基于SPI和Copula的湟水流域干旱趋势研究

为了研究湟水流域干旱趋势变化,选取该区17个气象站的1959-2006年的日降水数据,计算得到1960-2006年的标准化降水指数,并依据干旱等级和游程理论判定出干旱事件。然后采用Mann-Kendall趋势检验法对各站各月的、干旱历时以及干旱严重程度序列进行趋势分析,最后选用Archimedean Copula函数族的3种常用函数联合干旱历时和干旱严重程度序列,优选出拟合最佳的Copula函数构造两者的联合分布,并计算中度干旱和重度干旱情境下的联合重现期。从时间尺度上分析,湟水流域年内湿润化趋势集中在6-9月,干旱化趋势集中在12月到次年3月,出现了干旱的季节更干旱,湿润的季节更湿润的两极化情况,可能会加重流域的夏旱严重程度。在空间分布上看,整体上湟水流域东南部的干旱风险要高于西北部,并且低等程度的干旱在流域东南部发生可能性增大。     

洞庭湖流域降水多尺度特征与趋势预测及空间分布规律

对降水的多尺度周期规律进行研究,可以深层次分析降水特征及演变趋势,能够为水资源系统决策提供依据。以洞庭湖流域为研究对象,以流域11个代表性雨量站1958-2009年降水资料为基础,采用小波分析法,研究了各站年降水多尺度周期特征以及演变趋势,进而分析了其空间分布规律。结果表明:小波分析法在水文、气象等非稳定信号序列的多尺度特征分析与趋势预测中独具优势;洞庭湖流域不同地区年降水多尺度周期特征具有较明显的空间分布规律,而不同地区年降水的演变趋势大致相同,整体将处于降水偏少状态。     

基于标准化降水指数的汉江流域干旱时空分布特征

随着流域内经济社会快速发展以及南水北调中线一期工程调水,汉江流域水资源需求日益加大,流域管理面临较大挑战。从干旱角度分析汉江流域缺水状况,根据汉江流域13个国家基本气象站44a收集得到的月降水量资料,用标准化降水指数(SPI)作为干旱指标,从干旱频率、干旱站次比、干旱强度以及气象变化趋势率4个方面对汉江流域的干旱时空分布特征和演变规律进行分析。结果表明:年度、春季和秋季干旱站次比呈轻微增加趋势,夏季和冬季干旱站次比呈轻微减小趋势;春季、秋季和冬季干旱强度呈轻微增加趋势,年尺度和夏季干旱强度呈轻微减小趋势;区域内主要发生的是全域性和局域性干旱,干旱强度以轻度干旱和中度干旱为主;春季干旱频率较高的地区主要在流域西部的汉中等地和南部的房县、老河口、天门等地,夏季干旱频率较高的地区主要集中在流域北部的佛坪、尚州、西峡等地,秋季干旱频率较高的地区主要集中在流域南的老河口、枣阳、钟祥等地,冬季干旱频率较高的地区主要集中在流域南部的房县、老河口、枣阳、安康等地。     

近60a饶河流域径流变化特征研究

基于饶河流域1952-2014年3个水文站的逐日径流系列,采用年际变差系数Cv、年际极值比、距平百分率、Mann-Kendall趋势检验等多种分析方法,分析了饶河流域径流年内、年际丰枯变化特征和变化趋势。结果表明,饶河流域干支流天然径流年内分配和年际变化较为相似,径流年内分配极不均匀,而年际变化极不稳定;饶河流域出现枯水年的几率比丰水年的几率大,丰、枯水期交替变化周期约为20 a; 1952-2000年,各站径流总体上均小幅度递增,但21世纪以来各站径流则呈现减小的趋势。     

青海湟水流域降水过程的持续性特征与干旱发生趋势

以湟水流域6个气象站点1959-2016年逐月降水量资料为基础,采用距平分析法、Mann-Kendall检验对流域内降水变化特征进行分析,结合重标极差法分析流域未来降水的变化趋势,并用游程理论和马尔柯夫链分析了流域内干旱特征和未来干旱趋势。结果表明:研究区降水年际变化较为明显,过去58 a间全年及4个季节降水量呈增加趋势,其中冬季增加趋势最为显著;多年平均降水量在空间分布不均匀,流域中部地区降水量最大,下游地区降水量最小,Cv空间分布特征与多年平均降水量相似。通过Hurst指数可知,在1 a时间尺度上,流域年降水量表现为较强的持续性特征,在5 a和10 a时间尺度上呈现极强的持续性特征,未来不同时间段内年降水量与4季降水量可能有所增加。从统计结果来看,流域发生连枯水的概率大于连丰水,说明更易发生连枯水现象。根据加权马尔柯夫预测结果可知,2017年湟水流域为平水年。     

应用负轮理论分析无定河流域气象干旱

利用无定河流域14个气象台站1970-2004年的4-9月的降水资料,应用负轮理论对流域气象干旱进行了研究.结论表明,无定河流域各站丰枯变化趋势基本一致;以少水状态的频率出现最多;流域负轮周期以3、4年居多.     

鄱阳湖流域1951-2010年极值降水指数变化趋势分析

采用"STARDEX"项目的极值降水指数,借助MK趋势和突变检验、ARCGIS等方法,揭示1951-2010年鄱阳湖流域极值降水指数的变化趋势特征,以期为流域的洪涝灾害风险管理提供数据支持。结果表明:1各站的简单降水强度基本为上升趋势,主要贡献来自冬季和秋季;pn10mm指数在夏季多数站点上升,在春季则全部为下降趋势,造成多数站点年序列呈微弱下降趋势;各站pfl90指数基本为上升趋势;多数站点pnl90指数也为上升趋势,上升趋势主要来自夏季的贡献。2多数站点年最大1d、3d、5d、10d降水量的变化趋势均不显著;最大1d降水量多数站点上升,最大10d降水量则多数站点下降;流域内各站pq60~pq95指数存在比较一致的上升趋势,pf60~pf95指数则反之。     

1957-2018年永定河流域降雨时空演变规律研究

基于永定河流域内14个气象站点1957-2018年逐日观测数据，采用线性倾向估计、距平分析、小波分析对永定河流域降雨时空演变规律进行了分析，采用旋转经验正交函数（Rotated Empirical Orthogonal Function,REOF）法对降雨进行特征分区并通过相关分析揭示流域降雨的主要相关因子。结果表明：在全球变暖的背景下，永定河流域降雨量呈下降趋势，下降速率为-2.88 mm/10 a，多年降雨量均值为389.22 mm。季尺度上，春秋两季降雨量呈上升趋势，以秋季降雨量上升最为明显，上升速率为3.75 mm/10 a；夏冬两季降雨量呈下降趋势，以夏季降雨量下降最为明显，下降速率为-8.14mm/10 a。小波分析结果表明，流域降雨量变化存在着28、15、4 a三个周期，以28 a为主周期。空间上，降雨量地域性差异较大，流域降雨量由东南平原区向西北山区递减。REOF分析表明，前六个模态可以较好地反映永定河流域降雨的空间分布类型；根据各模态高荷载区分布，永定河流域可划分为六个降雨区：Ⅰ区为西南大同盆地区，Ⅱ区为北部张家口地区、Ⅲ区为延怀盆地区、Ⅳ区为北京及冀西北盆地区、Ⅴ区...     

近53a宁夏地区多尺度干旱特征分析

采用宁夏18个气象站1960—2012年气象数据,基于SPEI在划分区域的基础上,研究了宁夏不同时空尺度的干湿状况的演变特征,干旱强度的变化趋势以及干旱影响范围的变化特征。结果表明:1近53a来宁夏地区存在明显的干湿变化,1998年之前是相对干旱的时期,干旱发生的频率高,强度大,影响范围广;1998年之后,宁夏大部分地区进入相对湿润时期,干旱发生的频率减少,强度也在下降,干旱影响的范围明显减小。2近53a宁夏存在湿润化趋势,北部的湿润化趋势要快于中部和南部。北部引黄灌区冬春季的湿润化趋势要快于夏秋季;而中部干旱带和南部山区则是秋冬季湿润化趋势要显著快于春夏季。3宁夏北部引黄灌区和中部干旱带的干旱强度有不同程度的减轻趋势,南部山区则有轻微的增强趋势,但不显著。北部引黄灌区各个季节发生干旱的总频次基本相当,但春旱的强度较大。中部干旱带的冬旱无论发生的总频次还是强度都高于其他季节;南部山区冬旱的发生频次最高,春旱的强度最大,达到了-2.22,属于极端干旱。4宁夏干旱发生的范围总体趋势是在减小,同时存在明显的阶段性特征。20世纪60年代前期、60年代后期到70年代中期、80年代中后期及90年代前期到中期的中度以上干旱发生的范围较大,2000年以后干旱发生的范围明显减小。     

雅砻江流域降水时空变化特征分析

为研究雅砻江流域降水的季节和年变化趋势及周期的时空分布特征,利用1960—2018年雅砻江流域9个气象站点的年季平均降水量,采用Mann-Kendall(M-K)检验和小波分析对降水时间序列进行分析.结果表明:流域降水年、季空间分布不均匀,总体呈现出从西北向东南递增的趋势;1960—2018年流域年降水量呈增长趋势,春...     

基于SPEI的南盘江流域近40年冬春干旱时空特征研究

以标准化降水蒸发指数(SPEI)作为干旱指标,根据SPEI的总体变化趋势、干旱覆盖范围、发生频率、周期及空间分布,分析南盘江流域冬春干旱的时空分布特征。结果表明,1971—2010年,南盘江流域年均SPEI处于下降趋势且存在6、10年的周期变化;干旱覆盖范围逐渐扩大,轻旱呈下降趋势,中旱及重旱呈上升趋势;流域各地区发生不同程度干旱,轻旱由西南向东北方向递减,重旱与之相反,中旱则以西南至东北方向中部最低;流域内冬春干旱多为中旱。     

新疆天山北坡中部区域近50年来ET_0变化特征分析

根据新疆天山北坡中部乌鲁木齐、石河子、乌苏3个气象站50年逐日气象资料,应用Penman-Monteith公式,计算各站的历年逐日ET0。在此基础上,对各站多年ET0序列进行了分析。结果表明:总体上乌鲁木齐站的ET0最高,石河子站最低;3个站点ET0年内变化趋势大体一致,都具有很强的季节性;年际变化均呈现递减的趋势,下降幅度:乌苏乌鲁木齐石河子;通过关联度分析,影响ET0的主要气象要素排序为日照时数水汽压平均气温风速。日照时数、水汽压、风速对ET0的下降趋势影响超过了气温的上升趋势影响,这是引发天山北坡中部区域年际ET0呈下降趋势变化的内在原因。研究结果可为区域水资源合理配置、干旱预测与农田灌溉管理提供一定的依据。     

山西省农业干旱时空变化特征

【目的】通过遥感快速准确地获取土壤湿度数据,为农业旱情的监测提供科学依据。【方法】选择山西省为研究区,以2009-2018年夏季的MODIS地表温度和植被指数数据为基础,通过TVDI模型获取农业旱情状况,并通过趋势分析、稳定性分析、H指数等方法研究山西省农业干旱时空变化特征。【结果】2009-2018年山西省夏季农业旱情总体呈现出正常偏干旱分布,且干旱主要集中在晋南地区。趋势变化表明,山西中部部分地区湿润程度逐步提高,而晋南地区湿润程度则逐步降低,此外TVDI值与高程和坡度负相关,高程越低,坡度越小的地区越干旱。研究区2009-2018年夏季时节的TVDI值变化趋于中度稳定。H指数表明,山西省晋中部分地区将继续显著湿润,而晋南地区继续轻微干旱。【结论】未来山西省夏季农业旱情除晋南会呈现出一种稳定持续轻微干旱外,大部分地区仍然处于一种稳定持续湿润的状态。     

南四湖流域1964-2008年汛期降水时空演变规律

以南四湖流域24个雨量站1964-2008年的降水量资料为基础,采用经验正交函数(EOF)分解和线性趋势估计分析了汛期降水的空间分布特征,并借助Spearman秩次相关法、小波分析和Mann-Kendall突变检验等方法,对流域汛期降水的多尺度时间演变规律进行了研究,初步预测了其未来变化特征,以期为南四湖流域的防洪决策调度提供参考。结果表明:南四湖流域不同地区的汛期降水具有较明显的空间分布特征,而时间演变趋势大致相同,整体呈线性递增的趋势,2008年以后汛期降水将处于偏丰状态。     

1961—2020年东北三省干旱时空分布特征

【目的】分析1961—2020年东北三省干旱时空分布格局。【方法】基于1961—2020年东北三省的86个气象站实测数据,计算1961—2020年不同时间尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）,并结合游程理论、Mann-Kendall检验、经验正交函数（EOF）分解等方法对东北三省的干旱时空变化特征进行分析。【结果】年尺度上,SPEI均呈缓慢减小趋势,但整体上高于-2.0,无显著突变点,干旱发生频率为25.5%～37.6%,中旱、重旱、特旱发生的频率自西向东呈“高-低-高”、“中间高两边低”、“逐渐降低”的分布规律;季尺度上,春夏秋季呈下降趋势,冬季呈现上升趋势,这表明冬季东北三省干旱有所减轻,而春夏秋三季的干旱有所加重,干旱在空间上发生的频次为春季>冬季>夏季>秋季;干旱历时越长其干旱烈度越小,代表站点越干旱;年际尺度上EOF分解得到的前4个特征向量和四季尺度分解得到的第一个特征向量的主要空间模态表现为全区一致、南北反向分布特征。【结论】东北三省除春季和冬季外,年和其余两季SPEI都呈现出下降趋势,其中南部干旱有加重趋势,北部呈现湿润趋势。     

基于SPI指数的内蒙古地区干旱演变特征及趋势预测

为探明内蒙古地区历年干旱演变特征及其趋势,利用内蒙古地区43个测站51 a(1960—2010年)的逐日降水资料计算各站的标准化降水指数,在此基础上分析了全年及各季节的干旱发生频率、干旱站次比及干旱强度的年际变化,并通过Hurst指数对内蒙古地区的干旱化趋势进行预测.结果表明:年尺度上干旱频率在10.46%~33.66%,其中呼伦贝尔的干旱频率最高,位于阿拉善盟的额济纳干旱频率最低,干旱发生不明显,各月、季与年的干旱频率基本一致.年尺度干旱站次比最高为45.74%,最低为15.50%,51 a中分别有11,26和14 a发生区域性、部分区域性和局域性干旱.干旱强度以轻度干旱和中度干旱为主,其中有15 a出现中度干旱,干旱强度最大值是1.14.内蒙古地区春季、夏季和秋季干旱发生频率相对较高,平均为30%左右,冬季干旱频率平均为25.41%,并且冬旱各测站干旱频率分布不均,额济纳等4个测站冬旱的干旱频率为0.干旱站次比夏季和秋季分别以0.177/10 a和0.006/10 a的趋势增加,春季和冬季以0.033/10 a和0.156/10 a的趋势减少.季尺度干旱强度的变化趋势与干旱站次比变化趋势基本一致.内蒙古地区的SPI序列呈明显的Hurst现象,指数值0.568 7大于0.500 0,表明该区干旱化程度还有可能持续一段时间,中旱及以上发生的频率有减少趋势.     

1960―2018年吉安地区干旱特征分析与短期预测

【目的】深入探索吉安地区干旱的时空分布特征、演变趋势以及未来干旱状况。【方法】基于吉安地区13个区县气象站点1960―2018年降水量的不同时间尺度SPI值,利用反距离权重法对干旱频率进行空间插值,分析了年、四季干旱的空间分布特征;采用线性回归法、Mann-Kendall趋势检验法、干旱站次比和游程理论分析了干旱变化趋势、发生时序特征、影响范围和严重程度;通过加权Markov模型对降水量状态进行了预测。【结果】吉安地区年尺度干旱的频率和高频范围从轻旱到特旱逐渐减小;秋旱和冬旱较为严重,发生频率均在30%左右,夏旱地区分布差异大;多地春旱有加重倾向,夏旱呈减弱趋势;全流域干旱事件容易集中在短时间内发生,干旱范围以20 a为周期缩小明显,严重程度也有所减弱;最后,预测2019年和2020年偏枯的区县为6个和8个。【结论】吉安地区应重点做好秋冬季节的防旱工作,并且关注可能发生在21世纪20年代初期的大范围干旱事件。     

湟水流域洪水极值时间演变特征及趋势归因分析

应用了线性趋势回归检验、Kendall秩次检验、Spearman秩次检验、滑动T检验、有序聚类、重标极差分析(R/S分析法)、Mann-Kendall秩次检验和小波分析等方法。分别对湟水流域控制站民和站1950-2016年最大洪峰流量时序的趋势、突变和周期性进行了对比分析,最终通过综合分析得出民和站年最大洪峰流量呈现显著下降趋势,突变年份在2000年左右。4个时间尺度(或周期中心尺度)的周期波动控制着年最大洪峰流量在整个时域内的变化特征,其中以超过32 a长振荡为主要周期相对均匀地分布在整个时域。由于下垫面的变化和水利、水土保持工程措施的实施在很大程度上直接或间接的改变了流域的水资源状况,导致湟水流域民和站实测洪峰流量和实测径流呈现减少趋势。     

基于MOD16的澴河流域蒸散发时空分布特征

【目的】研究流域尺度上的蒸散发分布规律,为流域水资源评价和农业生产提供依据。【方法】基于2000―2013年的MOD16蒸散发数据集,选取澴河花园站以上流域为研究区,对年际、年内以及不同土地利用类型下的流域实际蒸散发(ET)和潜在蒸散发(PET)进行了研究。【结果】针对本流域ET与PET计算,MOD16数据集的精度总体上符合要求,可用于蒸散发研究;2000―2013年,研究区多年平均ET为635 mm,总体上呈北高南低、东高西低的趋势。多年平均PET为1 536 mm,总体上北部丘陵地区最低,山区最高,其他区域分布较为均衡;ET呈逐年下降趋势,年际变化率5.53 mm/a,显著下降区域分布在平原地区。PET呈上升趋势,年际变化率16.13 mm/a,显著上升区域集中于丘陵地区;以ET和PET差值D反映流域的干旱程度,流域干旱情况呈现上升趋势,在3―6月和9―10月更易出现干旱现象,易旱区域主要为平原地区;不同土地利用类型下的ET在3―11月表现出差异性,从大到小依次为林地草地农田城镇。PET从大到小依次为城镇农田草地林地,林地PET峰值出现在6月,其他均出现在5月。【结论】由于气候条件和人类活动的影响,2000―2013年,澴河流域内ET有所下降,而PET有所上升,平原地区缺水情况最为明显。     

黑河流域近53年气候变化对参考作物腾发量影响研究

全球气候变化已成既定事实,其直接影响着陆地蒸散发及水平衡。基于Mann-Kendall非参数检验法、Pettitt突变点检验法以及GIS的空间分析功能,分析了黑河流域16个站点1960-2012年风速、气温、湿度、净辐射和参考作物腾发量(ET_0)的时空变化特征,并采用去气象因子趋势法评估了气候变化对ET_0的影响。结果表明:黑河流域平均风速、平均相对湿度、净辐射呈减少趋势,平均气温呈显著增加趋势;在气候变化背景下,流域参考作物腾发量年均减少0.37mm。各站年ET_0与气温、风速、净辐射呈正相关,与相对湿度呈负相关,且影响ET_0的主要气象要素是气温和风速。额济纳旗和高台参考作物腾发量的变化很大程度上决定着流域参考作物腾发量的变化。ET_0和各气候因子均存在明显的突变点和时空差异;流域ET_0的变化也存在时空差异,风速变化是导致其空间差异的主要原因。