西江水文干旱历时与强度的遭遇概率分析

利用西江下游马口水文站1959 2009年月径流量数据计算径流干旱指数,经游程理论提取了水文干旱特征值.应用Copula函数分析水文干旱强度和历时之间的联合概率分布.对构建的干旱历时和强度联合分布模式进行分析,结果表明:(1)径流干旱历时和强度之间具有高关联性,秩相关系数达0.617;(2)三参数Weibull分布较好地描述了干旱历时和强度的边缘分布特征;(3)经拟合优度检验结果优选的干旱历时和强度之间的较优连接函数为Archimedean类的Gumbel-Hougaard Copula函数;(4)5～10年重现期和20年重现期的水文干旱分别达到了重旱级别和特旱级别;(5)干旱历时和强度之间的遭遇概率可为特定干旱历时与水文干旱级别或特定干旱强度与干旱历时之间的对应关系提供概率意义上的干旱特征诊断与预测.

区域供水系统干旱历时特性综合分析

根据区域供水系统中供水水库(群)的蓄水状态及其运行调度策略在满足区域供水目标方面的重要作用,提出了以水库(群)的时段初始蓄水量与时段内来水量之和,以及时段内供水系统的目标需水量作为主要控制参数,以两者的差值正、负来表达供水系统处于非干旱状态和干旱状态的区域干旱鉴别方法。为了多角度地分析干旱和非干旱历时分布、转移概率以及干旱重现期等干旱历时特性以较全面地掌握区域干旱事件特征,针对一具体区域供水系统,运用模拟统计法和概率解析法两种技术手段来研究区域干旱历时特性,同时针对两种方法的计算结果差异,指出了各种方法的特征以及产生差异的原因。

干旱历时与干旱烈度的尾部相关性分析

针对干旱频率分析中干旱历时与干旱烈度两变量间的尾部相关性问题，基于四川省30个代表性站点1958~2012年的逐月降雨资料，采用SEC法计算了各站点干旱历时与干旱烈度的经验尾部相关系数，分析了Archimedean Copula函数在描述干旱变量尾部相关性时的差异。结果表明，四川省干旱历时与干旱烈度的上尾相关系数介于0~1之间，下尾相关系数为0，因此该地区干旱历时与干旱烈度上尾相关，下尾渐近独立；Archimedean Copula函数族中Clayton 、Frank和Gumbel三种函数的对比分析表明，仅Gumbel Copula函数能较好地描述两变量间的上尾部相关性，其他函数效果不佳。

黄淮海平原干旱历时的概率特征研究

应用Ｄ．Ｍ．Ｈｅｒｓｈｆｌｃｌｄ的几何分布分析了用旬降水量表示干旱历时概率分布的可行性，分区研究了黄淮海平原干旱历时的概率特征；应用Ｓｅｎ的方法分析了黄淮海平原季节性干旱的年际历时的概率分布，为减灾抗灾提供理论依据。

极限水文干旱历时概率分布解析法研究

【目的】研究P-Ⅲ分布和Markove过程年径流序列极限水文干旱历时概率分布随水文参数的变化规律。【方法】以泾河和北洛河为例,根据游程理论与随机变量极值理论,采用解析法与模拟法,应用MATLAB编程技术,求解一定时期内极限水文干旱历时的概率分布,探讨极限水文干旱历时概率分布和数学期望值随径流序列一阶自相关系数、偏态系数的变化规律。【结果】在一定时期内,极限水文干旱历时的发生概率和数学期望随一阶自相关系数、偏态系数的增加而增大,且一阶自相关系数对极限水文干旱历时概率分布影响较为显著;泾河和洛河发生连续11年干旱的重现期均为1 000年。【结论】该解析法模型具有计算量小、精度高的特点,可用于年降水序列表征的气候干旱概率分析。

极限水文干旱历时概率分布的解析与模拟研究

本文简要阐述了水文干旱的定义和主要研究内容，用解析法（统计法）和实验法（模拟法），对极限水文干旱历时的概率分布特征作了分析研究，提出了水文干旱的划分标准以及确定水资源系统抗旱年限的方法，同时还提出了“水利干旱”的概念。

极限水文干旱历时概率分析

本文用枚举法导出了独立同分布的随机变量序列的最大负游程长的概率分布函数，并将其用于相应序列的极限干旱历时（最大干旱持续时间）的概率分析．应用结果显示，本文介绍的独立同分布的随机变量序列的最大负游程长的概率分布函数，将其最大负游程长作为极限于旱历时，与相应结构的年径流序列在各种频率对应的流量截取后得到的水文干旱最大持续时间序列的经验频率拟合良好．因此可将这一概率分布函数称为极限干旱概率分布函数．将其用于由具有独立结构的年降水序列表证的气候干旱，也可得到良好的结果．

多年持续干旱历时的概率分布与重现期确定方法的研究

用直接方法（解析法）和间接方法（模拟法）对多年持续干旱历时的概率分布进行了分析，提出了一种确定多年持续干旱历时重现期的方法——全历时重现期法。该方法概念明确，便于实用。

黄淮海平原极限干旱历时概率特征研究

引用Ｓｅｎ的相依水分序列、独立水分序列极限干旱历时确切概率密度函数及其特征，分析了黄淮海平原５个代表点３０年逐旬降水序列和逐年时段降水序列极限干旱历时的概率分布特征。

渭河流域水文干旱历时-烈度相依结构动态变化与驱动力分析

变化环境下,探究干旱多属性相依结构动态变化及其驱动力,对区域干旱风险管理具有重要意义。以渭河流域为研究对象,应用Copula函数的极大似然比(Copula-based Likelihood-ratio,CLR)方法,对水文干旱历时-烈度相依结构进行变异诊断,分析变异前后特征;从气候变化(气象因子、气象干旱特征)与人类活动的角度,阐明水文干旱历时-烈度相依结构可能的驱动因素,获得影响因子重要性排序。结果表明:(1)华县、张家山、状头站水文干旱历时-烈度相依结构分别在1993年、1982年、1994年发生变异;(2)在相对长的历时下(华县站9~12个月、状头站5~12个月),华县、状头站相同历时下,变异点前后的烈度增加,且随着历时变长,烈度增加的幅度上升,干旱加剧态势明显;(3)除气象干旱对水文干旱演变的影响外,水文干旱历时-烈度相依结构的动态变化主要受水分“需求侧”因子(人类取用水、潜在蒸散发)的驱动。总体而言,研究成果为干旱多属性相依结构的非平稳性检测提供了一种新的思路,所提框架可推广应用于其他流域。

基于EVT法和MC模型的极限水文干旱历时计算研究

【目的】研究极值理论(extreme value theory,EVT)法和马尔科夫链(Markov chain,MC)模型在极限干旱历时计算中的预测精度,为区域干旱历时预报提供依据。【方法】以黄河流域兰州、龙门、白马寺3个水文站年径流序列为例,利用EVT法和MC模型2种方法分别计算不同截断水平对应的极限干旱历时(Expected longest duration,E(LT)),并采用纳什效率系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NS)和平均绝对百分误差(Mean absolute percentage error,MAPE)评价2种方法的计算精度。【结果】兰州、龙门、白马寺3个水文站采用EVT法计算的极限干旱历时值E(LT)与对应观测值(Observed longest duration,LT-ob)的NS和MAPE分别为0.921 0,0.854 6,0.929 4和0.046 0,0.155 5,0.039 1;而一阶马尔科夫链(one-order Markov chain,MC-1)模型结合hazen绘点位置公式计算的极限干旱历时值与对应观测值的NS和MAPE分别为0.824 7,0.668 1,0.908 1和0.206 3,0.327 3,0.104 6。2种方法均可取得较好的计算效果,但EVT法的计算精度优于MC-1模型。【结论】EVT法较MC-1模型所需要的参数少,计算过程较为简单,且计算结果误差小,是黄河流域可行的极限干旱历时计算方法。

近50年雷州半岛干旱历时和烈度的时空特征分析

在全球气候变暖背景下,干旱灾害频发,对自然生态系统及人类生产生活、社会经济发展造成严重影响,因此对区域干旱特征进行分析评估,对当地的抗旱减灾决策及气候变化研究有重要意义。基于雷州半岛1970—2019年的12个站点气象、水文资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)及游程理论对干旱事件进行识别与评估,并结合适线法、反距离权重空间插值等方法,分析雷州半岛地区近50年干旱历时和烈度的时空变化特征。结果表明:①雷州半岛近50年来的月尺度SPEI指数呈波动中逐渐下降趋势,且在近50年的时间尺度上呈现以约10年为一个周期的波动特征,其波动与ENSO影响相关,在ENSO冷事件年SPEI指数相对偏大,相反在暖事件年SPEI指数偏小,旱情凸显;②雷州半岛发生干旱灾害的烈度越大概率越小;③干旱情况地域差异较大,干旱频次、次均烈度高低及历时长短等指标在空间上均呈现为东北部地区向西南部地区逐渐加强的分布规律;④不同等级干旱的发生频率地域差异总体表现为雷州半岛中南部和东北部地区发生中旱及以上干旱的频率高于中北部地区,其中雷州市南部及徐闻县旱情突出;⑤春冬季干旱易发,空间上春夏两季雷州半岛东北部和中南部地区旱情影响较为突出,秋旱则在中北部地区较为严重,冬旱严重影响区域为中南部。

贵州省干旱历时和干旱烈度的时空特征分析

全球气候的变化,导致局部地区干旱问题的加剧,我国贵州地区干旱也频繁发生。文中基于贵州省1951-2012年的19个典型站点的气象资料,以SPEI指标识别了贵州气象干旱历时和干旱烈度,确定了贵州气象干旱历时和烈度的Gamma适线频率分布曲线以及时空变化特征。结果表明:干旱历时和干旱烈度的Gamma适线频率曲线和经验频率点能够很好的吻合;干旱历时和烈度在时间上的变化趋势基本一致,而在空间分布上存在较大差异。遵义、毕节、铜仁、黔南州地区干旱频次、干旱历时和年均干旱烈度等均处于较高水平,为贵州省干旱易发地区,研究结果对旱情的识别及干旱区划的研究具有一定的指导意义。

长历时高温干旱对水工混凝土建筑物的影响

水工混凝土在干旱环境下的干缩变形、抗裂性能对水利工程的影响较大,本文采用环境温度、相对湿度的交互作用来模拟高温干旱环境,采用典型工程渡槽和面板混凝土配合比配制试验用混凝土,在不同的温度和相对湿度条件下进行试验,研究了渡槽混凝土、面板混凝土的干缩、力学强度、抗裂特性的发展变化规律,并对已建水工建筑物的混凝土在长历时干旱环境下的干缩变形性能进行了探讨。

Copula函数在漳河上游联合干旱特征分析中的应用

为综合描述漳河上游干旱事件,选取月降水数据计算标准化降水指数,应用游程理论识别干旱历时和干旱强度两种干旱特征变量,并采用Copula函数构建两种干旱特征变量间的联合分布,探究干旱特征的时空分布。结果表明,漳河上游2001~2020年发生频率最高干旱事件为3个月历时干旱,干旱强度范围为2.24~4.92;干旱历时和干旱强度间存在强正相关性,Frank Copula函数为二者最优联合分布;干旱特征联合重现期范围为18.56~23.94年,在漳河上游西北和东南流域表现2个干旱高风险区,同现重现期范围为22.25~31.94年,在西北、东北和东南流域表现3个干旱高风险区。联合分布综合分析了干旱事件,可为全面评估旱情提供科学参考。

不同干旱胁迫历时及复水对侧柏叶绿素荧光的影响

以盆栽1年生侧柏幼苗为试验材料,采用盆栽称质量法,通过人工控制干旱胁迫时间和土壤水分研究不同干旱胁迫历时及旱后复水对侧柏幼苗叶绿素荧光参数的影响,探讨侧柏幼苗对不同历时干旱胁迫作出的抗旱性响应及旱后复水的恢复情况。试验设置4个胁迫持续时间(60、45、30、15 d)和4个土壤水分梯度(87.84%、70.00%、52.16%、40.00%),以充分供水(土壤水分梯度100%)为对照,经过不同历时的干旱胁迫后复水,测定复水前及复水后1、3、5、7、9 d的叶绿素荧光参数。结果显示,不同历时干旱胁迫下,侧柏PSⅡ的潜在光化学效率(F_(v)/F_(o))、最大光化学量子产量(F_(v)/F_(m))和相对光合电子传递速率(ETR)都低于对照,其中干旱胁迫60 d的侧柏幼苗F_(v)/F_(o)、F_(v)/F_(m)和ETR分别比对照下降3.7%、0.9%和26.5%,而非光化学淬灭系数(NPQ)则高于对照,胁迫历时60 d的处理比对照高24.8%。复水后,侧柏幼苗叶绿素荧光参数得到了恢复,在复水3 d时F_(v)/F_(o)、ETR、NPQ基本恢复至对照水平,F_(v)/F_(m)在复水7 d时基本恢复至对照水平之后出现补偿效应。由此可知,不同历时的干旱胁迫虽然对侧柏幼苗PSⅡ有一定的破坏,对光合作用有一定程度的影响,但侧柏幼苗通过调节自身的光保护和光适应机制可逐渐适应这种干旱环境,并且在复水后各指标都得到了相应的恢复。

干旱及复水对刺槐叶水势的影响

通过人工控水方式,对刺槐幼苗进行干旱胁迫处理,研究了不同土壤水分、不同干旱历时条件下刺槐幼苗的叶水势变化及旱后复水刺槐叶水势的补偿效应。结果表明:随着干旱程度加剧,刺槐叶水势逐渐降低,相同胁迫强度下随胁迫时间的延长,刺槐叶水势经历了对水分胁迫由原初反应到逐渐适应的过程。水分胁迫下,刺槐叶水势日变化与对照一致,为先降低后升高,呈单峰曲线,日平均叶水势降幅随干旱历时延长呈抛物线形,胁迫45 d时为最高。复水后水分胁迫解除,水势出现补偿效应,到24 h叶水势基本恢复到对照水平。

游程理论在云南省干旱重现期分析中的应用

运用游程分析理论计算干旱频率和重现期等数字特征,估计区域实际不同历时干旱重现期大小。选取云南省内26个气象站作为代表站,以多年逐月降水量距平百分率为指标,采用5组不同的截取水平识别干旱过程,分析了不同截取水平下干旱频率和重现期的统计规律,并选定截取水平为-0.4绘制了全省范围内干旱历时为4～9个月的干旱重现期分布图。结果表明,同一干旱历时的重现期随截取水平绝对值的增大而增大,同一截取水平下的重现期随历时单调递增;云南省干旱历时为1、2、3个月的干旱重现期分别小于5个月、2年和10年一遇,大于10个月的干旱重现期都大于150年一遇;云南省干旱易发区分布在丽江、大理、楚雄和昆明一带,西北部贡山一带为干旱少发区。

松花江流域水文干旱联合概率分布特征研究

利用松花江流域水文站1957-2006年的径流量,采用游程理论、Eviews统计软件以及Copula函数对松花江流域水文干旱特征以及水文干旱联合概率分布特征进行了研究。结果表明:Eviews统计软件能够较好地得出时间序列符合的概率密度函数;G-H Copula函数以及Clayton Copula函数能够较好地拟合2个变量(干旱历时、干旱烈度)的独立分布;Copula函数能够考虑水文干旱的极值,对于分析松花江流域水文干旱联合概率分布是适用的。

干旱事件重现期计算问题研究

干旱重现期大小是用于评价干旱事件严重程度的重要指标。干旱重现期的计算涉及给定阈值下干旱过程划分(识别)、样本系列分布函数拟合等关键环节,其中干旱阈值的确定是前提。提出以干旱事件的最长调查期为约束条件确定干旱阈值的思路,即根据样本计算的干旱事件最大重现期不应超过最长调查期,以此为据确定干旱阈值并从样本序列中识别干旱事件。同时,针对因干旱历时样本经验点据"平台式"过度集中而导致的频率曲线适线困难问题,建议采用基于游程理论的游程长度分布函数估计干旱历时概率分布。以青海民和县1932年-2010年的月降雨资料为例,对上述方法进行了应用研究,结合Copula函数计算了干旱事件的重现期。