天山北坡呼图壁河流域积雪水文过程对气候变化的响应

积雪是干旱区水资源的重要组成部分,气候变暖引起的降水形态和积雪消融的改变势必会对流域径流过程及其组分变化产生重要的影响.选取天山北坡呼图壁河流域作为干旱区积雪补给典型流域,利用站点气象数据及IPCC CMIP5气候情景数据,驱动改进雨雪划分方案、融雪径流计算模块的VIC模型,以观测径流和MODIS积雪面积数据进行模型多...     

基于SWAT模型的内蒙古锡林河流域降水-径流特征及不同水文年径流模拟研究

以我国北方寒旱区草原中典型流域——锡林河流域为研究对象,结合我国北方寒旱区草原型河流流域的气候特点、下垫面条件及水文过程的特殊性,通过分析锡林河流域近30 a的降水—径流变化特征,利用锡林河水文站的年径流频率曲线,采用一定保证率条件下的年径流量作为划分流域丰平枯水年的标准,对锡林河流域历史水文年进行划分。基于此基础,以ARCSWAT2012为操作平台,应用地理统计分析方法,对模型建立过程中所需的各数据库进行基础数据整备与参数化,分析影响模型径流模拟精度的主要参数,进行模型的参数率定与结果精度评价,分别对锡林河流域各丰、平、枯水年进行径流模拟,并对其结果进行了检验。结果表明:SWAT模型对细化流域降水—径流分配的径流模拟具有不同的精度,即平水年 > 偏丰水年 > 丰水年 > 偏枯水年 > 枯水年,体现出SWAT模型在中国北方寒旱区丰水年和平水年具有较好的可操作性。     

基于GIS的天山南北坡雪线分布特征及其影响因素分析

利用2002—2013年7—9月份的MOD10A1、21个气象站点的温度和降水以及HJ-1/CCD数据,以天山南北坡为研究区,对雪线的空间分布特征及其影响因素进行分析。结果表明:天山南北坡雪线分布特征为南高北低,东高西低,南坡雪线稀疏,空间梯度变化小,北坡的中部雪线密集,空间梯度变化大。从整个研究区分析,雪线高度与温度的相关系数为0.159,偏相关系数为-0.212;与降水的相关系数为-0.668,偏相关系数为-0.676。降水量是影响整个天山南北坡雪线分布的主控因素。从小尺度分析,将研究区划分为4个不同区域,得出天山北坡中段、天山北坡西段和天山南坡东段的雪线分布主要受降水量的控制,天山南坡西段的雪线分布温度占主导因素。     

基于SWAT模型的赤水河流域径流年内分配特征及其对降水的响应研究

[目的]研究赤水河流域径流年内分配的非均匀性变化特征及其对降水的响应情况,为流域水资源的开发利用及防洪治涝等研究提供决策依据。[方法]以赤水河流域中上游为研究区,构建SWAT模型相关数据库并对流域径流进行模拟。以实测逐月径流数据对模型进行率定验证。基于模型输出结果,结合降水/径流集中度和集中期,分析流域径流年内分配特征及其对降水的响应情况。[结果]两个水文站率定期决定系数(R²)与纳什效率系数(Ens)均在0.83以上,验证期R²与Ens均在0.69以上,满足精度要求;流域降水和径流年内分配不均匀性显著,二者变化趋势较为一致,主要集中在6—8月;径流集中度的时空分布受降水集中度影响显著,由于入渗和蒸散作用的影响,前者通常大于后者,但当降水集中度较低时(PCD<0.3),径流集中度不再完全以降水集中度为主导;由于流域径流对降水变化的响应存在滞后性,径流集中期往往大于降水集中期,短期较小幅度的降水量增加对降水集中期影响显著,而对径流集中期影响有限。[结论]降水是引起赤水河流域径流集中度/集中期变化的主导因素,而在不同降水量条件下径流系数的变...     

土壤冻结期湿度特征研究及其表层模拟

利用EM50数据采集系统,在新疆天山北坡呼图壁县军塘湖河流域采集冻结期和融雪期土壤湿度、土壤温度数据,利用SPSS 19.0,Excel,Surfer 8等软件处理采集到的数据,并对其进行分析、制图。另外利用表层土壤温度模拟土壤湿度变化。结果表明,土壤湿度存在垂直分布规律:冻结期,在土壤层的10,32,48cm处存在极小值;冻结期,土壤湿度日变化较小,融雪期,土壤湿度有显著变化,17:00—19:00时达到土壤湿度变化的峰值;利用表层土壤温度可以很好地模拟土壤湿度,在温度上升和下降阶段均有较好的模拟效果。     

半干旱黄土区降水和气温对北川河径流的影响

[目的]揭示山西省方山县北川河上游流域降水和气温对北川河径流的影响,为分析三川河上游流域乃至黄河中游流域径流量的变化原因提供参考。[方法]利用圪洞控制站数据,采用回归分析、累计距平、多元线性回归模型等方法分析了山西省方山县北川河上游流域1985—2009年间的气象数据、北川河径流变化特征及其相关性。[结果]北川河流域1985—2009年年降水量变化波动性大,整体呈现不明显的下降趋势。最高、最低气温2003年出现骤变,与气温的升高趋势相反,潜在蒸散发呈逐渐下降趋势。北川河年径流量变化差异较大,具有一定的阶段性和突变性,整体呈不明显的下降趋势。[结论]年降水量与温度是影响北川河径流量的主要因子,降水量中汛期降水量占主导地位。     

复州河流域径流趋势性变化

利用复州河流域1956～2008年径流量和降水量资料,通过一元线性回归、Speaman秩次相关检验法、Man-Kendall秩次相关检验法,进行流域径流与降水比对分析,检验径流变化的趋势性。根据径流总体下降速率大于降水的检验结果,利用径流与降水Man-Kendall趋势线对比结果,采取分时段径流系数与降水变化比对分析,探讨径流趋势的演变过程,揭示了流域产汇流形成机制的改变和水资源蜕化这一深层次问题。     

土地利用变化对盘古河流域径流的影响

[目的]分析大兴安岭地区盘古河流域土地利用变化情况,研究流域径流对不同土地利用情景的响应,为合理规划土地利用提供依据。[方法]利用盘古河流域1987,2000和2011年3期土地利用数据和1988—2012年的水文气象资料,结合SWAT(soil and water assessment tool)模型,分析盘古河流域土地利用变化的径流响应。[结果]1987—2011年盘古河流域主要土地利用变化为裸地向林地、草地转化,林地面积增加,裸地面积减少;汛期径流量占年总径流量的比例随着林地的增加而减少;林地的增加使得多年平均年径流量、汛期径流量和最大月经流量均呈减少趋势。[结论]SWAT模型能够较好地模拟盘古河流域的月流量过程;流域径流随着林地面积的增加而减少。     

吕梁市中西河流域径流变化特征分析及模拟

为了研究中西河流域径流变化过程,基于岔口水文站1956-2015年的年降水径流和蒸发的资料,采用线性回归法和有序聚类分析法,分析了中西河流域径流变化过程及影响因素;采用频率分析法对年降水量进行了丰枯分析;采用小波变化分析了年降水量径流量周期变化;对影响径流的因素划分阶段进行定量分析;建立多元线性径流回归模型,对1956-2015年的径流进行模拟。结果表明：中西河流域径流呈明显的减少趋势;1970-2006年,枯水年占很大比例;径流在1970年发生了突变;年降水量变化主周期为28 a,年径流量变化主周期为26 a;多元线性回归模型拟合性好,可以用于径流预测。     

干旱区季节性冻土冻融状况及对融雪径流的影响

利用天山北坡季节性冻土区的军塘湖流域观测场2013年和2014年冻融期冻土深度及各层土壤的温湿度数据,研究季节性冻土的冻融规律及冻融过程中土壤含水量的变化特征,探讨各层土壤水分分布及迁移特征对融雪径流的影响。结果表明:冻融过程中冻土深度会发生变化,且温度不同冻融速率不一;土壤水分的迁移受制于土壤温度的变化,特别是表层10cm土壤温湿度相关性极大;对比2013年,2014年数据,土壤表层10cm内的含水量变化会对融雪水的下渗有调控作用,从而影响下垫面的径流量。研究季节性冻土冻融过程及对融雪径流的影响,会对准确预报融雪性洪水有重要意义。     

近58年天山降雪/降水量比率变化特征及未来趋势

降雪/降水量比率(S/P)能够反映不同形态降水特征,对气候变化十分敏感。该文基于天山及周边49个气象台站观测数据和IPCC-CMIP5气候情景数据,分析了近58 a来中国天山山区冷季(10-4月)降雪量、降水量和S/P时空变化特征,并预估在RCP4.5排放情景下各指标的未来变化趋势。结果表明:天山山区冷季S/P受地形影响,呈山区大于盆地,北坡大于南坡的分布格局,与海拔显著正相关。1961—2018年天山山区平均冷季降雪量、降水量均显著增加,S/P变化不大,在0.35~0.67之间波动,以-0.016%/10a的速率呈微弱减少趋势;平均气温变化是引起S/P变化的重要因素。在RCP4.5气候情景下,天山山区未来冷季降雪量缓慢减少,降水量显著增加,S/P显著减少。相比基准期(1986—2005年),到2050s冷季降雪量平均减少8.9%,降水量增加10.1%,S/P减少14.7%。该研究对科学认识全球变暖背景下天山地区水文响应以及区域水资源调控具有重要意义。     

新疆意大利蝗适生区的气候变化特征分析

选取新疆境内意大利蝗（Calliptamus italicus L.）适生区14个气象站1961-2013年月降水量及平均气温资料,采用线性回归和趋势分析方法,分南疆地区、天山山区和北疆地区3个气候区对近53a（1961-2013）降水量和气温变化特征进行分析.结果表明,（1）南、北疆地区年平均降水量均显著增加（P＜0.05）,南疆以夏季增加为主,北疆以冬季增加为主,天山山区年平均降水量高于南、北疆地区,但其53a来变化不显著;（2）3个区域年平均气温均极显著升高（P＜0.01）,南、北疆地区以冬季增温幅度最大,天山山区秋季增幅最大;（3）3个区域年平均最高气温均极显著升高（P＜0.01）,且均以秋季升幅最大;各区年平均最低气温均极显著升高（P＜0.01）,南北疆地区冬季增幅最大,天山山区夏季增幅最大,其最低气温增幅高于最高气温.在全球气候变暖背景下,意大利蝗适生区近53a气候总体呈暖湿趋势,气候格局的显著变化,会导致蝗虫地理分布格局及灾变规律的重大改变.     

基于地形因子改进融雪径流的模拟及验证

该文基于传统的气温指标经验融雪径流模型,提出结合高程、坡向和坡度的流域分带及度日因子改进计算方法,定量描述流域地形特征对气温空间差异与融雪量产生的影响,由此建立基于地形因子改进的融雪径流(snowmelt runoff model,SRM)模型.通过乌鲁木齐河上游山区流域2005-2007年春夏季融雪日径流的模拟和验证,对比分析这传统模型和改进融雪径流模型在数据稀缺流域中的应用效果.结果表明,2种模型模拟2005-2007年春夏季融雪日径流均有较好的模拟效果.比较传统模型,基于地形因子改进的融雪径流模型具有更高的模拟精度,通过流域分带和度日因子数计算的改进,减少了模拟误差,3 a平均的拟合优度R2值从0.77增加到0.80,均方根误差从5.7减少到5.35 m3/s,模拟精度有所提高.可见,建立的基于坡向和坡度等地形因子改进的融雪径流模型在数据稀缺干旱流域融雪径流模拟中具有更好的适用性.     

新疆玛纳斯河水量波动与气候变化之间的关系

玛纳斯河发源于北天山中段,消失于准噶尔盆地西缘,是天山北麓流量最大的内流河.分析1954～2001年红山嘴水文站的流量资料及1986～2001年的石河子市降水资料、温度资料,得出近46年来玛纳斯河流量的变化规律;同时可以发现在一般情况下,玛纳斯河的降水与流量之间正相关,但在相对冷的年份,降水与流量的关系比较复杂,这是由于相对冷的年份,冰雪消融量减小,而抵消了降水引起的流量的增加;夏季温度的变化对玛纳斯河的流量影响作用较大.     

嫩江流域春季解冻期土壤侵蚀对气候变化的响应

利用嫩江流域控制站大赉水文站的春季解冻期径流量和输沙量资料和同期嫩江流域16个气象站的气象资料,分析了1963-1988年嫩江流域春季解冻期土壤侵蚀对气候变化的响应。结果表明:随着春季解冻期平均气温的升高,温差呈明显减少趋势,降水呈增加趋势;平均气温和降水量均对径流量的增加有正向作用,但降水较气温对径流的影响更为显著;通过对平均气温、降水量、径流量（包括融雪径流）和输沙量进行偏相关分析,春季解冻期的降水量和径流量对输沙量的影响显著,且为正相关,与平均气温成负相关,但影响不显著。     

基于遥感的径流丰枯与高山区积雪关系分析——以天山玛纳斯河流域为例

山区降水和高山冰雪融水是玛纳斯河流域径流的重要补给来源。利用MODIS陆表遥感数据MOD10A2提取2001-2007年1-12月流域积雪覆盖数据。用肯斯瓦特水文站1957-2007年径流资料为样本分析年径流丰枯演变规律。选择径流丰水年和枯水年,重点分析融雪期4-7月径流量与1-5月流域积雪面积和高山区气温-降雨的关系。结果表明:①流域内积雪分布年内变化特征显著:8月中旬至次年1月上旬为积雪增长期;1月中旬至8月上旬为积雪衰减期;②流域流量20世纪90年代以来持续增加,但2002年、2003年出现丰水和枯水现象;③在春季,流域水资源主要以融雪径流方式为主,春季随着气温的升高,积雪面积逐渐变小,流量逐渐增加;④冬季山区积雪面积越大,以固态形式存储的水量亦越大,春夏季随着气温的升高,积雪消融速率越大,河流来水量就越丰富。     

1990-2011年南天山地区冰川面积变化对气候的响应

利用Landsat TM/ETM⁺影像资料,通过遥感图像计算机自动解译和目视解译方法得到南天山地区1990年、2000年、2011年三期冰川边界,并应用GIS技术系统研究了南天山地区冰川近21 a来的面积变化及其对气候的响应关系。结果表明:1990—2011年期间,南天山地区冰川面积变化了-13.2%。大规模冰川分解使得小规模冰川的总面积和条数均有所增加,朝西向的冰川退缩速率最大,为-15.9%。与1990—2000年时段对比发现,近10 a来,海拔大于3 800 m的冰川退缩速率加快。通过地面气象资料的分析发现,南天山地区的气温和降水均表现出增加趋势,海拔最高的巴音布鲁克站线性升温率为0.25℃/10 a,降水增幅为1.2 mm/a。与西风区其它现有研究对比,发现南天山地区冰川的强烈退缩可能主要受到气温升高的影响,降水的增加对其影响不大。此外,地形条件和冰川规模等都是影响冰川波动的重要因素。     

东北坡耕地春季融雪侵蚀观测研究

为研究东北地区坡耕地的春季融雪侵蚀特征及其影响因素,选取吉林省吉兴小流域内坡耕地进行原位观测,通过分析融雪过程中径流量和含沙量的变化,以及融雪径流、土壤解冻深度等指标对融雪侵蚀的影响,探讨坡耕地融雪侵蚀过程及变化规律。结果表明,在日平均温度0~3.8℃的气象条件下,春季融雪侵蚀较为集中,径流与含沙量变化均先增加后减少。融雪径流与表层土壤解冻深度是影响融雪侵蚀的重要因素,初期融雪产流,土壤未解冻,径流急剧增加,径流量占融雪期总径流量的59.15%;中期积雪融化趋于稳定,土壤表层开始解冻,径流减少含沙量增加,侵蚀量达到最大且占融雪期总侵蚀量的41.74%;末期融雪产流停止,土壤解冻深度增加,含沙量达到最大(8.00kg/m~3)。坡耕地融雪侵蚀受垄作区域与集水洼地地形变化的影响,产流产沙具有较强规律性,二者峰值出现频次一致时,径流—泥沙呈"8"字循环滞后关系,反之呈复式循环滞后关系。