渭河中游气候变化及其对水文要素的影响

为了探究渭河中游气候变化及其对水文要素的影响,基于渭河中游1970-2017年气候与水文要素资料,运用线性回归、Mann-Kandall检验、小波分析等方法分析了50年来气候及水文要素的时空变化趋势、周期及突变特征。采用双累积曲线法判定径流量突变点,累积量斜率变化率法探讨了气候变化与人类活动对径流量变化的影响程度。结果表明:渭河中游年均气温、气压、水汽压和潜在蒸发量分别呈0.349℃/10 a,0.96 hPa/10 a,0.11 hPa/10 a,2.66 mm/10 a的上升趋势;风速与大气相对湿度每10 a呈-0.16 m/s,-0.65%的下降趋势,各气候要素冬春季节的变化幅度更大;除水汽压外各气候要素均存在明显的周期变化;气温、水汽压及大气相对湿度分别在1996年、1983年和2003年发生显著突变。水文要素中径流量与降水量呈显著下降趋势。气候要素与水文要素的变化有较强相关性。人类活动对径流量减少的贡献率大于气候变化的贡献率,但气候变化的贡献率近年来有增长趋势。     

1955-2012年南北疆气温、降水及相对湿度趋势分析

利用新疆境内的12个国家标准气象站1955—2012年温度、降水和相对湿度数据,通过气候趋势分析、气候突变分析及Morlet小波分析等方法,研究近60a来南北疆气候变化特征。结果表明:1)近60a来南北疆的温度总体呈上升趋势,并以北疆增温幅度较南疆明显;不同温度指标的增幅大小排列为:年平均最低温度(Tmin)年平均温度(Tmean)年平均最高温度(Tmax);2)南北疆的年平均温度(Tmean)、年平均最高温度(Tmax)、年平均最低温度(Tmin)均有突变发生。其中,北疆的突变时间均在1987—1989年,南疆的突变时间均在1993—1994;3)南北疆年降水量的变化趋势不如气温变化明显,总体上呈增加趋势,北疆降水量变化相对稳定,而南疆呈增加趋势;南疆的年均降水量在1981年发生突变;而北疆的正反序列曲线均未超过95%置信度线,未出现突变点;4)北疆年均相对湿度总体上呈减少趋势,而南疆总体上呈增加趋势;南北疆相对湿度总体经历了"增加—减少—增加—减少"的变化。从全区来看,进入21世纪南北疆相对湿度均急剧减少;5)Morlet小波分析结果显示,南北疆的气温均存在4a和8a的明显周期,降水量、相对湿度均存在3a,6a和16a左右的周期变化规律。     

香溪河流域近60年来降雨量变化趋势及突变分析

为研究香溪河流域多年降雨特征,以流域1952—2011年10个雨量站日降雨资料为基础,得到流域面雨量序列。分别采用线性回归、滑动平均、Mann-Kendall趋势检验、M-K突变检验、Sen’s斜率估计和小波分析等方法,对流域60 a来降水量的年、季变化趋势和突变进行了检验。结果表明:香溪河流域年降水量以0.66 mm/a速率减少;春、秋季节降水量呈下降趋势,下降速率分别为0.33,0.81 mm/a,冬季降水量轻微下降趋势,夏季降水量呈上升趋势,速率为0.5 mm/a;年均和四季变化均未通过5%的显著性检验。研究时段内,年降水量发生了三次突变,分别在1954年,1989年,2006年。夏季降雨突变发生时间与年突变发生时间一致;春、秋、冬三季降雨在60 a内发生突变的时间分散、多变。     

贵州省境内长江流域不同水系气候变化特征对比研究

[目的]分析57a来贵州境内长江流域气温与降水变化规律,为贵州喀斯特地区环境演化提供科学支撑,同时也为区域适应和减缓气候变化提供对策。[方法]基于1960—2016年贵州省境内长江流域的12个气象站点的月平均气温和降水数据,运用累计距平、5a滑动平均、Mann-Kendall突变检验和回归分析等方法,对流域气候特征及动态进行了分析。[结果]流域总体上气温呈升高趋势,升温率为0.14℃/10a,降水量波动中有小幅下降趋势,降幅为12.94mm/10a;气温在1997年发生一次突变,突变前后温度变化差异较大,而降水量无明显突变;气温和降水主要受经度、海拔影响而表现东西分布的显著差异;在各水系,气温升温趋势占主导地位,降水量呈M形波动且有小幅下降趋势;相关性分析表明降水量随着气温的升高而减少,尤其乌江水系降水量的变化对气温的敏感性较高。[结论]总体而言,该流域与整个贵州省乃至西南地区气候变化趋势相吻合,朝着暖干化的方向发展,为遏制这一趋势应提高植被覆盖率,改善区域小气候。     

内蒙古50余年降水量分布演变特征及趋势

为研究内蒙古自治区降水量随时间分布演变特征及趋势,利用内蒙古50个测站1960—2011年共52a的年平均降水量,通过线性倾向估计、滑动平均、累积距平、谐波分析、Mann-Kendall法、滑动t检验法等方法,按东、中、西部分区及全区平均,分析了降水量随时间的演变特征及趋势。结果表明:1)52a来内蒙古降水量没有显著的变化趋势。但区域、东中部地区年降水量在1998年前39a为显著上升趋势,之后13a为下降趋势。2)内蒙古全区的降水主要集中在夏季,占全年的60%~70%。降水量从东到西逐渐减少,但季节分配规律相似。3)内蒙古降水量年代际和年际分量都存在减少趋势,区域和东中部共经历了3个比较明显的年代际变化;西部存在15a左右的旱涝交替周期。4)内蒙古区域和东部地区平均降水量突变点在1999年,降水量由增加趋势变为减少趋势。中部和西部变化不显著,没有发生突变。     

基于降水量的白洋淀最低水位预测研究

为了每年能够提前预测未来10月份至翌年4月份的白洋淀最低水位,指导水资源管理和防灾减灾,利用白洋淀区域多个气象站点雨季不同时段的平均降水量和白洋淀水位资料,采取历史资料回归和机器学习方法,对白洋淀水位随区域降水量的变化规律进行了分析,研究建立了一种利用当年雨季平均降水量和当年雨季前水位预测当年雨季后至翌年雨季前白洋淀最低水位的方法。通过建立最低水位预测模型对已有的数据进行验证,发现所建的模型模拟和预测的结果误差在5%以下,精度较高。根据2018年5月白洋淀水位和白洋淀区域2018年7-8月、7-9月平均降水量预测的2018年10月至2019年4月白洋淀的最低水位分别为8.52 m和8.38 m,根据最新监测的2018年10月至2019年2月20日的最低水位实况,预测误差在4%以下,预测精度较高。因此,所建模型能够提前3~7个月动态预测白洋淀即将出现的最低水位,可为提高雄安新区区域水资源综合管理水平、统筹分配区域水资源、合理安排补水等提供科学依据。     

闽江河口湿地气候变化趋势与突变分析

应用线性倾向估算法、累积距平以及Mann-Kendall法对闽江河口湿地1961-2006年以来的降水量、温度的变化趋势和突变进行了分析。结果表明:近46a来闽江河口湿地的平均气温表现出明显的上升趋势,其倾向率为0.26℃/10a(P0.01),在1994年发生突变;四季温度表现出增加趋势,其中冬季增温最为显著,突变时间发生在20世纪90年代和21世纪初;降水量的变化趋势不显著,且没有突变发生。总体而言,闽江河口湿地近46a来的气候存在由冷干向暖湿变化的趋势,这种变化对湿地生态系统的影响有利有弊,但总体上是利大于弊。     

厦门市近50年的气温降水变化特征及突变分析

利用厦门市近50年的气象观测站的气温与降水资料,运用气候趋势系数和一元回归分析法分析了该区域的气候变化规律。结果表明:50年来厦门市气温整体上呈上升趋势,平均气温以0.51℃/10 a幅度升高,四季平均气温以冬季、秋季平均气温上升为主,且冬季增幅最大,达0.21℃/10 a。50年来,年降水量有明显的增加,平均年降水量倾向率为68.73 mm/10 a,四季降水量均呈上升趋势,其中秋季降水量上升趋势最为明显,气温突变出现在1981年及1998年,而降水突变不明显。     

喀什地区1957-2013年潜在蒸散量变化及其影响因子

基于喀什地区4个气象站点1957-2013年的最高气温、最低气温、月平均气温、相对湿度、风速、日照时数以及降水量数据,采用Penman-Monteith模型、一元回归分析、累积距平和Mann-Kendall非线性突变检验法,分析其年潜在蒸散量的时间序列变化及其影响因子.结果表明:近57 a来,喀什和巴楚的潜在蒸散量呈减少趋势,倾向率分别为-7.53 mm/10 a,-7.47 mm/10 a;塔什库尔干与莎车的潜在蒸散量呈现增加趋势,倾向率分别为8.27 mm/10 a,6.25 mm/10 a;在四季变化中,夏季最多,春、秋季次之,冬季最少;喀什地区潜在蒸散量突变点存在明显差异:喀什年潜在蒸散量突变点为1981年,巴楚的为1962年,塔什库尔干的为1974年和1983年,莎车年潜在蒸散量突变点为1961年、1965年、1968年和1978年;喀什地区年蒸散量最主要受风速和日照时数的影响.     

过去(1958-2007)和未来(2011-2060)50年淮河流域气候变化趋势分析

根据淮河流域1958-2007年观测资料和ECHAM5/MPI-OM模式对该流域2011-2060年气候变化的预估结果,分析淮河流域1958-2007年平均气温、极端高(低)温、农业界限温度和年降水量变化,并对2011-2060年气温和降水量变化趋势进行预估。结果表明:(1)淮河流域年平均气温,20世纪90年代以前以降温为主,90年代中后期增温显著;季节变化上,春秋两季气温呈波动增加趋势,冬季增温速率较高,夏季则呈下降趋势,极端气温事件出现次数和温度变化幅度均减小。淮河流域热量资源的时间变化以增温趋势为主,各界限温度初日提前,终日推迟,持续日数和累积温度增加。从区域分布上,流域东部增温趋势强于西部。1958-2007年年降水量和极端降水等无突变性的增加或减少趋势;季节变化上,流域夏季降水量变幅较大。(2)3种排放情景下淮河流域年平均气温升高趋势一致,且SRES-A1B情景升温幅度大于其它两种情景且约在2040年突变增温,3种情景下季节平均气温均为冬季升高最快;未来年降水量有微弱增加,但M-K检测均无显著变化趋势,未来50a淮河流域季节降水仍以春、夏季降水为主,约占全年降水量的70%。     

吉林省辽河流域土地利用对气候变化的响应研究

综合运用遥感技术、GIS空间分析技术,在获取吉林省辽河流域1989—2012年土地利用/土地覆被变化（LUCC）数据及1962—2012年气候数据的基础上,分析了流域气候和土地利用的时空变化特征,并运用SPSS软件的Spearman秩相关分析,研究土地利用对气候变化的响应规律。结果表明:研究区土地利用类型以耕地和林地为主,湿地、水域萎缩、草地退化已成为生态环境恶化的主要表现;近50 a来气温呈显著增加趋势,降水量无明显变化;与土地利用变化数据的同期研究时段（1989—2012年）内气温呈下降趋势,其空间分布呈现由西南向东北逐渐降低,降水量呈增加趋势,在空间分布上由东南向西北逐渐减少,表明区域干暖化趋势有所改善;研究区不同土地利用类型对气候变化的响应有显著差异,其中,水田、水域和草地的面积变化受降水量的累积滞后效应显著,而与气温相关性较小。     

基于小波分析的伊塞克湖水位变化特征

根据伊塞克湖1950—2010年期间的年平均水位资料,采用趋势分析和小波分析,对伊塞克湖年平均水位变化时间序列进行研究,从而揭示伊塞克湖水位变化的总体趋势和周期性变化规律。结果表明:（1） 1950—2010年期间,伊塞克湖水位总体呈下降趋势,共下降1.27 m,1950—1997年水位持续下降,1998年开始转为上升。（2） 20世纪90年代之前,人类活动是引起湖泊水位下降的主要驱动因子;20世纪90年代后,在全球气候变化的作用下,该地区降水量的增加影响到径流量的增加,从而引起湖泊水位的缓慢上升。（3） 1950—2010年间的周期性分析结果显示,伊塞克湖年平均水位存在21 a的主周期,并且2010年以后的一段时间伊塞克湖水位处于偏高时期。     

陕北水蚀风蚀交错带土地利用变化及生态效应

 在GIS技术支持下,分析陕北水蚀风蚀交错带1986—1997年土地利用时空变化,并运用马尔可夫模型对未来土地利用进行预测。采用生态弹性度,进行土地利用变化与生态效应研究。结果表明:区域1986—1997年土地利用类型变化主要是水田、旱地、其他林地、高覆盖草地、水体和建设用地增加,其他呈现减少趋势。土地利用的年均动态变化指数为2.4%,土地利用动态变化幅度远远高于绝对值变化量,土地利用类型内部转换非常剧烈。除水田、高覆盖草地和其他草地外的土地利用类型垂直重心下降。生态弹性度整体呈现下降趋势,但降解幅度减小。     

白洋淀流域气温、降水和径流变化特征及其相互响应关系

运用Mann-Kendall趋势检验、突变检验和小波分析法,对白洋淀流域1957—2012年7个气象站点气温、降水和3个典型水文站点径流量的变化趋势、突变点及周期性变化进行了分析,并探讨了径流与降水和气温的响应关系,以期为该地区生态环境保护和水资源合理利用提供基础数据支持。结果表明,研究区年均气温呈上升的趋势,并在1988年后上升趋势增大,其中,冬季和春季的气温增幅对气温升高贡献较大;降水量变化相对复杂,整体呈波动下降的趋势,其中,夏季降水量减少幅度最大,达1.72 mm·a~(-1)。受气温升高和降水量的直接影响,典型站点径流量呈明显下降趋势,并在年际尺度上与气温呈负相关,与降水变化呈显著正相关;在年内尺度上,则与气温和降水变化呈显著正相关。夏季径流量减少幅度最大,阜平、倒马关和紫荆关站分别下降0.85 m~3·s~(-1)·a~(-1)、0.72 m~3·s~(-1)·a~(-1)和0.66 m~3·s~(-1)·a~(-1)。3个指标的周期性变化都比较明显,其中径流和降水的波动变化基本一致,表明径流对降水的响应比较突出。径流变化不仅受气温和降水的影响,还受到水利工程建设、各类农业措施等多种因素的影响。     

新疆东部地区气候变化及对生态环境的影响

采用线性回归分析以及Mann-Kendall和累积距平等突变检验方法对新疆东部地区1961—2011年的气温和降水两个指标进行研究,从而揭示该地区气候变化的事实及趋势,探讨了其对区域生态环境的影响。研究显示新疆东部地区及各站点年平均和四季平均气温在过去50多年内均呈上升趋势,达0.42℃/10 a,增温率是IPCC第四次报告中全球近50 a增温率的三倍多,高于中国和西北干旱区的增温率,并且在1993年发生增温速度的突变。四季气温中,冬季气温升高对年气温上升贡献最大。新疆东部地区各站点年降水量在研究时段内有增有减,巴里坤站呈较为明显增加趋势,增幅为9.77 mm/10 a,而十三间房站年降水量呈微弱的下降趋势,下降了1.97 mm/10 a,其余各站均有增加趋势,但趋势不显著,并且在1976年发生了增湿突变。新疆东部地区温度升高,降水量增加,总体向暖湿化发展,这种变化对该地区水资源和沙尘暴天气事件等生态环境有重要的影响,具体的影响评估需要进一步研究。     

气候和土地利用变化对潮白河流域径流变化的定量影响

为量化气候和土地利用变化对流域径流的影响,该文以华北土石山区潮白河流域为研究对象,利用AWY(annual water yield)模型及分离评判法定量分析了1956-2010年气候和土地利用变化对流域年径流的影响。结果表明:研究时段内,潮白河流域年降水量和年径流量呈显著下降趋势;流域年径流量在1979年发生减少突变;气候变化是潮河、白河流域年径流减少的主要原因,贡献率分别为59.3%和93.5%;土地利用变化贡献率相对较小,分别为40.7%和6.5%;不同土地利用类型对流域年径流变化的影响差异较大:林地对径流变化贡献率平均达到67%,耕地和草地分别为18%和15%,水域、未利用地因所占面积比例小,与流域年径流变化相关性并不显著。研究结果可为流域内水土资源规划及管理提供参考。     

嘉陵江流域降水及径流演变规律分析

流域降水与径流演变规律的异同性,可有效表征人类活动对流域径流的影响。基于嘉陵江流域1958—2008年水文、气象资料,探寻流域年降水量、年径流量的空间分布规律,采用经验正交函数和时间序列分析法,研究年降水量、降水量年内分配指数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:年降水量自流域东南向西北递减,年径流深分别于涪江、渠江上游和流域北部、涪江中游、流域中游干流段出现相对高值和低值。流域年降水量、降水量年内分配未呈现显著变化趋势,无突变点,把口站北碚站年径流量下降趋势明显,于1990年产生突变;年降水量和年径流量主周期一致,均为35a和21a,但主周期显著程度不同;年降水量和年径流量于2002—2008年丰枯状态不同,径流相对于降水呈现强减少趋势。流域自然条件和水利水保措施、城市化等人类活动造成降水与径流主周期显著程度的差异,以及降水与径流趋势性、突变性及阶段性变化的不同步。     

太行山区气候时空变化及其对植被覆盖度的影响

近年来气候变化已经严重影响了人类的生存与发展,同时也导致区域植被覆盖度的变化,研究太行山区的气候变化及其对植被覆盖度的影响为该区域气象预测以及生态环境保护提供有力的技术支撑。利用1973—2018年太行山区域内18个基准气象监测站点的日平均气温和日降水量数据,结合太行山区气温突变点前后10 a(1986—2005年)GIMMS NDVI数据,采用趋势分析法、累积距平分析、Mann-Kendall突变检验法,基于ArcGIS等平台分析了太行山区气温与降水时空变化及其对植被覆盖度的影响。结果表明:近50年来,在时间尺度上,太行山区气温上升趋势显著,降水无明显上升趋势。太行山区气温在1995年出现突变点。在空间分布上,气温变化受海拔影响较为明显,整体呈现上升趋势。降水总体表现自东北向西南逐渐递减的趋势。结合太行山区气温突变点前后10 a NDVI数据分析发现,太行山区NDVI总体变化具有明显波动性,气温对植被覆盖水平的变化存在区域差异性,在一定程度上也说明气温突变点对NDVI变化几乎不存在明显影响。     

近40a凯拉库姆库区土地利用/覆盖变化及景观格局分析

为研究近40 a凯拉库姆库区土地利用/覆盖和景观格局时空变化状况,该文以凯拉库姆库区1975年Landsat MSS、1990年Landsat TM、2000年Landsat ETM+和2011年Landsat TM遥感影像为数据源,利用ENVI软件得到各时期的土地利用/覆盖类型转移矩阵,建立土地利用面积变化量、单一土地利用类型动态度以及区域土地利用综合动态度模型;同时,在景观格局分析中采用景观格局数量分析方法,在类型水平和景观水平分别选取不同的指数,系统分析凯拉库姆库区土地利用/覆盖和景观格局变化的时空特征。研究结果显示:近40 a凯拉库姆库区的土地利用/覆盖发生了剧烈变化,建设用地面积呈现出持续增加的态势,低覆盖度草地和未利用地的面积随时间序列呈"V"型变化,而水体、耕地、中覆盖度草地的面积随时间序列呈倒"V"型变化;建设用地和耕地大面积急剧扩张,并伴随着低覆盖度草地、中覆盖度草地和未利用地面积的减少,大量的中覆盖度草地、未利用地转化为耕地,同时部分耕地又转化为建设用地,使得建设用地和耕地面积显著增加,研究区区域土地利用综合动态度呈"V"字型变化,并有逐渐加快的趋势,活跃土地利用/覆盖类型由早期和中期的水体转化为近期低覆盖度草地,稳定土地利用/覆盖类型由早期的耕地和中覆盖度草地,过度到中期未利用地,进而转化为近期的耕地;景观格局分析表明,中覆盖度草地和耕地对整个景观发挥主导作用,与水体相邻的景观要素多,建设用地斑块数目多且相对分散,但有集中分布的趋势,在人类活动的影响下,整体斑块尺度趋于均匀,景观趋于丰富和复杂化,斑块聚集程度减少,破碎度增加。该研究结果为凯拉库姆库区水土地资源可持续开发和利用、生态环境保护提供科学依据。     

雅砻江流域REOF分区的降水特征及其未来趋势分析

研究区域降水对保障生态环境、发展有效灌溉面积、农业生产以及优化水库调度具有重要意义。以雅砻江流域为研究对象,利用该流域13个气象站1961—2018年的降水资料,使用旋转经验正交函数分解(REOF)划分为6个地理区并结合Daniel趋势分析、Mann-Kendall突变检验、滑动T检验和R/S重标极差法分析了雅砻江流域6个区1961—2018年的降水变化特征和未来降水趋势。结果表明:(1)每个区的降水量年代际变化特征明显,年际变化特征不明显,与流域整体降水特征一致; Ⅰ区的降水量整体在持续减少,Ⅱ—Ⅵ区的降水量整体呈上升趋势,流域整体降水呈上升趋势。(2)Ⅰ—Ⅵ区的降水量突变年份依次为1981年、2002年; 1981年; 2005年、2014年; 1978年、1997年、2001年、2011年; 1980年、2000年; 1980年、1998年、2001年。(3)6个分区在未来一段时间内,Ⅳ区的降水量与过去趋势相比将会下降; Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅴ区及Ⅵ区的降水量与过去趋势相同并呈强持续性,其中Ⅲ区的降水量上升趋势时间长、持续性最强,与过去趋势变化最相符; 6个区的降水量受过去趋势影响的未来趋势时间长度依次为12 a,10 a,8 a,10 a,6 a,13 a。以上研究表明,雅砻江流域中下游的降水量上升幅度最大,而下游西南部(Ⅰ区)的降水量在显著持续减少,该现象会对水力发电、生态治理和农业生产带来一定的负面影响; 6个区降水量的显著年代际变化增加了局部旱涝发生的不确定性,降水量过去总体趋势对未来趋势的影响时间较长,这对于合理治理植被生态、做好水土保持工作、优化水库调度、发展有效灌溉面积和农业生产具有科学指导意义。