基于综合气象干旱指数的干旱状况分析——以锡林河流域为例

降水量与气温是引起干旱的主要气象因子,利用1981—2016年的降水量与气温的逐月数据,绘制最值曲线并对其相关性进行了分析,利用数据计算得到综合气象干旱指数（CI）且用其对锡林河流域干旱状况进行了分析。结果表明:研究区内在1981—2016年中,逐月平均气温最值曲线的变化趋势比较微弱,最高温度与最低温度分别为24.94,-23.53℃。最大降水量的变化趋势呈现出减小的状态,而最小降水量基本无变化,降水量的最大值与最小值分别为178.1,0 mm。36年中,CI指数只有在春季、夏季和秋季3个季节中不为0,在月尺度上只发生轻旱事件共121次,其中春季发生的干旱事件最为频繁;秋季次之;夏季发生干旱事件的频次最少。干旱发生频次呈现出微弱的降低趋势。     

土地覆被和气候变化对锡林河流域径流量的影响

土地覆被和气候变化是影响流域水资源宏观调控以及合理规划的两个主要因素,以锡林河流域为研究区,借助锡林浩特及周边4个国家气象站点,通过设定情景模式与SWAT模型相结合的方法分别对其进行了分析研究。通过极端土地利用法对研究区内土地利用/覆被设定不同情景模式,研究了土地利用/覆被变化对径流量的影响,另外采用最新的气候模式CMIP5的两种RCP排放情景RCP4.5和RCP8.5,预测了未来气温、降水、径流的变化情形。结果表明:土地变化对径流量的年际变化影响较弱,但对于汛期径流量影响显著;研究区径流量对气候表现敏感程度非常显著,未来最低、最高气温均表现出增温趋势且未来降水、径流变化趋势基本保持一致,呈增长趋势。     

锡林河流域积雪时空特征及其对径流的影响

寒旱区草原流域地表水资源极为匮乏,融雪径流是寒旱区草原流域重要的水源,冰雪融化对河川径流有着十分显著的影响。利用锡林河流域水文站2000—2013年逐日径流数据、锡林浩特气象站2000—2015年逐日平均气温、降雨、雪深数据及MOD10A2积雪产品数据,分析了锡林河流域积雪面积、雪深年际变化特征,气象因子与积雪面积、雪深之间的相关性,以及径流的影响因素。结果表明:研究区积雪面积、雪深年内变化呈单峰型,冬季积雪面积、雪深均达到最大值,春秋次之,夏季最小。在年际变化上,积雪面积、雪深总体呈现增加趋势,其中冬季的积雪面积呈显著性增加。通过研究区气象因子与积雪的相关性表明,在积雪期,气温、风速和日照时数是影响雪深和积雪面积的主要因素,而在融雪期,气温与降水是影响雪深和积雪面积的主要因素。对径流影响因素的分析可得,气温对径流的影响最大,并且积雪面积、雪深与径流之间也存在很强的相关性,说明积雪的变化也会对径流产生影响。研究积雪动态变化及其对径流的影响对寒旱区草原流域水资源管理、农牧业发展和灾害防御具有重要的现实意义。     

气象因素对锡林河融雪径流影响的通径分析

以锡林河流域为研究对象,针对锡林浩特、阿巴嘎旗、林西和克什克腾旗4个国家气象站,1960-2010年的逐日气象数据和锡林浩特水文站1960-2010年的实测径流数据,利用相关分析、偏相关分析和通径分析等方法,在年时间尺度和季时间尺度上研究降水、气温、最高气温、最低气温、日照时数、潜在蒸散发和有效积温等气象因素与径流的相关性、偏相关性,并通过通径分析,确定其对径流影响的直接作用和间接作用.结果表明:在年时间尺度上,日照时数、年均气温、最低气温和最高气温与径流量的相关性不显著,其对径流的直接影响和通过其他因素对径流的间接影响也较小,不是影响径流变化的主要气象驱动因素;降水、蒸发和有效积温与径流的相关性较高,这3种因素对径流的直接影响也较大,是影响流域径流的主要气象因素.在季时间尺度上,对锡林河流域径流变化影响较大的前3种因素依然是降水、蒸发和有效积温;但不同季节、不同气象因子对流域径流影响的贡献不同,春季起主要控制作用的是有效积温,夏季和秋季起主要控制作用的是降水.     

锡林河流域土壤有机碳空间变异分析

为了探索锡林河流域土壤有机碳的空间变异规律,基于半方差函数理论和普通克里格插值研究了0-10 cm,20-30 cm,40-50 cm土壤有机碳变异特征及分布格局。结果表明,（1）0-10 cm,20-30 cm,40-50 cm层土壤有机碳的最优拟合模型依次是高斯模型、高斯模型、指数模型。（2）随着土层深度的增加,土壤有机碳空间分布相关性增强,0-10 cm层土壤有机碳存在中等空间分布相关性,20-30 cm与40-50 cm层土壤有机碳具有强烈的空间分布相关性,自相关距离分别为25.81 km,20.26 km,45.00 km。（3）各向异性分析表明:各方向土壤有机碳变异程度随着土层深度增加而减弱,同层不同方向半方差变化明显,各向异性显著,不同层西南-东北45°方向以及东南-西北135°方向半方差变化最为明显,而各层45°方向变异程度却表现出相似性。（4）各层土壤有机碳分布具有一致性,流域南部边缘到东部以及东北部为土壤有机碳含量较高区域,北部、西北部以及上游的中南部是全流域土壤有机碳含量最低的区域,西部以及西南部土壤有机碳含量处于相对中等水平,流域地形与植被分布特征决定了土壤有机碳这种分布特点。     

基流分割方法在锡林河流域适用性分析

以锡林河流域为研究区,利用锡林浩特水文站1963—2012年的实测径流资料,运用国内外常用的数字滤波法、HYSEP法、平滑最小值法和加里宁法4类共9种方法,分别对其进行基流分割并分析其适用性。结果表明:1平滑最小值法和HYSEP法的基流过程线平滑缓慢,更符合实际情况。2 9种方法估算的年基流指数差异明显,数字滤波法的估算结果稳定性较高;HYSEP法中固定间隔法(FI)和滑动间隔法(SL)分割的基流模拟效果最好,与实际值的灰色关联度排序为一、二位,Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.896和0.930,平均相对误差分别为1.55%和2.11%。3采用三次迭代数字滤波法(F1),滤波参数β取值0.85时,分割的基流结果优于一次滤波,并且模拟效果良好。FI法、SL法和三次迭代F1法(β=0.85)的基流估算结果客观稳定可靠,均适合研究区的基流分析。     

近35a锡林河流域积雪变化及其对气候的响应

利用锡林浩特站及周边阿巴嘎旗、林西和克什克腾旗气象站1981—2016年逐日气象数据(降水量、气温等)、逐日雪深数据,分析了锡林河流域近35 a雪深、积雪日数的变化特征,以及气象因子与雪深、积雪日数之间的相关性。结果表明:近35 a来锡林河流域年平均雪深及年平均积雪日数在时间序列变化均呈微弱的上升趋势。在时间转折上,年平均雪深在1984年发生突变,而年积雪日数并没有发生明显的突变。从周期变化来看,年平均积雪10~30 a的周期变化最明显,而年平均积雪日数在12~30 a的时间尺度上的周期变化最为明显。研究区气象因子与积雪的相关性表明,雪深、积雪日数与气温、平均风速、日照时数、0℃有效积温在整个积雪期均呈极显著的负相关关系,而相对湿度与积雪深度及积雪日数变化之间呈极显著的正相关。运用通径分析发现,气温对积雪变化的影响,无论是通过直接作用,还是通过间接作用,均大于其它因素的影响。由此可见,相比其它气象因子,积雪对气温的变化更加敏感。研究积雪动态变化及其对气象因子的响应对寒旱区草原合理利用水资源、农牧业发展和灾害防御具有重要的现实意义。     

雪深再分析资料在锡林浩特地区的适用性评价

利用欧洲中期预报中心（ECMWF）提供的1981-2010年ERA-Interim全球再分析积雪资料和ERA Interim/Land陆面模式积雪资料（简称ERA-Land）,以锡林浩特地区（锡林浩特、阿巴嘎旗、东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗、正蓝旗、多伦县、那仁宝力格、克什克腾旗）共8个国家气象台站的观测资料为标准,计算其与再分析资料的相关系数、平均偏差、标准差比等统计参数。结合线性变化对比及质量指数和Brunke排名法,综合评估雪深再分析资料在锡林浩特地区的适用性。结果表明：ERA-Interim、ERA-Land资料均能很好地再现研究区积雪深度的季节变化趋势,但锡林浩特及其以东站点较西部站点再现能力更强;ERA-Land资料的模拟效果更优,且具有很好的稳定性,其在包括锡林浩特的研究区北部站点较南部吻合度高,质量较好;ERA-Land资料在锡林浩特地区大部分站点有质量变好趋势,那仁站最明显,在锡林浩特以南的正蓝旗站、多伦县站呈现变差趋势,但变率很小;ERA-Land资料在东乌珠穆沁旗站排序结果最优,正蓝旗最差。     

锡林河流域降雪集中度集中期变化特征

利用1970—2016年锡林河流域4个国家气象站台的冬季降水资料,计算了流域的降雪集中度（PCD）、集中期（PCP）,并采用线性趋势分析、Morlet小波、Mann-Kendall突变分析及R/S分析等方法,研究了流域近50年降雪集中度、集中期的变化特征。结果表明:锡林浩特站降雪较为集中,而阿巴嘎旗站降雪最不集中。流域降雪南部较北部更加集中,集中度增减趋势则呈东增西减之势;流域大部分站点都存在12月上旬这一个共同的集中期,集中期偏早年较多。集中度存在以25 a左右为主的周期变化,在此周期内降雪会经历集中—不集中—集中的交替变化,集中期的变化以24 a为主周期,在主周期内存在早—晚—早交替变化,且2016年以后集中期仍处在偏早期。流域各站的集中度在未来年变化趋势均表现为反持续性。