2020年天津市不同功能区空气负氧离子浓度时空分布及其与气象条件的关系

选用天津市2020年逐小时空气负氧离子和气象观测资料,对森林、湿地、城区3种典型功能区不同季节、不同天气的空气负氧离子浓度变化规律及其与气象要素的关系进行分析。结果表明:空气负氧离子浓度为森林>湿地>城区,夏季>春季>秋季>冬季,雨天最高,雪天最低,森林晴天负氧离子浓度略高于雾天,湿地和城区晴天略低于雾天。空气负氧离子浓度日变化呈双峰型,日变化幅度森林>湿地>城区,夏季>春季>秋季>冬季。空气负氧离子浓度总体与气温、相对湿度、水汽压、过去24 h降水量呈正相关,与气压呈负相关,与能见度相关关系不一致,与风速相关关系不显著。不同季节、不同天气条件的空气负氧离子浓度与气象要素的相关关系存在差异。城区空气负氧离子浓度受人类活动干扰较大,变化规律较森林和湿地更加复杂,与气象要素的相关关系总体较差。

基于气象因子对水位、流量的研究

为研究2020年、2022年高温干旱极端气候条件下,永嘉楠溪江夏、秋两季出现的严重水文干旱现象,利用2001—2020年NECP再分析资料(分辨率2.5°×2.5°)整理分析副热带高压近20 a变化情况;分析(2000—2022年)西太平洋夏季副热带高压形态参数同平均水位的相关性;整理统计分析永嘉石柱水文站水位、流量资料(2000—2022年)及永嘉气象站的气象历史资料(2000—2022年);利用逐步回归分析,发现气候拐点月份(5月、8月)的部分气象要素气候统计值和副热带高压参数对夏、秋两季石柱水文站平均水位预测具有指示意义,可建立回归模型应用与季节平均水位的预测。水位预测模型对今后温州北部地区水资源合理利用与管理提供一定的决策依据。

基于Copula函数的湘江流域气象干旱向水文干旱传播特性

水文干旱的发生往往与气象干旱的发生密切相关,因此揭示两者间的响应关系对干旱预警及水资源管理具有极其重要意义。该研究以湘江流域为研究对象,采用标准化降水指数(standard precipitation index,SPI)和标准化径流指数(standard runoff index,SRI)分别表征气象干旱和水文干旱,采用皮尔逊相关系数确定干旱响应时间,并结合游程理论识别、融合和剔除干旱事件,分析湘江流域上、中、下游不同季节干旱的趋势性及周期性,最后建立基于Copula函数耦合贝叶斯网络模型的气象-水文干旱特征响应概率曲线。结果表明:湘江流域气象干旱到水文干旱的传播时间为2个月,阈值组合[0.5、0、-0.5]相较于组合[0、-0.3、-0.5]识别得到的干旱事件更优;下游发生水文干旱的情况最为严重,中游气象干旱最为严重,整体上水文干旱发生历时和烈度的最大值均大于气象干旱;流域整体有湿润化趋势,但是在夏季和秋季,存在干旱化的趋势;干湿变化存在几个较为明显的震荡周期,分别为3~5、6~10和18~21 a;对于联合分布函数,除了上游和下游气象-水文干旱烈度的最优联合分布为Gumbel Copula函数,其余干旱特征变量的最优联合分布均为Frank Copula函数;水文干旱历时、烈度的响应概率随气象干旱特征变量的增加而增加,但当气象干旱历时超出特定阈值时,水文干旱历时对其响应概率将趋于稳定,即当气象干旱历时超过特定阈值后,将不会进一步延长水文干旱的发生时长。该研究对深入了解湘江流域的干旱机理以及指导该地区防旱抗旱工作均具有重大意义。

汉江上游气象-水文干旱特征变量响应概率研究

为揭示汉江上游气象水文干旱特征变量响应关系,分别选用标准化降水指数、标准化径流指数表征气象干旱和水文干旱,采用线性、非线性函数模型构建气象水文干旱特征变量响应模型,进而构建了基于Copula函数耦合贝叶斯网络概率模型的气象水文干旱特征变量响应概率曲线。结果表明:气象水文干旱历时和烈度的最优响应模型分别为线性函数模型和基于Gumbel Copula函数的非线性模型;干旱历时和烈度的最优联合分布函数分别为Frank Copula函数和Gumbel Copula函数;水文干旱历时、烈度的响应概率随对应的气象干旱特征变量的增加而增加,水文干旱历时响应概率变化速率逐渐减小,最后趋于平缓,水文干旱烈度响应概率变化速率较小。

1980-2019年小清河感潮河段汛期水文气象要素演变特征

针对小清河感潮河段极端水文事件频发问题,以小清河感潮河段为研究对象,根据石村水文站和羊角沟潮位站1980—2019年汛期平均气温、降水及平均水位、潮位数据,采用滑动平均法进行趋势分析,运用Mann-Kendall法、累积距平法及有序聚类法进行突变分析,分别通过线性回归分析和小波分析对水文要素突变前、后与气象要素的相关性和周期性进行分析,探究水文、气象要素之间的内在联系。结果表明:小清河感潮河段汛期水文、气象要素呈不同程度的上升趋势,各水文气象要素均有显著突变点,汛期降水、平均水位及平均低潮位变化有显著周期性,而汛期平均气温和平均高潮位周期波动不明显;除突变前石村水文站汛期平均气温与平均水位的相关性较弱外,其余气象要素与水文要素在突变前、后均具有一定相关性;小清河感潮河段汛期气象要素与汛期平均水位和平均半潮面存在不同时间尺度的共振周期。

基于新型综合干旱指数的汾河上游干旱特征分析

汾河流域旱灾具有灾情重、影响范围广的特点,对当地社会经济的发展有很大的阻滞作用,因此准确评估流域内干旱状况具有重要意义。基于SPI、SPEI、SRI三种干旱指数,用泰森多边形进行数据分组,通过Caussian Copula函数构建新型综合干旱指数CI,用M-K趋势检验法对CI年序列进行趋势检验,并由游程理论提取干旱特征。研究发现,CI可以很好地对水文干旱和气象干旱同时做出响应。年尺度CI序列的M-K趋势序列数为-3.78,汾河上游有向干旱发展的趋势。1970年发生的干旱强度最小,为0.06;2013~2016年4年连旱,干旱强度最大为2.66。

秦岭丹江上游流域水源涵养功能时空变化特征及其影响因素

良好的水源涵养功能可以调节区域水文循环和保障区域生态安全,与人类生产生活密切相关,如何精准评估水源涵养功能已成为当下生态水文学的研究热点。基于分布式水文土壤植被模型(DHSVM)和水量平衡法,分析秦岭丹江上游流域2010—2020年水源涵养量的时空变化规律,并探明气候变化和土地利用变化对流域水源涵养功能的影响。结果表明:(1)丹江上游流域年水源涵养量平均值为61.60 mm,月水源涵养量平均值为4.3 mm,有年际和年内变化大的特征。(2)水文要素中,降水量、蒸散发量和径流量11年都呈增长趋势,水源涵养量为减少趋势。流域内水源涵养量的空间分布规律为由东南部向西北方向递减。(3)不同时间尺度下影响水源涵养量的主要气象因子不同。在年际尺度下,影响水源涵养量的主要气象驱动因子为降水,表现为促进作用;年内尺度下影响水源涵养量的主要气象因子为降水和气温,分别表现为促进作用和抑制作用。(4)丹江上游流域主要土地利用类型水源涵养量由高到低依次为:草地、林地、耕地。在土地利用类型变化后,草地面积增加,林地和耕地面积减少,流域水源涵养功能提高。本研究可为当地水资源管理和制定生态保护决策提供科学依据。

雅砻江流域降水时空特征及径流响应分析

在气候变化和人类活动的双重影响下,全球极端气候频发,流域降水发生了深刻变化,因此有必要深入挖掘降水径流的内在特性及变化规律,增强人类在变化环境下对流域水文气象要素演变规律的认识。通过引入Mann-Kendall非参数检验法、R/S分析法、滑动t检验和Morlet小波变换,解析了雅砻江流域气象站点近50 a来降水的年际趋势、突变识别和周期特征,同时以相关系数衡量了径流对降水的响应程度。结果表明:流域降水Hurst指数均大于0.5,其中清水河、石渠和中甸站趋势性较为显著;同时受变化环境的持续影响,流域降水在时域和频域均存在多尺度显著性周期,降水在1.0~2.5 a的小周期和4~6 a的大周期间不断振荡;且得到了流域径流对降水的强响应气象站点,其中除中甸站外,其余站点的趋势性并不显著。研究成果可为非线性径流预报模型驱动因子筛选提供科学依据。

田林老山常绿落叶阔叶混交林气候及水文效应的研究

运用对比研究方法,于1982～1990年,对田林老山常绿落叶阔叶混交林及草坡地的主要气象和水文要素进行了定位观测研究,并对所得的数据进行了统计回归分析。结果表明,常绿落叶阔叶混交林在减缓气温和地温振幅,提高空气湿度,减少物理蒸发等方面具有极显著的气候生态效应;对大气降雨量具有截留、再分配,消减地表径流,防止土壤冲刷,水源涵养等良好的水文效应。研究结果说明,常绿落叶阔叶混交林在维护山地中海拔生态平衡中具有重要的作用。

水文干旱对气象干旱的响应及其临界条件

流域水文干旱对气象干旱的响应是干旱研究的重要问题。以东南沿海晋江流域为例,选取1960-2010年逐月实测降水和径流数据,采用标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)和标准化径流指数(Standardized Streamflow Index,SSI)两个干旱指数(分别代表气象干旱和水文干旱)及游程理论对流域主要干旱事件特征进行识别,应用Logarithm函数,建立水文干旱对气象干旱特征的响应关系模型,从而进一步分析了水文干旱对气象干旱的响应关系,并提出了气象干旱演进为水文干旱临界条件的概念。结果表明,多时间尺度的SPI与SSI指数可以有效反映晋江流域气象、水文干旱历时及烈度,用Logarithm函数可以比较好地建立晋江流域水文干旱对气象干旱的响应关系模型,得到气象干旱演进为水文干旱的临界条件为气象干旱历时1.45个月、烈度0.8,该模型的建立也为基于气象干旱监测实现水文干旱预警提供了可能。

长江江源高寒地区气候变化对水文环境影响研究综述

在全球气候变化背景下,长江江源高寒地区的水文气象要素(气温、降水、蒸发、径流)和水文环境(冰川、冻土、积雪、湿地、沼泽、植被)已受到重大影响。尤其是随着气候变暖,长江江源地区出现了冻土及冻土环境退化、植被退化、冻融侵蚀和土地荒漠化的四大生态环境问题。通过对该地区近50年气候变化对水文气象要素和水文环境影响研究现状的辨析,从国家需求和科学问题两个层面上,提出了当前亟待解决的主要问题并对今后的研究方向进行了展望。这对于促进长江、黄河上游地区和岷江、大渡河、嘉陵江的河源区生态屏障建设,特别是保障三峡库区水资源安全利用研究能够起到一定的参考作用。

古冰缘地貌森林粗木质残体水分和养分保持功能研究

基于辽东山地老秃顶子古冰缘地貌森林中主要树种的粗木质残体(CWD)样本,利用自然风干、室内浸泡、X荧光光谱方法,对CWD样本的吸水速率、持水率和养分元素含量进行系统分析研究。结果显示:(1)在水分保持功能方面,CWD样本在累计8h的浸泡过程中,6个主要树种CWD可吸持相当2.533mm降雨的水量,其中前15min(0.25h)吸水量占总吸水质量的60%;各性状CWD比较显示,以海拔900m以上、阔叶树种、高中腐级、根桩和倒木的CWD持水性较强。(2)在养分元素保持功能方面,CWD边材C含量为78.96%,心材为96.05%;边材中N、Ca、Si、K、Mg、P等6种养分元素的含量分别为心材的4.93、5.88、10.79、2.72、1.25、2.38倍;不同性状CWD边材中,诸元素含量略有差别,其中C元素在针叶树、高腐级、枯立木边材中含量最高,而N元素在阔叶树、低腐级、枯立木边材中含量最高。研究表明,辽东山地古冰缘地貌森林生态系统中,CWD有重要的吸持水分功能以及营养元素的缓释和富集功能,CWD中更接近外界的边材部分较心材有更强的元素缓释和富集的功能;CWD是古冰缘地貌土壤覆盖率低、土层薄而贫瘠的森林中重要的生态组分。

珠江口磨刀门水道盐度变化对水文气象要素的频率响应特征

以2010年11月-2011年3月磨刀门水道挂定角、联石湾、竹排沙、平岗和竹银5个测站的盐度、马口水文站流量、三灶站潮位和竹银站的主流向风速为基本数据,应用偏相干谱估计方法分析了各测站盐度变化对潮汐、流量和风的频率响应。经验诊断分析结果表明:1)马口站入海径流存在准1日、半日、1/4日和1/3日等显著的潮致振荡周期;2)各测站盐度变化与潮汐主要振荡周期并不一致,沿磨刀门水道向上游,潮汐对盐度变化的影响递减,竹银站盐度可作为潮汐直接作用下咸潮上溯的平均上限位置;3)消除潮汐和径流的影响后风对盐度变化的作用明显加强;4)各测站盐度变化对潮汐、流量与风的响应过程存在时间超前或滞后但无特定规律,说明磨刀门水道盐度变化过程十分复杂。

中国东南地区气象要素场线性内插标准误差初步分析

气象要素的结构函数是描述该要素场统计结构的特征值之一 ,是表征空间不同点之间要素序列差值的离散程度的量。由要素结构函数的空间分布 ,可确定要素的线性内插标准误差空间分布 ,进而可以确定各台站间合理战术内插间距。采用中国东南地区 5 0个台站的 1 0年地面常规气象观测资料对该地区的气象要素的结构函数场特征、线性内插标准误差及台站合理战术内插间距进行了计算分析。

流域水文气象变化趋势及相关性分析

采用Mann-Kendall趋势检验和线性回归分析法,对松花江流域及水资源二级区1956-2010年的水文气象要素进行趋势分析,并采用Pearson相关系数方法,分析了研究区天然径流与气象要素之间的相关关系。趋势分析结果表明:松花江流域的气温呈显著上升趋势,降水呈不显著的减少趋势,日照时数、相对湿度和风速呈显著的减小趋势,潜在蒸散发呈显著增加趋势,天然径流深呈不显著的减少趋势。相关性分析结果表明,影响天然径流变化的主要因素是降水量,蒸散发变化也对径流有较为显著的影响作用,相对湿度减少和温度升高也在一定程度上通过对蒸散发的影响间接作用于径流变化。

气象干旱到不同等级水文干旱的传播阈值——以沁河流域为例

系统量化气象干旱到不同等级水文干旱的传播阈值对水文干旱早期预警与精细化管理具有指导作用。本文以黄土高原沁河流域为例,采用标准化降水指数和标准化径流指数表征气象干旱、水文干旱,运用游程理论识别干旱事件,并对干旱事件进行合并、剔除及气象干旱与水文干旱事件的匹配,同时使用贝叶斯网络结合Copula函数构建模型求解气象干旱到不同等级水文干旱的传播阈值。结果表明:随着水文干旱等级的升高,气象干旱到水文干旱的传播阈值增大,在传播过程中气象干旱强度削弱;沁河流域引发中度、重度及极端水文干旱对应的气象干旱历时阈值分别为12.8月、21.8月、30.9月,烈度阈值分别为14.2、22.4、30.0;沁河流域耐旱能力强与流域气象及下垫面条件有关。

赣江流域气象干旱与水文干旱特征及其概率关系

为探明赣江流域气象干旱与水文干旱之间的关系,基于赣江流域1960~2018年降水和径流量资料,分别计算标准化降水指数(SPI)和径流指数(SSI),基于游程理论识别气象干旱和水文干旱事件并分析干旱特征变化过程,同时利用Copula函数和条件概率分布分析干旱重现期以及气象干旱与水文干旱概率关系。结果表明:①6个月时间尺度下SPI和SSI相关性最好,水文干旱对气象干旱无滞后,水文干旱严重于气象干旱,2000年以后水文干旱呈加重趋势;②相同单变量重现期下,气象干旱联合重现期大于水文干旱,同现重现期小于水文干旱;③随着气象干旱加重,不同等级的水文干旱发生概率增加,发生气象干旱情况下引发水文干旱的概率为0.892。研究结果可为赣江流域抗旱预警提供参考。

滦河流域气象干旱向水文干旱传播特征及风险分析

干旱是一种复杂的自然灾害,气象干旱可能导致水文干旱等灾害,严重影响社会经济发展。探明气象干旱向水文干旱传播的特征及规律,可为减小干旱损失、保障流域供水用水安全提供技术支持。本文基于滦河山区1960—2017年的气象水文数据,应用游程原理识别气象水文干旱事件,甄别二者间的传播特征,并借助Copula模型评估气象干旱向水文干旱的风险和干旱传播的临界关系。结果表明:(1)在1960—2017年期间,与气象干旱事件相比,水文干旱事件具有频率低、历时长、峰值低的特点;(2)滦河地区气象干旱和水文干旱传播关系以单场气象干旱向单场水文干旱传播为主;(3)气象干旱向水文干旱的传播存在明显的滞后效应,从上游至下游地区干旱滞后时间依次增长;(4)Gumbel Copula函数能够更准确地评估该流域干旱传播风险,结果显示上游地区发生干旱传播的风险低于下游地区,上、下游地区气象干旱发展成水文干旱的临界历时分别为0.93个月和1.26个月,临界峰值强度分别为0.66和0.44。本研究可为评价不同干旱事件间的传播与演变关系,构建流域干旱风险评价模型提供新思路。

沱沱河流域水文气象要素变化特征分析

为更好地理解气候变化对沱沱河流域径流变化的影响,采用累积距平法、M-K检验和小波分析方法综合分析了沱沱河流域1961~2010年以来的气温、降水和径流深序列年际变化特征。结果表明,近50年以来,沱沱河流域气温、降水和径流深序列均呈不同程度的上升趋势,且分别以0.32℃/10a、8.7mm/10a、4.1mm/10a的速度上升;气温、径流深序列均有显著上升趋势,而降水的上升趋势不太显著;气温、降水、径流深序列分别在1999、2004和2007、2004和2007年发生突变;沱沱河流域水文气象要素呈现出多年周期不同尺度的振荡特性,气温、降水和径流深年代年际变化周期分别以25、20、22年为第一主周期。

澜沧江流域下游主要水文气象要素变化特征

采用线性回归、累积距平、Mann-Kendall突变检验等方法对澜沧江下游主要水文气象要素的变化特征进行了分析。研究表明,1967年~2006年间澜沧江下游降水量在季和年尺度上变化都不显著,除春季降水增加外,其他季节均呈减少趋势;气温变化在两个尺度上均为显著上升,冬季平均气温上升速率比夏季高;蒸发量在季和年尺度上均呈增加趋势,秋季蒸发量显著增加,其他三季和年尺度变化不显著;冬春季平均径流量显著增加,秋季径流量变化受人类活动影响更大。