湖南省资水流域极端降水量时空变异特征及重现期极端降水量的推算北大核心CSCD

【目的】为了解湖南省资水流域各国家气象站1960-2016年年最大日降水量、年最大过程降水量的时空变异特征。【方法】利用经验正交函数(EOF)分解、空间自相关分析、线性倾向估计法、Mann-Kendall检验、复Morlet小波变换等方法,并基于数理统计方法推算了一定重现期各站点极端降水量值。【结果】①资水流域极端降水量空间上存在"北多南少、西多东少"的特征,地处迎风坡的站点极端降水量值较大,盆地、背风坡处的站点极端降水量较小,极端降水量EOF分解特征向量主要存在3种典型模态,南-北型、西北-东南型和全局型;20世纪80年代后年最大日降水量空间上存在一定的集聚倾向,尤其是2000年后集聚趋势十分显著,表现为明显的两极分化特征,年最大过程降水量则表现出一定的空间负相关性;②流域平均极端降水量呈增加趋势,年最大日降水量气候增长率为2.8 mm/10 a,20世纪80年代后期-20世纪90年代初期是极端降水量突变阶段,空间自相关性和变化趋势均存在显著变化;上游地区极端降水量存在准周期变化规律,准周期为10 a左右;③50 a以上重现期极端降水量分布与极端降水量EOF分解特征向量分布形态高度一致;极端降水量大的站点,其极端降水量随重现期显著增加,极端降水量小的站点,其极端降水量随重现期增加变化不明显。【结论】近年来频发的厄尔尼诺现象与资水流域极端降水量时空变异特征关系密切,其中的具体关联有待进一步研究。     

湖南省资水流域极端降水量时空变异特征及重现期极端降水量的推算

【目的】为了解湖南省资水流域各国家气象站1960—2016年年最大日降水量、年最大过程降水量的时空变异特征。【方法】利用经验正交函数(EOF)分解、空间自相关分析、线性倾向估计法、Mann-Kendall检验、复Morlet小波变换等方法,并基于数理统计方法推算了一定重现期各站点极端降水量值。【结果】①资水流域极端降水量空间上存在"北多南少、西多东少"的特征,地处迎风坡的站点极端降水量值较大,盆地、背风坡处的站点极端降水量较小,极端降水量EOF分解特征向量主要存在3种典型模态,南—北型、西北—东南型和全局型;20世纪80年代后年最大日降水量空间上存在一定的集聚倾向,尤其是2000年后集聚趋势十分显著,表现为明显的两极分化特征,年最大过程降水量则表现出一定的空间负相关性;②流域平均极端降水量呈增加趋势,年最大日降水量气候增长率为2.8 mm/10 a,20世纪80年代后期—20世纪90年代初期是极端降水量突变阶段,空间自相关性和变化趋势均存在显著变化;上游地区极端降水量存在准周期变化规律,准周期为10 a左右;③50 a以上重现期极端降水量分布与极端降水量EOF分解特征向量分布形态高度一致;极端降水量大的站点,其极端降水量随重现期显著增加,极端降水量小的站点,其极端降水量随重现期增加变化不明显。【结论】近年来频发的厄尔尼诺现象与资水流域极端降水量时空变异特征关系密切,其中的具体关联有待进一步研究。     

淮河流域极端气候事件非平稳特征研究

气候变化和人类活动导致极端气候事件呈现非平稳性,传统的平稳性分析方法已不能正确揭示气候极值的真实时空分布规律。利用淮河流域1960-2018年日值气温和降水数据,对极端气候事件指数平稳性特征进行判定,采用非平稳广义极值分布(GEV)和广义帕累托分布(GPD)解读极端气候事件的空间分布特征。主要结果为:①低温极值中,超门限最低气温(Tmingpd)和1日最低气温(Tnn)表现出显著增加趋势,变化幅度分别为0.16 d/a和0.04℃/a。超门限最高气温(Tmaxgpd)、1日最高气温(Txx)、超门限降水(Pregpd)和1日最大降水量(Rx1day)均表现为不显著变化;②不同的平稳性检验方法会导致气候极值序列存在一定的平稳性差异,总体上Tmingpd和Tnn在淮河流域表现为非平稳性,Pregpd和Rx1day表现为平稳性,Tmaxgpd和Txx表现相对复杂,平稳性和非平稳性同时存在;③低温极值(Tnn、Tmingpd)30年重现水平从南向北变化,反应纬度地带性规律;高温极值(Txx、Tmaxgpd)从东部向西部减少,反应海洋对陆地气温的调节作用;降水极值(Rx1day、Pregpd)30年重现水平从东南向西北递降,反应东亚季风的逐步减弱。该研究可以进一步提高对极端气候事件时空规律的科学认识,为流域水资源管理和区域防灾减灾提供科学依据与理论支撑。     

基于GEV模型的开都河上游降水模拟

基于开都河流域上游降水数据,采用GEV模型进行极值降水的模拟和分析.结果表明:AMS1序列的形状参数大于0,服从Fréchet分布;在较高重现期下由轮廓似然方法估计的置信区间比Delta方法更准确;重现水平的轮廓似然函数曲线在较高重现期之下呈较显著不对称性;基于非平稳GEV模型得到极值降水设计值,其在1958年的100年一遇设计值到2010年下降为接近50年一遇,预示着未来发生极值降水和洪灾的风险加大.     

降水时空分布及变化特征分析——以安徽省为例

【目的】探究安徽省降水时空分布及其变化规律。【方法】基于1960—2019年安徽省24个气象站点的降水日值数据,采用趋势分析、突变检验等方法分析安徽省降水时空分布特征和变化趋势。【结果】降水量自北向南递增,夏季降水量约占全年降水量的40%;降水日呈“南频北稀”、“山区多,平原少”的空间分布格局,降水量和降水日的高值中心出现在皖南和大别山区域,低值中心位于淮北平原。年降水量呈上升趋势,增加的站点共22个。总降水日呈减少趋势,中、小降水日显著减少,大雨和暴雨的降水日呈增加趋势。安徽省共12个站点存在降水突变年,仅江淮平原和皖南山区的降水量存在潜在突变年。【结论】安徽省降水较为集中,极端降水和洪涝风险存在增长趋势,本研究可为安徽省水资源规划利用及旱涝灾害防控提供借鉴。     

青海省东部地区旱涝事件变化规律分析

基于青海省东部地区12个气象站点的降水资料,通过对表征极端降水事件指数进行趋势分析、突变检验和空间分析以及海表温度距平指数(SSTA)与干燥度和极端降水指数的相关性系数,研究了旱涝事件的变化规律及ENSO事件对旱涝事件的影响.结果表明,研究区极端降水事件的空间分布呈现明显的地域差异,即北部地区易出现洪涝现象,南部地区易出现干旱现象;20世纪80年代以后,研究区的干旱和洪涝事件均趋于增多,旱涝事件趋于频发;干燥度、大于95％分位降水量、大于25 mm降水量均和滞后2个月的SSTA有良好的相关关系,ENSO事件对研究区旱涝的影响由南向北呈现“大-小-大”的趋势,Nino3区的海温对研究区洪涝事件的发生影响较大.     

基于Copula函数的三维非连续序列洪水频率分析

考虑洪峰与洪量之间的相依性和历史洪水资料,建立基于Copula函数的三维非连续序列洪水频率分析模型,探讨洪水三变量的联合概率分布和条件概率分布。以龙滩水库设计洪水为例,用Copula函数构造边缘分布为P?Ⅲ分布的洪水联合分布,分别用适线法和极大似然法估计P?Ⅲ分布和Copula函数的参数,通过K-S法、AIC信息准则、OLS准则和Genest-Rivest方法验证模型的合理性。结果表明模型合理可信,联合设计值均接近并略大于单变量分析方法的成果,且重现期越长越接近;确定条件下的重现期小于超过该条件时的重现期。模型为多变量非连续序列洪水频率分析计算提供了一种新方法。     

基于GIS空间插值的降水分布模拟方法比较研究

为了获取区域最优插值方案,模拟降水空间分布信息,基于1960-2015年湖南省87个气象站点资料,利用ArcGIS 10.2软件平台,采用克里金法、反距离权重法、样条函数法和趋势面法对研究区近56 a年均降水量进行空间插值,通过比较各插值方法的插值精度获得适合区域的插值方法,并分析了研究区降水空间分布特征。结果表明:湖南省降水空间插值受多因素影响,具有不确定性。交叉验证显示幂值为4的反距离权重法插值精度较高,基于TENSION模型的样条函数法次之,基于三角函数模型的克里金法精度略差,阶为2的趋势面法插值精度最差,然而4种插值方法一定程度上均能反映湖南省年降水量的空间分布特征。此外,不同插值方法插值结果存在差异性,其中,普通克里金法插值面较为粗糙,反距离权重法和样条函数法插值面较为光滑,趋势面法插值结果较为单调。     

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。     

云南立体气候条件下参考作物腾发量计算方法的适用性研究

【目的】合理估算云南省特殊气候条件下的参考作物腾发量,验证不同ET0计算方法的适用性。【方法】利用云南省6个灌溉用水分区的14个气象站资料,以FAO推荐的ET0计算方法(FAO-56Penman-Monteith法)为标准,利用标准差(δ)、相对误差(RE)、一致性指数(IOA)、Nash-Sutcliffe系数(NES)、线性回归法、反距离加权平均法等指标和方法对其他6种常用ET0计算方法的适用性进行评价。【结果】随着降水量的减少,ET0大体上呈增加趋势。受云南省特殊低纬高原季风气候及"通道-阻隔"效应影响,云南省各分区逐月ET0值呈双峰曲线的变化规律,峰值分别位于4月和8月。不同水平年ET0计算方法的适用性不存在一致的规律性,6种ET0计算方法与FAO-56Penman-Monteith法计算得到的ET0计算结果的线性回归绝定系数(R2)均大于0.9,FAO-79 Penman法和Irmark-Allen法于6个分区显著相关,FAO-24 Penman法仅在1个分区显著。各分区各种方法的RE值均不大,在0～0.28之间。各方法中IOA值和NSE值在各区表现最好的方法为FAO-79 Penman法,IOA值和NSE值分别为0.65～0.96和0.58～0.89。【结论】FAO-79 Penman法在云南省除干热河谷区外的其他区域的适用性最强,计算精度最高;FAO-24 Penman法在云南省范围内适用最差,误差较大;FAO-24 Radiation法在除滇西北区以外的区域相对误差较小;Hargreaves-Samani法在干热河谷区及滇中区适用性较好。     

次降雨有效降雨量的影响因素及其估算模型

利用沧州市南皮生态农业试验站点2011—2013年不同土层深度的含水率及降雨量和降雨时间,结合由植株叶面积指数得到的不同生育期植株的截留容量,分析了最大容水量S和最大降雨强度二者与降雨有效性的相关关系,并在此基础上建立了次降雨有效降雨的估算模型。结果表明,土壤初始含水率与降雨有效性线性相关,且在不发生溢流情况下,可以用土壤最大容水量S作为是否考虑土壤初始含水率折减作用的分界点;另外,对于降雨强度I≥0.7 mm/min的降雨,降雨强度与降雨有效性相关性显著,并且随最大降雨强度的增大,降雨有效性逐渐减小;最后将运用传统模型和新估算模型计算的有效降雨量值与实测有效降雨量值验证对比,新模型比传统模型更加贴近实测有效降雨,并且降雨量较大时差别更加明显。     

甘肃省1961―2018年降水量时空分布与变化研究

【目的】研究甘肃省降水量时空分布与变化,获得在暖湿趋势下甘肃省降水量变化特征。【方法】选取甘肃省1961―2018年59个气象站降水量为基础数据,采用PCI指数、小波分析、M-K检验等方法对甘肃省降水时空分布特征、降水周期、突变年份及趋势变化进行分析。【结果】甘肃省年降水量在空间上自东向西呈现逐渐减少的规律,降水量年内分配不均匀程度逐渐增加;在时间上,甘肃省存在28、22、12、5a降水变化周期,其中以28a周期震荡最强;降水量突变主要发生在20世纪60年代中期、70年代初期、80年代中期以及90年代初期。甘肃省西部地区的降水量整体呈增加趋势,增加率为0.45mm/a,中部、南部、东部地区呈下降趋势,下降率分别为-0.82、-0.81、-0.93 mm/a。【结论】甘肃省近60a降水量的长时间尺度周期显著,突变年份与极端降水及干旱事件相对应,西部与中东部地区降水量变化趋势存在较大差异,20世纪90年代后,甘肃省降水量显著增加。     

黑龙江省降水变化趋势及其对农业生产的影响研究

基于黑龙江省36个气象站的降水量数据和12个地级市及1个地区的农业相关数据,采用改进的MannKendall检验法,通过计算年降水量和季节降水量的趋势检验统计量Z值,揭示了研究区降水量的变化趋势,进而分析了农业旱涝灾害的空间分布。结果表明,黑龙江省大部分地区冬、春季节降水量呈现上升趋势,夏、秋季节降水量及年降水量均呈下降趋势。黑龙江省农业受涝灾影响大于旱灾,涝灾主要分布在黑龙江省东部的双鸭山市、鹤岗市和佳木斯市,其未来降水量的下降趋势可在一定程度上缓解涝灾产生的危害;旱灾主要分布在黑龙江省西部的齐齐哈尔地区,其未来降水量的增加趋势可在一定程度上缓解旱灾产生的危害。     

新疆地区潜在蒸散量计算模型适用性评价

[目的]评价不同潜在蒸散量模型计算结果的准确性以及模型在不同地区的适用性,提出适合于新疆不同区域的潜在蒸散量计算模型.[方法]基于新疆16个站点1970-2015年的实测气象资料,以实测蒸发为基准,采用综合法、辐射法、质量传输法、温度法4类模型计算了潜在蒸散量;通过随机森林模型分析了潜在蒸散量的主要影响因素,并利用多属...     

基于三维Copula函数的沙颍河流域水文干旱频率分析

为进一步研究水文干旱特征及其演变规律,选取沙颍河流域2个水文站1951—2008年逐月径流资料,采用游程理论提取水文干旱特征变量,选取4种对称Archimedean Copula函数和对应的非对称Archimedean Copula函数拟合干旱特征变量的联合分布并计算联合重现期和同现重现期。经拟合检验,Frank Copula对干旱特征变量二维联合分布的拟合效果最优,M3 Copula函数对三维干旱变量的联合分布拟合效果最优。干旱特征的单变量重现期值大于二、三维变量的联合重现期,小于二、三维变量的同现重现期。因此,Copula函数能够较好地拟合沙颍河流域水文干旱特征变量间的联合分布。     

基于农业旱涝指标的湖北省棉花生育期内旱涝急转特征分析

【目的】揭示湖北省棉花不同生育期内旱涝急转事件的时空演变规律,为减灾保产提供依据。【方法】基于日尺度标准化前期降水蒸散指数SAPEI(Standardized Antecedent Precipitation Evapotranspiration Index)对农业旱涝急转事件进行日尺度判定,并利用湖北省26个气象站的逐日气象资料对湖北省1961―2019年内棉花不同生育期的旱涝急转事件进行时空规律分析。【结果】SAPEI适用于反映湖北省棉田的水分状况并可用于研究旱涝急转规律。在棉花全生育期内,旱转涝累计强度约为涝转旱累计强度的5倍。花铃期内棉花遭受旱涝急转的次数最多且单次平均强度最大;蕾期旱涝急转次数少但每次强度较大;吐絮期旱涝急转强度低但次数偏多。湖北棉花旱涝急转灾害主要集中在鄂西北和洪湖地区,旱转涝和涝转旱均频发。此外,湖北省内棉田旱涝急转事件在不同年代的差异较大,其中20世纪70年代旱涝急转强度最大,但自20世纪90年代以来,旱涝急转有发生范围变广、强度增加的趋势。【结论】湖北省内棉花旱涝急转灾害以旱转涝形式为主,主要发生在花铃期,具有频率高、强度大的特征,因此有必要重点关注花铃期内棉田发生旱转涝的风险,尤其是鄂西北和洪湖地区等地区。     

逐日降水的随机模拟模型及其在黑龙江省的应用

在模拟逐日降水数据方面,近些年来的一种通用方法是联合应用一阶马尔科夫链和伽玛分布函数建立随机模拟模型,这种方法在国外很大的环境范围内被证明是有效的。为此,应用黑龙江省14个站点56年的实测降水数据,针对马尔科夫两状态转移概率和伽玛分布参数的不同来源,即统计分析实测降水数据直接获得和利用实测降水数据建立回归模型间接推求,分别模拟了各站点的1 000年逐日降水过程。结果表明:应用一阶马尔科夫链和伽玛分布函数可以很好地模拟黑龙江省14个站点的逐日降水过程,模型的模拟精度很高,证明了这种方法是有效的;但国外推求转移概率和伽玛分布参数的经验模型和长系列法在黑龙江省不完全适用,应用重新建立的回归模型推求的转移概率和伽玛分布参数模拟的逐日降水数据的精度同样很高。     

山西地区近55年参考作物蒸散量的变化特征及其主要影响因素分析

利用1955—2009年山西地区5个站点(大同、阳泉、太原、吕梁和临汾)逐日气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量(ET0),分析了不同地区的气象要素(温度、相对湿度、日照时数和风速)和年ET0随时间变化特征,并采用敏感性分析方法对影响ET0变化的主要气候因子进行了探讨。结果表明,5个站点平均温度和平均相对湿度从低纬度到高纬度逐渐增大;而平均风速和平均日照时数则逐渐减小。5站点的多年平均温度随时间有平缓上升趋势。大同和阳泉的年ET0高于其他站点,其他站差异不明显。4气象要素中对大同、太原和吕梁站ET0影响最大的要素为相对湿度,对临汾站ET0影响最大的要素为日照时数,温度变化对各站点ET0的影响作用最小。     

全球降水观测计划IMERG降水产品对中国大陆极端降雨监测能力评估

全球降水观测计划GPM降水产品IMERG(Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM)作为热带降水观测计划TRMM降水产品TMPA(TRMM Multisatellite Precipitation Analysis)的继任者,提供了覆盖范围更大、时间序列更长、精度和时空分辨率更高的降水数据来源。论文以国内809个气象台站2000-2017年逐日降水作为基准数据,选取极端日降水(R95p)、极端降水总量(R95pTOT)、最大日降水量(Rx1day)、最大5日降水量(Rx5day)和大雨日数(R25mm)5种极端降水指标,评价IMERG V06 Final(IMERG)在中国大陆的极端降水探测能力,并与TMPA 3B42V7(TMPA 3B42)的结果进行对比。结果表明:①总体上,各项极端指标下IMERG对极端降雨监测表现优于TMPA 3B42产品;②IMERG除倾向于低估R95p、高估R95pTOT外,其他极端降水指标偏差均低于TMPA 3B42;③在极端降雨的探测上,两个卫星产品在高海拔和干旱地区的探测精度较低,但IMERG V06的表现较TMPA 3B42更好,可靠性更高;④在极端降水频率的表现上,IMERG的频率分布较TMPA 3B42更接近于实测雨量,但在更高强度降水(>100 mm/d)中均存在低估。