渭河流域降雨结构时空演变特征

为研究气候变化背景下渭河流域降水结构的时空变化,利用渭河流域71个气象站1981—2012年汛期(5—9月)逐时降水资料,选取降水发生率和降水贡献率两个指标,结合线性倾向率和非参数Mann-Kendall检验法探讨了流域降水结构的变化趋势及不同降水历时和不同降水等级的空间变化特征。结果表明:(1)渭河流域各历时降水发生率随历时增加呈指数形式快速递减,降水贡献率随历时增长先快速增大,后波动减小。流域上游短历时降水发生率和贡献率较高,而流域中下游长历时降水发生率和贡献率较高。(2)渭河流域1~6h的短历时和48h以上长历时降水发生率和贡献率均表现为减小趋势,7~24h历时降水发生率和贡献率为增加趋势,这种变化趋势在流域的中下游更加显著。(3)渭河流域降水发生率随降水等级的增加呈指数下降,小雨发生率最高,而暴雨的发生率最低。比较而言,流域上游小雨和中雨的发生率和贡献率较高,而流域中下游大雨和暴雨发生率和贡献率较高,特别是在渭河干流,暴雨贡献率在25%以上。(4)渭河流域小雨级别的降水事件发生率和贡献率均表现为显著的下降趋势,而暴雨级别降水发生率和贡献率表现为增加趋势,这种变化趋势将可能使流域防洪形势趋于严峻。     

北京泥石流灾害及其降水触发条件

介绍了北京山区的泥石流灾害易发区的地质地貌特征、降水气候、泥石流类型及其空间分布特点。重点分析1950年以来,北京山区发生的11次严重泥石流灾害的降水特征,包括灾害发生前10d的降水过程、日降水量达200mm的地区与泥石流发生区、降水强度及泥石流爆发时间的关系等。并指出迎风坡或喇叭口地形,常是降水明显增幅、泥石流最易突发的区域。     

安徽淮河流域各级降水时空变化及其对农业的影响

利用淮河流域安徽省境内多个台站的逐日降水资料,采用点面结合、长短期结合的方式,分析淮河流域不同级别的降水量、降水日数和降水强度的时空分布特点及其对农业生产的影响。结果表明,年总降水量、大雨量和暴雨量随时间变化的趋势不显著,但年总降水日数减少,大雨以上级别雨日有微弱增加趋势,夏季降水量和大雨以上级别降水占总降水量的比例也有增加趋势;年和夏季的大雨和暴雨强度随时间呈显著的二次曲线关系,20世纪90年代后呈增大趋势;产量与降水量和降水日数均为二次曲线关系,与降水量的相关系数高于降水日数。近年来,平均年降水量和夏季降水量均高于农作物获得高产的最适值,涝灾受灾面积有明显的增加趋势。     

1960-2014年祁连山南坡及其附近地区降水时空变化特征

祁连山区的生态是国家当前与今后重点保护的对象,该区域是“丝绸之路经济带”重要的水源涵养功能区,降水的多少直接影响生态环境的好坏,所以在新形势下,研究祁连山地区降水的变化具有重要的理论与现实意义。利用1960—2014年祁连山南坡及其附近19个气象站的降水日数与降水强度数据,使用线性趋势法、相关分析法、多项式趋势法、5年滑动平均、Mann-Kendall检验、滑动t检验、ArcGIS方法对其时间变化与空间分布进行了详细研究。多年降水日数与降水强度整体上表现为缓慢波动增长趋势,增长率分别为0.030 d/a与0.009 mm/a;除了冬季降水日数为增加趋势,其余季节均变化不大,夏季降水强度对全年贡献最大;20世纪90年代降水日数的变化趋势为负增长（-0.326 d/a）,降水强度增长最大（0.381 mm/10 a）,年代际变化波动较大。多年平均降水日数与降水量由于受东南季风与地形影响,整体上呈现出由东南向西北递减的趋势,南坡降水明显多于北坡的特点;降水日数与降水强度正负增长站点比例分别为:10∶9与17∶2;四季降水强度正增长所占比例比降水日数正增长所占比例大,除了秋季突变不明显,春、夏、冬均发生了突变;各站点年代际变化的空间分布存在差异。     

内蒙古自治区达茂旗荒漠草原土壤水分对降水的响应

[目的]研究不同降水模式土壤水分响应机制,为防治荒漠草原植被退化及土地荒漠化提供理论基础。[方法]以内蒙古自治区达茂旗为例,基于自动土壤水分观测站2016—2018年逐时土壤水分、降水量资料,利用统计学等方法,研究荒漠草原降水对土壤水分的影响。[结果]对于5.1～10.0,10.1～25.0 mm和大于25 mm降水事件,土壤水分响应深度分别为10,20 cm和50 cm,响应天数分别为6,7～9 d和10 d。5.1～15.0 mm和20.1～25.0 mm的降水,降水强度越大,土壤水分入渗深度越大;15.1～20.0 mm的降水,降水强度越大,土壤水分入渗深度越小。5.1～15.0,15.1～20.0,20.1～25.0 mm降水事件,0—10 cm土壤水分在降水强度较小时,土壤水分均在1 h后显著响应;在降水强度较大时,土壤水分分别在5,8 h及8 h后显著响应。[结论]土壤水分对降水响应主要依赖于降水模式,包括降水量、降水强度、降水时间等。5.1～15.0 mm和20.1～25.0 mm降水量时,降水强度对土壤水分入渗深度具有正反馈作用,对入渗速率具有负反馈作用;15.1～20.0 mm降水量时,降水强度对土壤水分入渗深度和速率均具有负反馈作用。     

CLIGEN降水要素在黄土塬区的适应性评估

 CLIGEN是目前较全面产生降水要素(降水量、历时、达到最大降水强度的时间与降水总历时的比率、最大降水强度与平均降水强度的比率)的天气发生器,其生成降水要素的质量直接影响水文和农业响应模型的输出结果。利用黄土高原长武1957—2001年的日气象观测数据、王东沟流域1988—2001年的降水要素数据和CLIGEN生成的100年日气象数据,对CLIGEN模型产生日、月、年降水量的均值和方差、概率分布、降水极端值和降水历时、强度进行评估。结果表明:CLIGEN对日、月和年降水量均值的模拟效果较好,相对误差都不大于1.0%;对标准差的模拟结果偏低,相对误差的绝对值小于6.6%;没有模拟出日降水量的概率分布,但是较好地模拟出了月和年降水量的概率分布;对日、月和年最大降水量的模拟误差较大,表明CLIGEN对极值的模拟精度有待提高。CLIGEN很好地模拟出连续降水的频率,但是连续干旱天数在20d以内的累积频率的平均相对误差为8.9%;CLIGEN产生的最大降水强度与平均降水强度的比率高于实测数据;相对于实测数据,CLIGEN模拟的降水历时和降水量具有相同的趋势,对小降水量或短历时的模拟结果偏高,对大降水量或长历时的模拟结果偏低。     

1960—2019年河南省降水结构时空变化特征

为了研究河南省降水结构变化特征,基于1960—2019年河南省17个气象站点逐日降水数据,运用数理统计、GIS及Mann-Kendall等方法对河南省不同降水历时和降水等级时空变化特征及其变化趋势进行了分析。结果表明:(1)河南省降水发生率随降水历时的增加呈减少趋势,短历时(1～2 d)降水发生率达74.03%,居主导地位。≥5 d降水贡献率最大(26.73%),其次为2 d(26.20%),3 d(18.68%),4 d(14.43%)和1 d(13.96%); 降水发生率随降水等级增加而降低,各等级降水贡献率为23.36%～28.20%,分布较为均衡;(2)降水结构空间差异显著,短历时降水发生率和贡献率呈由南往北逐渐增加趋势,3 d以上历时降水由南向北减少; 小雨发生率和贡献率由东南向西北递增,暴雨发生率和贡献率由东南向西北递减;(3)Mann-Kendall趋势分析表明,各历时降水发生率和贡献率变化趋势基本一致,表现为中短历时(1～3 d)降水上升,长历时降水下降; 各等级降水变化趋势方面,小雨发生率、贡献率呈下降趋势,大雨、暴雨发生率和贡献率呈上升趋势。近60 a来河南省降水结构有向极端强降水转移的态势。     

近50年黄土高原马莲河流域降水变化特征分析

不同等级降水与侵蚀性降水对水土保持有重要意义,为了更好地建设黄土高原生态屏障,亟须对马莲河流域降水特征进行详细分析.收集到马莲河流域1961-2010年西峰国家基准站、环县国家基本站和华池、庆城、合水、宁县、正宁5个国家一般站的日降水观测数据,使用PMF方法,对数据进行均一化检验,确保数据质量.采用基本气象水文统计方法,研究流域降水统计特征.运用气候倾向率、Mann-Kendall检验、滑动T检验、累积距平和Morlet小波变换等方法,分析流域降水趋势、突变点和周期等特征,同时分析侵蚀性降水、不同等级降水日数和降水强度的变化特征.结果表明:1)马莲河流域多年平均降水482 mm,四季降水分别占年降水量的18％、53％、27％和2％,侵蚀性降水占年降水57％,降水变异系数为0.19,流域降水＞400 mm的保证率为72％,＞500 mm的保证率为38％;2)1961-2010年马莲河流域降水与侵蚀性降水均呈减少趋势,春、秋季降水呈减少趋势,冬季降水呈增加趋势;3)降水的突变点不明显,1992年之后,降水呈减少的趋势,年和四季降水有19、11、4和2a左右的主周期;4)中雨和小雨是马莲河流域主要降水形式,1961-2010年,降水减少是中雨和小雨显著减少引起的,降水强度与侵蚀性降水强度呈增强趋势,降水日数的减少对降水强度的增加有重要影响.马莲河流域侵蚀强度并未随雨量的减少而减弱,降水侵蚀风险没有减小,水土保持工作需要持续深入,水土保持与荒漠化治理刻不容缓.     

增暖背景下华北平原极端降水事件时空变化特征

利用1961-2010年华北平原53个气象站的逐日降水资料,采用百分位值法定义极端降水事件的阈值,统计极端降水事件的降水量、频次和强度,重点分析华北平原近50 a极端降水事件时空变化特征.结果表明:(1)在气候暖化背景下,近50 a华北平原极端降水事件整体呈现下降趋势;(2)在空间格局上,极端总降水量、发生频率和强度空间格局具有一致性;(3)华北平原极端降水呈现下降趋势的区域主要分布于河北省及山东省东南沿海一带,而河南省大部呈上升趋势;(4)从时间上看各指标均呈波动变化,20世纪60年代表现出明显的减少趋势,且90年代中后期波动变化剧烈,并开始呈现上升趋势.除极端降水强度外,极端总降水量及频次均发生了突变,时间在1965年左右.     

丽水市短历时降水特征

利用1981～2010年丽水市国家气象观测站分钟降水强度资料,分析10个降水历时(5、10、15、20、30、45、60、90、120、180 min)分布特征并计算其气候倾向率,采用广义极值分布和线性参数估计方法,拟合年最大降水量概率分布,采用柯尔莫哥洛夫检验进行拟合优度检验。经检验得出如下结论:1)丽水市短历时年最大降水量极值均出现在6～8月,各历时年最大降水量呈增加的趋势;2)10个短历时年最大降水量采用广义极值分布拟合,效果较好,均通过信度0.05显著性检验。随历时增加,降水强度和变化幅度逐渐增大;形状参数随历时增加呈现先增后减的趋势。     

气候变化背景下中国北方干湿区降水资源变化特征分析

中国北方地区降水资源空间差异较大且种植结构迥异,细致分析北方不同干湿区降水资源的变化规律和分布特征,可为北方地区合理利用降水资源,调节种植结构,适应气候变化提供科学参考。该文利用中国北方15个省市308个气象站点1961-2010年逐日降水资料,以1981年为时间节点,将过去50 a分为1961-1980年和1981-2010年两个时段,基于干旱区、半干旱区和半湿润区划分标准,明确了与1961-1980年相比,1981年以来北方干旱区、半干旱区和半湿润区空间变化特征;依据中国气象局降水量等级标准及春夏秋冬四季划分标准,系统分析了北方三大区域内小雨、中雨、大雨及暴雨各等级降水量和降水日数在全年降水量和降水日数中的比例,以及降水在一年四季中的分配特征。研究结果表明:气候变化背景下,1981年以来西北地区的干旱区面积减少,东北地区的半湿润区面积减少,而半干旱区面积扩大明显。研究时段内干旱区年降水量呈显著增加趋势,最近30a各等级降水量和降水日数均高于1980年之前的20a,其中小雨、中雨等级增加幅度最大;季节变化中,尤以冬季最明显。半干旱区和半湿润区年降水日数均呈显著下降趋势,最近30 a小雨等级降水量和降水日数均有明显下降;夏季和秋季降水量和降水日数均减少,半干旱区夏季降水减少更明显,半湿润区则以秋季减少最为显著。北方地区年内发生的降水事件95%以上是小雨和中雨,小雨和中雨量总计占全年降水量的75%;研究时段内北方地区的小雨频率有不同程度下降,而中雨频率呈升高趋势,干旱区表现尤其明显,其对作物生长季内降水有效利用影响较小。各季节降水分配的变化中,干旱区和半干旱区春季降水贡献率升高,半湿润区秋季降水贡献率降低;干旱区仅夏季降水频率有下降;半干旱区各季节降水频率指标变动最突出,春冬季节降水频率有增加而夏秋季节降水频率在下降;半湿润区春季和冬季降水频率有所增加,而秋季降水频率下降;研究区域内各降水指标极大值主要集中南北两端;干旱区与半干旱区内北疆地区及内蒙古东北部的强降水量、强降水日数大于区域内青海、甘肃、宁夏的中部和南部。所得结论可为明确中国北方地区不同干湿区降水资源变化及种植结构和作物布局调整提供参考。     

长武黄土高塬沟壑区降水及侵蚀性降雨特征

利用长武县气象局1957—2006年的日降水量资料,分析该地区降水的年内、年际变化、概率分布特征等。结果表明：该区降水量季节分布不均,主要集中在7—9月;降水量的年际变化幅度较大,多年变化呈明显的丰水、平水、枯水年交替发生现象;降水量的年际变化大于年降水时间的年际变化。对侵蚀性降雨研究发现,其主要发生在7、8月,以降雨量小于30 mm的降雨次数较多;降雨强度随降雨量增加而减小;同时,以短历时降雨为主,历时在30min以内的降雨次数较多,其他时段相对较少。     

淮河流域不同量级降雨时空分布特征及其影响因素

采用淮河流域1965—2016年67个气象站点52 a的逐日降水资料,应用Mann-Kendall趋势检验法、反距离权重插值法和Morlet小波分析法,研究了不同量级降雨时空分布特征及其影响因素。结果表明:（1）淮河流域各量级降雨的年降水量均呈增大趋势,其中暴雨的年降水量年际变化波动相对较大。（2）整个淮河流域的降雨以中、大和暴雨为主,且比较集中。（3）淮河流域小雨和中雨的年降水量由南向北的递减较为平均,各级雨量带呈条带状分布,而大雨和暴雨的各级雨量带无条带状分布的规律。此外,不同量级降雨的降水日数和降水量空间分布一致,均具有“由南向北,依次递减”的特点。（4）1965—2016年,太阳黑子出现极值的年份与淮河流域各量级降雨的降水量极值年份并不完全对应。淮河流域暴雨的年降水量和太阳黑子数都在15 a左右尺度上震荡明显,虽然尺度上不能完全对应,但有交叉,说明暴雨的年降水量和太阳黑子数存在相似的振荡周期变化。     

关川河流域1995-2010年降雨特征及其水土流失效应

依据定西关川河流域1995-2010年的水文站监测数据,分析了该地区降雨特征及其水土流失效应。结果表明:(1)流域降雨事件主要发生在5-9月,7-8月降雨量达到全年最高值,而侵蚀性降雨主要发生在7-8月15a间侵蚀性降雨日数占总降雨日数的9.53%侵蚀性降雨量占总降雨量的39.41%。(2)15a间共观测到1|123d降雨,降雨总量达4866.98mm多年平均降雨量304.19mm,年际变化趋势不明显,每年约10%的侵蚀性降雨事件造成土壤侵蚀。(3)河川径流量与输沙量呈极显著正相关关系(p<0.001),二者均呈波动减少的趋势当表层土壤处于缺水状态时,降雨对土壤侵蚀的影响延迟。(4)由于影响土壤水蚀的因素错综复杂,降雨量、侵蚀性降雨量和降雨侵蚀力均不能独立反映流域土壤侵蚀过程。     

1960-2009年青海省极端降水事件的变化特征

利用1960-2009年青海省26个气象台站的降水资料,采用线性倾向估计法、反距离加权法、M—K突变检测等方法,研究了青海省50a来极端降水事件变化的空间分布以及时间变化特征。结果发现,近50a来,青海省极端降水天数、最大的1d和5d降水总量、中雨天数和逐年平均降水强度均表现为增加(强)趋势,只有极端降水天数通过了0.05的置信度检验;各极端降水指数变化趋势存在空间差异,祁连山地区极端降水天数、最大的1d和5d降水总量、中雨天数和逐年平均降水强度增加趋势明显,青海省东部地区增加不明显或呈微弱减少趋势;青海省极端降水事件在0.05的置信度下发生了明显的突变现象,且各极端降水指标与年降水总量有很好的相关性。     

近60年山西省极端降水时空变化特征

气候变化背景下,极端降水事件发生频率与强度的增加直接影响区域生态安全,分析极端降水时空变化特征对于区域风险评估具有重要意义.基于山西省1960-2019年22个气象站点的逐日降水数据,选取12个极端降水指数,采用线性趋势分析、Mann-Kendall趋势检验与突变分析、Morlet小波分析和反距离权重插值等方法,对山西...     

时间尺度对农田灌溉设计保证率的影响

设计保证率是灌溉系统设计的重要参数之一,以年尺度为计算时段选择的典型年,存在对降雨的年调节估计过高的可能。该文以河南省郑州市1951—2015年的气象数据为基础,对其年降雨量、月降雨量及旬降雨量等进行排频计算,分析了不同灌溉设计保证率下对应典型年的降雨分布。以冬小麦、夏玉米需水关键期对应的4月、7月和8月为典型时段,研究了同一保证率下降雨的变化情况,并按照不同的计算时间尺度制订出相应的灌溉制度,讨论了时间尺度对灌溉定额及降雨利用量的影响。结果表明:1)在相同灌溉设计保证率下,各典型年、月和旬的降雨量均相差较大,同一月份的降雨量相差5倍以上;降水量的极差由大到小依次为年尺度、月尺度、旬尺度。2)利用水量平衡法,制订了不同时间尺度下典型年冬小麦-夏玉米连作的灌溉制度,在25%灌溉设计保证率下,季尺度下的年灌溉定额显著高于日尺度;与季、月和旬尺度相比,日尺度下的年灌溉定额分别降低了34%、23%和3%;偏干旱年灌溉定额随降水计算尺度减小而减小,但差异不明显。考虑不同的时间尺度具有不同的节水潜力和效果,完善灌溉排水工程中相应标准及其选取方法,选择合适的计算时长,既有利于落实灌溉设计保证率,又能提高各种水资源的利用率。     

1961-2013年河南省极端降水事件时空变化特征

以1961—2013年河南省17个站点逐日降水量数据为研究对象,运用Sen’s倾向估计、Mann-Kendall显著性检验和空间插值等方法,分析了河南省11个极端降水指数时间和空间变化特征及其影响因素。结果表明:（1）过去53年,河南省极端降水指数变化趋势不显著。（2）河南省区域内,东南部极端降水量、降水日数、降水强度大于西北部。过去53年,商丘和西华降水量、降水日数和降水强度显著增加,而安阳、新乡、孟津、三门峡等地显著减少。（3）将河南省极端降水指数与其他区域进行了比较表明,极端降水指数存在区域性差异。（4）极端降水指数与纬度因素之间相关性强于经度和海拔因素。（5）除CDD指数外,其余指数与年总降水量均具有较高相关性。其中,极端降水量（R95p）、年降水日数降水量（R10,R20和R25）对年总降水量贡献最大。     

Rainfall erosivity estimation over the Tibetan plateau based on high spatial-temporal resolution rainfall records

The Tibetan Plateau (TP) in China has been experiencing severe water erosion because of climate warming. The rapid development of weather station network provides an opportunity to improve our understanding of rainfall erosivity in the TP. In this study, 1-min precipitation data obtained from 1226 weather stations during 2018–2019 were used to estimate rainfall erosivity, and subsequently the spatial-temporal patterns of rainfall erosivity in the TP were identified. The mean annual erosive rainfall was 295 mm, which accounted for 53% of the annual rainfall. An average of 14 erosive events occurred yearly per weather station, with the erosive events in the wet season being more likely to extend beyond midnight. In these cases, the precipitation amounts of the erosive events were found to be higher than those of the daily precipitations, which may result in implicit bias as the daily precipitation data were used for estimating the rainfall erosivity. The mean annual rainfall erosivity in the TP was 528 MJ mm·ha^?1·h^?1, with a broader range of 0–3402 MJ mm·ha^?1·h^?1, indicating a significant spatial variability. Regions with the highest mean annual rainfall erosivity were located in the forest zones, followed by steppe and desert zones. Finally, the precipitation phase records obtained from 140 weather stations showed that snowfall events slightly impacted the accuracy of rainfall erosivity calculation, but attention should be paid to the erosion process of snowmelt in the inner part of the TP. These results can be used as the reference data for soil erosion prediction in normal precipitation years.     

黄土高原清水河流域降水-径流的响应关系

宁夏清水河流域地处黄土高原干旱、半干旱地区,选取清水河流域出口泉眼山水文站及气象站1989—2019年逐日径流和降水数据,并通过Chapman-Maxwell法对清水河流域径流时间序列进行基流分割,并将基流分割的结果应用于径流事件的分离,来探究径流事件对降水的响应特征。结果表明：(1)宁夏清水河流域降水量、径流量和基流量整体上均呈现上升趋势,经Mann—Kendall检验未发现突变显著的时间点,日降雨量10 mm以下的降水呈现增加趋势,年内降水主要分布在5—9月,占比达81.72%。(2)基于日径流时间序列,在清水河流域近30年间共分离出58次径流事件。在旱季降水总量与降雨强度显著相关,在土壤湿度和流域内水量存储条件的影响下,干旱时期的径流过程对事件前期降水响应较为敏感;在雨季,降水总量和降水强度是径流量的主要影响因素。(3)土壤水分对径流事件特征的影响具有阈值的变化,当前10天降水量未达5 mm时,峰值流量对其响应敏感。