考虑非一致性的黄土高原区旱涝复合事件的演变特征及其动态变化

受气候变化和人类活动的双重影响,传统水文序列的一致性假设受到破坏,在考虑非一致性的条件下探究相邻季节间旱涝复合事件的动态变化及主导因子,对区域的粮食安全与旱涝灾害防御意义重大。为探究非一致性条件下旱涝复合事件的动态演变特征及其主导因子,该研究以黄土高原为研究对象,基于广义可加模型拟合单季节标准化降水指数的边缘分布,构建二维Copula模型分析旱涝复合事件（中、重和极端情景下）的发生概率,并利用变量投影重要性准则探究复合事件动态变化的主导因子。结果表明：1）1982-2015年间正常转旱、旱转正常、正常转涝和涝转正常事件分布广泛且发生频次较高（高于22次）;2）春-夏内蒙古持续干旱、夏-秋青海持续干旱、秋-冬宁夏持续干旱、冬-春山西持续干旱、夏-秋陕西持续洪涝、夏-秋甘肃持续洪涝事件的发生概率较大;3）春-夏由旱转涝、夏-秋持续洪涝、秋-冬由涝转旱、秋-冬持续干旱和冬-春季持续干旱事件的发生概率显著上升,对该区域社会经济与生态将产生不利影响;4）复合事件发生概率动态变化的主导因素为北极涛动指数和太阳黑子指数。研究成果将为黄土高原地区旱涝复合事件的精准防御提供科技支撑。     

考虑径流非一致性的水库分期旱限水位优化研究

【目的】分析变化环境下水文序列的非一致性,为龙羊峡水库分期旱限水位优化调度模型的建立提供参考。【方法】采用Mann-Kendall检验法、有序聚类分析法和水文序列振动中心重构法,对龙羊峡水库年径流序列进行一致性分析及修正,然后利用水库旱限水位分级和Fisher最优分割法,对径流序列修正前后不同干旱等级下的水库分期旱限水位进行确定,最后通过耦合分期旱限水位建立以缺水指数最小为目标函数的龙羊峡水库优化调度模型,对径流序列修正前后两种情况下的分期旱限水位进行对比研究。【结果】一致性检验发现,龙羊峡水库径流序列具有明显下降的趋势,并在1989年发生突变。经一致性修正后计算龙羊峡水库7-10月、11-12月、1-4月、5-6月4个分期的旱限水位,在轻旱条件下分别为2 530.00,2 534.91,2 539.10和2 535.13 m,中旱条件下分别为2 530.00,2 535.44,2 539.80和2 536.70 m,重旱条件下分别为2 530.00,2 535.87,2 540.35和2 537.89 m;特旱条件下分别为2 530.00,2 536.06,2 540.58和2 538.12 m。采用不同调度模型对龙羊峡水库进行优化调度,结果显示修正后的调度效果较好,其总缺水量、缺水指数相比修正前分别降低5.37%和6.03%,其中枯水时段平均缺水量降低了10.71%,缺水程度改善明显。【结论】非一致性径流对龙羊峡水库旱限水位的确定有一定影响,一致性修正后的径流使水库旱限水位的确定更加可靠,水库的抗旱能力得以提升,可为水库供水、抗旱应急管理决策提供参考。     

定量分解气候变化与人类活动对季节径流变异的贡献率

变化环境下径流序列可能发生变异。当前径流变异的贡献率分解研究多集中于年尺度,而对季节尺度的关注不足。以黄土高原典型流域——泾河流域为研究对象,应用小波分析方法揭示其季尺度径流序列的演变规律,采用有序聚类法和累积距平法对其径流序列进行变异诊断,最后采用累计斜率变化率比较法定量分解气候变化和人类活动对其四季径流变异的贡献率。结果表明:(1)泾河流域夏季和冬季径流的周期变化均在20世纪90年代左右有发生转变,均由小尺度周期变化转变为较大尺度周期变化;(2)春、夏、秋和冬季径流分别在1969年、1996年、1985年和1990年发生变异;(3)人类活动对春、夏、秋和冬季径流变异的贡献率分别为50.40%,89.69%,39.14%和84.59%,在夏季和冬季人类活动(主要是水土保持措施的不断深入)对泾河径流变异的贡献占主导地位,且干扰影响了径流的周期变化。     

渭河流域潜在蒸散发时空演变与驱动力量化分析

潜在蒸散发(ET0)是水文循环和能量循环的重要组成部分,揭示ET0的时空演变特征及其对气候变化的响应,有助于进一步了解变化环境下水循环演变机理。该研究利用渭河流域16个气象站1960-2019年的逐日气象资料,基于FAO-56 Penman-Monteith(FAO-56 PM)公式计算ET0,采用线性倾向估计、趋势检验和插值方法对其时空变化特征进行分析,并基于敏感性分析和贡献率定量识别影响ET0变化的主导因子。结果表明:1)年尺度上,渭河流域气压(0.04 k Pa/10a)和平均气温(0.30℃/10a)呈显著上升趋势,风速(-0.05 m/(s·10a))和日照时数(-18.79 h/10a)呈显著下降趋势,相对湿度(-0.32%/10a)呈不显著下降趋势;2)年ET0以2.51 mm/10a的速率呈不显著上升趋势,除夏季外,其余季节ET0呈上升趋势,其中春季ET0呈显著上升趋势;空间上,年ET0自东北向西南递减,变化范围为763.49～954.32 mm;3)年ET0变化的主导因子为相对湿度与风速,贡献率分别为2.36和-2.32;季尺度上,春、秋季ET0变化的主导因子为相对湿度,夏季为日照时数,而冬季为风速。研究结果可为区域制定合理的作物需水灌溉政策及实现水资源高效利用提供依据。     

渭河流域降雨与降雨侵蚀力变化的原因分析

研究降雨与降雨侵蚀力的时空变化特征及其原因对流域土壤侵蚀监测、评估、预报和治理具有重要意义。以干旱半干旱的渭河流域为研究对象,采用Mann-Kendall检验分析了降雨与降雨侵蚀力的变化趋势;采用启发式分割法对流域降雨量与降雨侵蚀力进行了变异诊断;采用交叉小波分析探究了ENSO(厄尔尼诺—南方涛动)、北极涛动、太阳黑子与降雨以及降雨侵蚀力的联系。结果表明:(1)降雨和降雨侵蚀力均呈下降趋势;(2)华山站和西吉站的降雨量存在变异点,华山站和临洮站的降雨侵蚀力存在变异点,渭河流域部分站点的雨量和雨力的一致性被破坏;(3)ENSO、北极涛动、太阳黑子可能会影响降雨与降雨侵蚀力的产生,其中太阳黑子的影响最强,ENSO次之,北极涛动最弱。研究结果有助于指导渭河流域黄土高原地区的农业生产、水土保持建设和生态修复等工作。     

基于支持向量机的土壤湿度模拟及预测研究

基于中山大学珠海校区气象观测站日平均风速、日平均气温、日平均空气湿度、日平均水汽压、日平均总辐射量、日平均地表温度、日平均降雨量、日平均蒸发量以及日平均10 cm、20 cm、30 cm土层土壤的含水量,利用支持向量机方法建立气象因子与土壤湿度统计关系,并以此为基础建立土壤湿度模拟与预测模型.结果表明,土壤湿度对气象因子有一定滞后相关性,不同土层土壤湿度对气象因子的滞后相关性不同.研究发现考虑滞后相关性的预测模型在精度上要高于不考虑滞后相关性的预测模型.此外,利用气象因子对地下10 cm的土壤湿度模拟与预测精度较高,而对地下20 cm、30 cm的土壤湿度模拟精度较低.利用地下10 cm与20 cm、20 cm与30 cm的土壤湿度相关性大的特点,可以考虑利用支持向量机方法以10 cm土壤湿度模拟与预测20 cm的土壤湿度,以20 cm的土壤湿度模拟与预测30 cm的土壤湿度,分析结果表明模拟精度较高.