中国黄土高原地区典型旱涝年降水特征

利用黄土高原40 a降水资料,采用EOF、小波分析和计算分维数等方法,确定典型旱涝年份,分析典型旱涝年降水量和频次变化特征。结果表明,黄土高原涝年降雨量自西向东递增,旱年由北向南递增;年降水频次时间分布的分维数涝年大于旱年,涝年降水间隔变化复杂程度超过旱年;旱涝年降水频次变化的周期谱存在较明显差异,涝年周期复杂,以短周期为主要特点,旱年长周期突出;大地形在涝年对降水的再分配能力远大于旱年;旱涝年降水频次的差异上大雨以上降水更为明显。     

黄土高原不同气候区降水时空变化特征

充分认识黄土高原不同气候区降水时空分布特征,对于揭示该区域水土保持及自然环境变化的驱动因素至关重要.以黄土高原73个气象站点、1961-2014年的降水日值数据为基础,通过变差系数、集中度与集中期、Mann-Kendall检验和Kriging空间插值等研究方法,探讨黄土高原全区和4个气候分区的降水时空变化特征.结果显示:近50年间,黄土高原及各个气候区的年际降水量均呈波动下降趋势,年内降水均集中于夏秋季节,且存在集中度逐渐升高和集中期逐渐推后的现象.空间上降水由东南半湿润区向西北干旱区呈阶梯状递减,变差系数恰与之相反;集中度表现为由南向北递增,集中期则受地形影响显著,体现为平原和谷地地区早于高原和山地地区.因地理位置和季风强度的差异,各气候区年降水量及其波动幅度和集中性差异较大.该研究旨在揭示黄土高原降水的时空分布规律,为合理利用配置水资源、规划部署水土保持工作等,提供一定的参考.     

1960-2017年黄土高原地区风速时空变化特征

[目的]揭示黄土高原地区风速时空变化特征,为区域防灾减灾提供参考。[方法]基于黄土高原59个气象站1960—2017年逐月风速实测数据,采用线性回归、Mann-Kendall检验和滑动t检验等方法,对黄土高原地区历年及四季风速的时空变化趋势进行了研究。[结果](1) 1960—2017年黄土高原年均风速以-0.007 5 m/(s·a)速率显著下降,春季降幅最大,其次为冬、秋季,夏季降幅最小;年内月平均风速先升后降,4月风速下降最快,7月下降最慢。(2)黄土高原历年及夏、秋、冬季风速均在1980s突变减少,春季平均风速未发生突变,冬季风速突变后较突变前降幅最大,秋季最小。(3)黄土高原历年均风速、历年及四季风速变率均表现出西北高、东南低的特征,站点呈下降趋势的春季最多,夏季最少。(4) AO指数的上升、气候变暖及地表植被覆盖增加等,可能不同程度地造成黄土高原风速长期下降趋势。[结论]黄土高原区应将春季作为防风御风重点时段,将西北部地区作为重点防御地区,增强防灾减灾能力建设。     

基于EOF的陕西省降水变化时空分异研究

应用经验正交函数法（empirical orthogonal function,EOF）对陕西省23 a来96个气象站点的数据进行EOF分解,分别计算出年降水场的特征向量分布和时间系数序列。结果表明,应用EOF方法可以很好地揭示降水场的时空分布特征,且对陕西省而言前3个特征向量揭示了3种典型的分布场,其累计贡献率达81.10%。陕西省降水的空间分布有3种典型的模式,即全局型、南北型和东西型。总体上3种场的特征向量分布值表现为南大北小,且高值中心都出现在陕西省的最南端,这说明南部虽然多雨,但年际变化量较大,北方少雨,但年际变化量较小。对特征向量所对应的时间系数分析发现,陕西省的降水场主要表现为6种类型。从23 a来的统计结果可以看出它与贡献率所反映的降水场的典型程度基本一致。     

近50年黄土高原马莲河流域降水变化特征分析

不同等级降水与侵蚀性降水对水土保持有重要意义,为了更好地建设黄土高原生态屏障,亟须对马莲河流域降水特征进行详细分析.收集到马莲河流域1961-2010年西峰国家基准站、环县国家基本站和华池、庆城、合水、宁县、正宁5个国家一般站的日降水观测数据,使用PMF方法,对数据进行均一化检验,确保数据质量.采用基本气象水文统计方法,研究流域降水统计特征.运用气候倾向率、Mann-Kendall检验、滑动T检验、累积距平和Morlet小波变换等方法,分析流域降水趋势、突变点和周期等特征,同时分析侵蚀性降水、不同等级降水日数和降水强度的变化特征.结果表明:1)马莲河流域多年平均降水482 mm,四季降水分别占年降水量的18％、53％、27％和2％,侵蚀性降水占年降水57％,降水变异系数为0.19,流域降水＞400 mm的保证率为72％,＞500 mm的保证率为38％;2)1961-2010年马莲河流域降水与侵蚀性降水均呈减少趋势,春、秋季降水呈减少趋势,冬季降水呈增加趋势;3)降水的突变点不明显,1992年之后,降水呈减少的趋势,年和四季降水有19、11、4和2a左右的主周期;4)中雨和小雨是马莲河流域主要降水形式,1961-2010年,降水减少是中雨和小雨显著减少引起的,降水强度与侵蚀性降水强度呈增强趋势,降水日数的减少对降水强度的增加有重要影响.马莲河流域侵蚀强度并未随雨量的减少而减弱,降水侵蚀风险没有减小,水土保持工作需要持续深入,水土保持与荒漠化治理刻不容缓.     

1970—2019年济南市极端降水事件时空变化特征

为了研究济南市极端降水事件时空变化特征,采用线性趋势、Mann-Kendall突变分析、小波分析等方法,基于济南市1970—2019年49个雨量站50 a的逐日降水资料,选用12个极端降水指数进行研究。结果表明:年降水量(PRCRTOT)呈显著增加趋势(p<0.05),增加速率为31.04 mm/10 a; 连续干旱日数(CDD)呈大幅下降趋势(p<0.05),下降速率为16.51 d/10 a,雨日日数(RD)、极端降水日数(R95)、极端降水总量(R95P)呈明显上升趋势(p<0.05),年降水强度呈下降趋势(p<0.05),其余指数呈不显著增加趋势; 研究区雨日日数、极端降水日数、极端降水总量、连续干旱日数及年降水量发生明显突变,其他指数突变不明显; 在周期变化上,多数指数存在22～27 a,17～17 a,7～10 a,4～5 a的主振荡周期; 从空间分布看,极端降水指数的空间差异明显,大雨日数、1日最大降雨量、5日最大降雨量及年降水量高值区基本集中在原济南市中心城区、东南部山区和莱芜附近,低值区集中在北部郊区。总体而言,济南市极端降水事件频发,应重视城市排水,减少内涝风险。     

近60年山西省极端降水时空变化特征

气候变化背景下,极端降水事件发生频率与强度的增加直接影响区域生态安全,分析极端降水时空变化特征对于区域风险评估具有重要意义。基于山西省1960—2019年22个气象站点的逐日降水数据,选取12个极端降水指数,采用线性趋势分析、Mann-Kendall趋势检验与突变分析、Morlet小波分析和反距离权重插值等方法,对山西省近60年极端降水的时空变化特征进行研究。结果表明:(1)山西省整体呈干旱化趋势,降雨日数(R1MM)下降趋势显著;(2)部分极端降水指数在20世纪70年代前后发生突变,突变后呈显著下降趋势;(3)极端降水变化存在约17年的主要周期,部分极端降水指数还存在7～8,4～5年的周期变化;(4)山西省西南部整体呈干旱化趋势,西北部极端降水事件趋于增加。研究结果将为山西省极端降水事件的响应对策实施提供依据。     

小流域暴雨量与降水历时和重现期的关系

根据奥地利伏拉期勒（Fleissner)气象站２６a的自记降雨观测资料,运用暴雨频率分析方法,计算了格拉顿（Ｇraden)小流域降雨历时从５min至２４h及重现期从０.5a至１０0a的暴雨量,得到了格拉顿流域设计暴雨量与降水历时和重现期的关系。     

江西省降水集中程度的变化特征

根据《江西省双季稻气象灾害指标》中降水集中期的定义,从降水集中期、降水集中期内的站次和平均单站雨量三个角度,探讨江西省83个气象站1971-2008年历年4-9月降水集中程度的变化特征。结果表明:江西省降水集中期的时空分布比较集中,赣西北地区的降水集中期平均每年只有赣东北地区的50%,6月中旬-7月上旬是降水集中期的主要时段;出现降水集中期的站次和平均单站雨量随年份变化均呈增多趋势,年倾向率分别为8.2站/10a和3.7mm/10a;20世纪90年代的降水集中期站次和平均单站雨量多于其他年代,而每年出现在6月中旬-7月上旬的降水集中期站次和平均单站雨量均多于其余时段。     

1961-2013年河南省极端降水事件时空变化特征

以1961—2013年河南省17个站点逐日降水量数据为研究对象,运用Sen’s倾向估计、Mann-Kendall显著性检验和空间插值等方法,分析了河南省11个极端降水指数时间和空间变化特征及其影响因素。结果表明:（1）过去53年,河南省极端降水指数变化趋势不显著。（2）河南省区域内,东南部极端降水量、降水日数、降水强度大于西北部。过去53年,商丘和西华降水量、降水日数和降水强度显著增加,而安阳、新乡、孟津、三门峡等地显著减少。（3）将河南省极端降水指数与其他区域进行了比较表明,极端降水指数存在区域性差异。（4）极端降水指数与纬度因素之间相关性强于经度和海拔因素。（5）除CDD指数外,其余指数与年总降水量均具有较高相关性。其中,极端降水量（R95p）、年降水日数降水量（R10,R20和R25）对年总降水量贡献最大。     

陕西黄土高原15时段降水特征分析

采用陕西黄土高原区38个气象站近几十年的时段降雨量数据,分析了15个时段降水量的分布、变化特征。得到时段降雨量的变化周期、趋势等。对当地农业、水土保持等工作有参考作用。结果表明:陕西黄土高原15个时段最大降水量变幅明显,同时段降水最大值与最小值之间相差11.6～18.5倍之多。最大降水强度为0.2～4.4 mm,曲线呈指数分布,时间越短,降水强度越大。15个时段最大降水量以盛夏的7—8月居多,一日内12:00—20:00出现次数在70%以上。两个或以上县的各时段降水极值很少出现在同一次降水过程中,说明陕西黄土高原高强度降水范围较小,以影响1个县为主。各站降水累积距平变化趋势不相同,但近几年普遍有增强趋势。存在突变的县比较少,淳化在2004年出现突变。降水序列具有3 a,6～8 a,16 a的周期变化现象。     

湖北省侵蚀性降雨时空分布特征

侵蚀性降雨是南方红壤区剧烈水蚀的原动力,因此分析其时空分布特征对于区域内水土保持相关研究有十分重要的意义。选取国家气象数据网站数据(2014—2020年)、结合水土保持监测站点人工观测数据(2016—2019年),对湖北省4个水土保持分区24个监测站点的侵蚀性降雨标准及降雨侵蚀力进行了分析、计算,并用克里格模型进行插值。结果表明：湖北省整体的降雨侵蚀力从西北到东南逐渐增加,与降雨量的空间分布表现出相同特征,同时降雨量与侵蚀性降雨量表现出高度协同性。全省年平均降雨量813.88～1 590.15 mm(2014—2020年),多年平均年降雨量为1 201.98 mm,多年平均侵蚀性年降雨量为603.53 mm。多年平均侵蚀性年降雨量占多年平均年降雨量的50.21%,多年平均侵蚀性降雨频次(天数)为14次,平均次侵蚀性降雨量为46.88 mm。根据多年平均半月侵蚀力计算结果分析可知,湖北省全省多年平均年降雨侵蚀力值为6 650.10 MJ·mm/(hm²·h·a)。省内年内降雨侵蚀力时间分布基本符合正态分布。4—10月总降雨侵蚀力值为6 202.10 MJ·mm/(h...     

赣北红壤坡地侵蚀性降雨的特征分析

通过对赣北红壤坡地上为期6 a(2001-2006年)的定点观测,研究确定了该区域侵蚀性降雨的雨量及雨强标准分别为11.20 mm和0.88 mm/h,并建立了降雨侵蚀力因子"R=∑E·I30"的最佳算式;通过降雨侵蚀力的分析计算,该区多年平均侵蚀力为8695.43 J·mm/(m2·h),年内分布上主要集中在夏季;研究中还拟合了该区降雨侵蚀力预报简易算法,结果表明当年降雨总量产生10%的波动时,会导致年降雨侵蚀力总量27%的变化.     

近60年来江西省各等级侵蚀性降雨与降雨侵蚀力的关系

基于江西省具有典型代表性的5个气象站点1956-2015年共60 a逐日降雨量资料,研究了各等级侵蚀性降雨和降雨侵蚀力的特征,建立了利用各等级侵蚀性年降雨量估算年降雨侵蚀力的简易算法模型。结果表明:各等级侵蚀性降雨量、降雨日数和降雨侵蚀的时间分布规律不一。年暴雨量、年暴雨量比例、年暴雨日数、年暴雨侵蚀力、年降雨侵蚀力均在时间上呈不同程度的增长趋势,在空间表现为从南到北逐渐上升趋势。各等级侵蚀性年降雨量估算降雨侵蚀力模型的模拟值与精确值具有高度相关性,可用于估算江西地区年降雨侵蚀力。     

黄土高原南部降雨侵蚀力试验研究

基于Wischimeier关于降雨侵蚀力R=EI30的经典算法,以黄土高原南部杨凌天然降雨为研究对象,较详细地分析了一次降雨过程雨滴大小分布;拟合了雨滴中数直径、降雨动能与降雨强度的关系;分别以EI10、EI30、EI60为降雨侵蚀力R指标,计算了该地区6-9月降雨侵蚀力大小,研究分析了降雨侵蚀力与降雨量之间的关系。得出以下结论:雨滴大小分布满足Best提出的分布式;雨滴中数直径反映次降雨过程中雨滴大小的总体趋势,与降雨强度关系密切,其关系式可表示为D50=2.25I0.21;降雨动能由降落雨滴从高空下落而具有的能量,以及与雨滴直径和下落速度有直接关系,得出降雨动能与降雨强度的关系式为E=26.57I0.28;杨凌区降雨量多集中于6-10月,月降雨侵蚀力分布随着月降雨量变化而变化;3种R指标计算的降雨侵蚀力值,EI10>EI30>EI60,且3种指标计算结果与CREAMS月雨量经验模型的相对偏差中,EI10与其相对偏差最小,但波动幅度较大,EI30与其相对偏差居中,但相对较稳定,分析得出EI10更适用于短阵型降雨,EI30适用于普通型降雨。基于上述理论,本研究旨在为今后建立黄土高原南部地区降雨侵蚀力简易计算模型提供理论依据。     

西部黄土丘陵区不同草地土壤侵蚀对侵蚀性降雨的响应

[目的]研究西部黄土丘陵区人工和天然草地对不同类型侵蚀性降雨的响应,为该区植被建设和水土流失防治提供指导。[方法]利用甘肃省定西市安家沟径流场2007—2015年的观测数据,分析侵蚀性降雨因素对坡度为20°的人工草地和天然草地土壤侵蚀的影响。[结果]西部黄土丘陵区的侵蚀性降雨分布在5—9月,其中7—8月的侵蚀性雨量较大,其侵蚀量占年均侵蚀的70%以上。两种不同类型的草地侵蚀量均与PI10相关性最好。该区域侵蚀性降雨主要是中雨和大雨,造成的草地侵蚀量占年均侵蚀的86%。中、高雨强型降雨的侵蚀量分别占人工、天然草地总量的90.8%和91.2%,其侵蚀量与PI10,PI30呈较好的幂函数关系。大于300 MJ·mm/(hm2·h)的高侵蚀力型降雨引起的侵蚀量最大,分别占人工、天然草地总侵蚀量的32.3%和33.4%;50~100MJ·mm/(hm2·h)的中侵蚀力型降雨次数最多,而引起人工、天然草地的侵蚀占相应总量的26.0%和29.1%。[结论]人工草地(盖度75%~82%)和天然草地(盖度80%)的侵蚀性降雨量标准分别为11.3和11.9mm,最大I10标准分别为10.4和11.7mm/h。天然草地比人工草地具有更好的水土保持效果。     

黄土高原不同地貌类型区降雨侵蚀力时空特征研究

通用土壤流失方程USLE是迄今为止较为成熟,应用较广的土壤侵蚀预报模型,区域降雨侵蚀力R及其分布特征是将USLE应用于较大地区的关键.以日降雨量计算侵蚀力模型为基础,建立了黄土高原月降雨量计算降雨侵蚀力模型.用黄土高原235个气象站点1971-2000年30 a的月降雨量数据,计算得各站点的时间序列月降雨侵蚀力和年降雨侵蚀力,通过Kriging空间插值方法生成降雨侵蚀力时空分布栅格图像,并分析了不同地貌类型区降雨侵蚀力的时空特征.黄土高原降雨侵蚀力空间分布从东南到西北呈梯度递减趋势,范围在300～7 500,平均不到3 000,不同地貌类型区从大到小依次为土石山区、丘陵沟壑区(延安)、高塬沟壑区、丘陵沟壑区(榆林)、丘陵区(陇西);降雨侵蚀力年内分布主要集中于7,8两月,年际变化上存在一个2.7 a的波动周期,波动范围在多年平均值的1倍以上,不同地区相差较大.     

黄土高原降雨侵蚀力时空分布

降雨侵蚀力时空分布规律定量研究是进行土壤侵蚀预报的基础。利用231个气象站多年平均年雨量资料估算了黄土高原地区多年平均降雨侵蚀力,并绘制了等值线图。利用17个气象站日雨量和日雨强资料估算了半月降雨侵蚀力及其年内分配特征。全区降雨侵蚀力变化于327~4416MJ.mm/(hm2.h.a)之间,等值线图显示降雨侵蚀力的空间分布与年降水量的空间分布规律十分相似,大致从东南向西北递减。半月降雨侵蚀力占年侵蚀力的累积频率表,为估算土壤侵蚀方程中土壤可蚀性因子和植被覆盖—管理因子提供了基础。侵蚀力年内分配集中度指标反映出黄土高原R值年内分配集中度很高,且多集中在6—9月,集中度最大的达96.4%,最小的也有66.9%。     

黄土高原植被变化与恢复潜力预测

采用GIS技术与地统计方法,基于黄土高原2000—2018年的MODIS遥感影像,选取归一化植被指数探讨研究区植被时空变化特征,采用相似生境法预测黄土高原植被恢复潜力。结果表明:黄土高原2000—2018年低植被盖度区域面积减少,高植被覆盖度面积不断增加。黄河中游头道拐至龙门区间植被变化最为显著,平均增长速率为0.015~0.050/a,其中,延河上游、清涧河及秃尾河流域的植被盖度增长速率最高,均超过了0.015/a。受城市化影响,汾渭平原的下游干流区植被盖度显著降低。相似生境法预测黄土高原未来植被恢复潜力的空间差异性显著,东南部地区植被盖度接近或达到最大恢复潜力,无恢复空间;在丘陵沟壑区和风沙区的交错地带部分地区植被盖度较现状仍有25%~50%的提升潜力。由于黄土高原植被受退耕还林草工程影响,人工植被干扰强烈,受到该区降雨与水分承载力限制,未来植被恢复需调整植被类型、优化植被结构与格局,提升区域生态系统功能。本研究结果可为黄土高原未来植被恢复与水土保持规划与布局提供理论与方法支撑。     

黄土高原汛期降水年代际演变

利用黄土高原区域40a的降水资料，研究汛期降水年代际演变。结果表明，黄土高原汛期旱涝交错的变化幅度不断减小；降水带南移雨量带南移。20世纪80年代较60年代南移0.6个纬度，90年代南移约1．8个纬度（高原东部地区南移4个纬度）。前3个模态演变的转折（突变）时间和显著程度不同，但其振荡强度和周期的阶段性与降水对应较好。多雨期降水变幅大，周期短，振荡强。少雨期对应多周期，弱振荡。降水异常的敏感区年代际变动明显，演化路径基本由东北向西南移动，高原西部旱涝灾害趋向频繁。