采用墨西哥帽小波分析、Hurst指数分析等方法,对黑龙江省作物生长季(5—9月)降水量变化和未来趋势进行分析及预测。结果表明:1971—2016年,黑龙江省生长季、5月、6月降水量存在7 a、14 a、7 a左右的主周期,7月、8月、9月降水量存在2 a、3 a、7 a左右的第1主周期及6 a、11 a、21 a左右的第2主周期,各月均存在最近几年降水偏多的趋势;作物生长季降水量年际间为波动式振荡变化,7月、8月振荡幅度相对较大。年代际变化总体存在增加—减少—增加趋势,20世纪80年代、90年代降水量普遍偏多,2010年以来出现急转升高变化;单站各月Hurst指数均在0.5以上,降水存在比较明显的赫斯特现象;降水主要出现在夏季且以7月最为集中,最近几年降水偏多、7月异常降水集中以及主要流域未来7月降水的持续增加趋势在农业防灾减灾上值得关注。