小波分析在宜昌地区降水变化中的应用

区域降水量是重要的气候变量,研究其对气候变化的影响具有十分重要的意义.利用宜昌地区1960-2006年近50年的汛期和年降水作为观测资料,采用墨西哥帽函数(MHF)作为小波函数,分析了汛期降水和年降水的多时间尺度变化特征.结果表明,在较小时间尺度上,汛期降水与年降水在时域上的分布具有很大的相似性;在较大时间尺度上,年降水的演变略滞后汛期降水.并且推测宜昌地区在未来几年内降水将偏少,这为短期气候的预测提供了一定的参考.     

1951-2017年长沙汛期降水气候特征分析

基于1951-2017年长沙地面气象观测资料,利用线性回归、累积距平和Morlet小波变换等分析近67年长沙汛期降水气候变化特征。结果表明:长沙汛期降水量和雨日均呈线性增多趋势,两者累积距平曲线均呈多峰多谷型分布,汛期降水量分别在1954年、1992年突变;长沙汛期降水量和雨日在多个时间尺度上均有明显周期振荡变化,15年、23年时间尺度上周期振荡特征基本吻合,因此推断汛期雨日多寡是导致汛期降水量丰亏主要原因之一。     

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。     

基于PW-MK及小波分析的辽阳降水特征研究

降水作为水资源的重要补给,其特征分析对水资源保护、防汛抗旱等具有重要意义。基于辽阳地区16处雨量站长系列降水资料,采用模比系数差积曲线、预置白Mann-Kendall检验、小波分析进行了降水时空分布、趋势检验、突变分析及周期规律识别。结果表明,最大年降水量是最小年降水量的2.3倍,7、8月降水量占全年50%,东部山区降水多西部平原降水少;黄腊坨站、辽阳站、汤河水库站PW-MK检验统计量U分别为-0.85、-1.19、-1.43,且在1960年附近有突变点;小波分析结果显示在3~4、10~11、25~35 a的3组时间尺度有明显的循环变化。在1951—2014年中,辽阳地区降水年内分配集中、变化较大,总体呈现"丰-枯-丰-枯"变化,有不同时间尺度连枯、连丰年份出现;降水总体呈现减少趋势,汤河水库站显著减少,1960年左右出现降水突变点;具有明显的约25~35 a、10~11 a主周期循环,3~4 a小尺度周期嵌套于主周期,3组不同时间尺度的周期振荡共同作用辽阳降水。     

基于EEMD的南京市降水特征分析

论文采用EEMD分解方法分析了南京气象站1951~2009年降水序列的多时间尺度,发现南京市年降水序列存在2年、6~7年、14~15年和20年的准周期变化,降水在70年代之前较小,70年代之后降水较大,整个时间尺度上呈现先减小后升高的平均变化趋势。综合运用Hurst指数及降水距平分析降水的趋势变化结果与EEMD分析结论基本吻合,未来南京市降水可能呈现减少趋势。另外用小波分析对EEMD提取的周期进行验证,小波分析表明南京市降水序列包含2年、7~9年和15~16年的准周期,与EEMD的结果基本一致,说明EEMD的结果具有一定的可信度,可以为该地区的降水预测提供依据。     

沈阳市降水变化特征初步分析

根据沈阳市1959-2006年的降水资料,进行统计计算和频率分析,探讨了该地区降水时空分布特征及其枯丰变化趋势,总结了沈阳市多年平均降水的变化规律.结果表明:沈阳市多年平均降水量为606.6 mm,其变差系数为0.2,且多年平均降水具有缓慢下降的趋势;降水量年际、年内变化较大,且分配不均匀,汛期降水量(6-9月)大约占全年降水量的60%～9O%,最大一日降水多发生在7、8月份;沈阳市多年平均降水量在空间上分布不均匀,南部地区大于北部地区,具有由南向北逐步减少的趋势.     

连续小波变换在气温和降水变化分析中的应用

利用MHF(墨西哥帽函数)小波变换分析方法对内蒙古杭锦后旗夏季气温及降水的时间-频率的多层次时间尺度变化特征进行了分析。结果表明,杭锦后旗夏季气温及降水变化具有明显的周期性特征,且降水变化较气温更复杂;杭锦后旗夏季平均气温变化以12年周期振动最强,而降水变化则以4年周期振动最强。     

滇中地区极端降水时空变化趋势及其成因分析

极端天气和气候事件是对人类社会危害最严重的自然灾害之一。采用滇中地区1961-2006年46个测站逐日降水数据,分别将大雨/暴雨雨量和雨日数、最大日降水量和年日降水量序列99百分位值作为极端降水临界值,用MK秩次检验方法和IDW插值方法比较分析滇中地区极端降水在时空上的变化特征及其成因。结果认为这3种极值算法在该区可以相互验证,在时间上表现为滇中区域平均的极端降水呈不显著上升的变化趋势,在空间上表现为东部多雨地区降水的变化比较缓和而中西部平坝、河谷少雨地区极端降水的变化要强烈一些。滇中地区的降水类型发生了变化,大雨/暴雨量和大雨/暴雨次数增多而其他降水类型减少。小雨雨量和雨日数的减少是滇中地区年降水量和年降水日数减少的主要原因,降水变率加快且强度增大是滇中地区极端降水的变化的原因之一。     

基于集合卡尔曼滤波法的清江流域多源融合降水分析

高质量的水文气象观测数据是开展气象和水文灾害监测、预报预警及长期气候变化趋势分析的基本支撑。针对流域尺度内现有融合降水数据空间分辨率低的问题，通过集合卡尔曼滤波（EnKF）融合算法对清江流域33个地面站点和TRMM及CMORPH两种卫星产品的降水数据在日尺度上进行融合，得到了0.05°×0.05°的清江流域融合降水数据MSAP。利用留一交叉验证的方式对卫星降水、地面插值和MSAP融合降水数据进行定量分析，证明EnKF融合算法能从相关性系数R、平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE 3个方面改善清江流域降水的精度，并且融合算法改善了卫星数据和地面数据在流域边界部分区域精度低的缺点，展现了EnKF融合算法在降水数据融合中的应用潜力。进一步地，将MSAP与CMFD、ERA5和MSWEP等3种主流再分析数据进行对比，并对1998年汛期清江流域与长江干流四次洪峰遭遇中最大的两次遭遇所对应的场次强降水进行了空间分析。结果表明，在时间尺度上，MSAP数据具有最高的R和最小的MAE及RMSE；在误差的空间分布上，MSAP数据在各站点精度评价指标的空间差异最小，四种再分析数据精度由高到低排序为MSAP&...     

青海省西北诸河61a来降水演变特征及空间分布研究

收集了青海省西北诸河地区降水资料,分析了该地区1956-2016系列降水的时间和空间分布规律,结果表明:①降水集中度及5-9月降水量呈微弱上升趋势,趋于不均匀化,集中期呈微弱下降趋势,有提前表现。②年降水呈显著增加趋势,且降水量时序具有长程相关性,预测将保持持续增加的趋势;在2001年前后发生突变;5个时间尺度的周期波动控制着年降水量在整个时域内的变化特征,其中以31a为主要周期。③降水量在地区平面分布上极不均匀,亦有东、南部山区向西北盆地递减,降水量的垂直差异明显,并呈现一定的规律性。④多年平均降水在空间上呈现由四周山区高值向柴达木盆地低值中心递进的态势,低值区域缩减。     

多时间尺度干旱对青海省东部农业区小麦的影响

利用青海省东部农业区1967—2006年逐月降水、温度资料计算多时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),分析了干旱对小麦的影响。结果表明,SPEI对表征青海省东部农业区干旱具有良好的适用性,多时间尺度SPEI具有季节至年际振荡特征;整个农业区未来干旱有加重趋势,其中东南干旱加重趋势较快,西北干旱加重趋势较慢;在小麦生育期内,气候产量与SPEI6-5的相关性最高,当SPEI=-0.5时,可增产最大达200kg/hm2,SPEI在-0.1~0之间时,小麦气候产量为正值,当SPEI-0.1或SPEI0时,小麦气候产量变为负值;在小麦生育期内,东部农业区发生轻微干旱的概率为32.3%,中等干旱的概率为11.92%,严重干旱和极端干旱发生的概率分别为4.47%和1.31%,所以未来有必要加强对干旱事件的预防与监测。     

吉林省极端降水事件对玉米产量的影响研究

吉林省作为我国玉米种植主产区，探究该地区玉米生长发育及产量对极端降水事件的敏感性和响应机制显得尤为重要。基于吉林省24个气象站点1961-2019年的逐日最高、最低气温和降水数据以及各站点的玉米单产数据，采用5年滑动平均、森式斜率、M-K非参数检验等方法对吉林省极端降水事件和玉米产量时空变化特征进行分析，并利用皮尔逊相关性分析法、布尔塔(Boruta)算法定量厘定极端降水事件对玉米产量的影响。结果表明：强降水量(R95p)、雨日降水总量(PRCPTOT)、大雨日数(R20)、普通日降水强度(SDII)的Sen斜率值分别为0.301 mm/a、-0.18 mm/a、0.31 d/a、0.27 mm/(d·a)，除PRCPTOT以外均呈上升趋势，表明极端降水事件逐渐增多；玉米实际单产与趋势产量均呈显著上升趋势；玉米气候产量在-1 802.24～1 579.04 kg/hm²区间内呈波动下降趋势，年际间差异较大；玉米相对气候产量在59 a间，有11个气候丰年、10个气候歉年，其余年份为正常年份；玉米气候产量与极端降水指数整体在西北部以及东部地区呈正相关，在南部呈负相关；...     

基于小波变换的径流与降水时频变化及相关性分析——以五郎河为例

基于五郎河总管田水文站(1959-2014年)径流和丽江气象站(1959-2014年)降水资料,采用Morlet复值小波函数,分析年径流和年降水在不同时间尺度下的小波变换时-频变化及其丰-枯(多-少)交替变化的周期规律,并运用交叉小波变换,从多时间尺度的角度探讨径流和降水在时频域中的相关性。结果表明:五郎河年径流和丽江年降水量时间序列分别存在12 a、3 a和18 a、6 a、4 a的主周期变换规律,同时预测2014年后径流与降水均有减少的趋势,且分别在2014年后的8 a和10 a时期内,径流和降水量由枯转丰(少转多);年径流与年降水存在2~4 a的显著性的共振周期,且两者呈现出非常好的一致性,说明丽江站降水量可作为五郎河流域径流预测的控制因素。     

汛期对地表水与地下水水质影响规律浅析

水污染是我国水资源开发利用面临的主要问题之一。水污染业已成为导致水资源短缺的重要因素,尤其是我国北方天然水资源缺乏的地区。汛期降水是我国季风气候区地表及地下水资源的主要补给源,随着洁净的降水加入,势必影响地表及地下水水质。以沈阳市辽河支流为例,以水质监测数据为基础,运用物元可拓法综合分析评价汛前及汛后地表与地下水质,在此基础上分析汛期降水对地表及地下水质的影响。结果表明,汛期降水对地表水质具有普遍的改善作用,然而受各种因素影响,其改善程度有限;影响地下水质的因素较多,汛期来水既可改善地下水质,也可使污染地表水入渗到地下而恶化地下水质,其决定因素在于地下水的各补给水源的水量及水质。     

丹江口水库汛期径流演变特征及趋势预测

根据丹江口水库运行调度的实践需求,采用Morlet小波函数对丹江口水库汛期的径流时间序列进行多时间尺度分析。研究表明：丹江口水库夏汛入库径流存在9年、23年、40年的主要周期;秋汛入库径流存在10年、24年、37年的主要周期;10月上旬的汛期末蓄水关键期入库径流存在9年、25年、41年的主要周期,并且在未来5年左右汛期末蓄水关键期的入库径流将处于偏丰期,夏汛和秋汛的入库径流将偏枯。本文研究成果可供丹江口水库防洪调度参考。     

北京市怀柔水库集水区降水量与径

解决北京市水资源短缺问题，怀柔水库集水区营造了大面积的水源涵养林，分析该地区降水量与径流量的特征对防护林建设具有重要意义。收集多年降水和径流资料，采用统计的方法，从降雨量、雨强、频次及其年际、年内的时空分布，分析北京市怀柔水库集水区降水量的变化。降水量年际变化不明显，年内主要集中在汛期，以小雨居多；而径流量呈减少趋势，尤其在1999年之后，认为降水量与径流量之间并无明显的相关性，径流量受到多种因素的影响。     

基于HHT的滨海降水多尺度时频特征研究

基于EEMD的改进型HHT方法,深入剖析了滨海围垦滩涂区域降水的多尺度周期特征进行。结果表明,滨海地区赣榆、东台、上海测点年降水和季节降水变化的周期振荡主要体现在2~3a、5~7a左右的年际尺度上和10~15a、25~30a左右的年代际尺度上,与江淮地区的整体特征和气候背景基本一致,但滨海地区的地理位置与环境特殊性使其降水周期振荡的频域相对较宽且离散。与离散小波变换固定频带下的信号分解相比,HHT方法的EEMD分解具有更优的自适应性;与连续小波变换相比,HHT方法在滨海地区降水信号高频周期振荡特征的解译和信号分解中频域混叠现象的避免方面更具优势。     

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。     

基于EEMD模型的干旱区降水变化趋势分析

降水是干旱区水资源的重要组成部分,有效认识降水的区域变化规律对指导农业发展尤为重要.本文利用集合经验模态分解(EEMD)方法,分析了新疆降水变化趋势的多尺度特征.结果表明:新疆降水整体上呈现出非线性显著增多趋势,且其变化存在明显的年际尺度(3年和6年准周期)和年代际尺度(10年和31年准周期);各周期分量方差贡献率显示年际变化占据主导地位;降水年代际变化揭示了在1987年前后气候模态有了显著转换,由原来降水以负相位为主的气候模态转向正相位显著的气候模态.EEMD方法有助于人们对降水多尺度变化特征的认识,是一种适用于非线性、非平稳信号分析的有效方法.     

基于统计降尺度的长江上游流域降水和气温的时空变化趋势研究

基于长江流域宜昌站以上集水区的气象站实测数据,采用等距离累积分布函数法(Equidistance Cumulative Distribution Function Method,EDCDFm),对国际耦合模式比较计划第5阶段(Phase Five of the Coupled Model Intercomparison Project 5,CMIP5)的2种排放情景下(RCP4.5,RCP8.5)8个气候模式模拟的降水和气温进行统计降尺度。在此基础上,采用平均绝对误差、相对偏差和相关系数评估EDCDFm模拟结果与历史阶段(1961-2005年)实测站点数据的模拟精度,并对长江上游流域降水和气温的变化进行趋势分析。结果表明EDCDFm降尺度的模拟结果与实测值的拟合程度高,月降水相关系数达到0.89以上,月平均气温的相关系数在0.98以上;2种排放情景下,长江上游未来时期(2010-2099年)的降水、气温均呈增加趋势,且气温显著性增加。