全国及九大流域分类用水影子价格的计算与预测

在全国和九大流域水资源投入占用产出表的基础上,通过建立线性规划模型,计算了2002年全国及九大流域农业用水、工业用水、生活用水、生态环境用水及总的生产用水的影子价格。将实际水价与影子价格进行对比,发现实际水价明显偏低,认为需要适当提高水价,在此基础上建立了不依赖于投入产出表的计算各类用水影子价格的非线性回归模型。应用该模型预测了2015年和2020年全国和九大流域农业用水、工业用水、生活用水、生态环境用水及总的生产用水的影子价格,结果表明:2020年全国和九大流域各类水资源的影子价格均比2015年有所提高,全国生产用水、工业用水、农业用水、生活用水和生态环境用水影子价格的涨幅分别为2.2%、1.3%、1.5%、0.3%和3.2%,九大流域中,依然是海河流域各类用水的影子价格最高,西南和内陆流域的影子价格最低。

中国九大流域近十五年来气温变化趋势研究

利用NOAA月平均气温数据,以九大流域为地理分界,对中国2001~2015年间的年平均变化趋势进行分析。结果显示:东南诸河上升趋势最明显,以0.085℃/a^(-1)的速度增长,松辽河流域以0.08℃/a^(-1)的幅度增长,其次是珠江流域、内陆河、长江流域、西南诸河、黄河流域、淮河流域,海河流域增长速度最慢,以0.011℃/a^(-1)的速度增长;另外在研究时段内,松辽河流域是年平均气温上升年份最多的流域,有九个年份呈现上升趋势,其次是东南诸河、淮河流域、珠江流域,有八个年份呈现上升趋势,再次是海河流域和内陆河,有七个年份呈现上升趋势,最后是黄河流域、长江流域和西南诸河,有六个年份呈现上升趋势。

利用多元线性回归模型重构中国九大流域陆地水储量变化

GRACE与GRACE-FO任务间的数据空缺导致无法连续监测陆地水储量变化。基于此,本文采用多元线性回归模型,以GRACE/GRACE-FO陆地水储量变化数据为参考值,以降水、气温和模型模拟的陆地水储量数据为预测参数,采用3种不同策略重构中国九大流域2002-04~2021-12连续的陆地水储量变化。结果表明,基于去趋势项和去季节项信号重构策略的重构结果略优于去趋势项信号重构策略,且两者结果均优于整体信号重构策略,在人类活动或冰川融化频繁的流域(如海滦河、长江、西南诸河和内陆河流域)这种优势更为明显。此外,重构结果的性能也受GRACE/GRACE-FO数据信噪比和预测参数与GRACE/GRCAE-FO数据的相关性影响。

1980—2020年中国九大流域蒸散发及其组分时空评估

蒸散发是地表陆气水分交换的纽带,准确量化蒸散发的时空演变格局对于水资源规划与管理至关重要。本文基于GLEAM模型的蒸散发及其组分数据集,借助7个通量观测站数据、120个流域的流域水量平衡及PML_V2蒸散发产品,在中国九大流域系统评估了GLEAM-ET产品,分析了植被恢复背景下,蒸散发(ET)及其组分(植被蒸腾Ec,截留蒸发Ei,土壤蒸发Es)在1980—2020年的时空演变格局。本文主要得到以下结论:①GLEAM-ET产品在中国九大流域具有较好的适用性,其性能与气候类型有关,干旱区效果优于湿润区。此外,GLEAM与PML_V2模型在九大流域相关性较好(R>0.7),分布格局与变化趋势整体保持一致。②全国尺度上,ET均值为416.88 mm,增长速率为1.21 mm/a。Ec与ET均呈自东南向西北递减的分布格局,而Es与其相反。Ec、ET在九大流域均呈显著增加趋势(p<0.001)。Ei、Es在季风区流域分别呈显著增加和显著减小趋势;在内陆区流域呈不显著减小(p>0.05)和显著增加趋势。③在植被恢复背景下,ET组分比例发生了变化。Ec占比变化存在南北差异,南方流域Ec占比均减小,北方流域均增加。Ei占比在各流域均增加,Es占比均减小。黄河流域ET组分对植被恢复的响应最为明显,Ec占比增加了5.21%,Es占比减小了5.56%。

1957—2017年中国不同流域土石坝溃坝事件时空演化规律

本研究旨在分析中国不同流域土石坝溃坝事件与厄尔尼诺现象之间的关联性,并探讨厄尔尼诺对水库大坝安全运行的潜在影响。基于1957—2017年中国气象站点逐日降水数据,采用合成分析和交叉小波方法,分析不同流域内厄尔尼诺对极端降水时空分布特征的影响,进而建立土石坝溃坝事件与厄尔尼诺现象之间的相关性。结果表明:九大流域内溃坝事件与厄尔尼诺显著相关,其中海河流域内溃坝事件与厄尔尼诺当年关联性更强,而黄河、长江和东南诸河流域的溃坝事件则更多地受到厄尔尼诺次年的影响;在相关性方面,黄河、长江及海河流域的强降水指数与厄尔尼诺指数之间显著负相关,且厄尔尼诺指数的变化通常超前于强降水事件约1a。

1961-2020年中国降水等级的变化特征

[目的]探究全国各等级降水的时空分布特征及季节变化规律,增强对我国不同等级降水发生规律的认知,进而为提升全国防灾减灾能力提供科技支撑。[方法]基于1961—2020年全国681个气象站点的逐日地面降水资料,分析了全国不同等级降水(小雨、中雨、大雨和暴雨)日数、强度的时空分布特征和季节变化规律。[结果](1)1961—2020年全国小雨日数呈减少趋势,中雨以上等级日数呈增长趋势,除暴雨强度变化幅度较大外,小雨、中雨和大雨强度均无明显变化。秋季小雨日数减幅最大,大雨、暴雨日数在夏季增加最快、秋季最缓,暴雨强度在各季节波动幅度均较大。(2)不同等级降水空间分布有一定差异性,小雨日数高值区主要分布在西南诸河流域,中雨以上等级降水日数以及各等级降水强度均从东南向西北逐渐减小,内陆河流域降水日数、强度均为最小。(3)春、秋、冬三季降水主要集中在东南诸河流域和珠江流域,小雨占主导地位,夏季降水主要集中在西南诸河流域、东南诸河流域和珠江流域。(4)小雨日数的减少在春季和冬季较为明显,东南诸河流域和珠江流域对小雨日数减少起到了很大贡献,中雨以上等级降水日数在各季节大致以上升趋势为主,大雨强度在春季增强、秋季减弱,各流域暴雨强度在春季呈增强趋势。[结论]全国各等级降水在时空分布以及季节尺度上有明显差异,九大流域对全国不同等级降水的贡献作用不尽相同,未来应加强各流域主要环流系统及水循环等对不同等级降水影响的研究。

2001~2021年中国NDVI时空格局变化及对气候的响应

基于MODIS MOD13A3数据集和气候资料数据,通过线性回归、Theil-Sen趋势与Mann-Kendall显著性检验等统计方法分析了2001~2021年中国九大流域NDVI时空变化特征,采用地理探测器探究了中国九大流域NDVI对降水、气温、太阳总辐射和饱和水气压差的响应.结果表明,2001~2021年中国及九大流域NDVI整体呈现显著上升趋势(P<0.05),其中长江流域、珠江流域、东南诸河流域及淮河流域冬季的NDVI变化率最大,海河流域春季最大,西南诸河流域秋季最大,其他流域夏季最大;NDVI变化率在不同土地利用变化类型上表现为非城市化地区(0.0026/a)>未发生土地利用类型变化地区(0.0021/a)>城市化地区(0.0013/a),其中东南诸河流域和西南诸河流域的城市化地区NDVI整体表现为退化.空间上,NDVI变化率呈现出由东向西、由南向北递减的分布.植被生长稳定区域占26.43%,主要集中在内陆河流域以及西南诸河西北部区域;植被改善面积占70.31%,主要分布在九大流域内的非城市化区域;植被退化面积占3.25%,集中在内陆河流域北部地区、西南诸河流域的东部、长江流域的西部及东部沿海流域.地理探测器分析表明,降水在全国尺度上是控制NDVI空间分布的主要决定因子,其次是气温、饱和水气压差、太阳总辐射;在九大流域内,降水仍是大部分流域的主要决定因子,但在长江流域、珠江流域和淮河流域,饱和水气压差是主要决定因子.2001~2021年,长江流域、松辽河流域、黄河流域和西南诸河流域的气候因子对NDVI的影响作用大部分在增加,而其他流域的气候影响作用基本在下降.

多种卫星降水产品在中国的精度评估

高时空分辨率的卫星降水产品对于研究区域降水时空分布特点起着非常重要的作用,但卫星降水遥感产品精度仍有待系统评估。以2008—2015年中国地面站点实测降水量数据为参考,采用四种统计指标分别对TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星降水产品、CMORPH(CPC MORPHing Technique)卫星降水产品以及GPCP(Global Precipitation Climatology Project)降水产品在四季和九大流域尺度上进行对比评估。结果表明在季节尺度上,春夏秋三季TRMM产品和CMORPH产品降水Threat Score (TS)评分较高,但冬季GPCP产品TS评分最高,在东南部地区TS评分达到0.3~0.4。CMORPH产品在春秋冬三季的相关系数最高,均能接近或超过0.4。TRMM产品在春夏秋三季的结果相比CMORPH稍逊,两种产品在冬季均出现降水总量异常高估的情况(Bias分别为57.3%和32.76%)。GPCP在春夏秋三季的一致性低于前两种产品,但冬季精度和一致性较高(相关系数为0.38,均方根误差为15.93mm/d)。从九大流域尺度上看,TRMM产品和CMORPH产品对中到大雨的反演在珠江、东南、长江流域较为准确,部分地区的TS评分甚至达到了0.5,但小雨监测可靠性较差,特别在东南部,流域TS评分不足0.2。GPCP产品虽然在小雨情况下的监测可靠性和前两种相近,但中到大雨事件监测可靠性差,在九大流域整体上TS评分不到0.2。从降水评估的精度和相关性来看,CMORPH产品的在三种产品中表现最佳,TRMM产品稍逊,而GPCP产品的精度和相关性明显落后于前两种产品。

基于ENSO发展过程的中国夏季降水时空变化特征

利用1961—2019年中国地面降水月值格点数据,结合趋势分析、合成分析及T检验等气候诊断方法,对中国夏季降水时空变化特征进行分析,进而探讨不同类型ENSO事件对应夏季降水规律。结果表明:20世纪60—90年代末,长江、淮河夏季降水波动增加,海河降水持续下降,符合"南涝北旱"空间特征;21世纪后,除淮河夏季降水下降之外,其他流域降水均呈增加趋势;对于不同ENSO发展类型而言,以厄尔尼诺为主导的事件,副高脊线西伸增强,中国夏季多雨区集中在江淮地区,由南向北呈现"中间涝,南北旱"的空间格局;以拉尼娜为主导的事件中,副高脊线东移、控制面积缩小,中国夏季降水在胡焕庸线两侧、华南降水明显偏少;对于两种转换型事件而言,当前冬发生厄尔尼诺、夏季转为拉尼娜时,副高西伸且面积扩大,中国夏季降水偏多;反之,副高东移且面积缩小,中国夏季降水整体偏少。