近70年首都水源涵养区水热条件及地表径流演变特征研究——以清水河和白河流域为例

永定河流域的清水河和潮白河流域的白河，是张家口建成首都地区水源涵养功能区的关键流域。利用清水河流域（1951-2020年）和白河流域（1970-2020年）的多年水文资料，运用有序聚类分析、小波分析等数理统计方法分别对清水河流域和白河流域的径流量、气候要素（降水和气温）进行趋势分析和突变分析，并基于Pearson相关分析和贡献率分析的方法讨论了降水量、气温和蒸散量对径流量变化的影响。结果表明：(1)清水河流域和白河流域的降水量呈现不显著上升趋势，1960-2020年间平均上升速率分别为0.964 mm/10a和3.316 mm/10a，分别在1965年和2016年发生突变；(2)清水河流域和白河流域的气温均呈现显著上升的趋势，清水河流域平均气温上升速率是0.246℃/10a，白河流域平均气温上升速率为0.207℃/10a，气温都在1988年发生突变；(3)近70年清水河流域和白河流域的径流量呈显著减少趋势，都达到了99%的显著性检验水平，并在1979年和1974年发生突变；(4)径流量的主导因素是降水量，降水量对径流量年内变化的影响主要发生在降水相对充沛的5-8月份。     

青海湟水流域气温与降水时空变化特征

为了分析青海湟水流域气温与降水的时空变化特征,选取流域13个气象站点1959―2006年逐日降水与气温资料,用Mann-Kendall突变检验、小波分析等方法研究了气温与降水时空变化特征。结果表明,流域多年平均年降水量在年内分配极不均匀,降水量在春季和冬季有增加趋势,夏季和秋季有减少趋势;降水量以2.13 mm/10 a的速率减少。流域多年平均气温和月平均气温均呈升高趋势,年平均气温以0.348℃/10 a的速率升高。降水和气温空间分布极不均匀,流域西北和东南地区降水量较少,中部地区降水量较多;流域多年平均气温自西北地区到东南地区逐渐升高。年降水系列的突变点在2001年,第一主周期为3 a,第二、第三主周期分别为8 a和15 a;年平均气温系列无突变点,第一主周期为25 a,第二、第三、第四主周期分别为8 a、15 a和3 a。     

塔里木河干流流域气候变化特征及其突变分析

以塔里木河干流流域为研究区域,选取流域内10个气象站点1961—2013年逐日地面气象资料,采用Penman-Monteith模型、气候倾向率、Mann-Kendall突变检验方法,分时段分析了塔里木河干流流域气候变化特征及其突变。结果表明,1塔里木河干流流域年平均气温为"突变点前增幅(0.09℃/10 a,p0.05)低于突变点后增幅(0.13℃/10 a,p0.05)",年干燥度为"突变点前减幅(4.05/10 a,p0.05)高于突变点后减幅(0.54/10 a,p0.01)",呈"冷干—暖湿—冷干"的变化趋势,1990年和1976年分别是年平均气温和干燥度的突变点。2塔里木河干流流域平均气温为"夏季春季秋季冬季"的时间分布,干燥度为"冬季秋季春季夏季"的时间分布,春季平均气温和干燥度均为"突变点前增幅(0.09℃/10 a,11.42/10 a)低于突变后增幅(0.52℃/10 a,14.01/10 a)",呈"冷干-暖湿-暖干"的变化趋势;夏、冬季为"突变点前变幅(0.02℃/10 a,-1.93/10 a;-0.25℃/10 a,-84.48/10 a)高于突变点后变幅(-0.01℃/10 a,-0.05/10 a;-0.12℃/10 a,22.14/10 a)",呈"冷干—暖湿—冷干"的变化趋势;秋季为"突变点前变幅(0.02℃/10 a,-56.76/10 a)低于(高于)突变点后变幅(0.05℃/10 a,-16.34/10 a)",呈"冷干—暖湿—冷湿"的变化趋势,2003年、1999年、1993年、1978年和1983年、1969年、1963年、1980年分别是四季平均气温和干燥度的突变点。3塔里木河干流流域年、季干燥度均在16以上。2000年后,年、夏、冬季冷干化明显,春季暖干化明显,秋季冷湿化明显,且秋、冬季平均气温减幅最大(0.53℃/10 a,p0.01;0.9℃/10 a,p0.01)。     

景电灌区降水与气温随时间变化特征分析

为探明景电灌区近年来气候变化规律,深化对灌区气候变化的认识和理解,以甘肃省景泰县1983—2017年的降水及气温日数据为基础,运用线性倾向分析、Mann-Kendall趋势检验及小波分析等方法,研究了景电灌区降水与气温不同时间尺度的变化,并预测了灌区降水的发展趋势,结果表明:近35 a景电灌区降水量呈缓慢上升趋势,气候倾向率为0.38 mm/a,冬灌降水呈显著上升趋势,其余灌季均呈下降趋势;灌区年降水量变化存在7 a和11 a这2个主要的周期尺度;灌区近35 a平均气温和极高气温均呈显著上升趋势,气候倾向率分别为0.056,0.050 ℃/a,而极低气温上升趋势不明显;灌区各灌季平均气温均呈上升趋势.由此看出,景电灌区气候变化整体呈暖湿化趋势,灌季尺度上,仅冬灌期间呈现明显的暖湿化趋势,其余灌季呈暖干化趋势.     

基于统计降尺度的长春市未来气候变化趋势分析

应用统计降尺度模型SDSM（Statistical Downscaling Model）,对GCM输出序列进行降尺度处理,生成长春市未来气候变化情景,并利用线性趋势、滑动平均、Mann-Kendall趋势分析等方法分析对2020s（2010-2039年）、2050s（2040-2069年）和2080s（2070-2099年）3个时期的气温和降水的变化特征进行了分析。模拟结果表明,验证期（1976-1990年）内,长春市月平均日最高气温的实测值和模拟值拟合的很好,SDSM模型能够较好的模拟生成长春市未来气候变化情景。与基准期相比,2020s,2050s和2080s最高气温平均分别上升1.67℃、3.44℃、5.65℃,最低气温平均分别上升1.07℃、2.68℃、4.69℃,平均日气温倾向率变化为0.63℃/10年;年降雨量也呈增加趋势,倾向率变化为11mm/10年;研究区未来气温和降雨量年内变化情况呈现不均匀性,春季降水量呈下降趋势,夏季降雨量呈现显著增加趋势,倾向率变化为12.7mm/10年,且相对于其他季节,夏季对全年降雨量的增加贡献最大,秋季降雨变化不显著,冬季增加趋势较平稳;与其他各季相比,气温在夏季的增幅最显著。分析成果为进一步研究未来气候变化情境下长春市水资源状况提供理论基础。     

新疆艾比湖流域潜在蒸散变化特征与成因分析

【目的】寻找新疆艾比湖蒸散主要影响因子。【方法】根据新疆艾比湖流域内6个代表气象站1960―2015年逐日气象数据,采用辐射校正的Penman-Monteith模型计算了潜在蒸散量(ET0),采用气候倾向率、Mann-Kendall法、Morlet小波分析等方法分析了ET0周期变化规律,同时基于通径分析原理的指标敏感性方法分析了ET0的变化成因。【结果】1960―2015年艾比湖流域年ET0多年平均值为956.1 mm,气候倾向率为-29.89 mm/10 a,呈显著下降趋势(p0.001);四季ET0表现为夏季春季秋季冬季,各季随年份序列均呈下降趋势,其中夏季ET0下降趋势最为显著,夏、春二季ET0对全年潜在蒸散的相对贡献最大;年ET0在1986年发生下降突变,降幅为10.52%。ET0在28 a的周期振荡最强烈,为时序变化的第一主周期,第二、三主周期分别为15 a和8 a;风速对ET0的通径系数为0.736,对回归方程估测可靠程度E的总贡献为0.577。【结论】风速下降是艾比湖流域ET0下降的主要因子,其次为相对湿度、净辐射、降水和最高气温。     

近50 a新疆且末县红枣农业气候资源变化特征分析

本研究以且末县红枣为研究对象，利用且末县1971-2020年逐日气象数据资料，采用Mann-Kendall突变检测、小波分析、气候倾向率等方法，分析红枣生长季农业气候资源变化特征，为当地红枣产业适应气候变化提供科学依据。结果表明：红枣生长季平均气温和≥10℃积温呈显著增加趋势，气候倾向率分别为0.36℃/10 a、98.4（℃·d）/10 a，分别在2003年和2008年发生了由少由到多的显著突变；降水量变化不明显，呈略微的增加趋势，年际间波动较大。日照时数呈减少趋势，在1981年发生由多到少的突变，气候倾向率为24.4 h/10 a；夏季高温日数呈增加趋势，尤其以7月份的增加显著，增加速率为2.0 d/10 a ；夏季气温日较差平均15.8℃，6～8月气温日较差均呈减少趋势，但变化不明显。春季、夏季的大风日数和沙尘日数呈均减少趋势，其中大风日数显著减少，沙尘日数年际分布不均。气候变化背景下，且末县红枣生长季光热资源丰富、气温日较差大，总体有利于红枣产量的提高，但开花坐果期高温日数的增加，对红枣生长发育有一定影响。     

近40年气候变化对石河子棉区棉花生长发育的影响

为了阐明石河子地区气候环境对棉花生长发育的影响,利用石河子地区4个气象站点1981—2018年气象资料,通过气候倾向率、M-K突变分析、生理发育时间等方法分析计算气候环境和棉花生长发育变化特征。结果表明:1981—2018年石河子地区棉花产量和单位面积产量均呈显著增加趋势,增加率分别为1.4万t/a和57.9 kg/hm2;石河子地区平均气温和最低气温均呈显著增加趋势,气候倾向率分别为0.32和0.51 ℃/10a,而最高气温以0.18 ℃/10a的速率不显著增加;最高气温≥35 ℃日数主要分布在6—8月,7月高温日数最高;最低气温＜12 ℃的日数主要分布在4月和9月;无霜期呈显著增加趋势,气候倾向率为6.4 d/10a;播种期呈现显著提前趋势,提前速率为－0.48 d/a;棉花生理发育时间呈显著增加趋势,倾向率为2.4 d/10a,突变年份在1997年。      

气温突变下内蒙古大兴安岭林区旱涝演变

【目的】探明内蒙古大兴安岭林区气候变化趋势及旱涝演变特征。【方法】基于内蒙古大兴安岭林区11个气象站1971—2015年年平均气温和月降水连续观测数据,利用一元线性回归、Mann-Kendall法以及标准化降水指数(SPI)方法进行了研究。【结果】(1)内蒙古大兴安岭林区年降水量在近1971—2015年来整体呈波动上升趋势,年际变化倾斜率为8.86 mm/10 a,但未通过显著性检验;年平均气温也呈上升趋势,并且通过0.001的显著性水平检验,年际变化率为0.4℃/10 a;(2)林区年平均气温在1987年发生增温突变,气温突变以后年降水量倾向率明显减小;(3)1971—2015年来林区旱涝频繁发生,20世纪70年代与21世纪00年代SPI12多小于0,这2个时期干旱发生较为频繁,而20世纪80年代至90年代以及21世纪10年代降水较多,这2个时期相对湿润,旱灾发生频率较低。【结论】1987年增温突变以后,林区旱涝事件发生更加频繁,并呈向极端干旱和极端湿润的方向发展;年时间尺度的SPI反映林区降水变化情况比较理想。     

近50a来黄河流域温度和降水基本特征和变化趋势分析

利用黄河流域87个代表气象站1961－2010年的逐日温度和降水观测资料,采用算术平均、线性倾向估计、滑动平均方法对流域年、季和年代际温度和降水特点和变化趋势进行分析。结果表明：流域多年平均温度为6.96℃,总体呈东高西低、南高北低的空间分布特征。年平均温度呈明显上升趋势,线性倾向率为0.03℃/a;流域季节温度均呈明显增加趋势,冬季温度增加较为明显,夏季温度增加相对较低。流域多年平均降水为448mm,降水空间分布由东南向西北呈带状递减趋势。流域年平均降水呈不显著的增加趋势,线性倾向率为-0.97mm/a,流域季节降水增减变化趋势不明显,变化较为复杂。     

元谋干热河谷区近60年干湿状况和气温变化特征分析

为了探寻近60 a来干热河谷区干(平均湿度、相对湿度指数)热(气温)状况的变化特征,选取干热河谷区有代表性的元谋气象站采集的温度、湿度等微气象数据计算该地区参考作物腾发量和相对湿润指数,利用线性倾向估计法、Mann-Kendall法和滑动t检验法进行趋势和突变分析.结果表明:在年和四季尺度上,平均湿度呈上升趋势,四季平均湿度从大到小依次为夏季、秋季、冬季、春季,气候倾向率从大到小依次为冬季(1.99%/10 a)、春季(1.43%/10 a)、秋季(1.21%/10 a)、夏季(0.93%/10 a);四季平均气温和最低气温均呈现下降趋势,气温关系从高到低均为夏季、春季、秋季、冬季,气候倾向率关系从大到小均为春季、冬季、夏季、秋季;最高气温在春季最大且呈现微弱下降的趋势,年尺度和其他季度尺度上呈现上升趋势,冬季上升幅度最大.元谋干热河谷区朝着湿润降温的方向发展,干旱状况虽有所缓解,但依然严峻,冬季和春季是元谋抗旱的关键阶段.     

根河流域1980-2017年气候和径流的变化特征分析

根河流域处于我国寒温带地区,气候和自然环境较为特殊,分布着大面积冻土,对于气候变化非常敏感。【目的】通过分析根河流域气象要素和径流的变化,探讨气候和水文之间的相互关系,为该流域的水资源科学管理提供理论依据。【方法】以额尔古纳水系根河流域为研究对象,利用M-K检验和Hurst指数等方法,分析根河流域1980-2017年气象要素和径流的变化趋势及相互作用关系。【结果】①根河流域年平均气温在1980―2017年,共上升了1.10℃,在α=0.01的水平上呈上升趋势,且上升趋势有较强的持续性(H=0.75)。其中,生长季的气温变化最为强烈(Z=4.63)。②根河流域生长季降水量占年降水量的85%,趋于下降趋势,下降幅度为1.68 mm/a。③根河流域始冻期和完全冻结期的空气相对湿度分别α=0.001和α=0.01的水平上显著下降,且下降趋势有很强的持续性(H=1.0),变化幅度为0.05%/a。④根河流域径流量趋于下降趋势,在1997年和1999年发生突变,不年降水量发生突变的时间基本吻合,且降雨不径流的变化趋势一致,相关性分析表明,降雨不径流的相关系数为0.91。⑤根河流域径流量不年均气温相关系数为0.50,气温主要以增加流域各因子的蒸散发以及土壤和河流冻结、融化的时间或面积来影响流域径流量。【结论】根河流域降水量和径流在1980―2017年没有很大的变化趋势,气温呈猛烈的上升趋势,流域气候整体上趋于夏季越来越干冷,冬季干热的趋势。     

天津市极端气温与降水指标变化趋势分析

为识别气候变化背景下局地极端气温和降水的趋势变化,采用天津市塘沽气象站1954—2013年逐日气象资料,使用滑动平均和Mann-Kendall趋势检验法对8个气温指标和6个降水指标的变化趋势进行分析。结果表明,该地区年平均气温以0.33℃/10a的速率上升;年平均气温日较差(DTR)呈上升趋势,但速率较小;年内热日和暖夜出现的频次呈增加趋势;全年降水总量变化趋势不明显,但降雪量下降明显,该站从1980年以后一直未观测到降雪;每年极端降水出现的频次较稳定。因此,气候变化对天津市的主要影响为气温升高和降雪减少。     

江西省锦江流域降水变化特征研究

为研究江西省锦江流域的多年降水特征,以流域的9个雨量站1957-2013年逐日降水资料为基础,对锦江流域不同地区的降水序列分别采用线性趋势、5 a滑动平均、Mann-Kendall趋势检验法,Pettitt突变检验法,累积距平,Morlet小波分析等分析方法进行研究。结果表明:①流域面上多年平均年降水量为1617.5 mm,空间分布为从上游到下游递减的特征,且每10 a以9.59 mm的趋势上升,其上升趋势主要受到中、下游的影响;20世纪90年代是锦江流域降水较多的年代,年降水量在统计年限内呈现出“偏少-偏多-偏少”的变化趋势。②季节降水量的空间分布与年降水量相同,各区域的降水量主要集中在春季,其次是夏季、冬季,秋季降水量最小;夏、秋、冬3个季节的降水量呈现上升趋势,春季降水呈现下降趋势,其中上游流域的春季、中游流域的春、夏两季的降水量的趋势变化均具有显著性,逐月降水量主要集中在4-6月,占年降水量的45.72%左右,6月降水量最大,而9-12月的降水量所占比例较小,各地区各月份所占降水百分比与流域面上相差不大。③在Pettitt检验中,各区域的春季、夏季、秋季的突变较为一致,分别为春季(1984年)、夏季(1991年)、秋季(1980年),其中中游流域的夏季突变还通过0.1显著性水平。年降水量及冬季降水量在不同区域的突变值较为分散;而从累积距平分析,年降水量其各区域较为明显的同一突变点为1991年,冬季降水为1986年。④锦江流域不同地区的年降水量主周期较为明显,均为31 a;次周期在13 a左右,但不明显。     

近20年五台山气候特征分析及对现代农业的影响

五台山是著名的佛教圣地,又是国务院首批审定公布的国家级风景名胜区,还是林业部公布的第一批国家级森林公园,资源非常丰富,五台山气候复杂多变。本文主要利用1998—2018年五台山气象站的逐月平均气温、降水量与日照时数观测资料,对五台山气候变化特征进行分析。结果表明:近20年五台山的平均气温大致呈上升态势,线性倾向率为0.043℃/10年。五台山春季与夏季平均气温也呈现出上升的趋势,线性倾向率分别为0.633℃/10年、0.04℃/10年,秋季和冬季平均气温均呈下降的趋势,气候倾向率分别为-0.205℃/10年、-0.296℃/10年。五台山的降水量总体呈增加趋势,线性倾向率为139.38mm/10年。五台山20年来降水量平均值为675.0mm;五台山降水量出现最多的季节为夏季,占年总降水量的61.2%,秋季、春季次之,分别占年总降水量的20.4%和15.1%,冬季最少,仅占3.3%。五台山的日照时数主要呈减少的变化趋势,线性倾向率-183.66h/10年,下降趋势较为显著。20年来五台山平均日照时数为2 636.6h。气候增暖趋势加剧,降水量年际间波动起伏显著,还有日照时数的减少都会对五台山热、水、光等农业气候资源的平衡性带来不同程度的影响,不仅会影响到作物生产布局,而且还会引发一些极端气象灾害。只有结合气象变化规律以及农业生产实际,有效应对气候状况,才能够推动五台山现代农业的持续、安全发展。     

澄碧河水库流域降雨变化分析

为了研究气候变化条件下,澄碧河水库流域降雨变化特征,以流域内8个雨量站点1966-2015年共50 a的降雨资料,运用线性趋势法、滑动平均法、距平百分比、变异分析法和Arcgis空间插值法等对澄碧河水库流域降雨变化趋势和变异性进行分析,结果表明:过去50 a,澄碧河水库流域降雨呈减少趋势,变化幅度为-3.53 mm/a,空间分布上,降雨自西北向东南递减,其倾向率则大致与降雨空间分布呈互逆变化趋势;流域降雨在年系列内发生弱变异~巨变异不同程度的变异,与降雨倾向率有相似空间分布趋势,东南地区最为显著,年代间变异强度中心大致呈集中于库区(20世纪60年代、80年代和21世纪)-分散于库区(20世纪70年代和90年代)往复变化趋势;结合流域气温和蒸发资料分析,统计时段内流域气温呈增加趋势(气温倾向率为0.013 6℃/a),蒸发则与降雨有相同减少趋势(蒸发倾向率为-2.42 mm/a),可见,流域呈现暖干趋势。     

1961-2015年库尔勒市热量资源特征分析

气候变化使热量资源发生了变化，对农业生产的空间分布产生影响。研究热量资源变化特征对合理利用热量资源、调整农业气候指标和种植结构有指导意义。利用库尔勒市1961—2015年逐日气温资料，通过气候倾向率和Mann-Kendall突变方法研究库尔勒气温和≥0、3、5、10、15和20 ℃的初日、终日和持续日数，以及无霜初日、无霜终日和无霜期的变化特征。结果表明，1961—2015年，库尔勒市气温在1998年发生突变，年平均气温升高速率为0.29 ℃/10 年（P＜0.01），突变后较突变前增温1.0 ℃；冬季平均气温增加幅度最大；≥0、3、5、10、15和20 ℃初日提前、终日推迟，作物生长季明显延长；≥0、3、5、10、15和20 ℃活动积温显著增加，气候倾向率为80.7、80.2、85.1、69.0、75.6和103.4 d·℃/10年；无霜初日显著提前4.0 d，终日显著延迟4.3 d，持续日数显著增加8.4 d。近55年库尔勒市气温升高，积温增加，生长季、无霜期延迟，对农业引种和品种推广有积极作用，需根据热量资源现状重新确定合适的农业气候指标和种植区划。      

五十年来丰宁县气候变化对丰宁特色作物土豆的影响及气象服务保障措施

根据丰宁县气象站1963～2012年气温和降水观测资料,运用累积滤波器法和线性趋势法,对不同年份的气温和降水量变化趋势进行分析。结果表明：丰宁县年平均气温呈现微弱升高趋势,上升幅度约为0.3℃/10a。降水量有显著降低趋势,降低趋势达15.7mm/10a。可以认为,丰宁县气候在1963-2012年发生了“干热化”的变化趋势,使丰宁县特色作物土豆产量下降,通过气象防灾减灾服务保障粮食安全。     

淮北平原水文气象要素长期变化趋势和突变特征分析

采用淮北平原五道沟水文水资源实验站长系列水文气象观测资料,分析了气温、降雨、日照和风速4个要素的长期变化趋势,并用Yamamoto法和Mann-Kendall法联合检测了该区域年时间序列的水文气象要素突变现象。结果表明,半个世纪以来五道沟实验站平均气温上升速率为0.14℃/10a,年最低气温上升速率为0.54℃/10a,年最高气温下降速率为0.33℃/10a,年降水量以1.3 mm/a的速率增加,年日照时数整体呈下降趋势,平均风速下降速率为0.32/10a。用Yamamoto法检测突变结果表明年平均气温和年降雨量均未发生突变,年日照时数和年平均风速分别在1997年、1985年发生突变;用Mann-Kendall法检测检验得出本地区年平均气温、年降雨量和年日照时数分别在2003—2004年间、2002年、1998年前后发生突变。     

基于创新趋势分析方法的黄河年季降水变化特征研究

为探究黄河流域降水变化特征，选取黄河流域92个气象站1960-2015年逐日降水资料，采用创新趋势分析方法、Mann-Kendall检验和Sen’s斜率法分析了黄河流域年季尺度降水量变化特征。结果表明：黄河流域年降水量整体呈现出东南多西北少的空间分布格局。从时间变化上看，黄河流域年降水量整体呈现下降趋势。在季节尺度上，黄河流域春、冬季降水呈增加趋势，而夏、秋季降水呈下降趋势。黄河流域春季轻度降水无显著变化趋势，黄河中游和下游夏季轻度降水呈下降趋势，黄河流域秋季轻度降水呈下降趋势，黄河流域冬季轻度降水呈上升趋势。夏季强降水在黄河上游呈10%左右的下降趋势，在黄河中游呈5%左右的上升趋势。通过探究黄河流域不同量级年季降水的变化趋势，可为黄河流域水资源管理和水旱灾害防治提供参考，进而为黄河流域高质量发展提供支撑。