基于统计降尺度模型的河西走廊未来气温和降水的时空变化

【目的】预测未来大气环流模式HadCM3下,河西走廊在人口较快增长、温室气体高排放情景(A2)和区域可持续发展、温室气体低排放情景(B2)下气温和降水的变化趋势。【方法】选取河西走廊14个气象站的日平均气温、日最低气温、日最高气温和日降水量作为预报量,以全球大气NCEP再分析资料作为预报因子,采用统计降尺度模型(SDSM)预测研究区未来气温和降水的变化。【结果】SDSM对河西走廊气温和降水模拟的解释方差分别为0.54~0.85和0.09~0.64。2070-2099年A2情景下,河西走廊日平均气温、日最低气温、日最高气温分别增加4.8,2.4和5.4℃,B2情景下分别增加3.5,2.0和4.0℃;河西走廊西部部分地区2070-2099年A2情景年降水量增加20.0%,B2情景增加6.7%,而中东部地区2070-2099年A2情景年降水量减少22.0%,B2情景年降水量减少15.4%。未来河西走廊极端最低气温和极端最高气温均有所增加,极端降水事件发生的频率有所减小。【结论】SDSM对气温的模拟效果明显优于降水;河西走廊未来A2、B2情景下日最低气温、日最高气温、日平均气温总体呈上升趋势,其中日最低气温的增幅小于日最高气温和日平均气温的增幅;河西走廊未来降水量的变化趋势具有区域特征,西部部分地区呈增加趋势,而中东部地区呈减少趋势。     

基于统计降尺度法的青藏高原东部地区未来气候变化预估

采用PCA与逐步线性回归相结合的统计降尺度方法,利用HadCM3模式的SRESA2排放情景资料,对青 藏高原东部地区未来2011-2049年气候变化趋势进行了预估,得到如下结论:经过统计降尺度处理后的HadCM3 对高原东部地区1961-1990年气温、降水模拟结果与实况特征基本相符.从2011-2049年相对于1961-1990年 气候平均值来看,未来整个青藏高原东部地区年平均气温将上升1.8℃,其中青海高原将上升2.0℃,川西高原将 上升1.4℃;未来整个青藏高原东部地区年降水量将增加5.0%,其中青海高原将增加2.2%,川西高原将增加 7.8%.未来青海高原年平均径流量将出现减少趋势,川西高原径流量将出现增加趋势,其中未来黄河上游源区年 平均径流量将持续减少,雅砻江下游地区径流量将持续增加,而长江上游源区和雅砻江上游地区年平均径流量将 经历减少→增多→减少的趋势.     

甘肃省泾河流域地表水资源量变化趋势研究

为研究泾河流域地表水资源量变化趋势,本文以杨家坪、雨落坪流量控制站系列水文资料为基础,采用Mann-Kendall趋势检验法、Spearman秩相关系数法、线性趋势法对甘肃省泾河流域地表水资源进行研究。结果表明泾河杨家坪、雨落坪水文站1956—2020年实测径流量呈显著减小趋势,经趋势显著性判别计算发现杨家坪站跳跃点年份为1986年、雨落坪跳跃点年份为1997年;2001—2020年泾河还原后天然值为8.924亿m³,1956—2020年泾河还原后天然值为11.393亿m³;杨家坪、雨落坪水文站周期规律表现出不稳定性,时间尺度为23～32年,丰枯变换周期为2.6～4.0年,由此得出泾河未来3～6年可能处于丰水期或平水期。     

基于统计降尺度方法的长江中下游气温的模拟与预估

目前大部分全球气候模式(GCM)空间分辨率比较低,很难对区域尺度气候变化做出合理预测。降尺度方法的广泛运用弥补了GCM在这方面的不足。采用主成分分析和逐步回归相结合的统计降尺度方法对1980—2011年1月和7月长江中下游地区气温变化进行统计降尺度处理,并对该地区未来温度的变化进行预估。首先采用ECMWF的ERA-Interim再分析资料和实测资料建立逐月的统计降尺度模型,然后将建立的统计降尺度模型运用到CMIP5资料中,从而生成长江中下游地区各个测站未来气温变化序列。研究结果表明:(1)统计降尺度方法模拟1月和7月的温度与实测温度一致性都很好;(2)在21世纪末的时候气温在不同排放情景下都高于目前温度2～3℃,并且7月份的增温幅度要大于1月份。     

流域尺度重金属行为模拟及其对不同气象因子的响应特征研究

模拟重金属的流域尺度行为有利于更好地理解重金属对生态系统和人类的潜在不利影响,而探究重金属在不同气象情景下的迁移转化规律有利于流域环境风险分析和环境管理。本研究采用流域重金属迁移转化模型SWAT-HM,该模型考虑了重金属化学反应如吸附和老化反应;陆面重金属迁移过程包括通过水分渗流和蒸发引起的垂向下降上升运动以及通过土壤侵蚀和地表/地下径流的水平迁移;水体中重金属迁移过程包括沉降、再悬浮、扩散和掩埋等过程。本研究选取湖南浏阳河上游流域为研究区,该流域几十年来一直受到采矿活动的影响,重金属污染严重。结果表明,SWAT-HM模型对于流域内重金属锌(Zn)和镉(Cd)的动态模拟结果与监测结果符合较好,94.5%的Zn和94.2%的Cd的模拟浓度与实测浓度在同一数量级内。流域内Zn和Cd的高污染区主要集中在宝山河,当宝山河与大溪河汇合后,由于稀释作用和水沙交互作用,溶解相Zn和Cd浓度显著降低至地表水环境质量Ⅲ类水标准(GB 3838—2002)以下。2009—2014年流域出口Zn和Cd总输出通量的多年均值分别为90.8 t和1.1 t,溶解相重金属和吸附相重金属输出量的大幅提升几乎全部出现在强降水后,吸附相重金属输出量主要由几次暴雨过程贡献。本研究通过气象因子分析方法评价重金属输出量对于降雨和气温变化的敏感性,结果显示溶解相重金属和吸附相重金属输出量对于降雨变化比温度变化敏感,且吸附相重金属对于降雨变化的响应比溶解相重金属强烈。探究不同气象情景下重金属迁移转化响应特征对于环境风险分析和污染控制具有一定意义。     

北洛河未来径流变化分析

【目的】分析北洛河流域未来径流变化趋势,为该流域水资源管理与可持续利用提供理论依据。【方法】基于美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料和北洛河流域7个气象站的历史降水及蒸发资料,采用逐步回归法建立统计降尺度模型,在BCC-CSM1.1的2种不同情景(RCP4.5和RCP8.5)下,模拟未来时段的降水、蒸发情况,结合TOPMODEL得出未来的模拟径流。【结果】2种情景下,未来4个时期年平均降水均高于基准期值(除了RCP8.5情景下的2030s),年平均蒸发量均高于基准期值(除了RCP4.5情景下的2040s);除了RCP4.5情景下2015-2020年的冬季径流平均值(0.98亿m3)略低于基准期值(1.06亿m3)外,2种情景下夏、秋季及RCP8.5情景下冬季的径流平均值均高于基准期值,最大值均出现在秋季。【结论】将统计降尺度方法和TOPMODEL结合起来可以很好地分析未来径流的变化情况。     

基于随机森林模型的黑龙江省地表温度降尺度的研究

作为研究地表能量平衡的重要参数,地表温度是研究地表物理过程、监测全球资源环境以及气候变化的重要指标之一。通过降尺度处理提高MODIS LST数据空间分辨率,对LST和气候的研究都具有重要的意义。选取黑龙江省作为研究区,选择MOD11A2数据,通过随机森林算法对MODIS LST(1 000 m空间分辨率)进行降尺度处理,并通过气象数据作为验证。试验结果表明：利用随机森林算法对黑龙江省LST数据进行降尺度,降尺度结果良好,降尺度LST的均方根误差（Root Mean Square,RMSE）为2.13 K。     

气候变化下石羊河流域上游产流区的径流响应研究

【目的】分析西北典型干旱区石羊河流域上游产流区径流对未来气候变化的响应,为石羊河流域未来水资源的规划利用提供参考。【方法】应用可变下渗能力模型(VIC)模拟水文过程,基于模型参数率定,利用统计降尺度模型(SDSM)对全球气候模式(GCMs)中HadCM3模式下A2、B2情景进行降尺度处理,分析A2、B2情景下石羊河流域上游产流区气候要素的变化,以预估的未来气候情景数据作为验证后VIC模型的输入,分析未来气候变化下石羊河流域的水文响应。【结果】VIC模型的效率系数在率定期(1990-1994年)和检验期(1995-1996年)分别为0.769和0.690,相关系数分别为0.955和0.894,表明VIC模型能够较好地描述流域大尺度水文过程;在未来2020s(2010-2039年)和2050s(2040-2069年),研究区多年平均最高气温在A2情景下分别较现状升高1.3和2.8℃,B2情景下分别较现状升高1.3和2.5℃;在2个时期的2种气候情景下,多年平均最低气温均升高0.1℃左右;在A2情景下2020s和2050s多年平均降水量分别较现状减少7.6%和15.2%,B2情景下2个年代的多年平均降水量分别减少8.7%和13.1%;2020s多年平均径流量在A2和B2情景下分别较现状减少2.8%和1.4%,2050s多年平均径流量在A2和B2情景下分别减少13.2%和8.3%。【结论】石羊河流域径流在未来A2、B2气候模式下的不同时期内均会呈减少趋势。     

利用降尺度技术建立降水量预测方程的研究

[目的]研究一种利用多层次的模式环流输出场建立的降水预测模型。[方法]对安徽省业务运行的降尺度预测方法进行了改进,在模式多个层次的环流场中寻找与降水的高相关区;并利用最优子集回归模型对预报因子进行筛选和组合,形成了月降水量的预测方程;最后分别将2005—2009年的实况环流场和模式环流场代八方程,比较2种资料方案的预测评分,分析各月评分的高低,考察其业务运行的可行性。[结果l与传统降尺度方法相比,利用多层次的模式环流输出场建立的降水预测模型资料内容更为丰富;从预测效果来看,平均距平符号一致率为63％,Ps评分为75分,不仅高于业务运行的降尺度方法,也高于业务发布预测的评分;此外,该方法对典型涝月的预测效果更好,表明该方法对异常值具有较好的预测能力。[结论]该研究为丰富降尺度技术方案提供参考。     

基于累积分布函数的统计降尺度模型校验方法适用性研究

为更精确的为区域气候模拟和预估研究提供参考,开展了基于累积分布函数的统计降尺度模型校验,在传统统计降尺度模型的基础上,使用基于累积分布函数的校验方法校正了SDSM模型预估的A2和B2情景下中国265个站点1961²099年逐日温度数据,校正后A2情景下,观测值和模拟值R2达到0.9999以上的比例占到85%,达到1的占6%;B2情景下,观测值和模拟值R2达到0.9999以上的比例占到87%,达到1的占19%;斜率值接近1的站点分别增加了57%和51%;截距接近0的站点分别增加了31%和16%。校正后的模型能更好地预估出未来逐年稳定通过0℃的日期,也即生长季开始的日期。     

干旱区精河流域地表温度的模型反演研究

以精河流域绿洲为研究区,使用Landsat ETM⁺数据,采用单窗算法和普适性单通道算法对研究区地表温度进行反演,并将这两种算法的反演结果与研究区MODIS温度产品(MODIS LST)进行比较。结果表明：(1) 单窗算法和普适性单通道算法反演的结果总体趋势比较接近,研究区整体的平均温度相差约2k;(2) 采用改进型土壤调整植被指数(MSAVI)代替归一植被指数(NDVI)计算地表比辐射率可有效提高反演精度,并且同等条件下单窗算法的反演精度高于普适性单通道算法,两种算法的反演结果与MODIS LST的相关系数分别是0.9255和0.8651;(3) 在城镇区域,普适性单通道算法反演结果与MSAVI的相关性高于单窗算法,相关系数为0.8136,说明普适性单通道算法更适合干旱区大范围城镇地表温度的反演研究。     

气候和土地利用变化对松华坝流域水资源的相对作用研究

以云南省滇池松华坝流域为研究对象,利用分布式水文模型(SWAT)探讨了气候和土地利用变化对河道径流和总氮的影响及对水资源变化的相对作用,模拟分析了气候变化背景下两者相对作用程度的变化。结果表明:气候是流域内河道径流变化的主要原因,贡献率为63.1%～96.6%。土地利用对河道径流变化的影响整体上偏小,但是差异较大;在降雨减少或不变时土地利用的贡献率为12.2%～36.9%,在降雨增加时贡献率为3.4%～5.2%。从土地利用类型的变化来看,耕地减少和草地增加可增加河道径流量,反之则减少。气候和土地利用变化都是影响水体总氮变化的主要原因,贡献率分别为68.2%和68.5%,而两者对水体总氮的影响在不同时期差异较大。当总氮数量变化较大,或者减少量超过40%时,土地利用的贡献率比较大,而当总氮负荷增加或者减少幅度较小时,气候的贡献率比较大。土地利用类型和总氮变化量之间的相关性分析表明,耕地面积与总氮变化显著正相关(r=0.814),草地面积与总氮变化显著负相关(r=-0.895),而林地面积与总氮变化相关性不显著。     

博州精河森林公园生态旅游的SWOT分析

针对博州精河森林公园的发展现状,运用SWOT分析方法对博州精河森林公园发展森林生态旅游的优势、劣势、机遇、威胁进行了详尽的分析,确定了相应的发展策略,并提出了博州精河森林公园发展生态旅游应注意的主要问题.     

新疆精河气温、降水与径流量近51 a变化分析

[目的]针对气候和水的变化研究已成为世界瞩目的热点,新疆属于干旱半干旱地区,对于新疆来说水资源极其重要,利用1957～2008年精河流域的气温、降水、河流年径流量数据对该流域的气候、降水、河流年径流量进行研究分析,为流域经济今后更好的发展提供服务.[方法]应用Excel软件和DPS软件对精河流域1957～2008年的气象数据及水文数据做数理统计分析.[结果]径流与降水的相关性较大,而气温对径流的影响较小,三者的年变化表现出一定的规律性.[结论]该区(1)年平均气温变化大,20世纪80年代后呈明显的上升趋势,气温时间序列的6 a周期较突出.(2)降水量波动变化大,年降水变化趋势呈波浪状分布,1957～2008年可分为三个阶段.(3)年径流量的年际变化大,与年降水量的变化趋势相似,呈波浪状.同时,年径流量会出现周期为4～5 a的稳定期.     

精河河下游河岸带土壤盐分特征及相关性分析

[目的]为艾比湖地区防风治沙提供科学依据。[方法]以艾比湖流域的精河河下游河岸带土壤为研究对象,对不同植被类型覆盖条件下土壤总盐含量、八大离子等指标进行测定。[结果]研究区土壤次生盐渍化较重,总盐含量偏高,其中总盐与HCO3-、Ca2+、Mg2+、Cl-、K+、Na+含量存在较为明显的正相关关系;盐分离子按质量分数在土壤剖面基本上呈现出自上而下的垂直分异特点,盐分表聚性规律显著。在盐分组成中,阳离子以K+、Na+为主,阴离子以Cl-为主。[结论]研究区内土壤盐渍化严重,经盐渍化分级为盐土。     

仙居县气温变化特征研究

选取仙居县1960—2020年气温数据,运用线性趋势分析法、R/S分析法、小波分析法、M-K分析法等研究仙居县气温变化特征。结果表明：仙居县近60年平均气温呈上升趋势,上升了约1.4℃。冬季和春季成为气温增长趋势的最主要贡献者;平均气温大致可划分为2个时期,1960—1998年的偏冷期,1999—2020年的偏暖期。平均气温虽然没有发生突变,但在1988年左右气温开始转为偏暖,且在2008年前后显著上升;对于季节平均气温,除春季没通过突变检验外,其他季节均发生了突变。仙居县平均温度在演变过程中存在着2～5年短周期规律和10～20年较长周期规律。四季和全年的平均气温Hurst值都大于0.5,表明未来的气温变化趋势与过去的气温变化趋势相同,都将持续增暖。