大柴旦矿区生态环境影响要素变化特征

气象要素变化对矿区生态环境的影响极为重要,尤其是在我国青藏高原寒旱区,全面系统地了解历史气象要素变化特征对高寒矿区生态环境保护具有指导作用。本研究首先基于青藏高原大柴旦矿区1956-2022年的逐月降水、气温、蒸发数据,采用线性倾向估计法、集合经验模态分解(EEMD)、Morlet小波变换等方法对大柴旦地区的降水、气温、蒸发等气象要素的变化趋势进行了全面分析研究;然后选取三期空间分辨率为30 m的Landsat卫星数据,从卫星图像中计算了归一化差异植被指数(I_(NDV))。结果表明:大柴旦矿区气候呈现暖湿化态势,在此因素驱动下,降水量呈现轻微增加趋势,气温呈现明显增高趋势,蒸发量呈明显减小趋势;降水量和气温序列没有突变点,而蒸发量在1979年存在突变,在1956-1979年蒸发量缓慢增加,在1979-2022年缓慢减小;降水量在2000-2016年具有显著12个月的震荡周期,气温和蒸发量在整个时间尺度上都具有12个月的震荡周期;植被多集中分布在水体附近,研究区内整体呈现覆盖增加、生长活动增强趋势。预测大柴旦矿区未来几年降水量仍处于增加状态,温度处于增高阶段,年蒸发量将处于偏少期,植被生长活动整体呈增强趋势。

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。

滇中高原地区干旱特性及风险分析

滇中高原地区是云南省社会经济发展的核心区,也是遭受干旱灾害最为严重的区域,研究该区域干旱特性及其风险对干旱灾害防御具有重要意义。采用多元Copula函数构建综合干旱指数MDI,识别出同时涵盖气象、水文、农业3类干旱特性的综合干旱事件,据此分析区域干旱特性,进而基于自然灾害风险理论提出干旱灾害风险评价方法,根据危险度、种植率、受灾率、缺水率4个因子划分干旱风险等级,评估滇中引水工程供水前后对区域干旱情势的影响。研究结果表明:①滇中高原地区的总体干旱特征为干旱历时1.90~5.10月、烈度2.80~4.50,二者的联合重现期为2.45~3.14 a;干旱历时、烈度、联合重现期的地区分布规律均为中部楚雄、昆明、玉溪以及南部红河等州市较长(强),西部大理、东部曲靖等州市较短(弱);滇中引水工程建成通水后区域干旱呈现历时变短、烈度减弱而联合重现期增长的发展态势。②滇中引水工程通水前滇中高原区干旱风险等级为4~7级,工程建成通水后干旱风险等级较现状普遍下降1~4级,干旱风险明显降低,这表明通过实施滇中引水工程构建滇中高原水网可提高区域防御干旱灾害的能力,有利于区域国民经济的持续稳定发展。

考虑气象因素的金沙江上游流域春季中长期径流模拟研究

针对金沙江上游水文、气象要素复杂,来水预测困难的客观实际,对金沙江上游降水、气温的变化特征进行分析,找出影响气温和降水变化的关键因子,研究关键因子与春季径流的相关性、春季径流与气象站观测数据的相关性,确定影响春季径流的气象要素,搭建预测径流的气候模型。结果表明,金沙江上游春季降水年际波动缓慢,其中3月呈先增长后降低趋势,4、5月降水呈增加增长趋势;同年各月气温呈升温趋势,其中3月平均气温上升最快,4、5月上升速度相当;月平均最低气温与气候指标的正相关性最好,其次是5月降水量,最高气温相关性较低;石鼓水文站3、4月径流量与气候指标正相关性最好;预报模型的方程预测径流量可以与实际径流量达到95%以上的准确度,且都可通过0.05的置信度区间检验。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

城市水文过程对气象环境影响的模拟分析

采用引入城市水文过程的WRF/SLUCM方案,以北京2010年7月4—6日高温热浪天气为背景,模拟了绿地灌溉、绿洲效应和人为潜热等水文过程对城市气象环境的影响。结果表明:(1)绿地灌溉、绿洲效应和人为潜热等水文过程可导致北京城区13 ∶00(7月4—6日小时平均,下同)潜热通量升高最多约100 W·m^-2 ,02 ∶00升高最多约15 W·m^-2;感热通量13 ∶00降低最多约80 W·m ^-2;02 ∶00降低最多约5 W·m^-2 。(2)城市水文过程可导致城区13 ∶00相对湿度增加最多约4%,02 ∶00约6%;地表气温13 ∶00降低最多约1.2 ℃,02 ∶00约0.4 ℃。(3)城市水文过程对北京城市热岛强度的减弱效果白天明显好于夜间,且在10 ∶00—14 ∶00出现了强度约0.8 ℃的冷岛效应。(4)水文过程会导致北京城区500 m高度以下白天大气温度最多降低0.5 ℃,相对湿度最多增加3%,但夜间影响较小。由于热对流运动的减弱,城区边界层高度降低约200 m;城区1 km高度以上水平风速增大,低层风速减小。