辽宁省多年降水量时空变化特征分析

文章选用现代气候统计诊断方法中的Morlet小波分析法、EOF分解法和M-K检验法,对1981—2021年辽宁省降水量时空变化及降水场类型进行分析。研究发现,辽宁省降水量总体呈上升趋势,每10年增加14.75mm,其中夏季约占全年降水量的62.7%,而冬季仅占4.1%;研究区降水分布呈现明显的空间差异,东部的降水量最大,东南部次之,而西部和中部的降水较少。通过EOF分解,将降水分为6种降水场3种模态,并且辽宁省降水存在10~30a和3~8a变化周期,其中第一主周期为26a。

石油河玉门市水文站降水量年际变化分析

选取石油河玉门市水文站1979—2022年降水资料,计算分析了降水时程分布特点及年内分配规律,并计算分析降水统计参数、频率计算、典型年确定等,基本反映玉门市站降水特点及石油河流域出山口降水的基本规律,为该流域中下游防汛抗旱提供了基本的水文统计资料。

城市年用水量聚类分析

一年内城市用水量变化既有周期性又有变化性,为总体掌握一年内城市用水量的变化规律,利用K均值聚类算法进行分析。K均值聚类算法具有模式识别和异常值诊断功能,为获得接近全局最优结果,通常需要针对不同的分类质心初始值进行计算。考虑到类别数K值不是预先指定的,需要尝试采用不同的K值进行分析。以华东某城市的某年各日用水量作为原始数据,首先,针对小时用水量变化的上凸或下凹特性,引入加权方法修正异常值;然后,根据计算结果,分析了生成各类别用水的特点。其中,典型特征包括春节前后的用水量较低,“五一”和“十一”两个小长假用水具有相似性。分析结果对于城市用水量管理和供水运行调度具有重要参考价值。

基于两种分布的勉县年最大日降水量重现期估算

2021年8月22日勉县遭遇极端降水事件,日降水量高达237.9 mm,灾害十分严重。统计分析1959-2021年勉县历史逐年最大日降水量特点,采用皮尔逊Ⅲ型(简称P-Ⅲ型)曲线分布和耿贝尔极值分布方法推算重现期及降水量,并将两者进行比较,对2021年8月22日极端大暴雨进行重现期估算。结果表明:勉县年最大日降水年际变化明显,2008年以来变率增大且有更极端的趋势;基于P-Ⅲ型曲线分布和耿贝尔极值分布的1959-2020年最大日降水积累概率拟合效果均较好,但耿贝尔极值分布对年最大日降水量的拟合优于P-Ⅲ型分布;应用耿贝尔极值分布推算勉县极值降水,100 a一遇的日降水量为154.7 mm,2021年8月22日降水量237.9 mm的重现期为4881.33 a。增加2021年最大日降水量进入样本序列重新构建耿贝尔极值分布函数,推算日降水量237.9 mm的重现期为707.35 a,100 a一遇的估算降水量为183.4 mm,重现期及降水量估算变化均较大,说明超极端降水和样本长度对重现期的推算影响较大。

若干新型群体智能算法优化高斯过程回归的年降水量预测

为提高年降水量预测精度,提出一种基于小波包变换(WPT)和孔雀优化算法(POA)、沙猫优化(SCSO)算法、猎豹优化(CO)算法优化的高斯过程回归(GPR)预测模型,并将其应用于文山州年降水量预测研究。首先,利用WPT将实例1956-2021年降水量时间序列分解为1个周期项分量和3个波动项分量;其次,简要介绍POA、SCSO、CO算法原理,利用POA、SCSO、CO分别优化GPR超参数,建立WPT-POA-GPR、WPT-SCSOGPR、WPT-CO-GPR模型;最后,利用所建立的3种模型对年降水量周期项分量和波动项分量进行预测,将4个分量的预测结果加和重构后得到最终预测结果,并构建基于支持向量机(SVM)的WPT-POA-SVM、WPT-SCSOSVM、WPT-CO-SVM模型、基于RBF神经网络的WPT-POA-RBF、WPT-SCSO-RBF、WPT-CO-RBF模型和未经优化的WPT-GPR模型作对比分析模型。结果表明:①WPT-POA-GPR、WPT-SCSO-GPR、WPT-CO-GPR模型对年降水量预测的平均绝对百分比误差MAPE分别为0.52%、0.46%、0.48%,平均绝对误差MAE分别为5.80 mm、5.31 mm、5.25 mm,均方根误差RMSE分别为8.20 mm、7.72 mm、7.83 mm,确定性系数DC>0.99,预测效果优于其他7种模型,具有更高的预测精度和更好的泛化能力。②POA、SCSO、CO能有效优化GPR超参数,显著提高GPR预测性能。③所构建的3种模型具有普适性,为降水等时间序列预测研究提供参考。

贵港市不同历时年最大降水量变化特征

利用贵港国家气象观测站1980—2021年地面气象记录年报表资料,对5、10、15、20、30、45min和1、1.5、2、3、4、6、9、12、24h共15个不同历时年最大降水量变化特征进行分析。结果表明,随着降水历时延长,各历时年最大降水量的标准差和变差系数逐渐变大,即离散程度逐渐增大;各历时年最大降水量的最大值出现日期多与对应年一日最大降水量出现日期密切相关,最小值出现年份多数在降水量最少年。各历时年最大降水量主要集中在汛期,出现次数占总次数的96.7%。降水峰值多出现在白天,以下午居多,夜间降水峰值多出现在下半夜。近42a,5min—3h年最大降水量均呈显著上升趋势,4—24h年最大降水量总体变化趋势不显著;各历时年最大降水量在20世纪80年代至90年代初呈下降趋势,之后至21世纪10年代呈上升趋势,以短历时年最大降水量上升明显。15、30、45min和1、1.5、2h年最大降水量在20世纪90年代中期开始存在明显突变,过渡为明显增多阶段。

安徽省高山区降水量与高程变化关系分析

文章首先对安徽省水文气象分布规律和降雨量成因进行分析,基于安徽省高山区310处具有超过30年的降水观测站实测降水量资料,将不同区域雨量站沿高程递增方向划分成不同的高程级,在分析年降水量与高程的相关性的基础上,采用线性回归方法建立平均高程与年平均降水量的相关关系,为推算安徽省未设置雨量站观测区域的年平均降水量,确定高山区多年平均降水量分布提供技术指导。

一种马尔可夫链年降水量模型计算方法

为解决马尔可夫链年降水量预测模型计算过程中缺乏一致性的问题,在加权马氏链年降水量模型基础上,提出降水量标准分数计算函数和预测状态标准分数转移平均值估算方法。先构建状态转移标准分平均值函数关系,由计算函数估计预测状态的标准分,以估计标准分推算预测状态降水量值。本文以石家庄、济南两市多年降水量为样本进行对比验证,预测了2020年降水量状态和估算值,分析了降水量预测值不同置信区间的取值范围。计算结果表明,马氏链年降水量预测模型对2、3状态预测效果较好,对干旱或雨涝等极值降水年份预测精度较差,两市共12个计算结果中,预测状态正确率为0.75,估算标准分确定性系数大于0.89,降水量预测值平均相对误差小于9.2%。

2023年《中国水资源公报》发布

近日,水利部发布了2023年《中国水资源公报》。公报显示,2023年,全国降水量与多年平均值基本持平,水资源量比多年平均值偏少。大中型水库蓄水总体有所增加,湖泊蓄水相对稳定。全国用水总量比2022年有所减少,用水效率稳步提升,用水结构不断优化。2023年,全国平均年降水量为642.8mm,与多年平均值基本持平。全国水资源总量为25782.5亿m^(3),比多年平均值偏少6.6%。

不同降水年型与不同茬口对小麦植株氮素吸收转运与利用的影响

为明确不同降水年型与小麦植株氮素吸收转运的关系,探索不同茬口的高效生产技术路径,本试验连续2年在河南驻马店农业科学院试验示范基地,研究不同降水年型和不同茬口对小麦植株氮素吸收利用、转运特性以及氮效率的影响。结果表明,丰水年较歉水年有利于大豆茬小麦植株氮素的吸收,提高小麦植株氮素的积累,促进花后积累的氮素向籽粒中运转;大豆茬和花生茬较玉米茬均可提高小麦植株含氮率,有利于小麦植株氮素积累,促进叶片和茎秆+茎鞘中的氮素向籽粒转移,提高小麦植株花前氮运转量和氮素转移率,最终增加小麦籽粒的氮效率和籽粒产量;丰水年较歉水年可明显提高不同茬口小麦植株的氮素吸收效率及氮素生产效率。不同降水年型下,大豆茬和花生茬均可促进小麦植株氮素吸收,有利于花后氮素积累向籽粒的运转,从而提高籽粒产量,最终提高小麦植株氮素利用效率,在歉水年条件下以大豆茬效果较好,丰水年条件下以花生茬效果较好。

黄河中游晋西黄土高原近62年气候变化分析

通过对9个地面站的年平均气温和年平均降水量数据进行分析,研究了黄河中游晋西黄土高原近62 a(1957年至2018年)的气候变化情况。结果表明,1957年至2018年,黄河中游晋西黄土高原气温显著升高,年平均增温0.023 0℃。其中,北部区域和中部区域年平均增温为0.028 8℃和0.035 4℃,线性方程达到极显著水平;南部区域年平均增温0.017 6℃,线性方程达到显著水平,增温趋势相对平缓。全区年平均降水量减少0.324 mm,线性方程未达到显著水平,从北向南降水量减少量增加。总体来看,区域气候环境总体趋于暖干化。

长江流域年降水量的空间特征和演变规律分析

为获取长江流域年降水量的时空变化特征，对长江流域年降水量进行了空间分区和时间演变分析．根据长江流域146个气象站点1960—2005年的逐年降水量资料，采用经验正交函数和旋转经验正交函数对长江流域年降水量的空间变化特征进行分析，并计算了1960—2005年年降水量的线性演变规律，利用奇异谱分析方法来检测区域降水量发生突变的情况．结果表明，长江流域年降水量主要有3种空间分布型、8个降水变化敏感区域．8个敏感区域中，汉江流域、岷江-嘉陵江源区、乌江流域南部年降水量呈减少趋势，其中岷江-嘉陵江源区减少最为显著，年降水量每10年减少27．1mm；洞庭湖-鄱阳湖地区、鄱阳湖流域南部、太湖流域、金沙江流域中部、云南地区年降水量呈增加趋势，其中金沙江流域中部年降水量显著增加，年降水量每10年增加17．7mm．存在降水突变的地区有5个，下游的太湖流域发生最早，时间为1977年，上游云南地区最晚，为1998年．长江流域年降水量有比较明显的空间区域特征，各个区域年降水量的时间演变规律也不一致．

甘肃河东年降水量的周期变化

利用甘肃河东建站最早的 9个代表站的年降水量资料 ,采用谐波分析和小波分析方法 ,计算了年降水量序列各种时间尺度的周期 ,以及 1 0a和 2 0a相空间时间序列的 2～1 0a周期试验。结果表明 :甘肃中部地区年降水量总体仍以准 3a周期最为显著 ;陇东表现为 9a周期 ;陇南无明显周期。相空间序列的周期试验显示 ,甘肃中部的准 3a周期主要反映在 50～ 70年代 ,近 2 0～ 30a则以 8～ 9a周期较为明显 ;陇东近 1 0a主要表现为准 2a振荡。进一步的分析表明 ,甘肃中部年降水量的准 3a周期振荡目前处于历史最低谷 ,但其存在 1 9a和 2 8a以上的两种长周期变化 ,可能在 2 0 0 5年左右恢复到显著水平。 9a周期表现出明显的2 3a的韵律 ,目前振幅虽然在起作用 ,但未来可能进入相对弱的时期。

青海省海西州德令哈地区近千年来年降水量变化特征分析

试图揭示位于我国青藏高原东北部的青海省海西州德令哈地区近千年来世纪尺度年降水量变化规律.分析结果表明,该地区近千年年降水量变化存在显著的多尺度周期变化特征,其中以13～18世纪中的200年主控周期最为明显,并在15～17世纪达到最强,而近200年则以准120年的周期振荡为主,且在19世纪两种主要周期变化趋势相反,在近百年又趋向一致.年降水量序列的均值突变一般以30～100年尺度最为明显,世纪尺度的均值突变时段分别为公元1100～1111年、1403～1449年及1615～1661年,表现为年降水量的减少,以及公元1321～1348年、1497～1557年、1728～1743年及1885～1891年,表现为年降水量的增加.200年以上时间尺度的方差突变主要表现为序列的低频变化幅度,从公元1220年前后至1580年前后持续增大,且以15世纪的方差突变最为明显.

中国西部年降水量的气候变化

中国西部大部分处于干旱、半干旱地区,而且降水量长期变化剧烈。论文综合整理了17个年降水量代用资料序列,其中11个为树木年轮,4个为史料,2个为冰芯积累量。所有序列均采用10年平均值,对1880～1979年的100年平均求每10年平均百分率距平。EOF1表明河套以西到祁连山北部有一致的变化。这个特征与1951～1999年的观测资料及模拟结果的EOF1十分相似。这表明代用资料能反映西部年降水量变化的主要特征。根据代用资料EOF1的时间系数及中心区降水量变化曲线,17世纪,特别是上半叶干旱严重。有资料证明,这个干旱期可能开始于16世纪70年代。近50年是400年以来中国西部年降水量最丰沛的时期。多雨主要发生在气候剧烈变暖的20世纪最后30年。从代用资料来看,降水量变化有“世纪周期”。17世纪的干旱与20世纪末的多雨是否分别与小冰期及现代气候变暖有关,还要进一步研究。

陕西年降水量变化特征及周期分析

以1959—2009年陕西省各气象站逐旬降水资料为基础，采用墨西哥帽小波函数，线性趋势分析以及Mann—Kendall检验法，对陕西省51a降水的时空分布特征及趋势进行分析，揭示了陕西省降水变化的多时间尺度的复杂结构，分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点，并确定了主要周期。结果表明：（1）陕西省年降水量年际变化大且时空分布极不均匀，降水量从北部向南部递增，呈南多北少特征，大致上为纬向分布。陕北、关中、陕南年降水量多年平均值依次为279mm、563mm、840mm。三大区域年均降水变化相对较为平稳，近51a来，研究区内年均降水总体呈北部和南部略微下降，中部微弱上升的变化格局，线性倾向率分别为一5．110mm／10a、一3．758mm／10a、1．908mm／10a；（2）陕西省年均降水量有3～7a，10～17a，17～30a周期，以中时间尺度10～178的少一多交替最为明显。在微观尺度上，陕北、关中、陕南地区的周期均表现得零乱且不显著。中观尺度，关中和陕南的降水周期比较显著，为10～17a，陕北的降水周期表现得不十分规律。宏观尺度，陕北的降水周期为23～30a，关中和陕南较为相似，为18—25a；（3）Mann—Kendall检验发现1993年是陕西省年均降水量增加的一个显著突变点，2009年以后陕西省将处于多雨期。

基于树轮重建的宁夏河东沙地西部公元1899年来年降水量的变化

在分析我国季风区西北缘宁夏河东沙地西部的油松（Pinus tabulaeformis）树木年轮宽度年表与气温降水相关关系基础上,建立了树轮宽度指数与年降水量的转换方程。交叉检验结果表明转换方程比较稳定,重建结果合理可靠。公元1899年来降水量重建结果表明：研究区在20世纪40年代以前,降水变化波动幅度较大,年际间干湿变化明显,20世纪40-80年代间降水波动幅度变小且频率增加,20世纪80年代以后降水变化波动幅度又趋于增大且频率减小;与昌灵山、贺兰山和祁连山东段降水变化对比分析发现河东沙地西部的降水量变化与周边地区气候演变存在一定的同步性;宁夏河东沙地西部20世纪10年代、20世纪20-30年代初期、20世纪末以及2004-2006年的相对干旱时期有利于该区沙漠化范围的扩大,对该区沙漠化治理不利,而20世纪初期、20世纪10年代末期、20世纪30-40年代、20世纪90年代的相对湿润时期在一定程度上减缓了暖干化趋势,有利于沙漠化范围的缩小。周期分析结果表明,宁夏河东沙地西部1899年来降水量变化存在2~4 a、5~7 a和10 a左右变化周期。

1543—2001年北疆区域年降水量变化特征分析

采用新疆北部伊犁、乌鲁木齐河、昌吉、哈密和阿勒泰建立的树轮年表,重建了北疆地区1543-2001年年降水量序列.结果表明：重建序列具有明显的低频变化特征,其间,多雨期为1557-1591年,1620-1696年,1734-1757年,1784-1807年,1868-1906年,1935-1962年和1981-2001年;少雨期为1592-1619年,1697-1733年,1758-1783年,1808-1867年,1907-1934年和1963-1980年.该地区的年降水量存在40-70 a显著周期变化特征,同时200 a左右的周期变化特征也较为明显,且不同历史时期的周期变化特征存在明显差异.突变检验表明,均值突变尺度在50-100 a尺度上更为明显,公元1613-1643年,1731-1792年的突变表现为年降水量的增加,而公元1669-1712年的突变则表现为年降水量的减少;方差突变则以18世纪80年代最为明显.

基于EEMD的鄱阳湖流域年降水量周期预测

气候变化影响下的降水量周期变化对于认识鄱阳湖枯水具有重要意义。采用EEMD方法分别将实测和模拟年降水量分解成不同频率的成分,然后采用FFT求得各IMF分量周期,以便对比未来和基准期的周期变化。结果表明,鄱阳湖流域1961~2001年的实测年降水量序列整体存在2.5~3.5、6.5~8.0年的周期,较大尺度的周期表现不显著;ASD统计降尺度模型对序列的周期特性模拟能力良好。未来情况下,主周期相对基准期整体呈增大趋势,中小尺度周期仅有微小差别,较大尺度周期普遍增大,鄱阳湖流域年降水量过程波动剧烈程度降低。