Multi-time Scale Analysis of the Precipitation Series in Chengde City in Recent 58 Years

[ Objective] The research aimed to analyze variation rule of the precipitation series in Chengde City in recent 58 years. [Method] Mexi- can hat wavelet was used to analyze multi-scale characteristics of the monthly precipitation data in Chengde from 1951 to 2008. We revealed multi- time-scale complex structure of the precipitation change in Chengde, analyzed change cycles and mutation points of the precipitation series under different time scales, and identified primary period in each series. [ Result]There were high/low value centers of the precipitation under interdec- adal scale （more than 10 years）. Under interannual scale （below 10 years）, oscillation was complex and variable, but 4-year scale had obvious high-frequency oscillation. Wavelet variance analysis verified existence of the 4-year precipitation cycle, and M - K test also confirmed conclusions of the wavelet analysis. [ Conclusion] We could judge from alternating wet and dry conditions that the wet year decreased significantly, and the cur- rent Drecioitation was still less than normal.

基于M-K法与SPI指数的泰安降水量分析

对泰安气象站1984—2016年的实测降水量资料采用线性趋势、累积距平法、M-K突变检验法、SPI指数进行研究分析,发现泰安多年平均降水量呈微小减少的趋势,平均降水量减少的速度约为10.9 mm/10 a。将M-K突变检验法和累积距平法相结合,得出1989、2002、2011年为研究区间的降水量突变年份。另外,分析不同时间尺度的SPI,得出1个月尺度的SPI的正负波动范围较大,随着时间尺度延长,SPI发生干旱的持续时间增长,旱涝变化趋于稳定。对降水量突变点的检验和不同时间尺度的SPI演变分析有助于更好地认识干旱现象,提高防旱抗旱意识,为泰安的降水量预测、水资源管理提供科学参考。

基于M-K检验方法的沈阳地区典型水文站近53年洪水要素演变分析

结合沈阳地区两个典型水文站近53年洪水要素,结合M-K检验方法对其站点洪水演变趋势进行分析,分析结果表明:东陵站洪峰呈现上升趋势外,其最大1日和最大3日洪量都呈现略递减变化趋势,大河泡站洪峰和洪量都呈现递减趋势,但趋势变化较弱;两个站点峰量关系均较好,相关系数在0.9以上,属于高度相关;东陵站洪峰突变年份在2000年,而洪量突变主要发生在80年代,大河泡站洪峰突变年费在1972年,而洪量突变主要发生2000年代,洪量和洪峰突变特征不同。

1985-2020年呼伦贝尔市冻土气候变化特征

利用1985-2021年呼伦贝尔市15个国家气象站各层地温、第一冻土层下限、最大冻土深度资料,研究呼伦贝尔市冻土气候演变特征,同时采用重标极差(R/S)和非周期循环分析,统计最大冻土深度等气象要素时间序列的Hurst指数、分维数和非周期循环的平均循环长度,分析最大冻土深度等气象要素变化趋势和记忆周期。研究表明:(1)0 cm地温、40 cm地温和80 cm地温都呈增加趋势,且0 cm地温增加趋势最显著,特别是0 cm地温最小值增大更加明显。(2)冻结持续日数呈缓慢减小趋势,其中中部偏北海拔超过600 m山区持续时间最长,西南部和东南部地区持续时间最短。(3)7月中旬冻土从北部地区开始,9月-10月下旬向西南和东南地区扩展,次年5月上旬-6月下旬自西南和东南地区向北部地区逐渐消失。(4)最大冻土深度呈现逐年减小趋势,突变年份出现在1988年,最大冻土深度在7-9月最浅,次年2-4月最深,10月-次年1月是最大冻土深度不断加深的过程,5-6月是最大冻土深度显著减小的时段,最大冻土深度最大值出现在西部偏南地区。(5)冻结持续日数和最大冻土深度未来减小趋势仍将持续,持续时间分别为10、8 a;0 cm地温、40 cm地温和80 cm地温未来增加趋势仍将持续,持续时间都为12 a。

基于Biome-BGC模型的小兴安岭森林碳通量时空分析

全球气候变化是当前人类生存和发展所面临的严峻挑战,森林生态系统在减缓温室效应和维持全球碳平衡中发挥着重要作用。本文以黑龙江省小兴安岭地区森林为研究对象,将通量观测和生态过程模型相结合,采用Biome-BGC模型估算森林碳通量,使用M-K方法和EOF方法进行了时空分析,并发现了2000—2015年小兴安岭森林碳通量的时空特征规律。研究结果表明:在时间上,具有明显的年际变化特征,且呈波动下降的总趋势;在空间上,具有同向分布模式和反向分布模式的空间分布特征。本研究成果将为我国制定应对全球变化的战略决策,以及生态文明建设和环境保护提供科学参考依据。

60多年来车尔臣河流域主要水文要素特征分析

开展河流主要水文要素变化特征分析,可为不同来水情景下水资源配置(农业需水量计算、山区水库调蓄计算、水利工程规划布局、水资源优化利用等)提供理论依据。以新疆车尔臣河为例,采用Mann-Kendall趋势检验、小波分析等方法对主要水文要素变化特征进行了分析。车尔臣河径流系列变差系数(Cv)为0.34,偏差系数(Cs)为1.14,径流年际变化相对稳定;1957—2021年间径流整体呈显著增加趋势,其中1957—2003年处于上升、下降的波动状态,在2003年后径流整体呈增加趋势,且在2008年发生突变;径流过程存在11 a和19 a的显著主周期,在主周期内还存在7 a和11 a的小周期;基于距平百分率法得到丰水年来水为6.630亿m^(3),平水年来水量为5.319亿m^(3),枯水年来水量为4.820亿m^(3);流域降水呈现显著上升趋势,气温呈先下降后上升波动,整体呈上升趋势。研究表明,1957—2021年,在车尔臣河流域,径流年际变化相对稳定,整体呈显著增加趋势,过程存在11 a和19 a的显著主周期,降水呈波动上升趋势,气温也呈增加趋势,在未来水资源配置规划时应重点关注以上特征。

三峡水库运行后汉口—九江河段水位变化特征及成因

大型水库的修建引起坝下游的水位调整,进而对河势、航运、防洪及生态等产生显著影响。为探究汉口—九江河段水位变化特征及成因,采用M-K分析法分析1988—2022年汉口、黄石港和九江站的水位变化趋势,并使用基于距平残差的水位变幅分析方法和一维水动力模型,分析河道冲淤、下游水位和阻力变化对不同特征流量下水位变化的影响。研究结果表明:①三峡成库前,除九江站枯水位呈显著性下降趋势,各级流量下的水位均没有显著性变化趋势。②三峡成库后,九江站的水位变化趋势与建库前相同;汉口站、黄石港站在12000 m^(3)/s和20000 m^(3)/s下的水位呈显著性下降趋势,12000 m^(3)/s时降幅分别为0.072、0.045 m/a,20000 m^(3)/s时降幅分别为0.048、0.027 m/a;水位变化的临界转换流量约为30000 m^(3)/s,在该流量附近水位未出现明显变化;当流量大于30000 m^(3)/s时,水位呈非显著性上升趋势,45000 m^(3)/s下的升幅分别为0.037、0.049 m/a。③临界转换流量以下水位下降的主导作用为河道冲刷,临界流量附近的水位未出现明显变化源于阻力增大作用接近抵消了河道冲刷的影响,临界转换流量以上的水位上升源于阻力增大作用更加明显,个别年份的洪水位上升显著源于下游水位顶托作用明显。

1981-2013年内蒙古地区风速的时空变化特征

利用内蒙古地区42个气象观测站1981-2013年共33年逐日地面常规风速资料,采用线性趋势、小波分析和M-K突变检验等统计方法,分析了该地区平均风速的时空变化特征.结果表明:内蒙古地区的平均风速呈西高东低的分布形势,逐月变化呈双峰型,春季风速最大,秋季次之,夏季和冬季风速最小;平均风速呈逐年减小的趋势,减小的速度为0.18m·s-1·(10a)-1,20世纪90年代下降最为明显,近年来下降趋势较缓;风速显著减小的地区主要分布在西部、中部,阴山一带以及东部地区风速呈弱上升趋势;四季变化趋势与年变化一致,其中夏季变化幅度最大,冬季最小.内蒙古地区平均风速在研究时段内存在着准4a、准6a的年际和准14a的年代际周期变化,突变检测表明平均风速在20世纪90年代出现了突变.

中国太阳辐射时空变化趋势研究

近年来受雾霾、PM2.5等环境污染影响,地表太阳辐射变化剧烈。分析研究太阳辐射时空变化规律对于太阳能资源利用的部署和规划有着重要意义。本文研究基于85个太阳辐射数据监测台站数据及太阳辐射估算模型,补全了1994个台站1970—2020年的太阳辐射数据,在此基础上利用创新趋势及M-K突变检测分析了各台站的长期变化趋势及突变情况,得到了中国年、季节总太阳辐射时间变化的空间分布。结果显示:在1970—2020年间,我国的年总太阳辐射整体呈减小趋势,平均变化为-4.26 MJ/(m~2·a);西藏西部、甘肃西部及陕西中部呈现增大变化趋势,平均变化约30~105 MJ/(m~2·a);在山西、河南、山东的部分地区,减小趋势最快,约为-100~-45 MJ/(m~2·a);春季总太阳辐射呈增大趋势,平均变化为0.89 MJ/m~2,夏季总太阳辐射减小趋势最明显,平均变化为-2.40 MJ/m~2。

近41年南水北调中线工程安阳河以北段冬季气温变化特征

为进一步深化对南水北调中线工程安阳河以北段冬季气温变化规律的认识,选取沿线10个国家气象站1981—2021年的冬季日平均气温数据,借助气候倾向率法、累积距平法、Mann-Kendall突变检验法和Morlet小波分析等方法,对南水北调中线工程安阳河以北段近41 a来的冬季气温变化特征进行了系统分析。结果表明:①在1981—2021年间,南水北调中线工程安阳河以北段各站冬季平均气温整体上表现为由南向北逐步降低的趋势,同时时间序列具有明显的同步相关性和冷暖同步特征,尤其是邻近站点之间,相关系数甚至超过0.9;②在近41 a间,各站点冬季季度及月度平均气温在波动中呈现明显的升温趋势,总体上可将1980年代中后期、2000年代初期和2010年代中前期作为沿线区域冬季平均气温突变的节点;③在研究时域内,南水北调中线工程安阳河以北段多数站点以40 a为第一主周期,冬季平均气温先后经历了低→高→低→高的循环交替,而且在未来一段时间内仍将继续偏高,为冬季实施冰期动态调度提供了有利条件。研究成果可为南水北调中线工程优化冰期输水调度、提升冬季渠道过流能力和防范各类冰冻灾害发生提供科学依据。

基于突变分析的周期——ARMA模型年降水量模拟

使用M-K法检验珠江流域云南片1956—2012年年降水量系列,发现该系列在2003年出现变少突变信号,以突变点为分界点,去除突变因素,重新构建年降水量系列。分别构建原系列及考虑突变因素新系列周期—ARMA线性组合模型并模拟计算,结果表明,考虑突变因素后,系列周期将发生一定变化,但有利于提高模型模拟精度。

青海湖裸鲤资源及水文要素变化规律研究

为探究青海湖生态环境变化,本文基于青海湖裸鲤资源量及水文要素数据(降水、水位及水温),采用趋势分析、M-K突变分析及小波分析研究青海湖裸鲤资源及水文要素的演变规律。结果表明:(1)青海湖裸鲤资源年增量与年降水量、水位、水温均呈显著上升趋势,青海湖裸鲤资源年增量与水位、水温的距平值均为先负后正,青海湖裸鲤资源年增量与年降水量、水位、水温的累积距平值均呈先下降后上升趋势。(2)青海湖裸鲤资源年增量与年降水量均于2005年发生突变。(3)青海湖裸鲤年增量与年降水量、水温共同存在8 a平均变化周期。(4)青海湖裸鲤资源年增量受水温影响较大,与水温之间呈显著正相关。

1991—2020年珠三角地区降水时空变化特征研究

利用珠三角地区11个气象站点1991—2020年降水资料,采用M-K突变检验和小波分析等研究方法,探究珠三角地区降水时空变化特征。结果表明,在时间上,珠三角地区年际和四季均存在多个降水量突变点,年降水量的突变点在2011年,且各降水量发生突变的年份不一,利用小波分析得出年际降水量变换的主周期为6和11 a,四季均存在相应的周期变化且周期特征存在区别;在空间上,降水量分布呈现不均匀的变化,整体趋势为由南向北逐渐减少,并且通过EOF分析对空间分布进行验证,最后利用R/S分析法可知研究区年际在未来的降水量可能出现减少趋势。

1951-2018年华南前汛期暴雨特征分析——以韶关市为例

研究长时间尺度的华南前汛期暴雨特征,为该区暴雨的预测预防提供参考。利用韶关市1951—2018年逐日降水资料,采用M-K检验法、morlet小波分析法和皮尔逊三型频率曲线,研究了韶关市前汛期(4—6月)不同等级暴雨变化的趋势、突变点和周期变化规律及重现期。结果表明:(1)韶关市68年间前汛期暴雨对前汛期降水贡献大,平均贡献率为27%,前汛期降水量呈明显的增加趋势;(2)暴雨等级的雨量突变年份在1953年、1957年、2006年、2015年,而大暴雨等级雨量的UF曲线大于U0.01临界值,大暴雨等级的雨量在1951年,1952年的上升及在1960年、1961年、1963—2018年的下降趋势均十分显著;(3) 68 a来韶关市的前汛期不同等级暴雨日数呈现多重震荡周期性规律,暴雨日数的主要震荡周期是6 a, 8 a, 15 a, 22 a,大暴雨日数的主要震荡周期是4 a, 8 a, 15 a, 27 a;(4)暴雨频次较多的属于小概率事件、频次较少的发生概率较大。研究为韶关市抗洪防灾、水土保持等工作提供参考。

1956-2016年沣河径流量变化特征分析

以沣河流域内秦渡镇水文站1956-2016年实测径流数据为基础,分析年内变化特征;用M-K方法对沣河年际、丰水期、枯水期3个时期的径流量进行了突变分析,再用滑动t检验突变点的可信度。结果表明:沣河年径流量在1956-2016年中整体呈减少趋势,减少率为175.71×10^(4) m ^(3)/a;径流年内分配在20世纪70、80年代较为集中,主要在7-9月,全年占比达43.87%,2006年以后年内分配较为均匀;沣河年径流量在1982年发生突变;丰水期在1977和1985年各发生1次突变,其中1977年的丰水期径流量全年占比从15.2%增加至64.4%;枯水期在2001年发生1次突变。研究结果可以为沣东、沣西新城的防洪和海绵城市建设以及陕西省斗门水库的正常运行提供参考。

1970-2019年内蒙古大兴安岭林区降雪特征分析

基于1970—2019年内蒙古大兴安岭林区11个气象站逐日降水量和温度资料,提取降雪数据,采用趋势分析法、距平法、M-K突变法、滑动t检验法等,分析了大兴安岭林区降雪的时空变化特征。结果表明:大兴安岭林区总降雪量和各等级降雪量均呈增加趋势,其中小雪和暴雪的降雪量增加趋势较小;小雪和中雪量在21世纪00年代达到最大值,大雪和暴雪量在21世纪10年代达到最大值;各等级降雪量对总降水量的贡献率为小雪>中雪>大雪>暴雪;各等级降雪量年内月变化均呈M型分布,总降雪量高峰出现在11月;总降雪量在1995年有显著突变,小雪、中雪、大雪、暴雪降雪量无显著突变年份。空间上总降雪量和各等级降雪量(除暴雪外)大体呈北多南少、西多东少的变化趋势。大兴安岭林区降雪初始日呈延后趋势,终止日呈提前趋势,雪季长度呈每10 a缩短2.3 d的趋势。

1960-2017年黄河流域寒潮时空变化规律

利用黄河流域76个气象站点1960—2017年日最低气温数据,采用线性回归和曼-肯德尔(Mann-Kendall,M-K)突变分析等方法,定量研究该流域寒潮的时空演变规律。结果显示:过去58年,寒潮发生频次总体呈下降趋势,寒潮、强寒潮和特强寒潮每10 a减少速率分别为-0.32、-0.42、-2.16次。同时寒潮频次时空差异特征显著,寒潮高频区集中在黄河流域东北部和西南地区,呈“双峰”结构特征。

四川省1960-2017年旱涝时空变化特征分析

为了研究四川省的旱涝灾害,基于Z指数,利用41个气象站1960-2017年日降水量数据和线性趋势分析、Mann-Kendall突变检验、空间插值等方法,对四川省年际及四季旱涝的时空变化特征进行分析,主要得出以下结论:四川省近58年有3个特旱年和2个特涝年,夏季是四季中发生旱涝频率最高的季节;四川省整体向偏干旱的方向发展,秋季的干旱化趋势最为明显;四川中部和东北部为雨涝高发区,夏季是最易发生雨涝的季节,频次最高,四川东部和南部发生干旱的频率明显高于西部和北部。研究结果表明Z指数能大致反映出四川旱涝年际的时空分布和变化情况,但在分季节讨论时,存在有部分区域旱涝等级偏高或偏低的差异。

安庆地区1958-2013年降水变化趋势及突变分析

利用安庆地区1958-2013年共计56年降水资料,采用4种检验法进行变化趋势及突变特性分析。结果表明,安庆地区56年降水量整体呈现上升趋势,夏、秋、冬季及年均降水均发生突变,突变年份各不相同。

广东省近60年降水量时空变化趋势及突变分析

基于Mann-Kendall检验法、线性回归法、滑动t检验法,对广东省32个气象站1960—2019年的逐日降水观测资料进行分析。结果表明:除珠三角地区的广州与增城年降水量呈现显著增加趋势外,广东省其他地区的年降水量在总体上呈现不显著增加趋势;多年平均降水量在空间上的变化特征以珠三角及邻近地区为降水量高值中心,向四周区域递减;在年降水量突变分析中发现有8个气象站点在不同年份存在不同个数的突变点,按地区来看,仅有珠三角地区的年降水量在1972年发生增多突变。该研究结果可为应对气候变化的广东省水资源管理及防洪策略提供参考。