新疆玛纳斯河径流演变过程及驱动力分析

文中结合玛纳斯河肯斯瓦特(1956-2007a)、红山嘴站(1956-2004a)径流及流域内年均蒸发量、气温数据,利用Mann-Kendall非参数检验,小波分析和灰色系统理论,对其变化趋势、突变和周期进行分析。结果表明:肯斯瓦特和红山嘴径流量皆显著增加,突变分别发生在1996a和1997a;玛纳斯河径流变化与气温、蒸发量最为敏感,气温呈显著递增趋势且突变点在1989a,而蒸发量显著下降,但突变不明显;气温、蒸发量的主周期为11、22、4、7a和15、22a,而径流量为15、20和22a;红山嘴(1997-2004a)8a平均实测径流量比天然径流量增加了4.768×108m3,气候因子对红山嘴径流影响量为12.117×108m3,人类活动影响量为7.349×108m3,表明气候因子是驱动玛纳斯河红山嘴水文站以上径流量演变的主导因素。     

南疆和田地区气候变化特征分析——以北部绿洲区为例

应用和田地区六个代表气象站1960-2008年逐月平均气温、降水量和相对湿度资料,采用线性倾向估计、Mann-kendall、累计距平、Morlet小波等方法分析了49a来和田地区气温、降水、相对湿度三要素年及四季的时空变化、突变及周期特性,结果表明:(1)自西向东呈现出气温下降、降水减少、湿度减小的分布规律;(2)气温、降水、相对湿度呈线性增暖、增多、增大的变化趋势,尤以冬季气温增暖、相对湿度增大,夏季降水增多较为明显;(3)气温、降水、相对湿度均表现出明显的年代际和年际周期变化,年际周期尺度较年代际振荡复杂且时期性明显;(4)49a来气温、降水、相对湿度均有突变发生,各要素年、季突变点及突变性有差异;(5)三要素之间,气温与降水、气温与相对湿度成反相关关系,降水与相对湿度成正相关关系。     

开都河源区径流变化的气候响应

气候变化下的山区径流时空变异特征是干旱区水文水资源研究的热点之一。本研究选择天山南坡开都河流域源区为典型研究区,基于1958-2017年大山口水文站和巴音布鲁克水文站径流数据,及巴音布鲁克气象观测数据,采用TFPW-MK趋势检验、小波分析与小波相干等方法分析径流序列的趋势、突变和周期特征及其对气候变化的响应。结果表明:近60 a来,开都河源区径流、降水、气温呈显著增加趋势,并且径流量、降水量与最高气温的增率在加快,而平均气温与最低气温的增率减缓;径流量、降水与平均气温的突变年份集中在20世纪90年代,并且均存在28 a的周期;夏季径流量增加主要受夏季升温的影响,而早春径流量增加主要与冬季降水增加、早春升温有关;在年尺度上,降水是影响开都河径流变化的主要因素,气温主要以积温形式影响着径流的变化;在月尺度上,积温与降水均与径流呈显著正相关关系,且源区上游径流较下游径流对气温变化更为敏感。     

石河子地区年冻融指数的多尺度变化特征

基于石河子地区各气象站点1961─2013年的逐日平均气温数据,计算年冻融指数,并利用集合经验模态分解(EEMD)分析其多尺度变化特征。结果表明:在过去53 a,石河子地区冻结指数和融化指数的年际变化明显,其中冻结指数总体呈减少趋势,融化指数总体呈增加趋势,气候倾向率分别为-3.84℃·a-1和8.64℃·a-1。在年际变化上,冻结指数年际波动较大,其变幅为820~1 900.7℃;融化指数年际波动较小,变幅为3 518.8~4 577.9℃。在年代尺度上,冻结指数与气温呈明显的负相位,且两者的年际变化周期相同(3 a),年代尺度周期大致相当(10 a左右);融化指数与气温呈明显的正相位,且两者存在年际变化的同周期(3 a)。变化趋势特征表明,伴随着气温的增加,冻结指数呈非线性减少趋势,而融化指数呈非线性增加趋势。     

1965-2012年新疆北部地区气候变化及其对北极涛动的响应

近年来,增温增湿趋势影响着新疆北部(以下称北疆)的生态系统与农牧业发展,有必要对北疆气候变化及其归因进行深入剖析.根据北疆地区23个台站月平均气温、降水资料和北极涛动指数(AOI)标准化序列资料,采用线性倾向估计、累积距平、滑动t检验、相关分析、小波变换等统计方法,分析了1965-2012年北疆地区气温与降水的变化特征及其对北极涛动(AO)的响应.结果表明:①北疆年平均气温与年降水量变化呈上升趋势,线性倾向率分别为0.41 ℃·(10a)-1及11.26 mm·(10a)-1;二者发生突变时间分别在1988年和1986年前后;突变后,北疆春、秋、冬季增温显著,夏季气温增幅不明显;北疆降水量各季都有所增加,且以冬季增幅最大.②北疆气温、降水与AOI的变化周期具有一定程度的相似性:冬、夏季气温及降水与AOI在准3 a尺度周期上有很好的频域对应关系.③北疆冬季气温序列与AOI相关性较高;北疆冬季气温、降水与AO变化在多个周期尺度上呈显著相关且滞后0.5 ～1 a,说明AO变化对北疆气温和降水具有实际预报价值.     

呼图壁河径流过程对气候变化的响应

为了研究呼图壁河径流过程对气候变化的响应,文中对石门水文站和呼图壁县气象局1978～2011年日径流、降水、温度数据进行了统计分析,采用Mann-Kendall法对年天然径流进行了突变趋势检验,并将变点前后的径流量与流域气温、降水进行相关性分析,得出:(1)年径流量在1987年发生突变,变点前呈下降趋势,变点后呈上升趋势,其中1998～ 2004年上升显著.(2)变点后径流量年际变幅增大、枯水年变少;径流量年内变化不均匀、变幅大.(3)温度、降水与径流量均呈正相关,相关系数均在0.58以上,且温度对径流变化的贡献率更大,这说明高山冰雪融水是呼图壁河的主要补给方式,随着高山区冰雪储量的减少,呼图壁河的生态安全将会受到很大威胁.     

基于小波分析的黄河上游水沙多时间尺度特征

采用小波分析方法及相关理论,以黄河上游唐乃亥站53 a(1957—2009年)径流与输沙序列为例,初步分析并定量描述随序列长度变化时水沙时间序列主周期值的变化规律和特征。由于受降水等多种因素的影响,同一序列的不同长度、同一序列不同时期的相同长度及不同序列相同长度的主周期都有所不同。在此基础上,进一步研究了53 a长度的水沙序列多尺度精细结构。结果表明,黄河上游径流与输沙序列具有多尺度振荡的特点,存在着年际尺度和年代际尺度的周期变化规律,年径流序列的主周期为23 a和8 a,春季径流序列的主周期依次为5 a、24 a、8 a和15 a,年输沙序列的主周期为8 a和18 a,春季输沙序列的主周期依次为8 a、18 a和4 a。     

1960-2018年博斯腾湖水位变化特征及其影响因素分析

结合博斯腾湖1960—2018年水位、出入湖径流以及气象站点实测资料,采用集合经验模态分解(Ensem?ble Empirical Mode Decomposition,EEMD)、水量平衡和气候弹性方法,对近60 a博斯腾湖水位变化及其影响因素进行了详细分析。结果表明:(1)1960—2018年博斯腾湖水位总体呈下降态势,具体表现为“下降-上升-下降-上升”四个阶段。(2)在年际尺度上水位存在准3~4 a、准8~9 a的周期性振荡,而年代际尺度上表现出准29~30 a和准33~34 a的周期性变化。(3)1960—2018年降水、气温和潜在蒸散发对开都河、黄水沟和焉耆径流的累积贡献率分别达85.1%、42.1%和23.8%,而下垫面、其他气象变量和人为等因素累积对径流的贡献率分别约为14.9%、57.9%和76.2%。(4)对不同阶段博斯腾湖水位变化原因分析:1960—1987年水位急剧下降的主要原因同入湖径流减少和湖面蒸发量大有关;气温升高和降水量增加导致入湖水量增加是1988—2002年水位显著升高的主要原因;入湖径流减少和出湖水量增多,导致2003—2014年水位显著下降;博斯腾湖入湖水量的显著增加及对出湖水量的严格控制是2015—2018年水位明显上升的主要原因。     

1961-2014年黄土高原地区降水和气温时间变化特征研究

降水和气温是影响黄土高原地区生态建设的关键气象要素。以黄土高原73个气象站1961-2014年降水和气温实测资料为基础,采用Mann-Kendall法、Hurst指数和小波分析等方法,研究了降水和气温时间变化特征。结果表明:黄土高原地区年、春、夏及秋季平均降水量年际变化趋势均不显著(P>0.05),但冬季以1.41mm/10a的倾向率显著上升(P<0.01),且在1971年发生突变。年、春、秋、冬季平均气温均呈显著上升趋势,且突变时间发生于20世纪80年代中期和90年代中期。73站中,73.9%的站表现为朝着暖干化方向发展,19.2%的站呈现暖湿化态势,但冬季整个黄土高原暖湿化现象明显。降水量具有5a的第一主周期,气温存在13a的第一主周期。     

景泰县近50年来气温、降水变化特征分析

采用线性趋势分析、Mann-Kendall、子波分析和功率谱分析等方法,分析了景泰县近50年年气温、降水的演变特征及对气候变暖的响应。结果表明:景泰年平均气温在1970年代中期发生了由降温到增温的转型,增温趋势明显,年平均气温增温率为0.32℃/10a。平均最低气温增温率高于最高气温,年平均日较差呈明显下降趋势,说明夜间增温高于白天增温。四季气温均呈上升趋势,但增温趋势表现出明显的季节非对称性,冬季增温最为显著,平均气温增温率达0.63℃/10a,为四季最高,秋季平均气温增温率为0.33℃/10a,春季为0.20℃/10a,夏季增温最小。降水量无明显的增减,但年际变化波动性较大。气温在1990年代中期发生增温的突变,降水没有突变现象发生。近50年来,景泰县气温的变化以8～10a、2～4a的周期振荡较强,年降水量变化的周期振荡以25a、9a、6a为主,在显著周期9a尺度上,两者为反位相变化结构,在5a时间尺度上自1990年代初期之后,降水与气温大致呈同位相变化。     

近50年来吉林西部半干旱区气候变化特征

根据吉林省西部地区6个具有代表性的气象站1961-2010年间的逐日气温、降水数据,运用趋势分析、小波分析和Mann-Kendall检验等统计方法,对吉林省西部半干旱区气候变化特征进行了分析。研究表明:近50年来,吉林西部半干旱区气温存在明显的增温趋势,以冬季气温升幅最大;降水则呈现减少趋势,夏季表现尤为明显。在不同的时间尺度上,气温、降水的变化趋势存在差异,年平均气温主要有5a左右,12a左右和30a以上的震荡周期,并在1989年发生突变;年平均降水主要有5a左右,30a左右的震荡周期,年际交替频繁。通过分析干燥度指数,吉林西部半干旱区干燥度指数主要存在6a左右、10a左右和35a左右震荡周期,并在1997-2002年之间发生突变,干燥程度总体呈现上升趋势,但上升趋势不明显,上升幅度自西向东逐渐减小。     

开都河流域中下游气候变化特征及其对径流的影响

采用开都河流域大山口、焉耆水文气象站1960—2010年的观测资料,利用趋势分析、距平分析、多元回归以及线性拟合方法,分析了开都河中游、下游气温和降水变化特征,以及径流对气候变化的响应。结果表明:近50 a来,开都河流域气温总体呈上升趋势,其中大山口上升1.08℃,焉耆上升1.71℃。气温季节变化分析表明:焉耆冬季气温上升比夏季明显,大山口各季节气温变化差异不明显,总体呈上升趋势。降水年际波动较大,大山口站降水增加趋势显著,1998年降水达到50 a最大值。气温和降水对径流均有一定的影响,大山口以上相关性表现得比较明显,焉耆段相关性不强,总体上气温和降水与径流的变化均呈正相关关系。     

阿克苏河径流量时间变化特征及成因分析

运用多种统计方法,对1957-2003年塔里木河最大的源流--阿克苏河年径流量序列进行分析,发现阿克苏河年径流量序列呈明显的上升趋势,大致以4 a左右的周期均匀变化.年径流量作为气温上升的滞后反应,20世纪90年代以来快速增加.通过普查相关和引用积雪卫星遥感资料分析,前期山区降水和气温的年际变化是造成河水径流量稳定变化的主要原因,由气温变化导致的山区积雪融水是阿克苏河径流的重要补给来源.夏季的气温、降水的突然变化是引起径流量突然增大甚至引起洪水的主要原因.     

河北省三大棉区气候周期及突变特征分析

利用河北省棉区1961-2010年15个站点逐日气象资料,分析了河北省不同棉区气候周期振荡及突变点,结果表明：不同棉区棉花全生育期气温、降水、日照均存在多个时间尺度的周期变化特征,交替现象明显;全生育期平均气温年代际以及年际主要周期：冀南、冀中棉区为20～22 a、9～10 a、5～7 a,冀东棉区为22～24 a、11～14 a,全生育期平均气温升高明显,在1996年发生了突变,转入气温相对较高期。全生育期降水主要周期：冀南棉区为14～15 a,冀中、冀东棉区为22～24 a、8～10 a。全生育期日照存在9～10 a振荡周期,且1986年前后发生突变,转入相对偏少期。     

黑河中游张掖地区近48a气候变化及径流的响应

将现代气候统计诊断与预测技术和地理信息系统(GIS)的地学统计方法中的Kriging插值结合,分析了位于黑河中游张掖地区6个气象站的近48a的气温和降水的时空变化,并且空间显示了各季节的气温和降水变化。结果表明:张掖地区6站的年均气温在3.97-8.04℃之间,变暖最快的是山丹站气温倾向率为0.47℃/10a,变暖最缓慢的是高台站气温倾向率为0.19℃/10a。年均气温最低出现在1956年,为2.5℃,最高值出现在1998年,为9.06℃;降水地域分布不均衡,地区降水差值可达200mm以上。夏季张掖地区的降水变化范围为67.11-193.30mm,冬季降水是4.69-10.48mm,表明降水季节分配不均,且冬、夏降水变化幅度大;张掖地区气温在1991年开始发生突变,气温增加趋势明显。西支流地区和整个张掖地区气温突变时间一致,东支流气温突变是在1993年和整个张掖地区相比推迟了2年。整个张掖地区包括西支流和东支流在降水的时间的变化上没有发生突变。张掖地区年水变化周期现象明显,第一主周期为15年第二主周期为7年,但年均气温变化周期现象不明显;平原地区气温不是影响径流最根本的决定因素,但对河流径流的影响是正向的。降水和径流虽然在时间上拟合,径流总体的变化趋势在减少,但径流的降幅比降水要大。     

气候变化对黄河源区水资源的影响及未来趋势预估

利用黄河源区有关水文、气象台站观测资料,分析了黄河源区年平均流量变化与气候条件的响应关系,发现气温、降水及蒸发的波动变化对流量有很大影响,依此关系建立了流量预估模型;并根据气候模式输出数据经降尺度处理生成的未来气候情景,对未来源区流量进行了预估。结果表明:近49a间,源区气温呈波动上升态势;蒸发量显著增大,年均降水量没有出现明显的趋势性变化,但具有明显的年际和年代际振荡。源区流量的变化与降水量、气温及蒸发的变化之间存在显著的线性关系,近49a年来,由于气温的持续上升导致径流蒸散发损耗超过降水量的补给作用,源区流量总体呈减少趋势,但近几年随着降水量的增加而有所回升。未来两个时期(2020s、2050s)源区年平均流量为593.61m3/s和525.11m3/s,较气候标准期(1961年-1990年)分别减少14.9%和24.7%,据此,未来气候变化对黄河源区水资源的影响可能弊大于利,但仍具有较大不确定性。     

河套灌区五原绿洲50a气候年变化特征与预测研究

利用1956-2005年河套灌区五原绿洲气温和降水时间序列分析表明,研究区气温呈显著增暖趋势,而降水量波动中略有下降。对50 a来气温和降水的Morlet小波及其功率谱分析结果表明,研究区气候具有多尺度振荡的特点,年平均气温存在4.88 a、7.14 a、11.1 a和21 a左右的周期变化,而年平均降水具有显著的4.89 a和21 a左右的周期变化。气温和降水具有同步的时间序列,但其优势周期尺度不同。年平均气温和年平均降水分别存在11.1 a和4.89 a显著周期(P<0.01)。通过GM(1,1)模型模拟预测表明,未来10年气温仍然呈持续升高趋势,且增幅较大。     

气候变化和人类活动影响下的北大河流域径流变化分析

基于北大河流域周边台站的气象水文数据,综合运用趋势分析、Mann-Kendall突变检测和Hurst指数(R/S分析法)等方法,从气候变化和人类活动两个方面分析了流域径流的变化趋势及原因,重点探讨了冰川变化对河川径流的影响。结果表明:1950s-2015年,北大河流域整体上呈现增温增湿的变化趋势,其中升温趋势显著,而降水增加不明显。气候变化在山区和平原区特点不同,山区增温增湿的幅度明显高于平原区。气温和降水年际变化序列都具有持续性,未来气温将持续快速上升,降水将微弱增加。径流的年际变化呈现不显著的减少趋势,减少率为0. 11×10~8m~3/10a,且未出现明显的突变点。流域内人类活动对径流的影响极小,气候变化是引起径流变化的主要原因。在1980s-1990s,山区降水的阶段性减少以及冰川处于相对稳定状态造成河流径流的持续减少,并在1990s后期达到最少;2000年以来,持续增温造成冰川融水急剧增加成为近期径流增加的主要原因,气候转型引起的降水增加也在一定程度上加剧径流增加。     

基于小波分析的巴尔喀什湖水位变化特征及其影响因素

根据巴尔喀什湖年平均湖水位、伊犁河中下游径流以及流域气象数据,采用线性倾向率、小波时频分析等方法,研究了巴尔喀什湖1880—2016年平均水位变化特征及规律,针对湖泊水量平衡分析得出伊犁河下游径流量是控制湖水位变化的关键因子,通过交叉小波进一步分析了影响湖水位变化的各种气象因素。结果表明:①巴尔喀什湖水位在2002年左右发生了突变,并存在以83 a为中心尺度的主周期,该尺度下水位变化的平均周期为54 a左右,经历了3个丰枯转换时期,今后将逐步进入枯水期。②交叉小波分析表明,自然状态下降水是影响湖水位变化的主要原因;径流与气温的共振周期相位在20世纪80年代末发生了由负向正的转变,指示气温升高对湖水位的综合影响表现为由蒸发损耗转变为融水补给增加。③大气环流因子通过控制降水,从而影响研究区内入湖径流和湖水位变化,北大西洋涛动(NAO)相较南方涛动(SOI)与径流的关系更为紧密,对湖水位变化的影响较大。     

胶东半岛大沽河流域径流变化特征

大沽河是胶东半岛最大的河流,被称为青岛市的“母亲河”,近年来受气候变化与人类活动的共同影响,河川径流量急剧减少,河道断流形势严峻。基于1964-2008年大沽河3个水文站点（南村、产芝水库和尹府水库）的径流资料以及青岛气象站点的气象资料,初步探讨了大沽河流域径流的年际年内特征、变化趋势及其原因。结果表明：大沽河年径流存在明显的年代际特征,45 a间有一定下降趋势,特别是20世纪80年代以来,南村站河道常出现全年断流现象;3个水文站均于60年代初发生了突变,而且尹府水库站的年径流还存在显著的准4 a的变化周期;南村站径流的季节特征及变化趋势均比较显著,年径流量的89.8%集中在汛期,汛期径流量及各月径流（除8-9月）在45 a间均呈显著下降趋势,非汛期径流变化趋势虽不明显,但其径流量自80年代以来大多年份为0;相对而言,产芝水库和尹府水库站径流的季节差异及趋势相对较小;由基准期（1964-1980年）到变化期（1981-2008年）,降水变化与人类活动分别导致年径流量减少的比例为52.38%和47.62%,说明两者对径流的减少作用均比较显著,而且在全球气候变化的背景下,人类活动进一步加剧了径流的减少,并促使大沽河演变为季节性河流。