青海湟水流域降水过程的持续性特征与干旱发生趋势

以湟水流域6个气象站点1959-2016年逐月降水量资料为基础,采用距平分析法、Mann-Kendall检验对流域内降水变化特征进行分析,结合重标极差法分析流域未来降水的变化趋势,并用游程理论和马尔柯夫链分析了流域内干旱特征和未来干旱趋势。结果表明:研究区降水年际变化较为明显,过去58 a间全年及4个季节降水量呈增加趋势,其中冬季增加趋势最为显著;多年平均降水量在空间分布不均匀,流域中部地区降水量最大,下游地区降水量最小,Cv空间分布特征与多年平均降水量相似。通过Hurst指数可知,在1 a时间尺度上,流域年降水量表现为较强的持续性特征,在5 a和10 a时间尺度上呈现极强的持续性特征,未来不同时间段内年降水量与4季降水量可能有所增加。从统计结果来看,流域发生连枯水的概率大于连丰水,说明更易发生连枯水现象。根据加权马尔柯夫预测结果可知,2017年湟水流域为平水年。     

基于SPI指数的内蒙古地区干旱演变特征及趋势预测

为探明内蒙古地区历年干旱演变特征及其趋势,利用内蒙古地区43个测站51 a(1960—2010年)的逐日降水资料计算各站的标准化降水指数,在此基础上分析了全年及各季节的干旱发生频率、干旱站次比及干旱强度的年际变化,并通过Hurst指数对内蒙古地区的干旱化趋势进行预测.结果表明:年尺度上干旱频率在10.46%~33.66%,其中呼伦贝尔的干旱频率最高,位于阿拉善盟的额济纳干旱频率最低,干旱发生不明显,各月、季与年的干旱频率基本一致.年尺度干旱站次比最高为45.74%,最低为15.50%,51 a中分别有11,26和14 a发生区域性、部分区域性和局域性干旱.干旱强度以轻度干旱和中度干旱为主,其中有15 a出现中度干旱,干旱强度最大值是1.14.内蒙古地区春季、夏季和秋季干旱发生频率相对较高,平均为30%左右,冬季干旱频率平均为25.41%,并且冬旱各测站干旱频率分布不均,额济纳等4个测站冬旱的干旱频率为0.干旱站次比夏季和秋季分别以0.177/10 a和0.006/10 a的趋势增加,春季和冬季以0.033/10 a和0.156/10 a的趋势减少.季尺度干旱强度的变化趋势与干旱站次比变化趋势基本一致.内蒙古地区的SPI序列呈明显的Hurst现象,指数值0.568 7大于0.500 0,表明该区干旱化程度还有可能持续一段时间,中旱及以上发生的频率有减少趋势.     

基于三维Copula函数的沙颍河流域水文干旱频率分析

为进一步研究水文干旱特征及其演变规律,选取沙颍河流域2个水文站1951—2008年逐月径流资料,采用游程理论提取水文干旱特征变量,选取4种对称Archimedean Copula函数和对应的非对称Archimedean Copula函数拟合干旱特征变量的联合分布并计算联合重现期和同现重现期。经拟合检验,Frank Copula对干旱特征变量二维联合分布的拟合效果最优,M3 Copula函数对三维干旱变量的联合分布拟合效果最优。干旱特征的单变量重现期值大于二、三维变量的联合重现期,小于二、三维变量的同现重现期。因此,Copula函数能够较好地拟合沙颍河流域水文干旱特征变量间的联合分布。     

基于SPI和云模型的海河平原区干旱特征研究

根据海河平原20个气象站1955-2019年逐日降水量计算了年尺度和季尺度的标准化降水指数(SPI),对各尺度不同等级的干旱频率及其时空特征进行分析;以年尺度SPI为样本,采用正态云发生器算法和多步还原逆向云变换算法构建云模型,分析了干旱的随机性和稳定性.结果表明,海河平原区干旱频率主要分布区间为[0.28,0.31]...     

基于Copula函数的流域防污标准研究

流域防污体系由各种水污染防治的工程措施和通过水量的合理调配和水质预测预警等非工程措施共同组成的；流域防污标准用来表征流域防污体系的防污能力,即防止水污染事故发生的能力大小.应用Copula函数,详细的分析了组成淮河防污体系的各方案防污标准问题.结果表明,方案2能在一定程度上降低高锰酸盐指数的超标风险,对流域高锰酸盐指数的防污标准有一定的提高；当流量小于3 000m3/s时,方案3对应的流域防污标准最高,流量大于4 000m3/s以上时,方案6能更好地降低氨氮水质的超标风险,方案3次之,采用方案6能最大限度地提高流域防污体系的防污标准；随着流量继续增大,同一方案对降低流域内水质超标风险的作用越来越有限,需要寻求其他的工程和非工程措施减小流域水污染事故的发生率,共同提高流域防污体系的防污标准.     

基于SPI的黄河流域干旱时空特征分析

利用黄河流域65个站点,近60a(1958—2012年)的日降水资料,采用标准化降水指数(SPI)对黄河流域的干旱时空特征做了初步分析,并对流域降水变点(1979年)前后的特旱时空分布特征进行了对比研究。结果表明:随着时间尺度的增加,SPI指数随机性减弱,持续性加强。黄河流域干旱的发生发展缓慢、持续时间久、影响范围广;9月SPI检测特旱发生概率比较高的地区主要集中在黄河流域西部,12月SPI检测特旱发生概率比较高的地区集中在黄土高原地区;黄河流域降水变点前,特旱发生概率较高的地区集中在流域南部,降水变点后,特旱发生概率较高的地区集中在流域西部、中部与东北部。变化环境下,黄土高原和黄河下游特旱事件的频率变大。     

基于主成分分析和Copula函数的干旱影响评估研究

干旱是关中平原主要的农业灾害之一,准确地评估干旱的影响,对抗旱减灾及作物稳产具有重要意义。基于关中平原2008—2013年冬小麦主要生育期旬尺度的条件植被温度指数(VTCI)干旱监测结果,将Copula函数用于评估冬小麦主要生育时期干旱对其产量的影响。针对多元变量导致Copula函数参数求解困难的问题,采用主成分分析法(PCA)提取主要生育时期的VTCI的主成分因子,形成新的相互独立的指标,进而结合Copula函数建立PCACopula法,确定关中平原主要生育时期的综合VTCI,并构建其与冬小麦单产间的线性回归模型,评估干旱对产量的影响。结果表明,应用PCA-Copula法得到的综合VTCI与单产间的相关性达到极显著水平(P0.001),所建回归模型的拟合度与熵值法的结果相比有所提高,决定系数由0.39提高到0.49,且对应模型的估测单产与实测单产间的均方根误差较熵值法的结果降低了30.2 kg/hm2,平均相对误差降低了0.66%,表明PCA-Copula法能较好地应用于评估冬小麦主要生育时期干旱对其产量的影响。     

基于SRI与Copula函数的黑河流域水文干旱等级划分及特征分析

【目的】基于SRI对黑河流域水文干旱进行等级划分及特征分析。【方法】利用2种不同的径流丰枯等级分类方法,对黑河流域莺落峡水文站的径流资料进行概率统计分析,提出基于SRI的水文干旱等级划分标准(标准1),分别采用标准1和基于标准化降水指数(SPI)的干旱等级划分标准(标准2),识别水文干旱历时、烈度、烈度峰值3个干旱特征变量,利用Copula函数进行水文干旱多变量联合分布研究,选取RMSE、AIC、BIC准则作为联合分布拟合优度检验的判别依据优选Copula函数类型,计算了不同干旱事件的重现期。【结果】基于标准1的水文干旱等级划分结果比标准2更符合实际干旱情况;单变量重现期介于联合重现期与同现重现期之间,可以进行干旱事件重现期估计;黑河流域发生持续2.68个月的重旱事件的重现期为3 a。【结论】基于SRI的干旱等级划分在多变量水文干旱研究中使联合分布函数拟合更优,分析得到的干旱特征更接近实际情况。     

基于遥感的湟水流域生态环境状况评价

以湟水流域为研究对象,利用LANDSAT8 OLI和MODSI遥感影像,基于ERDAS软件和ArcGIS软件空间分析技术,得到流域土地利用类型分布图和植被覆盖空间分布图。根据《生态环境状况评价技术规范(HJ192-2105)》,计算生物丰度指数、水网密度指数、植被覆盖指数、土地胁迫指数和污染负荷指数等,对流域的生态环境状况进行评价和分析。结果表明:流域生态环境状况一般,主要是由于西宁市城区和民和县生态环境状况指数较低。现阶段加强水资源管理和控制污染排放是生态环境治理的重点。     

干旱历时拟合方法对基于Copula函数的干旱分析影响研究

研究干旱事件的演变规律对于保障水资源安全、促进经济社会发展具有重要意义。通常采用Copula函数分析干旱历时强度等多变量规律,而不同干旱历时拟合方法会对结果造成影响。使用北京和上海近百年逐月降水资料比较了参数拟合方法(指数分布)和非参数拟合方法(游程方法)。结果表明,基于不同历时拟合方法的计算结果均有其合理性,但非参数方法处理极端干旱历时需要外延,因而在这方面不如参数方法。不论以哪种双变量重现期为标准,游程理论拟合历时评估出的风险总小于指数分布拟合历时的评估结果。对于"且"和"或"重现期,历时拟合方法对等值线图的影响与强度拟合的影响相互独立;而对于条件重现期,两者的影响不独立。     

湟水流域洪水极值时间演变特征及趋势归因分析

应用了线性趋势回归检验、Kendall秩次检验、Spearman秩次检验、滑动T检验、有序聚类、重标极差分析(R/S分析法)、Mann-Kendall秩次检验和小波分析等方法。分别对湟水流域控制站民和站1950-2016年最大洪峰流量时序的趋势、突变和周期性进行了对比分析,最终通过综合分析得出民和站年最大洪峰流量呈现显著下降趋势,突变年份在2000年左右。4个时间尺度(或周期中心尺度)的周期波动控制着年最大洪峰流量在整个时域内的变化特征,其中以超过32 a长振荡为主要周期相对均匀地分布在整个时域。由于下垫面的变化和水利、水土保持工程措施的实施在很大程度上直接或间接的改变了流域的水资源状况,导致湟水流域民和站实测洪峰流量和实测径流呈现减少趋势。     

基于Copula函数的甬江流域设计潮位过程研究

以甬江流域镇海站1971-2015年逐时潮位资料为基础,选用适当的Copula函数建立镇海站年最高潮位与同期潮差的二维联合分布模型,通过组合风险分析法研究了镇海站设计高潮位和设计潮差的组合风险率,采用条件最可能组合法计算设计高潮位条件下机率最大潮差,通过最高潮位和潮差双重控制,同倍比缩放典型潮型,得到镇海站设计潮位过程线。结果表明:镇海站高潮位与潮差不具有同频率性,低频高潮位和低频潮差遭遇概率很小;各重现期设计高潮位对应的最可能潮差频率均为20%~50%。高潮位与条件最可能潮差双重控制的设计潮位过程使工程设计更偏安全,为设计潮位过程的推求提供一种新方法。     

基于Archimedean Copula的三维干旱特征变量联合分布研究

应用Archimedean Copula函数研究干旱特征变量的联合分布,为水资源决策者提供依据。以渭河流域西安站77年的月降水资料为例, 采用Archimedean Copulas函数建立干旱特征变量之间的三维联合分布模型。分别采用极大似然法和适线法进行参数估计,通过拟合优度评价选用Clayton Copula描述干旱历时,干旱烈度和干旱烈度峰值之间的联合分布,并计算条件重现期。结果表明, Copulas函数能够比较好的描述干旱特征变量间的联合分布;具有灵活性和应用范围广等特点。     

基于Copula函数的川中丘陵区干旱风险分析

根据川中丘陵区内8个代表性站点1958—2014年月降水资料计算标准降水指数(SPI),通过游程理论识别不同类型的干旱事件,引入Copula函数计算不同类型干旱事件的联合概率以分析川中丘陵区内的干旱风险。结果表明,川中丘陵区内发生季内轻旱、跨季轻旱、跨季中旱、跨季极旱,尤其是半年以上极旱事件的风险较高;区内不同类型干旱事件的分布特征不同,内江和宜宾站所在区域是季内重旱和季内极旱的高风险区,而巴中和阆中站所在区域是半年以上干旱事件的高风险区。     

基于Copula函数的松花江流域水文干旱频率分析

[目的]基于Copula函数对松花江流域进行水文干旱频率分析.[方法]利用可变阈值法识别日尺度水文干旱事件的历时和烈度,并进行融合处理;选择6种常用的分布函数拟合干旱特征变量,以Kolmogorov-Smirnov检验法优选单变量边缘分布;从3种Copula函数中优选函数模型,建立了干旱历时和烈度二维联合分布,并计算联...     

基于Copula函数的流域防污体系的防污标准研究

流域防污体系是由由各种水污染防治的工程措施和通过水量的合理调配和水质预测预警等非工程措施共同组成的;流域防污标准用来表征流域防污体系的防污能力,特别是防止发生重大突发水污染事件的能力。应用Copula函数,详细的分析了组成淮河防污体系的各方案防污标准问题。在实例分析中,通过计算各方案在不同流量下的水质水量联合重现期,比较各方案水质超标的风险,得到相应的防污标准。结果表明,方案2能在一定程度上降低高锰酸盐指数的超标风险,流域高锰酸盐指数的防污标准有一定的提高;当流量小于3000m3/s时,方案3能较好的降低流域内氨氮指数的超标风险,方案3对应的流域防污标准最高,流量大于4000m3/s以上时,方案6能更好的降低氨氮水质的超标风险,方案3次之,采用方案6能最大限度的提高流域防污体系的防污标准;结果还表明,随着流量继续增大,同一方案对降低流域内水质超标风险的作用越来越有限,相应的流域防污体系的防污标准的提高幅度越来越小,需要寻求其他的工程和非工程措施减小流域水污染事故的发生率,提高共同流域防污体系的防污标准。     

基于SPI的辽宁省庄河市近35年干旱演变特性研究

庄河市是辽南地区的重要水源地,分析其干旱演变特性有利于该地区水资源的合理开发与利用,对于防旱减灾、合理布局产业结构具有重要的现实意义.本文根据庄河市1984年1月1日至2018年12月31日的逐日降水数据计算了1个月、3个月、6个月、12个月共4个不同时间尺度下的标准化降水指数(SPI),并基于SPI对该地区近35年的...     

基于SPI的河南省冬小麦生育期干旱时空变化特征分析

【目的】探索以SPI监测冬小麦生育期内干旱时空变化、发展趋势和对粮食产量的影响。【方法】基于1961-2015年河南省17个站点的逐月气象资料,利用标准化降水指数(SPI)定量分析了河南省冬小麦生育期干旱时空演变特征及干旱对冬小麦产量的影响。【结果】生育前期干旱发生频率在24.1%~37.0%之间变化,固始和驻马店最低,三门峡和新乡最高;分蘖期干旱发生频率在18.5%~31.5%之间,开封最低而卢氏最高;返青—抽穗—成熟期干旱发生频率在27.8%~38.9%之间,商丘、西华和信阳最低而宝丰最高;全育期干旱发生频率在24.1%~38.9%之间,固始最低、孟津最高。未来河南省冬小麦生育前期、返青—抽穗—成熟期以干旱为主;分蘖期、全育期以湿润化为主。河南省返青—抽穗—成熟期和全育期干旱对冬小麦气候产量的影响较大。【结论】生育前期和返青—抽穗—成熟期未来呈干旱化趋势,应采用针对性措施及时灌溉,有效应对干旱和保障小麦生产。     

基于1961—2100年SPI和SPEI的云南省干旱特征评估

干旱是一个缓慢发展持续时间长的极端气候事件,而气候变化对干旱的影响尤为显著,评估气候变化对云南省干旱特征的影响尤为重要。使用多时间尺度的标准化降水指数（SPI）和标准降水蒸散指数（SPEI）分析了云南省的干旱状况,运用非超越概率和游程理论分别分析了SPI和SPEI的季节性变化和研究区域内的干旱特征。结果表明：1961—1995年冬季SPEI(1)小于等于-1.0的非超越概率为5.2%,但在2066—2100年增加到18.4%;SPEI(6)小于等于-1.0的非超越概率从4.4%增加到21.4%,SPEI(24)从7.0%增加到25.7%。表明由于气候变化,未来有可能发生严重干旱,且中长期干旱比短期干旱更严重。气候变化在1961—1995年和2066—2100年的冬季和夏季造成严重干旱,且中长期干旱严重程度在整个冬季和夏季尤为明显。将SPI和SPEI的时间序列应用于游程理论,发现1961—1995年SPEI(1)的干旱烈度为28.3,到2066—2100年达到60.9,表明气候变化使未来干旱加剧。本研究结果对云南省干旱预测、评估及其风险管理和应用决策具有指导性和实用性,同时可为未来旱作农业生态管理提供一定的依据。