辽宁省多年降水量时空变化特征分析

文章选用现代气候统计诊断方法中的Morlet小波分析法、EOF分解法和M-K检验法,对1981—2021年辽宁省降水量时空变化及降水场类型进行分析。研究发现,辽宁省降水量总体呈上升趋势,每10年增加14.75mm,其中夏季约占全年降水量的62.7%,而冬季仅占4.1%;研究区降水分布呈现明显的空间差异,东部的降水量最大,东南部次之,而西部和中部的降水较少。通过EOF分解,将降水分为6种降水场3种模态,并且辽宁省降水存在10~30a和3~8a变化周期,其中第一主周期为26a。

迎春水库流域年降水量变化特性分析

本文根据凤庆气象站1959—2022年降水资料分析降水年内分配情况,采用线性回归、Mann-Kendall检验等方法分析迎春水库流域降水年际变化趋势、突变特征;采用高程法拟合罗闸河流域高程与多年平均降水量的关系曲线,通过线性插值计算出迎春水库本区、落拐河引水区、水箐河引水区多年平均年降水量。结果表明,迎春水库流域降水量年内分配不均;年降水量随时间变化整体呈下降趋势,变化不显著;年降水量随着流域平均高程的增加而增加。研究成果可为迎春水库水资源优化配置提供依据。

中国西部年降水量的气候变化

中国西部大部分处于干旱、半干旱地区,而且降水量长期变化剧烈。论文综合整理了17个年降水量代用资料序列,其中11个为树木年轮,4个为史料,2个为冰芯积累量。所有序列均采用10年平均值,对1880～1979年的100年平均求每10年平均百分率距平。EOF1表明河套以西到祁连山北部有一致的变化。这个特征与1951～1999年的观测资料及模拟结果的EOF1十分相似。这表明代用资料能反映西部年降水量变化的主要特征。根据代用资料EOF1的时间系数及中心区降水量变化曲线,17世纪,特别是上半叶干旱严重。有资料证明,这个干旱期可能开始于16世纪70年代。近50年是400年以来中国西部年降水量最丰沛的时期。多雨主要发生在气候剧烈变暖的20世纪最后30年。从代用资料来看,降水量变化有“世纪周期”。17世纪的干旱与20世纪末的多雨是否分别与小冰期及现代气候变暖有关,还要进一步研究。

青海省海西州德令哈地区近千年来年降水量变化特征分析

试图揭示位于我国青藏高原东北部的青海省海西州德令哈地区近千年来世纪尺度年降水量变化规律.分析结果表明,该地区近千年年降水量变化存在显著的多尺度周期变化特征,其中以13～18世纪中的200年主控周期最为明显,并在15～17世纪达到最强,而近200年则以准120年的周期振荡为主,且在19世纪两种主要周期变化趋势相反,在近百年又趋向一致.年降水量序列的均值突变一般以30～100年尺度最为明显,世纪尺度的均值突变时段分别为公元1100～1111年、1403～1449年及1615～1661年,表现为年降水量的减少,以及公元1321～1348年、1497～1557年、1728～1743年及1885～1891年,表现为年降水量的增加.200年以上时间尺度的方差突变主要表现为序列的低频变化幅度,从公元1220年前后至1580年前后持续增大,且以15世纪的方差突变最为明显.

甘肃河东年降水量的周期变化

利用甘肃河东建站最早的 9个代表站的年降水量资料 ,采用谐波分析和小波分析方法 ,计算了年降水量序列各种时间尺度的周期 ,以及 1 0a和 2 0a相空间时间序列的 2～1 0a周期试验。结果表明 :甘肃中部地区年降水量总体仍以准 3a周期最为显著 ;陇东表现为 9a周期 ;陇南无明显周期。相空间序列的周期试验显示 ,甘肃中部的准 3a周期主要反映在 50～ 70年代 ,近 2 0～ 30a则以 8～ 9a周期较为明显 ;陇东近 1 0a主要表现为准 2a振荡。进一步的分析表明 ,甘肃中部年降水量的准 3a周期振荡目前处于历史最低谷 ,但其存在 1 9a和 2 8a以上的两种长周期变化 ,可能在 2 0 0 5年左右恢复到显著水平。 9a周期表现出明显的2 3a的韵律 ,目前振幅虽然在起作用 ,但未来可能进入相对弱的时期。

长江流域年降水量的空间特征和演变规律分析

为获取长江流域年降水量的时空变化特征，对长江流域年降水量进行了空间分区和时间演变分析．根据长江流域146个气象站点1960—2005年的逐年降水量资料，采用经验正交函数和旋转经验正交函数对长江流域年降水量的空间变化特征进行分析，并计算了1960—2005年年降水量的线性演变规律，利用奇异谱分析方法来检测区域降水量发生突变的情况．结果表明，长江流域年降水量主要有3种空间分布型、8个降水变化敏感区域．8个敏感区域中，汉江流域、岷江-嘉陵江源区、乌江流域南部年降水量呈减少趋势，其中岷江-嘉陵江源区减少最为显著，年降水量每10年减少27．1mm；洞庭湖-鄱阳湖地区、鄱阳湖流域南部、太湖流域、金沙江流域中部、云南地区年降水量呈增加趋势，其中金沙江流域中部年降水量显著增加，年降水量每10年增加17．7mm．存在降水突变的地区有5个，下游的太湖流域发生最早，时间为1977年，上游云南地区最晚，为1998年．长江流域年降水量有比较明显的空间区域特征，各个区域年降水量的时间演变规律也不一致．

陕西年降水量变化特征及周期分析

以1959—2009年陕西省各气象站逐旬降水资料为基础，采用墨西哥帽小波函数，线性趋势分析以及Mann—Kendall检验法，对陕西省51a降水的时空分布特征及趋势进行分析，揭示了陕西省降水变化的多时间尺度的复杂结构，分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点，并确定了主要周期。结果表明：（1）陕西省年降水量年际变化大且时空分布极不均匀，降水量从北部向南部递增，呈南多北少特征，大致上为纬向分布。陕北、关中、陕南年降水量多年平均值依次为279mm、563mm、840mm。三大区域年均降水变化相对较为平稳，近51a来，研究区内年均降水总体呈北部和南部略微下降，中部微弱上升的变化格局，线性倾向率分别为一5．110mm／10a、一3．758mm／10a、1．908mm／10a；（2）陕西省年均降水量有3～7a，10～17a，17～30a周期，以中时间尺度10～178的少一多交替最为明显。在微观尺度上，陕北、关中、陕南地区的周期均表现得零乱且不显著。中观尺度，关中和陕南的降水周期比较显著，为10～17a，陕北的降水周期表现得不十分规律。宏观尺度，陕北的降水周期为23～30a，关中和陕南较为相似，为18—25a；（3）Mann—Kendall检验发现1993年是陕西省年均降水量增加的一个显著突变点，2009年以后陕西省将处于多雨期。

新疆年降水量的时空变化特征

根据新疆1961—2005年88个气象站点的年降水量资料,采用气候趋势系数、Kendall-τ检验、REOF/RPCA、Morlet小波分析以及交叉谱分析等方法,分析了新疆年降水量的变化趋势,并对年降水量场进行客观分区。新疆年降水量场可划分为6个子区域:北疆西部及北疆沿天山型、中天山及吐鲁番盆地型、南疆西部型、北疆北部及东天山型、塔里木盆地型、南疆东南部型。在此基础上,研究了新疆年降水量变化的区域特征和年代际、年际变化的多时间尺度的周期特征,并分析了各子气候区平均年降水量变化之间的相关关系。结果表明,新疆大部分区域最干旱时段在1960—1970年代。1980年代以来,除沙漠盆地外,新疆年降水不同程度地呈现出显著增加趋势。新疆各子气候区平均年降水量的年代际或年际周期变化并非均相同,而且具有显著的6年准耦合振荡。北疆西部沿天山与中天山在多个频域段上具有显著的耦合振荡,其次是与北疆北部及东天山也具有较好的耦合振荡,与南疆西部具有显著的5,6年的反位相耦合振荡,与塔里木盆地仅在6年周期中具有显著的反位相耦合关系。除6年的耦合振荡外,新疆年降水量自然气候分区的异常变化大多从北向南,从西向东依次出现。

新疆地区年降水量的空间插值方法研究

为提高新疆地区年降水量的空间插值效果,通过增设模拟气象站点、补充实测站点数据空间变异性信息,采用确定性函数和地统计学的综合插值方法进行新疆地区年降水量的空间插值与比较验证分析。结果表明:(1)利用地统计方法分析多年平均降水量的最佳抽样间距,确定气象站点影响区,建立降水量与经纬度、高程、坡度、坡向、NDVI间的多元回归方程,增设模拟气象站点,可以有效增加降水量空间变异信息,显著提高降水量空间插值效果。(2)通过对比发现,反距离加权法(IDW)、复二次径向基函数法(MRBF)和普通克里格法(OK)3种空间插值方法中,MRBF的插值效果最好,是该地区降水空间分布的最适插值方法。(3)在新疆地区采用逐步综合的方法,即以多元回归方法增设模拟气象站点和MRBF进行年降水量空间插值,全面考虑影响因子与空间变异性,去除了多元回归带来的"边界效应",弥补了实测降水量空间信息,得到了具有较高精度的年降水量数据集。

基于树轮重建的宁夏河东沙地西部公元1899年来年降水量的变化

在分析我国季风区西北缘宁夏河东沙地西部的油松（Pinus tabulaeformis）树木年轮宽度年表与气温降水相关关系基础上,建立了树轮宽度指数与年降水量的转换方程。交叉检验结果表明转换方程比较稳定,重建结果合理可靠。公元1899年来降水量重建结果表明：研究区在20世纪40年代以前,降水变化波动幅度较大,年际间干湿变化明显,20世纪40-80年代间降水波动幅度变小且频率增加,20世纪80年代以后降水变化波动幅度又趋于增大且频率减小;与昌灵山、贺兰山和祁连山东段降水变化对比分析发现河东沙地西部的降水量变化与周边地区气候演变存在一定的同步性;宁夏河东沙地西部20世纪10年代、20世纪20-30年代初期、20世纪末以及2004-2006年的相对干旱时期有利于该区沙漠化范围的扩大,对该区沙漠化治理不利,而20世纪初期、20世纪10年代末期、20世纪30-40年代、20世纪90年代的相对湿润时期在一定程度上减缓了暖干化趋势,有利于沙漠化范围的缩小。周期分析结果表明,宁夏河东沙地西部1899年来降水量变化存在2~4 a、5~7 a和10 a左右变化周期。

渤海与环渤海地区年降水量的统计分析

本文以渤海海域及环渤海地区分水岭内为研究区域,利用环渤海地区分水岭内92个气象站点自1971年至2000年30年的降水量资料,基于ARC/INFO地理信息系统支持下的泰森多边形法,对研究区域内的平均年降水量进行了统计分析。结论如下:环渤海地区分水岭以内区域的平均年降水量占整个环渤海地区2000年降水量的63.88%;渤海海域海水直接利用量占该海域平均年降水量的8.82%,其中辽东湾的海水利用量占该湾平均年降水量的3.09%,渤海湾为15.86%,莱州湾为17.38%;辽东湾2002年的海冰资源量占该湾平均年降水量的6.08%。在渤海海域水量平衡的关系研究中,本研究是初步的,基础的。划出分水岭内的研究区域进行平均年降水量的统计较对整个环渤海地区进行统计更具精确性。

1543—2001年北疆区域年降水量变化特征分析

采用新疆北部伊犁、乌鲁木齐河、昌吉、哈密和阿勒泰建立的树轮年表,重建了北疆地区1543-2001年年降水量序列.结果表明：重建序列具有明显的低频变化特征,其间,多雨期为1557-1591年,1620-1696年,1734-1757年,1784-1807年,1868-1906年,1935-1962年和1981-2001年;少雨期为1592-1619年,1697-1733年,1758-1783年,1808-1867年,1907-1934年和1963-1980年.该地区的年降水量存在40-70 a显著周期变化特征,同时200 a左右的周期变化特征也较为明显,且不同历史时期的周期变化特征存在明显差异.突变检验表明,均值突变尺度在50-100 a尺度上更为明显,公元1613-1643年,1731-1792年的突变表现为年降水量的增加,而公元1669-1712年的突变则表现为年降水量的减少;方差突变则以18世纪80年代最为明显.

1960-2009年中国年降水量的年际及年代际变化特征

利用1960—2009年中国台站降水量资料,揭示了全国、区域年降水量变化的多时间尺度的复杂结构和地区性差异,并根据年代际周期对未来降水量变化的贡献进行了预估。我国北方年降水量年际变化较强,年际变化对年降水量的贡献较大;南方年降水量年际变化相对较弱,年际变化对降水量的贡献较小,东北和西北地区年降水量的年代际变化较强,年代际变化明显,且同位相;其他地区年降水量年代际变化相对较弱。我国东北、西北、华南、青藏高原、西南地区年降水量的年代际变率对年降水量的贡献目前处于下降阶段,未来5～10年年代际变化的贡献可能继续呈下降趋势;长江中下游地区年降水量的年代际变率对年降水量的贡献目前处于上升阶段,未来5～10年年代际变化的贡献可能继续呈上升趋势。

基于EEMD的鄱阳湖流域年降水量周期预测

气候变化影响下的降水量周期变化对于认识鄱阳湖枯水具有重要意义。采用EEMD方法分别将实测和模拟年降水量分解成不同频率的成分,然后采用FFT求得各IMF分量周期,以便对比未来和基准期的周期变化。结果表明,鄱阳湖流域1961~2001年的实测年降水量序列整体存在2.5~3.5、6.5~8.0年的周期,较大尺度的周期表现不显著;ASD统计降尺度模型对序列的周期特性模拟能力良好。未来情况下,主周期相对基准期整体呈增大趋势,中小尺度周期仅有微小差别,较大尺度周期普遍增大,鄱阳湖流域年降水量过程波动剧烈程度降低。

邯郸地区年降水量统计特性

运用线性回归分析与Mann-Kendall趋势检验法对邯郸地区及各水资源分区的降雨资料进行分析,揭示了该地区及各水资源分区年降水量不断减少的变化趋势及显著性水平,并得出如下结论:各水资源分区年降水量变化规律不一致;随着海拔高度的降低,区域年降水量变化趋势越明显;低海拔区域年平均降水量减少是海河流域年径流量减少的重要原因。

1725年以来北京年降水量年代际变化分析及其与太平洋海表温度关系研究

为了探寻北京降水量序列的年代际变化规律，采用张德二恢复的北京1725—1904年逐年降水量序列研究成果，并将该序列延长至2012年。对北京1725--2012年逐年降水量序列进行突变检验和小波分析，发现其具有多个跃变点，且表现为20～22a、32—36a、80～90a时间尺度上的周期性。太平洋SST和PDO对北半球的大气环流有着重要影响，对华北地区的降雨也有重要作用，采用互补集合经验模态函数（CEEMD）的方法对1870--2012年的Nifi03区SST指数进行逐步分解，发现Nifi03指数表现为不同时间尺度上的周期性。为了研究太平洋SST和PDO对北京降雨量的年代际作用，使用交叉小波变换的方法从多时间尺度来对两者进行交叉分析，发现北京降雨量与Nifi03区SST在16—24a的时间尺度上有着强凝聚性共振周期，与PDO在16～24a及30～40a时间尺度上有着强凝聚．胜共振周期。

基于EEMD-LSTM模型的天山北坡经济带年降水量预测

降水量预测是现代气候预测业务的核心和难点。耦合模型在新疆降水量预测的研究应用屈指可数,因此,通过尝试建立集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)和长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory Network,LSTM)的耦合模型对天山北坡经济带降水量进行预测研究。将1965-2019年天山北坡经济带共55 a的年降水量数据进行EEMD分解,转换成4个平稳分量和趋势项,通过谱分析得出各个分量的准周期,为后续训练LSTM模型提供基础。根据EEMD分解后的各分量训练得出LSTM网络模型并利用该模型进行研究区降水量预测。结果表明:EEMD-LSTM耦合模型预测2010-2019年天山北坡经济带降水量的平均相对误差为13.38%,均方根误差为38.03 mm,认为EEMD-LSTM耦合模型对天山北坡经济带降水量预测精度较好。利用EEMD-LSTM耦合模型预测2020-2029年天山北坡经济带年降水量,其中有6 a降水偏多,4 a降水偏少,2025年可能为极端湿润年,降水偏多超过20%;而2021年为极端干旱年,降水量预计低于200 mm。本文探索了干旱区降水量预测的新方法,并为气象防灾减灾工作提供参考依据。

云南高原湖泊洱海流域年降水量时空分布特征研究

为更好地保护洱海生态环境、高效利用水资源和实现湖泊资源的可持续利用提供技术支撑,采用数理统计、趋势法和小波分析等方法,对洱海流域年降水量的地区分布和时空变化,以及年内、年际、多年变化趋势和丰枯变化情况进行分析。研究结果表明:洱海流域年降水量由南向北、由西向东递减,在流域西部和北部,降水量受地形影响较为明显,随高程升高而增大,垂直变化较为显著;全年降水量主要集中在5—10月,占全年降水量的84.9%~93.2%,说明该时段降水量较大程度地决定了年降水量,每年11月至次年4月降水量仅占全年降水量的6.8%~15.1%,最大月降水量出现在7月或8月,最小月降水量出现于12月;洱海流域年降水量年际变化相对较稳定,但呈逐年减少趋势;并存在丰→枯→丰等多个循环交替。

近40a中国不同量级降水对年降水量变化的影响性分析

采用1968—2007年全国595个气象台站的日降水资料,将降水量分为0.1～9.9 mm、10～24.9 mm、25～49.9 mm和≥50 mm共4个不同量级降水,通过趋势系数等统计诊断方法,分析了年雨日与年降水量相关性、年雨日与日平均降水强度的变化趋势、不同量级降水的日数和强度的变化趋势以及它们分别对年降水量变化的影响。结果表明:1)年雨日与年降水量的相关性降低,而日降水强度与年降水量的相关性却越来越强,这些变化在20世纪80年代尤为明显。2)中国除了新疆、西藏东部、青海和四川西部的年雨日呈现增加趋势外,其余大部分地区呈现减少趋势;日降水强度在华中、华东、华南、东北和西部的部分地区呈现增加趋势,其余大部分地区没有明显的变化趋势;年降水量在西北西部、西南西部、江淮流域、长江三角洲和东南沿海城市呈现增加趋势,而在西北东部、西南东部、华南西部、东北南部和华北呈现减少趋势。3)年降水量减少的区域,降水量的变化主要是由于降水日数减少引起的;年降水量增加的区域,降水量的变化与降水日数和强度都有一定的关系。