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。

黄河水沙监测数据分析模型

为研究黄河小浪底水库下游某水文站水沙通量的变化规律和“调水调沙”效果,以2016-2022年水位、水流量与含沙量的实际监测数据为依据,估算出年均径流量325亿立方米,年均排沙量2亿吨.分别使用双对数回归分析、M-K检验、小波分析、R/S分析对水沙通量的敏感性、突变性、周期性、趋势性进行了分析,得出结论:水位每增加1%,含沙量就增加37.63%,含沙量关于水位非常敏感;水沙通量均在2018年3月发生了突变;水沙通量均以18月为主周期振荡;水通量、沙通量在未来2年分别是增长趋势和下降趋势.使用傅里叶级数叠加线性函数预测未来2年的水沙通量,并建立了0-1规划模型对今后2年的监测方案进行了优化.通过比较“调水调沙”前后水沙通量、河底高程的变化,证明了“调水调沙”效果非常显著.

1966—2018年岷江流域极端气温事件时空变化特征

在全球变暖背景下,极端气候事件问题逐渐显著,岷江流域作为川滇生态屏障区的重要组成部分,受气候变化的影响较大,研究该流域极端气候事件时空变化规律,能为未来气象灾害防治等提供科学依据。基于1966—2018年岷江流域62个气象站点的气温资料,选用“气候变化检测和指标”专家组所确定的16个极端气温指数,采用一元回归方程、Sen斜率、反距离权重空间插值法和Mann-Kendall检验法分析极端气温指数的时空变化规律。结果显示:岷江流域极端气温事件存在明显的时间变化特征,并且变化趋势在空间分布上存在一定的差异性。结果表明:(1)岷江流域极端高温事件显著增加,极端低温事件显著减少;极端气温指数的突变年份主要集中在1990—2000年左右,其中极端低温指数均在突变后呈现显著下降趋势,极端高温指数、极值指数、其他指数中除了日较差指数,均在突变后呈显著上升趋势;(2)极端低温指数在流域内大部分地区呈下降趋势,平均年变化率为-0.98 d·(10a)^(-1);极端高温指数、极值指数和作物生长期指数大部分地区呈上升趋势,其中极端高温指数上升趋势在流域内呈西低东高的分布,作物生长期指数在流域内呈北高南低的分布;日较差指数在流域上游地区呈下降趋势,中下游地区呈上升趋势。

近60年淮河流域极端降水和极端温度时空变化特征

基于1962—2019年间淮河流域149个站的气象数据,选择10个典型极端降水指标,12个极端温度指标,运用M-K趋势检验、相关性检验等方法,研究淮河流域降水和温度时空变化特征。结果表明:1)极端降水空间分布由东南向西北逐渐减小;时间序列上,多数极端降水指标呈微弱下降趋势,仅RX1day、CWD、R95P和R99P呈微弱上升趋势。2)极端温度空间分布上,多数极值指标自北向南逐渐升高,仅TXx自西向东逐渐降低;极端暖指标中SU25自西向东逐渐降低,TR20自北向南逐渐升高,其余指标分布规律不明显;极端冷指标中仅FD0、ID0自南向北逐渐升高;时间序列上,极值指标和极端暖指标呈上升趋势,极端冷指标呈下降趋势;极端冷指标下降的幅度高于极端暖指标增加的幅度,二者演变趋势对气候整体变暖的影响表现为同向一致性。3)极端降水指标与大部分极值指标、极端暖指标呈正相关;与大部分极端冷指标呈负相关。

五道沟地区近50年浅层地温(0~40 cm)变化规律分析及预测模型构建

浅层地温对作物种子发芽和生长具有重要作用。本文利用五道沟实验站近50年浅层地温(0~40 cm)实测资料,采用Mann-Kendall检验、斯皮尔曼相关性分析、气候要素变化趋势分析和其他气候要素筛选,分析研究区近50年浅层地温年、季尺度演变规律,提出浅层地温与气温、降水量、风速、日照时数和水汽压力差多气象要素的相关性,并构建了多元回归预测模型。结果表明,(1)年际变化上,研究区域各层地温均呈现上升趋势,各层地温的变化趋势基本一致。各季浅层地温变化趋势不尽相同,冬季地温趋势率最大,春季、夏季和秋季浅层地温升温趋势在较小范围内波动。(2)在Mann-Kendall突变检验中,0、10、15、20和40 cm浅层地温分别在2012、2018、2015、2017和2017年发生突变,在这些年份发生突变后地温有明显上升趋势。(3)冬季浅层地温与气温呈极强正相关关系(R2>0.8),不同季节下研究区风速、日照时数和水汽压力差与浅层地温存在一定的线性相关性。(4)建立了不同季节浅层地温与各气候因子预测模型,并且用该模型对2022年月平均地温进行拟合检验,该模型精度较高,可用于研究区地温预测。

京津冀地区近50 a降水时空变化分析

为了明确京津冀地区近年来降水时空变化特征,使用线性回归、空间插值以及M-K显著性检验、相关性分析、小波分析等方法,结合地区DEM数据,对近50 a降水逐日、逐月数据进行处理分析。结果显示,京津冀地区年降水量呈不显著增加趋势,且存在平均周期约20 a的周期性变化;年降水的不稳定性在增强,除春季外,其余季节降水的不稳定性均在增强;夏季降水与年降水具有最强的相关性;年降水量呈现自东南沿海向西北内陆递减规律,春季、秋季、冬季降水呈现两侧多、中间少的特征,夏季降水与年降水分布特征一致;绝大部分地区年降水量呈增加趋势,增幅的空间分布与年降水量的空间分布趋势相反,夏季降水与年降水在空间上仍然具有最高的一致性。

基于WQI的河网水系水质评价及时空特性分析

为全面了解上海市主要河网水质的变化情况,基于2015~2020年主要河流上19个水质监测断面逐月水质监测数据,采用综合水质标识指数(WQI)进行水质评价,基于M-K趋势检验法分析研究区域水质的年代际和年内变化特征,通过比较南北部河流以及上、中、下游的水质变化,分析该地区主要河网水系水质的空间变化及时空差异特性。结果表明,上海市主要河网水系水质整体WQI均值为62.32,水质评价等级为中等;水质WQI值有显著上升趋势;南部河流水质优于北部河流,WQI值从上游向下游依次减小,水质沿程有所变差,但干流水质总体优于支流。研究结果可为类似河网水系的水质评价及水环境保护与管理提供参考。

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。

阳泉市玉米生育期气象要素变化特征及相关性分析

为研究阳泉市玉米生育期气象要素变化趋势及对玉米产量的影响,采用M-K突变检验、Spearman相关性检验等方法,对2002—2021年阳泉市4—9月6个气象要素的日数据、逐年玉米产量数据进行分析,探讨玉米气象产量与气象要素之间的相关性及作用程度。分析发现,玉米生育期内平均气温、日最高最低气温均呈上升趋势,2018年后平均气温和最低气温增温显著;相对湿度、光照时数呈下降趋势,降水量呈上升趋势,变化趋势均不显著。2002—2021年阳泉市玉米实际产量总体呈现出波动上升的变化趋势,趋势产量表现为先快速增加再缓慢减少,气象产量总体呈缓慢增长趋势,但年际间差异明显。平均相对湿度和最高气温对气象产量影响最大,达到极显著相关水平;其次为降水量和平均气温,为显著性相关;最低气温和日照时数与气象产量相关性不显著。研究结果可为优化本地农业资源结构、促进地区农业可持续发展提供理论支撑。

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M-K检验法的青海高原降水特征分析

利用青海省49个气象站1961-2018年降水资料,将青海省分为3个区域,采用单变量和多变量Mann-Kendall(M-K)检验法,分析了青海省降水时空变化特征。结果表明:1961-2018年,青海省年平均降水量总体呈上升趋势;年平均降水量、年平均降水日数、年最大降水量的空间分布基本保持一致,呈由东南向西北递减趋势,三者最高在黄河源地区、祁连山东段、青海省东部地区和三江源东部地区,其次为三江源中西部地区,最低值在柴达木盆地。青海省降水量总体呈上升趋势主要是由Ⅰ区(柴达木盆地和祁连山区)和Ⅲ区(三江源地区)降水量显著上升引起的,而Ⅱ区(青海省东部地区)降水量变化不显著。在整体趋势分析方面,单变量检验只能分析单个变量的变化趋势,多变量检验能综合分析联合变量的变化趋势,单变量和多变量M-K趋势分析方法结合应用,能同时考虑整体序列中的每个成分的趋势变化,从而得出更加可靠和准确的结论,分析结果对进一步了解青海高原降水特征,合理开发和利用降水资源具有重要的参考价值。

修文县1963-2020年日照时数变化特征

基于1963-2020年贵州省修文县日照时数数据,利用线性趋势分析法、Mann-Kendall趋势分析等方法,分析了修文县日照时数的变化特征。结果表明:年均日照时数为1257.5 h,年日照时数呈波动下降趋势,其气候倾向率为-46 h/10 a;春、夏、秋、冬四季的日照时数均呈减少趋势,与年日照时数变化趋势一致;4-9月份期间,日照时数相对较多;且年日照时数在2007年前后发生了突变,9月份日照时数于2017-2019年发生了由多到少的突变,春季、夏季、秋季和冬季日照时数均发生由多到少的突变。

安徽省淮北市多年降雨变化及浅层地下水位响应研究

为揭示地下水位对降雨、地下水开采及土地利用变化等因素的响应规律,采用小波分析、M-K趋势检验、滑动平均等方法对安徽省淮北市1956-2020年降雨量及地下水自动监测数据进行对比分析。结果表明:淮北市年降雨量呈现多时空尺度变化特征,具有明显的周期性,以36 a和6 a最为显著,降雨量自1956年以来整体下降是地下水位总体降低的主要原因;地下水位变化可分为水位变化主要受降雨量控制,开采井分布造成了水位变化的空间差异,降雨量引起水位上升、地下水开采引起水位下降、土地利用变化等影响因素在叠加或消减中共同影响了地下水水位变化导致城区水位下降,降雨量、土地利用变化决定地下水的动态变化降雨量占主导作用等四个阶段。研究成果可为淮北市水资源管理提供参考。

1999-2019年西南喀斯特地区NDVI时空变化及其气候驱动

[目的]西南喀斯特地区生态环境脆弱,对其植被覆盖变化及气候驱动机制进行研究具有重要意义。[方法]基于1999-2019年SPOT NDVI数据和同期209个气象站点的气温和降水数据,采用Theil-Sen+Mann-Kendall趋势分析法、偏相关分析和复相关分析法,探讨西南喀斯特地区NDVI时空变化及其气候驱动。[结果]1999-2019年西南喀斯特地区NDVI呈显著上升趋势,整体植被覆盖较好;NDVI变化主要以极显著上升趋势为主,仅5.73%的地区呈退化趋势。NDVI与气温和降水整体上均呈正偏相关关系,气温对NDVI的影响强于降水,且存在空间差异性。NDVI与气温和降水的复相关显著性通过0.05,0.01水平的面积分别占15.12%,5.68%;NDVI主要受气温驱动,占研究区面积的13.90%,其他气候因子驱动类型占比均未超过3%。[结论]揭示了西南喀斯特地区植被覆盖的时空变化特征,明确了气候因子对植被覆盖变化的驱动机制。

大清河流域径流变化趋势分析

采用1956-2016年长系列径流资料,选取大清河流域北支水系、南支水系及大清河下游的水文站、典型断面为研究对象,进行Mann-Kendall趋势检验,分析大清河年径流量的变化趋势。结果显示,白洋淀流域近54年的年降雨M-K统计值为-1.492,呈弱减少趋势。对规划实施前后各水文站年均径流量变化分析结果,海河流域综合规划(1993年)的实施对大清河中下游断面年径流量影响较大。

基于LOADEST模型和M K检验的淮河入洪泽湖氮磷污染通量分析

基于2015-2020年淮河入洪泽湖断面的水文水质数据,利用LOADEST模型建立污染物通量与河流流量之间的统计回归模型,并估算淮河入洪泽湖总氮(TN)、总磷(TP)污染物通量。结果表明,2005-2020年间淮河TN、TP年平均输移通量分别为(4730.14±1893.32)t、(257.56±108.53)t;受流量变幅影响,TN、TP输移通量与河流流量均呈极显著性相关关系(p<0.01)。采用M K检验分析发现,研究期间淮河TN和TP的输移通量总体上呈下降趋势,2018年12月后受入湖水量与氮磷浓度双重影响氮磷输移通量下降趋势更为明显。

中国沿海地区热带气旋变化特征分析

为探讨中国沿海地区登陆台风的影响,基于1949~2020年间的台风数据和社会经济数据,采用M-K趋势分析、R/S分析、风雨分析和灾情量化等研究方法,全面分析登陆中国台风的时空变化、风雨特征及灾情状况。结果表明,中国台风登陆数量呈减少态势,维持时间呈延长趋势,强度方面呈弱减少、强增多的变化,登陆地点存在向东和向北偏移的状态;登陆台风的风速和降水均呈上升趋势,从最大值角度考虑,风速和降水均呈显著的增加趋势;台风影响已逐渐演变成从第二产业转移到第一、第三产业的灾害格局。研究结果将为减少台风灾害的经济损失提供数据支撑和科学依据。

基于改进变异系数法的河南省水资源承载力评价

为了解河南省水资源承载能力,促进其水资源开发利用与社会经济之间协调发展,结合河南省实际状况,选取社会、经济、水资源、生态环境4个子系统18个指标构建评价指标体系,基于河南省2005—2020年水资源相关数据,运用区间层次分析法(IAHP)与改进变异系数法(ICVM)组合赋权,并利用综合指数评价模型分析河南省水资源承载能力。结果表明:2005—2020年河南省水资源承载力虽有波动,但总体趋于稳定,水资源承载力综合得分平均值为0.416,承载力等级为“中等”。由M-K趋势检验可知,河南省水资源承载能力呈上升趋势,预测未来几年水资源承载力等级继续保持“中等”且有可能达到“较高”等级。由障碍度分析可知,废污水排放量、人均用水量、地下水供水量占比、氨氮排放量、化学需氧量排放量、水资源总量、人口自然增长率与人均GDP为河南省水资源承载力主要障碍因子,可通过加强水资源保护、合理优化配置水资源提高水资源承载力。

1951—2020年疏勒河流域气温时空变化特征

基于疏勒河流域敦煌站、瓜州站和玉门站1951—2020年气温实测数据,采用线性倾向、累计距平、MannKendall检验等方法,分析各站气温时空变化特征。结果表明:(1)疏勒河流域各站平均气温均呈显著上升趋势,倾向率排序表现为:敦煌站(0.244℃·(10a)^(-1),P<0.05)>瓜州站(0.209℃·(10a)^(-1),P<0.05)>玉门站(0.195℃·(10a)^(-1),P<0.05)。(2)敦煌站、玉门站四季平均气温呈显著上升趋势;瓜州站春季、秋季、冬季平均气温呈显著上升趋势,夏季平均气温呈不显著上升趋势。(3)疏勒河流域各站平均气温突变年份分别为1998年、1997年和1995年;第一主周期分别为58 a、30 a、13 a。(4)疏勒河流域全年及四季平均气温从东向西逐渐升高,不均匀系数和集中度均呈下降趋势。

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。