珠江流域旱涝变化及其与大气环流关系研究

基于珠江流域57个气象站1960-2014年逐日降水量资料,选用标准降水指数(SPI)为旱涝指标,讨论旱涝时空变化特征,研究与极端旱涝相关的大气环流成因。结果表明:(1)珠江流域旱涝严重程度主要受降水量影响,SPI能有效反映流域的旱涝特征;(2)自1980s起,流域有干旱趋势,西北部干旱化趋势显著;(3)流域春旱减缓,秋旱加重,夏季洪涝频发;(4)极端的旱涝变化与大气环流关系密切,西太平洋副热带高压与东亚大槽是两个主要影响珠江流域旱涝变化的环流系统。     

1961-2010年北方半干旱区极端降水时空变化

采用49个气象站点1961--2010年逐日降水量资料,运用Mann-Kendall非参数检验、滑动T检验和R/S等方法,分析了近50 a来北方半干旱区极端降水事件的时空变化特征.结果表明:近50 a北方半干旱区极端降水指数最大5日降水量(RX5day)、强降水量(R95p)、降水强度(SDII)、连续湿日数(CWD)、连续干旱日数(CDD)、大雨日数(R20)和年总降水量(PRCPTOT)都表现出减少趋势.其中,RX5day和R95p减少趋势通过了0.1以上的显著性水平检验.Hurst指数分析表明,研究区各极端降水指数未来都呈现出减少趋势,其中CWD表现得尤为明显.近50 a来北方半干旱区CDD在1985年和1995年发生突变,而其他极端降水指数在1999-2000年出现了减少的突变.研究区各极端降水指数多年平均值的空间分布格局较为一致,除CDD外其他极端降水指数基本呈现出从西北向东南逐渐减少的趋势.各极端降水指数变化趋势在空间上表现出一定的区域差异性,研究区极端降水指数在东部地区以减少趋势为主,而中部局部地区表现出增加趋势.近50 a来北方半干旱区各极端降水指数(除CDD外)与年总降水量呈极显著正相关关系,极端降水指数对年降水量具有很好的指示作用.     

近半个世纪河套地区极端降水事件的气候特征

采用河套地区73个国家基本气象站1951—2014年气象数据,在模糊聚类法划分子区域的基础上,利用Kendall-tau非参数检验和Sen’s斜率估计相结合的方法,分析了该地区极端降水指标的变化趋势。结果表明:(1)在河套地区的干旱半干旱子区(黄河上游),湿润半湿润子区(黄河中下游),极端降水事件的变化趋势是不同的,降水空间分布不均衡。(2)河套地区的干旱半干旱子区的极端潮湿天的降水量R99p指标显著增加,变化速率为32.01 mm·(10a)-1。其他10个指标均呈非显著增加趋势,变化速率分别为:强降水日数R10mm:0.05d·(10a)-1,非常强降水日数R20mm:0.16 d·(10a)-1,极强降水日数R25mm:0.19 d·(10a)-1,年度总降水量PRCPTOT:18.28 mm·(10a)-1,非常潮湿天的降水量R95p:30.82 mm·(10a)-1,1日最大降水量Rx1day:0.19mm·(10a)-1,5日最大降水量Rx5day:1.04 mm·(10a)-1,普通日降水强度SDII:0.26 mm·d-1·(10a)-1,说明该子区域极端降水事件发生呈上升趋势。而该区域连续无雨日数CDD和连续有雨日CWD指标都呈增加趋势,分别为0.91 d(10a)-1和0.18 d(10a)-1,也说明干旱和强降水过程都会在这个区域发生,时而无雨、时而强雨,区域降水极端化趋势明显。(3)河套地区的湿润半湿润子区域除CDD和CWD指标呈上升趋势外[CDD:2.00d·(10a)-1,CWD:0.03 d·(10a)-1],其他9个指标都呈非显著下降趋势,R10mm:-0.12 d·(10a)-1,R20mm:-0.16 d·(10a)-1,R25mm:-0.11 d·(10a)-1,PRCPTOT:-12.24 mm·(10a)-1,R95p:-8.11 mm·(10a)-1,R99p:-5.94 mm·(10a)-1,Rx1day:-0.43 mm·(10a)-1,Rx5day:-0.43 mm·(10a)-1,SDII:-0.03mm·d-1·(10a)-1,说明该子区域降水、降水强度、强降水持续日数都在减少。但在这种减少的趋势下,降水仍存在极端化趋势。     

内蒙古西部地区气候变化特征及影响因子分析

利用内蒙古西部地区8个台站的逐月气温、降水资料,采用线性趋势和Mann-Kendall突变检验等方法,结合大气环流指数、涛动和季风等影响因子,研究了内蒙古西部地区1961-2009年温度和降水的变化特征,探讨了区域气候变化与影响因子的关系。研究表明:1961年以来,内蒙古西部地区气温呈显著增加趋势,增加趋势为0.42℃/10a,冬季对气候变暖的贡献最大;21世纪以来增加最显著,在1990年发生突变。降水量也呈现出明显的增加趋势,冬季的增加趋势最显著,但没有表现出明显的突变特征。内蒙古西部地区气温变化与青藏高原指数、北极涛动指数和西风环流指数有明显的正相关关系,而东亚夏季风的进退以及所携带的水汽是影响该区域降水量变化的主要因素之一。     

大气-海洋环流异常对山西省沙尘天气的影响

利用山西省1961-2003年15个站的月沙尘天气日数资料,对沙尘天气发生的频率与大气-海洋环流因子SOI,NAO,PDO和AO指数的关系进行了分析。结果表明:与山西平均沙尘日数变化关系比较显著的因子有PDO和AO指数,且均呈负相关。在这些环流指数偏高的年份,对应山西少沙尘天气;反之,则多沙尘天气。分析还发现,山西的沙尘天气事件与SOI指数有显著的滞后两年的正响应关系。与AO和PDO有显著负相关的站点主要分布在西北部到中东部及西南部,与SOI有滞后两年正相关的站点主要分布在中东部和东北部。在此基础上,讨论了大气-海洋系统振动对山西沙尘天气产生影响的可能机制。     

近50a锡林河流域极端天气事件及其与气候变化的联系

利用锡林河流域气象站1964-2013年逐日最高气温、最低气温、日平均气温以及日降水量资料,运用线性倾向估计法、Danile检验法、Mann-Kendall突变检验法对选定的8种极端天气指数进行分析与研究,并分析了极端天气事件与气候变化的相关关系。结果表明:近50a锡林河流域TXID、TNID都呈上升趋势,分别达到0.70℃/10a和-0.78℃/10a。其他极端气温指标(ID、FD、SU)和极端降水指标(R95P、RXID、R95T)为下降趋势。极端气温指数变化趋势比较明显,而极端降水指数下降趋势并不显著。从时间转折上看,极端天气的各项指标均有突变发生,且突变年主要发生在20世纪80年代中后期。极端天气事件的出现频率与锡林河流域区域气候变暖之间具有很高的相关性。     

基于CRU格点数据集的近百年渭河流域降水变化

基于英国东安格利亚大学Climatic Research Unit(简称CRU)气象格点数据集CRU_TS3.24,分析得出1916~2015年渭河流域100年间年季降水的趋势、突变、周期等变化特征,也从侧面检验了CRU格点数据的应用效果。结果表明近百年来:(1)渭河流域夏季和全年降水呈现不显著减少趋势(-1.73mm/10a和-0.82mm/10a),时间上降水的减少主要发生在夏季,空间上降水的减少主要发生在流域西部;(2)春季降水2个突变点分别为1991年、2009年,夏季降水2个突变点分别为1933年、1961年,全年降水的两个突变点分别为1933年、1968年,秋冬两季各存在5个突变点;(3)夏季与全年降水序列突变点识别结果表明采用CRU格点数据对渭河流域降水变化进行分析更为全面;(4)秋季与冬季降水序列的周期性比其他时段更加明显,四季与全年降水序列的第1主周期分别为19年、3年、13年、5年和18年,第2主周期分别为6年、7年、42年、12年和24年。     

关中平原极端降水时空变化及其与大气环流的关系

基于关中平原13个气象站1957-2019年逐日降水资料,运用一元线性回归、Pearson相关分析和小波相干分析等方法,计算各极端降水指数,分析其时空变化特征,探讨极端降水与大气环流的关系.结果 表明:(1)在时间上,除极端降水强度以0.007 mm·d-1·(10a)-1速率的上升外,其他极端降水指数均呈下降趋势,其...     

河西走廊三大内陆河流域出山径流变化特征及其影响因素分析

以1961-2010年河西走廊三大内陆河流域出山年径流资料为基础,综合运用趋势分析、MannKendall突变检测、Morlet小波分析、R/S分析、降水-径流深度双累积曲线等多种数理分析方法,研究了河西走廊三大内陆河流域出山年径流的变化特征、影响因素及未来可能的变化趋势。结果表明:(1)1961-2010年,石羊河流域出山年径流呈微弱减少趋势,黑河流域和疏勒河流域出山年径流呈显著增加趋势,50年来黑河流域和疏勒河流域出山年径流存在显著突变特征;(2)1961-2010年,石羊河流域和黑河流域出山年径流经历了"枯-丰-枯-丰"4次交替,疏勒河流域出山年径流经历了"枯-丰"2次交替;(3)1961-2010年,石羊河流域、黑河流域、疏勒河流域出山年径流变化的主周期分别为5年、22年和15年,但不具有统计显著性;(4)河西走廊三大内陆河流域出山年径流变化受祁连山区降水影响较大,山区人类活动对年径流变化影响较小;(5)未来石羊河流域出山年径流可能呈减少趋势,黑河流域和疏勒河流域出山年径流可能呈增加趋势。     

近50年来渭河流域降水变化特征分析

通过对渭河流域21个气象站1951~2005年降水观测资料统计分析,并运用累积距平曲线和信噪比法对渭河流域降水时空分布及变化进行了分析。结果表明:(1)渭河流域降水随海拔高度降低由西向东呈上升趋势,每下降100 m平均增幅约为15.1 mm;(2)自20世纪60年代以来,渭河流域年均降水呈下降趋势,10年平均减幅约为2 mm;(3)经降水变化的突变分析得出近50年渭河流域降水不存在突变年,1982、2003年为渭河流域大的降水转折年。     

甘肃省陇东地区夏季极端降水及典型年环流特征分析

本文采用陇东地区13个气象站的逐日降水和同期NCEP/NCAR再分析资料,基于5个极端降水指数,应用经验正交函数(EOF)、合成分析等方法,研究该地区1967—2015年夏季极端降水的时空特征及极端降水典型年的环流特征。结果表明:(1)夏季极端降水指数在陇东地区西北部较低,南部和东北部较高,整体呈上升趋势。(2)EOF分析第一特征向量均为正值,第二特征向量则表现为南正北负的反相位分布,在时间系数的极大(小)值年,研究区夏季极端降水在南北方向呈南强(弱)北弱(强)的分布特征最明显。(3)在强(弱)夏季极端降水典型年,有(无)冷暖空气交汇;上升(下沉)运动增强,向外长波辐射为负(正)异常,对流强(弱),对应着较多(较少)的降水;水汽通量散度为负(正)异常,有利于(不利于)极端降水发生。     

1961-2017年青藏高原东北部雨季降水量变化及其贡献度分析

利用53个气象观测站1961—2017年5—9月逐日降水资料,分析了青藏高原东北部雨季降水量的变化特征,以及不同等级降水变化在降水量增量中的相对贡献。结果表明:1961—2017年青藏高原东北部干旱区雨季降水量呈增加趋势,半干旱区和半湿润区降水量的极端性增强。大部分地区的降水强度普遍增加。进一步分析可知,青藏高原东北部雨季降水量变化主要由降水强度的变化引起,同时中雨等级降水增加贡献大于其他等级降水。半湿润区和半干旱区东部降水极端化趋势明显增强。该结果有助于进一步理解和认识青藏高原东北部生态环境变化的气候效应。     

渭河流域气象及水文旱涝演变规律分析

降水是径流的基本来源,分析极端旱涝条件下降水与径流之间演变规律的异步性,可有效表征径流丰枯变化对人类活动的响应。基于渭河流域降水、径流资料,采用泰森多边形法计算渭河流域面降水量及12个月标准化降水指数(SPI12),对比典型频率下SPI12的空间分布特征及其对径流系数的影响;采用经验正交函数和时间序列分析法挖掘SPI12和年径流量的演变规律,对比演变规律的同步及异步变化特征。结果表明:在25%、50%、75%频率下,流域面降水量分别为582.5 mm、518.6 mm、467.5 mm。SPI12第一主成分减少趋势显著,自1991年7月开始突变,于1962-09(1962年9月,下同)—1969-07—1983-02—1985-08—1991-07—1999-12呈现湿润~正常~湿润~正常~干旱状态。渭河年径流量呈显著减少趋势,自1989年开始突变,且分别于1950—1968和1982—1993年经历湿润和正常阶段,于1970—1974、1976—1980、1994—2007年经历干旱阶段。以流域内大规模水利、水土保持措施及城市化等为代表的人类活动使流域年径流量较SPI12第一主成分突变年份提前,使二者于1970—1996年间旱涝类型不匹配,年径流量相对SPI12第一主成分呈现旱化趋势。     

近60 a来内蒙古极端降水时空变化及其影响

基于内蒙古地区41个气象站点1958-2017年的逐日降水数据,采用世界气象组织等推荐的9个极端降水指数,运用线性趋势分析、克里金插值法、Mann-Kendall检验、Morlet小波分析和主成分分析等方法研究了内蒙古地区近60a来极端降水时空变化、周期规律和气象灾害效应。结果表明:内蒙古地区近60a来出现了干燥化趋势,即伴随着降水量的减少,各极端降水指数出现不同程度的下降趋势,以20世纪60年代和21世纪初下降最为明显。各极端降水指数倾向率在空间上大体呈现出从东西部向中部递减的规律,大都以集宁、呼和浩特、通辽和新巴尔虎右旗为低值中心。各极端降水指数的最大概率突变年为1995年,此后出现了不显著下降的趋势。各极端降水指数均存在3~5 a、14~17 a、20 a左右的周期变化。除连续无雨日数外,各极端降水指数与年降水量之间均存在较好的相关性。内蒙古极端降水变化导致该区旱灾与风灾增多加重,草原沙漠化加强,洪灾与低温冻害减少减轻,应有针对性地采取措施加强旱灾与风灾预防。     

2008年宁夏低温阴雪灾害特征及成因分析

利用宁夏19个气象站1951~2008年1月平均气温和降雪量资料,建立宁夏1月大气干旱指数序列,分析了宁夏2008年1月低温连阴雪极端天气特征;利用北半球500hpa月平均环流特征量、东亚季风资料,分析研究初冬乌拉尔山高压、亚洲区经(纬)向环流、青藏高原南支槽、东亚夏季风向冬季风过渡时期的年代际变化以及太阳活动等外强迫因子对宁夏低温阴雪灾害性天气的影响尺度、幅度及响应时间,结果表明:持续低温阴雪天气的发生是叠加在的大气环流异常形成的;宁夏气温持续异常偏低,部分地区为有气象观测记录以来同期最低值;累计雪量历史同期最大,积雪普遍较厚,连阴雪天数最长;干旱气候变化与外强迫因子相关程度较高,对宁夏冬季短期气候趋势预测具有一定的指示意义。     

近40 a西藏怒江流域极端降水事件的时空变化

利用西藏怒江流域1971-2010年9个台站逐日降水量资料,采用第99个百分位值确定了不同台站的极端降水阈值,对流域极端降水事件的时空特征进行分析。结果表明：西藏怒江流域极端降水阈值为20.6～33.8 mm,分布与年降水量的走向基本一致。近30 a那曲地区大部、八宿和察隅最大日降水量为增加趋势,尤其是察隅,增加了5.2 mm•(10a)^-1;极端降水频数丁青、八宿和察隅趋于增多,其他各站倾向于减少(-0.06～-0.41 d•(10a)^-1;年极端降水量察隅以29.4 mm•(10a)^-1的速度明显增加,左贡变化不大,其他站点呈减少趋势,为-1.0～-27.2 mm•(10a)^-1;年极端降水强度那曲、索县、左贡和察隅为增强趋势,为0.6～6.2 mm•d^-1•(10a)^-1,比如、洛隆和八宿无变化,安多和丁青呈减小趋势。极端降水频数、极端降水量、日最大降水量、极端降水强度在20世纪90年代前均存在4～5 a的显著周期,在2000年以后均存在2～4 a的显著周期。     

基于SWAT模型的开都河流域水文干旱变化特征及驱动因子分析

以开都河流域为例,以SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型和标准化降水蒸散指数(SPEI)为基础,对干旱变化特征进行识别。利用贝叶斯动态线性方程(BDL)模型研究南方涛动(SOI)等气候驱动因子对区域季节性干旱的影响。结果表明:1965—2016年开都河流域的干旱主要集中于冬、春季;在不同季节,流域干旱的变化趋势也有所不同,但趋势并不明显,仅在秋冬季可以检测出显著下降的趋势;不同季节的SPEI指数变化受降水、潜在蒸散发等气候因素的响应较快,多在0值上下波动,导致其变化周期较短,多集中在2～4 a;气候指数对流域干湿变化的影响随着时间的推移而转变,对不同季节的影响也有所不同。     

新疆天山极端干湿事件时空演变特征

基于新疆天山26个气象站1960—2017年的气象资料,采用FAO Penman-Monteith模型计算了各气象站月地表湿润指数,标准化后统计极端干湿事件频率。运用线性趋势分析法、反距离加权法探究了极端干湿事件频率的时空演变特征,并采用相关分析、偏相关分析及交叉小波分析分别探讨了气象因子和大气环流对极端干湿事件变化的影响。结果表明:(1)新疆天山极端干、湿事件分别呈减少、增加趋势,年际倾向率分别为-0.40次·(10a)^-1、0.37次·(10a)^-1。夏季为天山极端干、湿事件的共同高发季节,也是极端干旱下降趋势最大的季节,而秋季是极端湿润上升趋势最大的季节。(2)天山北坡是极端干旱事件和极端湿润事件的共同高发区域,极端干、湿事件发生频率高达4.44次·a^-1、2.76次·a^-1,也是极端干旱下降、极端湿润上升速率最快的区域,平均年际倾向率分别为-0.75次·(10a)^-1、0.58次·(10a)^-1。(3)平均相对湿度是导致该区域极端干湿事件变化的主要气象因子,厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation)是主要大气环流因素。     

1961-2012年滦河流域干旱演变分析

采用滦河流域16个气象站1961-2012年的逐月气象要素观测数据,计算了滦河流域的年标准化降水蒸散指数(Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI),并利用线性趋势法、非参数Man-Kendall法和Morlet小波方法分析了流域近50年来干旱的演变趋势和周期变化规律.结果表明:SPEI指数可以很好的描述滦河流域的干湿变化趋势;1961-2012年滦河流域气温上升降水减少,呈暖干化态势;50年来滦河流域的干旱事件随时间变化呈频率增加、强度增强的趋势;干湿变化的主周期是14年.年平均气温及年降水和SPEI指数均呈显著相关,年降水对SPEI的影响更为显著,但气温变化的影响同样不可忽视.     

喀什河流域降水同位素特征及水汽来源分析

利用喀什河流域山区2017-07—2018-06大气降水同位素数据,以及流域山区温度、降水气象资料,分析了降水中δ18O、δD和氘盈余(d-excess)变化特征,讨论了δ18O与气温、降水量的关系,通过利用HYSPLI模型追踪分析流域山区大气降水的水汽来源。结果表明:(1)流域内降水中δ18O季节变化明显,夏季δ18O同位素富集,冬季δ18O同位素贫化。(2)不同降水类型中δ18O、δD的关系差异明显,夏季δD蒸发分馏大于δ18O、降雨大气降水线斜率及截距较小;冬季δD蒸发分馏明显减弱,降雪大气降水线斜率及截距较大。(3)流域内大气降水同位素存在明显的温度效应,但是降水量效应不显著。(4)流域内大气降水水汽主要来源于大西洋,受水汽远距离输送,途中加入较多二次蒸发水汽的影响,氘盈余值(d-excess)整体上偏大,但是2月氘盈余偏低,与受北极气团源地温度低、空气湿度大、水汽输送路径短影响有关。(5)该流域夏季降水主要来源于西风环流和局地再循环水汽,冬季则受西风环流和北极气团共同影响,大西洋水汽形成的降水占研究区总降水量的68.6%,局地再循环水汽占17.1%,北冰洋水汽形成的降水占研究区总降水量的14.3%。