基于小波变换的宁蒙河段凌情多尺度分析

应用小波变换的多分辨分析功能,对黄河宁蒙河段的流凌、封河、开河、气温和径流序列进行了多时间尺度分析。分析结果显示:宁夏和内蒙古河段流凌日期分别存在一个28年和22年的主周期变化;宁夏河段开河日期不存在明显的周期变化,内蒙古河段封河日期存在一个21~22年的主周期变化;宁夏和内蒙古河段开河日期分别存在一个27年的主周期变化和一个15年的弱周期变化;宁蒙河段冰期气温整体上呈上升趋势,不存在明显的周期变化;宁蒙河段冰期径流变化较为稳定,冰期平均径流序列存在一个22年左右的主周期变化。研究结果有助于全面认知宁蒙河段凌情变化特性,可为区域防凌减灾提供参考信息。     

黄河宁蒙河段河道演变过程及影响因素研究

根据下河沿、青铜峡、石嘴山、巴彦高勒、三湖河口和头道拐6个水文站不同时期水沙资料的分析,宁蒙河道的冲淤演变过程大致可分为三个阶段。1960年以前河床处于微淤状态。1961年至1986年,宁蒙河道呈冲刷状态。1986年以后宁蒙河道呈淤积状态。水力因素、水库调控和风沙入河等因素影响了河道的冲淤演变。黄河自1986年以来出现枯水系列,汛期来水少,挟沙能力降低,河道淤积严重。1987-2006年黄河上游主要控制站年平均径流量、输沙量均比多年均值分别减小8.7-25.5%和13-53.1%。水库调蓄造成宁蒙河道汛期水量、沙量占年水量、沙量的比例减小。宁蒙河段是黄河流域风成沙直接入黄的主要河段。风沙入黄使河道泥沙粗化,由于粒径大于0.1mm颗粒很少形成悬浮物质,影响了泥沙的输移和淤积状态。在维持河道健康的前提下,对宁蒙河段的治理应该坚持因地制宜,生物措施、工程措施相结合的综合治理原则。     

近43年黄河上游来水来沙变化特点

选取黄河头道拐站实测水沙序列(1960-2002年)资料,对水沙序列进行了多时间尺度和趋势识别的小波分析。结果表明:①黄河上游来水来沙量汛期所占比例减少,而非汛期所占比例增加;在年际变化上,水沙量逐年减少;同时,水沙相关关系具有一定的变化;②黄河上游水沙序列具有相同的多时间尺度(准周期)变化,但同一尺度下,水沙所处的丰枯变化并不一致;③年水沙序列趋势变化基本一致,20世纪80年代以来,两者存在明显减少趋势;但在非汛期,两者的趋势变化有较大区别。     

气候变化对黄河源区水资源的影响及未来趋势预估

利用黄河源区有关水文、气象台站观测资料,分析了黄河源区年平均流量变化与气候条件的响应关系,发现气温、降水及蒸发的波动变化对流量有很大影响,依此关系建立了流量预估模型;并根据气候模式输出数据经降尺度处理生成的未来气候情景,对未来源区流量进行了预估。结果表明:近49a间,源区气温呈波动上升态势;蒸发量显著增大,年均降水量没有出现明显的趋势性变化,但具有明显的年际和年代际振荡。源区流量的变化与降水量、气温及蒸发的变化之间存在显著的线性关系,近49a年来,由于气温的持续上升导致径流蒸散发损耗超过降水量的补给作用,源区流量总体呈减少趋势,但近几年随着降水量的增加而有所回升。未来两个时期(2020s、2050s)源区年平均流量为593.61m3/s和525.11m3/s,较气候标准期(1961年-1990年)分别减少14.9%和24.7%,据此,未来气候变化对黄河源区水资源的影响可能弊大于利,但仍具有较大不确定性。     

渭河流域基流及降雨的多尺度特征和突变分析

基于渭河干流上林家村、魏家堡、咸阳、华县4个站点的1955年-2005年的基流资料及关中地区的降雨资料,采用Morlet函数作为小波函数,对序列结构进行详细剖析,探讨了基流序列的多时间尺度变化及突变特征。结果表明:渭河流域基流的演变过程存在明显的多时间尺度特征,具有19-21a的近似主周期,7a的次周期,周期变化复杂,大时间尺度包含着小时间尺度。且在主周期上基流比降水的周期滞后约2a;从不同时间尺度的小波变换过程推测,渭河流域在未来几年基流量和降雨量都将处于丰的趋势;小波分析的时频局部化特性可展现基流、降水时间序列的精细结构,不仅将随着时间序列变化的周期震荡显现出来,还可以确定其突变点的位置,为短期水文预报提供参考。     

甘肃沙尘暴变化特征及其对农业生产的影响

利用甘肃省资料年代较长的75个地面气象站1960～2006年历年逐日沙尘暴资料,采用相关和小波分析方法,对沙尘暴变化特征进行分析。得出各季沙尘暴日数近47 a总体呈减少趋势,小波分析显现出各季沙尘暴日数都存在6 a和9 a准周期变化振荡,也分析了沙尘暴对甘肃农业生产的影响,对沙尘暴的监测预警和防御对策提出了见解。     

黄河上游玛曲地区近40a蒸发量变化特征分析

利用黄河上游玛曲气象站1969-2008年的蒸发量观测资料,用线性趋势分析、小波分析及突变分析等方法,分析了玛曲近40a蒸发量的变化特征。结果表明:近40a来玛曲年蒸发量呈较为明显的减小趋势,倾向率为-44.3mm/10a,其中90年代这种减小的特征更为突出。玛曲年蒸发量存在较为明显的准10a周期变化和25a较长周期变化特征。年蒸发量在1974年发生了由高向低的突变。40a中玛曲各季节蒸发量普遍呈减小的趋势,其中尤以夏季蒸发量减小的趋势最为明显,春季蒸发量变化较平缓,减少的趋势在各季节中表现最微弱。通过对蒸发量与环境因子之间的相关关系分析表明,气温日较差和风速是影响蒸发量的最重要的因子,气温日较差和风速的明显减小,可能是引起蒸发量下降的主要原因。     

新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州大气降水时空变化特征

利用新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州气象观测基本(准)站1960—2011年的降水观测资料,采用线性回归分析、趋势分析、突变检验和小波分析等方法,对降水量变化特征进行分析。结果表明:近52 a克孜勒苏柯尔克孜自治州年降水量均呈现一致的增加趋势。就年际变化而言,平原区阿图什站的降水量自20世纪末增加较为明显;山区乌恰站和阿合奇站降水量呈现快速增加趋势,在进入90年代后各地多极端天气气候事件;阿图什和乌恰站的降水变率较大,阿克陶和阿合奇站降水变率较小,各个观测站四季降水变率均在0.3以下,表明降水稳定;平原站年降水量序列在20世纪80年代末和21世纪初发生了2次明显的突变,突变时间点分别为1987年和2000年,山区站年降水量序列在20世纪90年代初发生了由少到多的突变,突变时间点为1994年;小波分析结果显示:克孜勒苏柯尔克孜自治州平原地区降水存在着3 a、7 a和8 a左右的振荡周期,而山区存在着8 a和4 a左右的振荡周期。     

近三十年黄河上游冲积河段的河道平面形态变化分析

黄河上游冲积河段的加速淤积已经严重威胁到当地人民的生产生活。为黄河上游冲积河段减淤措施的制定、消除洪灾隐患,文中基于遥感影像和水文资料,结合地质地貌资料,将冲积河段划分为四段,并根据河道的平面特征,将它们归入不同的河型。对比了1978、1990、2002和2010年四期近三十年宁蒙河段河道的平面变化,发现河道总体上表现出萎缩趋势,但在不同河型上变化过程表现不同,具有一定的复杂性。交错复合型和近顺直型河道主流线长度变化较小,游荡型先减小后增大,弯曲型逐渐增大;从河道平均宽度来看,近顺直型和弯曲型河段都是先加宽后束窄,而游荡型的变化却与前两者相反,呈现出先变窄后加宽,仅交错复合型河段逐渐变窄;四个河段河心洲数量变化呈现出两种情形:略微增加和先增加后减少。这些变化与近几十年上游水库的拦水拦沙是息息相关的。     

基于小波变换和GRNN神经网络的径流模型在雅砻江流域中的应用

对雅砻江甘孜站控制流域月降水量和气温做 Harr小波变换 ,并作为 GRNN神经网络的输入 ,对雅砻江甘孜站径流进行模拟和预测验证 ,效果较好。但该模型对气温变化不敏感。故应用不引进小波变换的 GRNN神经网络模型 ,并采用全球变化成果 ,在不同的气候情景下 ,对甘孜站径流进行预测。结果表明 ,在未来一段时间内 ,甘孜站径流量会有一定程度的增加。径流量对气温的响应不同于西北内陆河流域 ,原因是该流域月径流量随气温的升高而增加。可利用该模拟对甘孜站径流进行反延或预测 ,并利用甘孜、温波二站径流量关系 ,计算温波站径流量 ,为南水北调工程径流设计服务     

胶东半岛大沽河流域径流变化特征

大沽河是胶东半岛最大的河流,被称为青岛市的“母亲河”,近年来受气候变化与人类活动的共同影响,河川径流量急剧减少,河道断流形势严峻。基于1964-2008年大沽河3个水文站点（南村、产芝水库和尹府水库）的径流资料以及青岛气象站点的气象资料,初步探讨了大沽河流域径流的年际年内特征、变化趋势及其原因。结果表明：大沽河年径流存在明显的年代际特征,45 a间有一定下降趋势,特别是20世纪80年代以来,南村站河道常出现全年断流现象;3个水文站均于60年代初发生了突变,而且尹府水库站的年径流还存在显著的准4 a的变化周期;南村站径流的季节特征及变化趋势均比较显著,年径流量的89.8%集中在汛期,汛期径流量及各月径流（除8-9月）在45 a间均呈显著下降趋势,非汛期径流变化趋势虽不明显,但其径流量自80年代以来大多年份为0;相对而言,产芝水库和尹府水库站径流的季节差异及趋势相对较小;由基准期（1964-1980年）到变化期（1981-2008年）,降水变化与人类活动分别导致年径流量减少的比例为52.38%和47.62%,说明两者对径流的减少作用均比较显著,而且在全球气候变化的背景下,人类活动进一步加剧了径流的减少,并促使大沽河演变为季节性河流。     

Synergistic effects of multiple driving factors on the runoff variations in the Yellow River Basin,China

River runoff plays an important role in watershed ecosystems and human survival, and it is controlled by multiple environmental factors. However, the synergistic effects of various large-scale circulation factors and meteorological factors on the runoff on different time-frequency scales have rarely been explored. In light of this, the underlying mechanism of the synergistic effects of the different environmental factors on the runoff variations was investigated in the Yellow River Basin of China during the period 1950-2019 using the bivariate wavelet coherence (WTC) and multiple wavelet coherence (MWC) methods. First, the continuous wavelet transform (CWT) method was used to analyze the multiscale characteristics of the runoff. The results of the CWT indicate that the runoff exhibited significant continuous or discontinuous annual and semiannual oscillations during the study period. Scattered inter-annual time scales were also observed for the runoff in the Yellow River Basin. The meteorological factors better explained the runoff variations on seasonal and annual time scales. The average wavelet coherence (AWC) and the percent area of the significant coherence (PASC) between the runoff and individual meteorological factors were 0.454 and 19.89%, respectively. The circulation factors mainly regulated the runoff on the inter-annual and decadal time scales with more complicated phase relationships due to their indirect effects on the runoff. The AWC and PASC between the runoff and individual circulation factors were 0.359 and 7.31%, respectively. The MWC analysis revealed that the synergistic effects of multiple factors should be taken into consideration to explain the multiscale characteristic variations of the runoff. The AWC or MWC ranges were 0.320-0.560, 0.617-0.755, and 0.819-0.884 for the combinations of one, two, and three circulation and meteorological factors, respectively. The PASC ranges were 3.53%-33.77%, 12.93%-36.90%, and 20.67%-39.34% for the combinations one, two, and three driving factors, respectively. The combinations of precipitation, evapotranspiration (or the number of rainy days), and the Arctic Oscillation performed well in explaining the variability in the runoff on all time scales, and the average MWC and PASC were 0.847 and 28.79%, respectively. These findings are of great significance for improving our understanding of hydro-climate interactions and water resources prediction in the Yellow River Basin.     

近50年来喀什噶尔河流域气温、降水及径流的变化趋势

应用喀什噶尔河流域内7个气象站、3个水文站的观测资料,分析了全流域、平原区和帕米尔高原的气温、降水以及出山口控制站年径流量的变化特征.结果显示:①从20世纪90年代开始,喀什噶尔河全流域以及平原区和帕米尔高原的年以及冬、秋季明显增暖,近5年春季迅速增温.从90年代起,全流域与高原区的年降水量明显增加,近5年平原区也明显增加;自90年代起全流域的春季、夏季降水明显增加,而近5年秋、冬季增湿迅速;近5年平原区的秋、春季以及冬季降水增加明显,高原区却以夏、秋季增湿最明显.②喀什噶尔河全流域以及平原区和帕米尔高原的年气温与降水量都呈显著的线性增加趋势.平原区的秋、冬季气温显著上升,冬季最明显,夏季呈不显著的下降趋势;平原区的四季降水呈不显著的上升趋势.帕米尔高原的夏、秋、冬季气温呈显著的上升趋势,秋季最明显;帕米尔高原的四季降水呈上升趋势,只有夏季的增湿趋势较显著.③喀什噶尔河年径流量(3站合计)近47年来呈显著的线性上升趋势,以3.0%·(10 a)-1的速率增加.流域内3条河流情况有所不同,克孜河径流量的线性增加趋势最明显,而盖孜河呈不显著的下降趋势.     

Long-term variations in runoff of the Syr Darya River Basin under climate change and human activities

In this study,we analyzed the hydrological and meteorological data from the Syr Darya River Basin during the period of 1930–2015 to investigate variations in river runoff and the impacts of climate change and human activities on river runoff.The Syr Darya River,which is supplied by snow and glacier meltwater upstream,is an important freshwater source for Central Asia,as nearly half of the population is concentrated in this area.River runoff in this arid region is sensitive to climate change and human activities.Therefore,estimation of the climatic and hydrological changes and the quantification of the impacts of climate change and human activities on river runoff are of great concern and important for regional water resources management.The long-term trends of hydrological time series from the selected 11 hydrological stations in the Syr Darya River Basin were examined by non-parametric methods,including the Pettitt change point test and Mann-Kendall trend tests.It was found that 8 out of 11 hydrological stations showed significant downward trends in river runof f.Change of river runoff variations occurred in the year around 1960.Moreover,during the study period(1930–2015),annual mean temperature,annual precipitation,and annual potential evapotranspiration in the river basin increased substantially.We employed hydrological sensitivity method to evaluate the impacts of climate change and human activities on river runoff based on precipitation and potential evapotranspiration.It was estimated that human activities accounted for over 82.6%–98.7%of the reduction in river runoff,mainly owing to water withdrawal for irrigation purpose.The observed variations in river runoff can subsequently lead to adverse ecological consequences from an ecological and regional water resources management perspective.     

叶尔羌河近48年来径流演变规律研究

叶尔羌河是塔里木盆地西部最大的河流。文中以叶尔羌河流域的卡群站1957-2004年径流量的年序列资料为基础,通过累积距平探讨了径流的多年变化趋势,运用Mann-Kendall突变检验法分析了径流的突变特征,采用小波分析方法,进一步识别了叶尔羌河径流的周期演变特征。结果表明:1)叶尔羌河多年径流量呈现出略微增加的趋势,并有一定的阶段性;2)叶尔羌河径流量在统计上无明显的突变出现;3)叶尔羌河多年净流量存在4类尺度周期变化规律,2年左右、4-6年、11-13年、17-19年;主周期为2年、5年、13年和18年,其中5年的周期最为显著。     

近50年来霍林河流域径流量演变规律研究

霍林河是松嫩平原西部地区科尔沁、向海和查干泡湿地的重要补给水源,选取流域内3个代表站的径流实测资料,对50年来流域年径流量、雨季径流量、枯季径流量和基流径流量的演变规律进行分析。径流量年均序列的db3小波函数多分辨率分析表明,期间流域径流量总体呈下降趋势;“距平累积法”将径流量序列分为3个阶段,1965年以前径流量偏多阶段,1965~1985年的偏少阶段和1985年以后的偏多阶段;1985年以后流域径流量较强的增长趋势变化用Mann-Kendall非参数检验法检测达到突变水平,增长突变发生在1985~1990年;Morlet小波分析表明,不同类型径流量主要存在3个尺度的周期变化,预测在未来几年流域将逐渐进入较大尺度的枯水期之下的较小尺度的相对丰水期。     

图们江干流区间流域径流变化特征

以图们江干流区间为研究对象，应用Mann-Kendall非参数检验法分析干流区间4个水文站点径流年际与年内变化趋势。在此基础上，采用R/S分析方法分析年径流、季节径流和月径流变化趋势在未来的可持续性，利用Mann-Kendall突变检验方法分析各水文站点年径流、季节径流和月径流发生突变的年份。结果表明：图们江干流区间各水文站径流年际和年内变化趋势均与干流径流变化趋势一致，呈下降趋势，非汛期径流下降的贡献主要来自春季和冬季径流的下降；Hurst指数表明，上游径流变化趋势的持续性最强，下游的持续性相对较弱；1985年是图们江干流区间年径流发生突变的年份，且降水量也发生了变化，可以推测降水量可能是径流不断减少的重要因素。