滨海滩涂地区降水变化的多尺度周期特征分析与趋势预测

利用1953-2011年共59a的长序列降水资料,采用Morlet小波和Mexican Hat小波变换,分析滨海滩涂地区东台市年降水量及各季节降水量的多尺度周期振荡特征和演变趋势。两种小波分析的综合比较表明,Morlet小波在揭示滨海降水序列周期细节特征和提升主周期特征的显著性水平方面更具优势。研究结果表明,滨海滩涂地区降水量变化以年代际尺度为主周期,其中夏季降水与年降水周期均具24a、16a和9a的第一、二、三主周期,春、秋和冬季降水主周期则分别为16a、23a和17a;研究区降水量在年代际尺度上的周期特征与江淮地区降水量的整体特征一致,但是滨海地区地理位置的特殊性使其降水量在年际尺度上的周期振荡显著水平较低;根据研究区降水量在年代际尺度主周期上的振荡特征,预测研究区未来8~12a的年降水和夏季降水,未来8a的春、冬季降水,未来11~12a的秋季降水均可能呈整体偏少趋势。研究结果可拓展小波分析的适用机制理论研究领域,对滩涂围垦和气候变化背景下的滨海地区气候变化研究以及农业稳定发展提供理论依据。     

阿拉善荒漠地区近50年气候变化的多时间尺度分析

利用阿拉善地区1961—2005年的气温、降水实测资料,分析了不同时间尺度下年平均气温、年降水量序列变化的周期和突变点,揭示了阿拉善地区近50a气候变化的多时间尺度特征,并根据主周期对未来气温和降水变化进行预测。结果表明：阿拉善地区的气温在20世纪80年代开始大幅度上升,突变点在1986年。80-90年代降水量很少,为干旱期,年降水量的突变点为1980年。根据气温和降水小波变换的主周期预测：未来阿拉善地区的气温可能升高,降水可能减少,即气候有暖干化的趋势。     

汾河流域汛期降水序列的多时间尺度分析

基于汾河流域19个气象站点1959—2007年汛期（6—9月）的降水数据,采用小波分析、M—K突变分析及其它数理统计方法,对汾河流域汛期降水量时间序列进行了多时间尺度特征分析。结果表明,近49a来,流域汛期降水呈现减少趋势,递减率是9.79mm/10a,其中6月份的降水呈现上升趋势,速率为2.79mm/10a,7—9月均表现出下降趋势,最明显的是7月份（速率为-6.54mm/10a）,7和9月份降水明显减少是流域汛期降水量下降的主要原因;汛期降水在1978年以后发生突变,流域降水处于一个相对少雨的时期;汛期降水量存在8～15a和3～7a的特征周期,中心时间尺度为2,5,10和12a,其中约5a的周期振荡最为强烈,是汛期降水变化的主要周期;根据5a周期及其它特征周期的小波系数变化趋势,估计汾河流域在研究时间段以后近期内汛期降水量可能偏多。     

赣江流域1966-2015年降水量多尺度时空变化特征分析

为研究全球气候变化影响下的赣江流域降水量时空分布特征,基于赣江流域及其周边的27个气象站1966-2015年逐日降水量数据,采用Mann-kendall、累积距平法及Morlet小波分析等方法研究了不同时间尺度降水量变化特征。结果表明:赣江流域年、汛期、夏季和秋季降水量呈不显著的增加趋势(p>0.05),而春季和冬季呈不显著的减少趋势(p>0.05);不同时间尺度降水量均具有明显的阶段性特征,且进入21世纪00年代后降水量多为枯水阶段;赣江流域降水量变化主周期多在8~10 a,20~22 a,26~30 a。赣江流域全年和春季降水量呈南少北多的分布格局,汛期和夏季降水量空间分布较均匀,无明显的空间差异,秋季降水量呈南北两端少、中部相对较多的分布格局,而冬季降水量呈由北向南递减的变化趋势。     

西安市近55年来降水的多时间尺度分析

运用回归分析法、小波分析、M-K突变分析,对西安站近55a的降水变化进行了分析.结果表明: 近55a来,西安降水量呈波动变化过程.受大气环流的影响,西安地区的降水与西北地区东部的降水变化一致,春季、夏季、秋季降水量都在下降,冬季降水在波动中有明显增加趋势;秋季降水与El Nino、La Nina之间存在一定的关系,冬季降水量增加显著与西风势力增强和南来水汽增多有很大的关系;3a、6a左右时间尺度在55a中始终存在,且周期振荡稳定.突变分析表明西安的降水在20世纪60年代和90年代左右有显著的突变点存在,即发生了明显的两次突变,两次突变都是由多雨期到少雨期.     

基于小波分析的西安降水时间序列的变化特征

应用墨西哥帽小波函数进行小波变换,对西安市45a（1961-2005年）来的降水量数据进行分析,计算小波方差,从而研究西安市降水变化的时间及其周期变化特征。通过对西安市的降水时间序列的小波分析,揭示其在不同层次上的降水结构和异常变化规律以及突变特征,预测了西安市四季降水量以及年降水量的变化趋势。特别是通过小波分析的预测结果在2009和2010年出现的关中地区大面积的春旱以及2005年以后出现的秋涝中得到验证,这对认识西安市降水特征以及对西安地区的农业生产和渭河防迅工作具有重要的参考价值和指导意义。45a来,除西安市春季降水量呈显著下降趋势外（P〈0.05）,其它季节和年降水量的线性变化趋势均不显著。但季节降水量和年降水量都存在多时间尺度特征,不同的时间尺度表现为不同的循环交替,大尺度的周期变化嵌套着小尺度的周期变化。总体上表现为由小尺度的震荡剧烈、没有明显规律到大尺度出现明显规律后继续增强或先升后降。     

基于集合经验模态分解北疆降水多尺度变化特征

降水是中国西北干旱区水资源的重要组成部分,利用合理方法有效认识降水的区域变化规律对指导农业发展尤为重要。基于北疆42个气象站1961—2012年降水序列数据,从气候时间序列中提取气候信号中各个尺度的变化,对北疆过去52a来的降水进行多尺度分析,并对其空间差异进行了初步探讨。结果表明:过去52a北疆降水量存在明显的年际和年代尺度的变化,年际尺度的周期为5a和8a,年代尺度的周期为10a和30a。变化趋势上,降水量1985s之前呈减少趋势,在1985s之后呈增加趋势,且后期的增幅大于前期的减幅。突变分析表明北疆年降水量呈增加趋势。集合经验模态分解(EEMD)是一种适用于非线性、非平稳序列的信号分析方法,将EEMD应用于气候要素时间序列,可提取可靠真实的气候变化信号,同时,EEMD可以得到气候变化的固有时间尺度。     

近50年来河南省气温和降水时空变化特征分析

在全球变暖大背景下,对河南省近50年来气温和降雨的时空变化与突变特征进行了分析研究。基于河南省17个气象站1965—2014年的日平均气温和逐日降水资料,采用气候倾向率法、累积距平法、Mann-Kendall秩相关检验、Morlet小波分析、Kriging空间插值等方法,分析研究了河南省近50年来的气温和降水量时空变化特征。河南省近50年来平均气温总体呈增暖趋势,气候倾向率为0.19℃/10a(p0.01),春季升温最快,秋冬次之,夏季气温趋势反而略有下降,年均气温在80—90年代有短暂下降,90年代后开始变暖;河南省降水量整体略呈增加趋势,但变化趋势不明显,气候倾向率为2.8mm/10a(p0.05),夏季降水量增加较快,春秋降雨量略有减少。近50a来年降雨量经历了增—减—增—减的变化,60年代到80年代增加,80年代到90年代中旬减少,90年代到21世纪初再次增加,2003年至今持续减少。河南省气温存在27年的强显著周期,此外还有15a的周期变化;而降水量则存在12a的显著周期,此外还有5a和30a的周期。空间分布上,气温有东南高西北低的特点,且中部升温更快;降水量则南多北少,南部有减少趋势,中部、东部有增多趋势。     

内蒙古50余年降水量分布演变特征及趋势

为研究内蒙古自治区降水量随时间分布演变特征及趋势,利用内蒙古50个测站1960—2011年共52a的年平均降水量,通过线性倾向估计、滑动平均、累积距平、谐波分析、Mann-Kendall法、滑动t检验法等方法,按东、中、西部分区及全区平均,分析了降水量随时间的演变特征及趋势。结果表明:1)52a来内蒙古降水量没有显著的变化趋势。但区域、东中部地区年降水量在1998年前39a为显著上升趋势,之后13a为下降趋势。2)内蒙古全区的降水主要集中在夏季,占全年的60%~70%。降水量从东到西逐渐减少,但季节分配规律相似。3)内蒙古降水量年代际和年际分量都存在减少趋势,区域和东中部共经历了3个比较明显的年代际变化;西部存在15a左右的旱涝交替周期。4)内蒙古区域和东部地区平均降水量突变点在1999年,降水量由增加趋势变为减少趋势。中部和西部变化不显著,没有发生突变。     

海城市降水量时空变化分析

以海城市为例,利用气候环境栅格数据和气候站点监测资料研究了1954—2020年降水量时空分布特征.结果表明:海城市近67 a降水量呈波动下降的变化趋势,变化趋势不明显,倾斜率为-1.1620 mm/a,降水量时间序列次周期为8a、4a、21a,主周期为5a;其空间分布模型存在强烈空间自相关,符合高斯模型特征,自东南沿海...     

时间尺度对农田灌溉设计保证率的影响

设计保证率是灌溉系统设计的重要参数之一,以年尺度为计算时段选择的典型年,存在对降雨的年调节估计过高的可能。该文以河南省郑州市1951—2015年的气象数据为基础,对其年降雨量、月降雨量及旬降雨量等进行排频计算,分析了不同灌溉设计保证率下对应典型年的降雨分布。以冬小麦、夏玉米需水关键期对应的4月、7月和8月为典型时段,研究了同一保证率下降雨的变化情况,并按照不同的计算时间尺度制订出相应的灌溉制度,讨论了时间尺度对灌溉定额及降雨利用量的影响。结果表明:1)在相同灌溉设计保证率下,各典型年、月和旬的降雨量均相差较大,同一月份的降雨量相差5倍以上;降水量的极差由大到小依次为年尺度、月尺度、旬尺度。2)利用水量平衡法,制订了不同时间尺度下典型年冬小麦-夏玉米连作的灌溉制度,在25%灌溉设计保证率下,季尺度下的年灌溉定额显著高于日尺度;与季、月和旬尺度相比,日尺度下的年灌溉定额分别降低了34%、23%和3%;偏干旱年灌溉定额随降水计算尺度减小而减小,但差异不明显。考虑不同的时间尺度具有不同的节水潜力和效果,完善灌溉排水工程中相应标准及其选取方法,选择合适的计算时长,既有利于落实灌溉设计保证率,又能提高各种水资源的利用率。     

基于GIS的三峡库区生态环境综合评价——Ⅳ.降水量变化（1951-2004）

根据三峡库区及周边地区1951-2004年33个气象站点的地面气象数据和1∶25万的地形图,利用线性趋势模型和＂回归分析＋残差修正＂插值法生成库区100m×100m的气候变化的时空分布图,定量评估三峡库区近54a来降水量的年和季节变化规律。结果表明：1951年以来,库区年和四季降水量变化趋势不显著（p〉0.05）。年降水量在50年代-80年代后期有增多趋势,随后年降水量有减少趋势,90年代后期以后降水变化幅度较大。在四季降水量的时间变化中,夏季降水量变化幅度较大,偏差一般在±80mm内;冬季降水量的变化幅度较小,偏差一般小于±10mm。50年代-70年代中后期-2004年,三峡库区春季经历了变湿-变干-变湿的过程;夏季正好相反,经历了变干-变湿-变干的过程;秋季气候在70年代中期前变湿,70年代中期后变干。同时,三峡库区的降水量变化也存在区域差异：春季的东部地区（-4- -2mm/10a）和秋季的西南部（-6.3- -4mm/10a）、中部地区（-4- -2mm/10a）减少最显著;而夏季降水量呈增加趋势,虽然冬季大部分地区降水量也有增加,但增加幅度不大。     

西北各省季节降水变化及其贡献的差异分析

利用中国西北地区124个气象台站1951?2015年逐日降水资料,通过计算各季节降水量及降水日数贡献率,解析西北五省（区）不同季节各等级降水量及降水日数贡献率差异,明确不同季节降水量和降水日数变化对年降水量和降水日数变化,以及同季节内不同等级降水量和降水日数变化对当季降水量和降水日数变化的作用,以探究西北地区降水的时空变化特征。结果表明：（1）1951-2015年,西北地区年降水日数以0.1d·10a-1（P＜0.01）的速率极显著减少,各站点年平均降水日数及线性变化趋势差异较大;（2）1951-2015年,西北地区年平均降水量以3.9mm·10a-1（P＜0.01）的速率极显著增加,变化显著区域主要分布在新疆及青海地区;（3）研究区域降水季节分布不均,主要集中在夏季,其中各省（区）夏季降水量贡献率在50%～63%,降水日数贡献率在35%～48%,春秋两季降水接近,冬季降水最少;各季节降水均以小雨和中雨为主,各省（区）两者降水日数累计贡献率均在90%以上,暴雨仅发生在夏季且降水日数贡献率低于1%,秋季各等级降水分布与春季基本一致;（4）夏、秋季节降水量和降水日数变化是年降水和降水日数变化的主要原因,小雨至中雨降水量和日数变化是导致季节总降水量和降水日数变化的最主要原因,而春、冬季降水在年降水、大雨至暴雨在当季（年）降水中不占优势,故其作用不明显。     

1951－2015年洞庭湖区旱涝演变及典型年份旱涝急转特征分析

旱涝灾害是制约洞庭湖区经济发展的重要因素,为预测湖区旱涝灾害变化趋势,该文选取1951-2015年洞庭湖区及其周边地区35个气象站点的逐月降水量数据,利用标准化降水指数和夏季长周期旱涝急转指数,辅以小波分析方法,分析近65 a来研究区域的旱涝演变及典型年份旱涝急转特征.结果表明:该区旱涝事件发生的频率高,不同时间尺度旱涝事件发生的平均频率为42.62%.在季节尺度上,夏季洪涝事件发生的频率最高,为33.33%,冬季干旱事件发生的频率最高,为41.54%;在年代际尺度上,20世纪70年代干旱事件发生的频率最高,为25.83%,其次是2001-2015年,频率为22.99%,90年代洪涝事件发生的频率最高,为30%.该区域旱涝变化有4个特征时间尺度,分别为4、10、25和31 a,预测湖区在未来几年降水偏多.洞庭湖区3个区域的旱涝变化大抵一致,但在不同时期仍存在一定的差异.湖区近65 a来有15 a的LDFAI绝对值大于1,旱涝急转现象较频繁,不管是旱涝变化还是旱涝急转变化,东、西洞庭湖区的变化趋于一致,南洞庭湖区与东洞庭湖区旱涝急转变化差异较大.     

内蒙大兴安岭林区年降水量变化特征及周期分析

利用内蒙古大兴安岭林区11个气象站1971—2010年降水观测资料,采用一元线性回归、累积距平法、曼—肯德尔检验(Mann-Kendall)法和Morlet小波分析方法对内蒙古大兴安岭林区近40年年降水量变化进行了分析,以揭示该地区在气候变暖大背景下年降水量的变化特征。结果表明:1971—2010年内蒙古大兴安岭林区年降水量整体在波动中呈微弱下降的趋势,倾向率为-7.4mm/10a,降水量年际变化幅度较大,降水气候倾向率具有很强的区域特点,整体经历了丰—枯—丰—枯的变化过程;结合累积距平分析与曼—肯德尔检验(Mann-Kendall)法两种方法判断出降水量发生突变的大致时间为1975—1979年与1999年;Morlet小波分析结果表明,近40年内蒙古大兴安岭林区年降水量包含多个不同时间尺度的周期,其中27a左右的周期振荡最为强烈,对降水作用最为显著,且在2014—2020年可能出现降水偏多期。     

郑州市近60年来降水变化特征及突变分析

利用郑州市1951-2008年降水资料,采用线性倾向估计和Mann-Kendall变点检测法,对郑州市降水的年季变化趋势、年内分配特征及突变性进行了分析。结果表明:（1）近60年来,郑州市年降水量总体呈上升趋势,降水倾向率为14.19 mm/10 a;各季降水量与年降水量变化趋势基本相似,整体亦呈增加趋势,但增加的幅度均明显小于年降水量。（2）郑州市降水量年内分配十分不均,主要集中在6-9月。（3）郑州市年降水量在1953年、1958年、1964年和1997年共发生4次突变,春季和秋季分别发生3次,夏季和冬季相对较少,分别发生2次和1次突变。     

1951-2015年西安市大气降水资源趋势分析及预测

基于西安市1951-2015年逐月降水量和气温资料,依据高桥浩一郎的陆面实际蒸散发经验公式,分析了西安市65 a来大气降水资源的变化特征,采用逐步回归周期分析法对西安市未来10 a大气降水资源的变化趋势进行了预测。结果表明:西安市年内降水资源分配不均匀,春夏秋三季所占比例高达95%以上,而冬季所占比例很小;从月尺度、季尺度和年尺度看,西安市降水利用率普遍较低,蒸发率普遍较高;西安市温度变化呈上升态势,降水和可利用降水呈减少态势;在全球气候变暖背景下,除了夏季和冬季可利用降水量对偏冷期气候响应不明显,其他时段可利用降水量对不同时期气候响应显著;未来10 a年降水量、年蒸发量和可利用年降水量均以负距平为主,大气降水资源的减少势态可能会持续。     

1951-2011年湘江径流泥沙演变过程与特征分析

根据湘江主要控制站1951-2011年长时间序列径流与泥沙资料,运用Mann-Kendall非参数检验法、小波分析法和均值差异T检验法等,揭示了湘江年径流量和年输沙量演变特征与规律,并分析了其驱动因素。结果表明:(1)径流量呈微弱增加趋势,而输沙量下降趋势明显; (2)时间序列上径流量未发生突变,而输沙量在1997年发生了突变,表现为1997年后有显著下降趋势; (3)小波分析表明径流量和输沙量均存在20和7 a的周期性变化规律; (4) 60 a来湘江年径流量可以分为1951-1954和1992-2002年两个多水期,1955-1991和2003-2011年两个少水期。径流泥沙集中度与集中期分析表明输沙量年内分配不均匀性更为明显,输沙主要集中在每年6月; (5)年输沙量显著减少主要是水利工程拦沙和水土保持工程措施所致。     

典型喀斯特聚集区不同地貌类型干旱时空特征

为探究西南典型喀斯特聚集区不同地貌类型干旱时空特征,研究选取贵州省作为研究区,基于贵州19个气象站点1951—2020年的气象数据,利用SPI指数、M-K突变检验等方法研究贵州近70 a降水与气温在不同时间尺度变化规律,探讨不同地貌分区干旱的年、季时空尺度耦合特征。结果表明：(1)贵州近70 a的年均降水量整体呈缓慢下降趋势、气温呈现上升的趋势。(2)不同地貌分区干旱情况差异较显著,其中非喀斯特和峰丛洼地地貌背景下干旱呈现微弱上升趋势,其他分区干旱均呈下降趋势。(3)各分区在夏、秋季干旱指数均呈减少态势,冬季干旱指数呈增加态势。除岩溶高原和岩溶断陷盆地外,春季其他地貌分区旱情均呈加剧趋势。旱情加剧程度最大出现在岩溶槽谷春秋季和岩溶断陷盆地夏冬季,旱情加剧程度最小出现在非喀斯特地区的夏秋季和岩溶高原地区冬春季。(4)岩溶槽谷和非喀斯特的SPI12均值无明显突变点,岩溶峡谷的SPI12值在1987发生突变,岩溶高原和峰丛洼地分别在2002年和2019年前后发生显著性跳跃,岩溶断陷盆地在置信范围内发生三次突变。综上,研究结果可以为同类型干旱防灾减灾提供一定的参考依据。