皇甫川流域1955-2013年水沙变化趋势与周期特征

为揭示黄河流域重要的产沙支流皇甫川在新时期水沙如何变化,采用Mann-Kendall检验、Pettitt检验及Morlet小波变换,分析了皇甫川流域1955-2013年水沙变化的趋势、突变和周期变化特征.结果表明:在99％显著性水平下,皇甫川流域的年径流量和输沙量均呈显著减少趋势,且径流量的减少大于输沙量的减少,进入21世纪以来,水沙年际变异更为显著;径流量、输沙量序列一级突变点均发生在1984年,二级突变点有所不同,年输沙量序列突变时间(2003年)晚于年径流量序列突变的时间(1998年);水沙演化过程中均存在4个尺度的周期变化,分别为22～32,13～21,7～12,3～6 a和23～32,13～22,7～12,3～6 a;在径流量和输沙量整体减少的趋势下,2011-2020年径流量将处于相对偏丰阶段,而输沙量在2013-2018年将处于相对偏多沙时期.研究表明,皇甫川流域径流量和输沙量的减少是气候的暖干化和渐强的人类活动综合作用的结果,而大规模的水土保持措施是水沙减少的重要影响因素.     

1957-2009年乌鲁木齐河径流与气候变化的对应关系

以1957—2009年乌鲁木齐河径流量、气温和降水量数据为基础,采用线性分析、Mann-Kendall检验方法、相关性分析和灰色关联度分析法等方法,研究乌鲁木齐河年径流量、气温和降水量的变化特征以及影响径流量的气象因子。结果表明:（1）50多年间乌鲁木齐河年径流量变化呈增加趋势,气温显著升高而降水量缓慢减少。从径流量的年际变化来看,乌鲁木齐河年径流量变化出现平水期（1957—1990年）、丰水期（1991—2000年）和平水期（2001—2009年）,总体呈现波动增加趋势;从年内分配来看,乌鲁木齐河年径流量主要集中在夏季和秋季,而春季和冬季较少;从月分布来看,6月、7月、8月份径流量最大,其他月份较少。（2） Mann-Kendall检验表明,1957—2009年乌鲁木齐河年径流量、春季径流量和冬季径流量均显著上升,而夏季和秋季径流量上升趋势不显著。（3）相关性分析和灰色关联度分析表明,乌鲁木齐河年径流量变化主要受降水的影响。     

1961-2011年秦巴山区极端降水事件的时空特征分析

利用1961—2011年秦巴山区及其周边36个站点的逐日降水数据,应用百分位阈值定义法、线性倾向估计法和Morlet小波周期和小波方差分析,通过区域划分探讨秦巴山区极端降水事件的时空特征。分析表明:秦巴山区极端降水阈值在空间上自东南向西北递减;极端降水发生频数与年均降水日数分布情况相似,自东向西依次增大;年均降水量、年均极端降水量空间分布特征相似,中部值最高,而西部地区的极端降水比重最高,达到44%。极端降水的发生频数受降水日数多少的制约,受地形影响更加显著。极端降水事件发生频数在东部、中部和全区呈不显著上升趋势;西部地区为不显著下降趋势;在20世纪80年代中期有一个明显的峰值,90年代中后期上升幅度较大,而西部地区变化幅度最小。通过Morlet小波和小波方差分析得出,整个秦巴山地区的准周期相似,在32 a左右振荡最强,为第1准周期,还有12 a和17 a的第2准周期。此外,秦巴山地区极端降水事件的发生可能受西南季风影响较大。     

基于R/S和Morlet小波分析的北洛河上游径流变化特征

为了深入探究北洛河上游长时间序列年径流量变化规律及周期特征,加强对流域水资源规划管理和可持续开发利用,基于北洛河上游吴旗水文站1971—2014年实测径流量数据,采用M-K(Mann-Kendall)趋势检验法和R/S法(rescaled range analysis)分析了全年及汛期径流量的变化趋势和持续性; 并采用Morlet小波变换对径流时间序列进行了多尺度周期特征分析。结果表明:(1)从径流量年内分配来看,1971—2014年,北洛河上游径流年内集中分布在6—9月,月最大径流量一般出现在8月,分配曲线呈“双峰型”。随着时间推移,径流量年内分配不均匀性逐渐减弱;(2)汛期径流量占年径流量的比例降低,全年和汛期的径流量变化均呈显著减少趋势(p<0.05),且未来变化趋势与过去一致的可能性很大,即减少趋势具有一定的持续性(全年和汛期径流量序列Hurst值分别为0.53,0.69);(3)北洛河上游径流量呈现出多尺度性、主周期性和同步性变化的特点。汛期和全年径流量具有相似且显著的变化周期,主要受到3,11,19 a左右3个主周期的影响。总之,北洛河上游径流量呈显著减少趋势且变化周期比较明显。     

佳木斯地区1956-2010年径流量时间序列变异分析

日趋频繁的极端天气和大规模的水资源开发对区域生态环境产生严重的影响,准确获取径流量时间序列的变化特征可为水资源的合理开发和水利水电工程规划运用提供科学的决策依据。采用趋势检验法、Mann-Kendall突变分析法和小波分析对佳木斯地区1956—2010年径流量变化的趋势性、突变性和周期性特征进行了深入的研究。结果表明:近45年来,佳木斯地区各季节及全年径流量的年际总体变化趋势的倾向率各不相同,春季、夏季、秋季及全年径流量呈明显下降趋势,而冬季径流量则呈缓慢上升趋势;各季节及年径流量的时间突变点基本一致,都分别发生在1967年、1972年和1998年左右;该地区四季及年径流量的周期变化特征差异较大,22年、13年、9年和4年左右尺度波动较为明显。     

1952-2008年延河流域降水与径流的变化趋势分析

利用延河流域控制站甘谷驿水文站流量实测数据及流域内5个县级气象站降水观测数据,分析了1952-2008年间甘谷驿水文站以上延河流域降水与径流的年内、年际变化特征,并运用滑动平均法、Mann-Kendall趋势检验法和Sen斜率估计法对延河流域降水、径流的变化趋势进行了分析。结果表明,延河流域汛期降水量和径流量分别占全年降水量和径流量的72%和64%。20世纪50年代至90年代,径流变化过程基本与降水过程一致,但到了21世纪初期,降水量呈先升后降的变化趋势,而径流量呈下降趋势。1952-2008年间流域降水量呈微弱的减少趋势,而冬季降水却以0.18mm/a的幅度显著递增。甘谷驿站汛期径流量以99.25万m3/a幅度显著降低。从径流的季节变化上来看,春季降低趋势不显著;夏秋两季径流分别以83.83万m3/a和26.16万m3/a的幅度显著减少;而冬季径流以15.62万m3/a的幅度显著增加。虽然相关分析表明降水变化与径流变化有较好的相关关系,但人类活动对径流的影响不容忽视。     

1960-2012年淮河流域极端气温变化特征

基于1960-2012年淮河流域28个气象站点的逐日最高气温和最低气温观测资料,选取12个具有代表性的极端气温指数,采用线性倾向法、Mann-Kendall法和小波分析法研究淮河流域极端气温指数的变化特征.结果表明:(1)研究区冷夜、冰冻、霜冻曰数分别以4.08、0.78、5.10d·10a-1 (P＜0.05)的速率下降,暖夜、夏季、热夜分别以1.87、2.08、2.82 d·10a-1 (P＜0.05)的速率上升,日最高(低)气温的极小值、日最低气温的极高值的变化率分别为0.34 (0.62)、1.80℃·10a-1 (P＜0.05),而冷昼、暖昼以及日最高气温极高值的变化并不显著.(2)28个气象站点极端气温指数的变化在空间分布上存在着较大的差异,冷指数中冷昼、冷夜、冰冻和霜冻曰数(日最高和最低气温的极低值)在淮河中下游地区的降幅(升幅)较大,上游地区站点的变化则相对较小.暖指数变化较大的站点主要分布在流域的东部和南部地区,西部与北部地区站点的变化不够明显.(3)冷指数的突变主要发生在20世纪80年代,而暖指数的突变则主要发生在2000年左右,与冷指数的突变相比,暖指数的变化表现出后延性、稳定性和持续性的特征.(4)冷、暖指数分别存在着4类和3类尺度的时间变化规律,暖指数的周期变化较冷指数更具稳定性,尤以10a时间尺度下的周期变化最为典型.     

2000-2010年福建省植被覆盖度的时空演变特征

运用趋势分析法及Mann-Kendall趋势检验法对福建省2000-2010年植被覆盖度进行了分析,探究福建省植被覆盖度的时空演变过程.结果表明:(1)福建省植被覆盖度以每年0.003 15的速率增加,但在2005年存在一个明显的波动下降,植被在7月,8月,9月份盖度最大.(2)根据我国植被覆盖度分类标准,福建省以高植被覆盖度为主,2000-2010年低、中植被覆盖度向高植被覆盖度转化15.84％.(3)各市区植被覆盖度变化显著,其中莆田市、宁德市、漳州市变化最为明显.通过各区域的趋势百分比可知,福建省各市区植被覆盖度以增加为主,各市区植被覆盖度增加百分比为:宁德市＞漳州市＞福州市＞泉州市=莆田市=厦门市＞龙岩市＞南平市＞三明市.(4)不同植被类型区植被盖度在年际变化尺度呈现稳步增加的趋势,各植被类型盖度均值介于0.596～0.799,此外植被覆盖度的增加量顺序依次为:湿地＞草地＞农作物＞非植被＞阔叶林=针叶林.     

2000-2018年赣江上游植被覆盖度时空演化及其对气候变化的响应

[目的] 对赣江上游植被覆盖度时空演化及其对气候变化响应的研究,为区域的生态环境保护提供科学依据和数据支撑。[方法] 基于MODIS NDVI数据,结合年平均气温和年降水量数据,运用趋势分析、变异系数、Hurst指数与相关分析等方法对赣江上游2000—2018年的植被覆盖度时空演化及其对气候变化的响应进行了分析。[结果] ①赣江上游植被覆盖度呈显著增加趋势,增速为5.21%/10 a,空间上呈现四周高中间低的特征,且以高植被覆盖为主;研究区植被覆盖度呈极显著和显著增加的分别占25.59%和39.7%,极显著和显著减少的分别占1.32%和2.46%,而变化不显著的占57.84%;②研究区植被覆盖总体上比较稳定,平均变异系数为14.73%;Hurst分析显示赣江上游植被变化反持续性要强于持续性,总体上以弱反持续性为主;③研究区植被生长总体上受气温影响强于降水量,但存在空间差异。[结论] 赣江上游植被覆盖度变化较小,未来将呈微弱下降趋势,气温是影响植被生长的主要气候因子。     

2000-2018年黄河流域NDVI时空变化及其对气候和人类活动的双重响应

[目的] 分析黄河流域NDVI时空变化特征,探究NDVI变化对气候和人类活动的响应机制,为制定合理的生态工程提供科学依据,为实现黄河流域生态保护和高质量发展提供保障。[方法] 基于MODIS NDVI数据,辅以降水和气温数据,采用一元线性趋势分析、Hurst指数、偏相关分析及残差分析方法,对2000—2018年黄河流域NDVI时空变化特征进行分析,并探讨了NDVI变化对气候和人类活动的双重响应。[结果] ①黄河流域NDVI呈现波动增加趋势,总增速为6.8%/10 a,NDVI在东南部及西部较高,北部及西北部较低,由东南向西北部减少,下游最高,中游次之,上游最低;整体上,以东亚季风生态地理区和西北干旱生态地理区界线（鄂尔多斯市—毛乌素沙地—庆阳市—平凉市—定西市）和青藏高原生态地理区和西北干旱生态地理区及东亚季风生态地理区界线（西宁市—甘南市—定西市）为界呈Ⅴ字型分布。②NDVI整体变化趋势以改善为主,反持续性强于持续性,且表现出较强的弱持续性,其中改善区约占62.32%,主要呈带状集中分布。在中上游地区,在鄂尔多斯市—毛乌素沙地—庆阳市—平凉市—定西市—西宁市—甘南市、太原盆地—临汾盆地—关中平原及运城盆地—三门峡两两界线间的条带区域基本为改善区,而退化区域以中下游为主,呈零散分布。③NDVI与降水和气温呈正相关,且与降水的偏相关强度稍大于气温,流域约76.7%的地区NDVI残差呈增长的趋势,人类活动整体对NDVI增加的影响以促进为主,促进作用大小顺序为：中游>上游>下游。[结论] 黄河流域NDVI变化受气候和人类活动共同影响,具有空间异质性,适度的生态工程及农业生产活动对植被恢复有重要作用。     

呼图壁河水沙年内分配特征及同步性变化分析

利用呼图壁河出山口石门水文站1980—2011年日径流量和输沙量实测资料,采用年内不均匀系数、完全调节系数、集中度(期)等方法指标,分析了呼图壁河水沙年内分配及同步变化规律。结果表明:(1)不同年代的径流与输沙年内分配均呈"单峰型"分布,且输沙量较径流量的分配更为集中;(2)近32年以来,径流和输沙的不均匀系数、完全调节系数、集中度都呈缓慢上升趋势,且二者的年际变化都显示出较好的同步性。径流和输沙的集中期同样有着微弱的上升趋势,但输沙集中期略提前于径流集中期。这是由于河流的补给方式和下垫面等综合影响造成的;(3)呼图壁河泥沙年内分配不均匀系数明显高于径流。完全调节系数与不均匀系数的变化趋势基本一致。各个年代冬春季节径流量与同一时段输沙量的变化不同步。     

1960—2020年黄河、长江、珠江入海水沙通量演变特征

[目的] 基于动态更新数据综合对比中国三大河流入海水沙通量的特征,为流域开发和管理提供依据。[方法] 收集黄河(利津站)、长江(大通站)、珠江(高要站、石角站、博罗站)5个水文控制站1960-2020年实测数据,采用滑动平均法、Pettitt检验法、双累积曲线法以及小波变换分别对水沙通量的趋势性、变异性、周期性特征进行分析,采用交叉小波变换和小波相干谱探究径流量和泥沙量的共振周期与相干性。[结果] 近60 a黄河、长江、珠江入海水沙通量均发生了明显变化,黄河径流量和泥沙量在1986年突变减少,泥沙量在1997年二次突变减少;长江和珠江入海径流量未发生变异,泥沙量分别于1992,1999年突变减少。这三大河流入海水沙具有显著的年际和年代际周期特征,年代际共同演化周期分别集中于1980年以前、1990年以前和2000年以前。年际共同演化周期为5 a,"丰-枯"转换频繁。交叉小波分析结果显示,黄河、长江和珠江的入海径流量和泥沙量在1965-1975年具有显著的1~3 a的共振周期,以正相位演变为主。[结论] 中国三大河流入海水沙具有显著的趋势性、变异性和周期性特征,可以据此进行的流域开发和管理更有效。     

1960-2020年黄河流域气候干湿状况时空分异及变化趋势

基于湿润指数,利用黄河流域及周边1960-2020年113个气象站点日值气候数据,通过气候倾向率、Morlet小波、简单相关分析和Hurst指数等方法,分析近61a黄河流域干湿状况时空演变特征,预估黄河流域未来干湿变化趋势,以期为流域防旱减灾、合理利用气候资源提供科学依据。结果表明：（1）空间上,黄河流域年和季节湿润指数呈现为东南部高、西北部低。流域年、春秋两季以变干为主,湿润指数呈显著下降的站点占总站点的比例分别为5.31%、7.96%、6.19%;流域夏、冬季以变湿为主,湿润指数呈显著上升的站点占比分别为10.62%、13.27%。（2）年际变化上,1960-2020年黄河流域年和季节湿润指数均无显著变化趋势。流域全年、春、夏、秋、冬季分别处于半湿润、半干旱、半湿润、半湿润和半干旱状态。黄河流域年和季节湿润指数存在多时间尺度的周期振荡特征,第一主周期分别为3a、26a、14a、3a和15a。（3）降水量、相对湿度与湿润指数呈极显著正相关,日照时数与湿润指数呈极显著负相关,均为黄河流域湿润指数的主要驱动因素。（4）黄河流域年和季节湿润指数的Hurst指数均大于0.50,表明流域年、春季和秋季气候将持续变干,夏季和冬季气候将持续变湿。     

基于小波分析1956-2010年焉耆盆地清水河径流量季节变化规律

基于焉耆盆地清水河1956-2010年径流量实测资料,采用小波分析法,分析了清水河平均径流量季节变化规律.研究结果表明:清水河春季、夏季、秋季、冬季平均径流量分别为4.38,24.98,11.98,5.11 m3/s.清水河四季平均径流量变化趋势有较大的差别;清水河四季平均径流量的年际变化过程中存在着多重时间尺度上的复杂嵌套结构,在不同的尺度周期中,表现出不同的丰、枯振荡规律,总体表现为由小尺度无明显规律的剧烈振荡向大尺度有明显规律的振荡变化;1956-2010年四季平均径流量变化周期总体上呈现15～22 a大尺度的变化周期以及7～12,4～5 a小尺度的变化周期.     

1960-2017年珠江流域下游径流年际与年内变化特征

[目的]分析1960—2017年珠江三角洲顶点径流年际、年内变化,为合理利用流域水资源提供参考。[方法]年际变化运用径流年际变差系数(C_v)、M-K趋势分析、Morlet小波分析等方法分析,年内变化运用集中度(期)、径流等值线法等方法分析。[结果]珠江三角洲顶点主要水文站径流年际变率较小。1960年以来研究区主要水文站径流量总体并未发生显著变化;径流量距平百分率K_i显示西、东江流域旱涝灾害发生较均匀且发生率较低,北江流域易发生洪涝灾害;珠江流域西、北、东江径流基本存在25～32,10～20,4～10 a的周期变化。珠江流域径流年内分配极不均匀,年径流集中度(RCD_(year))北江和东江略低于西江,近年来集中度都有减小趋势。北江最大径流最早出现,在5,6月份交替,东江最大径流在6,7月份交替,西江最大径流主要出现在7月份。[结论]珠江流域下游地区近60 a径流量并未发生明显的下降或上升趋势,但径流年际与年内变化仍十分明显,变化的主要原因为流域水库修建等剧烈的人类活动。     

窟野河流域径流变化及人类活动对其的影响率

利用王道恒塔、温家川2个水文站的实测降水、径流资料,应用M—K秩相关系数、R/S分析、降水—径流双累积曲线法等多种数值模型方法,分析了窟野河径流年际变化特征、径流变化趋势、降水变化以及人类活动对径流变化的影响。结果表明:(1)窟野河流域多年径流变化呈下降趋势,20世纪末以来尤为明显。(2)王道恒塔和温家川2个水文站的Hurst指数分别为0.853和0.803,表明未来一段时间内窟野河年径流变化趋势将与过去保持同一势态,有持续递减的特征。(3)不同历史阶段,人类活动的剧烈程度不同,对径流量减少的影响亦不同。影响最剧烈的阶段为1997—2010年,该阶段人类活动对径流减少的影响所占比例在2个水文站分别高达80.48%和93.62%。人类活动的加剧是导致窟野河径流量锐减的主要原因。     

近60年来窟野河全流域年径流变化及其影响因素分析研究

根据窟野河流域内主要水文站温家川、王道恒塔和新庙站近60年来的实测降水径流资料,利用线性趋势分析法、双累积曲线法等方法对窟野河流域年径流量变化特征及其影响因素进行分析研究,结果表明:(1)3个水文站年径流量均呈现减少的趋势,温家川站、王道恒塔站和新庙站分别以每年0.109 9,0.042 7,0.028 7亿m~3的速率递减,递减量分别为多年平均径流量的2.14%,2.56%和3.69%;(2)相对其它2个水文站,新庙站年径流量变化幅度较大,相对于河流上游地区,河流下游地区年径流量变化较为平缓;(3)未来一段时间3站年径流量均有持续减少的特征;(4)不同的历史阶段,水文站空间位置上的差异和人类活动剧烈程度的不同,径流量变化亦不同。20世纪末以来,3站年径流量均急剧减少,人类活动成为径流减少的主要因素,对温家川站、王道恒塔站和新庙站年径流量的影响量分别达到了4.71,1.66,0.86亿m~3,影响率分别达到了89.63%,109.16%和88.86%。     

近55年渭河流域气温演变规律分析

利用渭河流域16个气象站点1954-2008年近55a气象资料,采用线性回归、Mann-Kendall检验、Pettitt及Morlet小波分析等方法,对渭河流域年及各季节平均气温的变化趋势、突变特征和周期性等演变规律进行分析.结果表明,(1)在95％的置信区间下,渭河流域年及各季节平均气温均表现为显著上升趋势,其中冬季气温上升最显著.(2)多年平均气温空间分布存在不均衡性,年平均气温以西安站为中心向外呈辐射递减.(3)年及各季平均气温存在明显的突变点,1993年为该流域大的气温转折年.(4)流域气温变化存在多个特征时间尺度,其中年平均气温具有3、7、23和55a左右的主周期,以55a左右周期相位变化最显著.除夏季外,其余季节与年平均气温相位变化时间尺度大体一致.研究成果可为分析渭河流域气候变化及其未来气候预测提供参考.     

城市化条件下的秦淮河流域径流多时间尺度变化特征及影响因素

[目的]探究城市化条件下的秦淮河流域径流多时间尺度变化特征及其内在联系,为定量分析气候变化和人类活动对流域水文循环演变研究提供科学依据。[方法]以秦淮河流域为研究区,基于1986—2015年水文气象资料和不透水面数据,采用Mann-Kendall趋势检验和Pettitt突变检验方法,分析秦淮河流域多时间尺度降雨和径流的变化特征,并通过建立广义可加模型GAMLSS,分析降雨和流域不透水面变化对不同时间尺度径流变化的影响。[结果](1)秦淮河流域不透水面在30 a间扩展迅速,从1988年的3.09%扩展至2015年的24.01%,增长了近8倍。(2)不同时间尺度下径流序列变化特征不同,其中年径流序列增加趋势显著,并在2001年发生突变。(3)不透水面对小洪水的影响较大。对于相同的时间尺度,一般情况下,流量小的径流序列受不透水面影响较大;对不同时间尺度,不透水面具有累积效应,随着时间尺度增大,不透水面对径流的影响增强。[结论]秦淮河流域城市化进程不断加快,不透水面扩张对不同时间尺度径流影响程度不同。