基于M-K方法的北方典型城市多年短历时强降水变化特征分析

文章结合M-K方法对辽宁中部某典型城市1962~2016年短历时(30min、1h、3h、6h)强降水的变化趋势和突变特征进行分析。分析结果表明:55年内,各时段短历时强降水呈现一定的上升趋势,但上升趋势较为不显著,随着短历时强降水时长的增加,各站点降水相关性增强,空间变异性减弱;各时段强降水突变点大都发生在2000年以后,受气候变化影响,城市极端降水事件变化较为明显。

中国沿海地区热带气旋变化特征分析

为探讨中国沿海地区登陆台风的影响,基于1949~2020年间的台风数据和社会经济数据,采用M-K趋势分析、R/S分析、风雨分析和灾情量化等研究方法,全面分析登陆中国台风的时空变化、风雨特征及灾情状况。结果表明,中国台风登陆数量呈减少态势,维持时间呈延长趋势,强度方面呈弱减少、强增多的变化,登陆地点存在向东和向北偏移的状态;登陆台风的风速和降水均呈上升趋势,从最大值角度考虑,风速和降水均呈显著的增加趋势;台风影响已逐渐演变成从第二产业转移到第一、第三产业的灾害格局。研究结果将为减少台风灾害的经济损失提供数据支撑和科学依据。

三峡水库运行后汉口—九江河段水位变化特征及成因

大型水库的修建引起坝下游的水位调整,进而对河势、航运、防洪及生态等产生显著影响。为探究汉口—九江河段水位变化特征及成因,采用M-K分析法分析1988—2022年汉口、黄石港和九江站的水位变化趋势,并使用基于距平残差的水位变幅分析方法和一维水动力模型,分析河道冲淤、下游水位和阻力变化对不同特征流量下水位变化的影响。研究结果表明:①三峡成库前,除九江站枯水位呈显著性下降趋势,各级流量下的水位均没有显著性变化趋势。②三峡成库后,九江站的水位变化趋势与建库前相同;汉口站、黄石港站在12000 m^(3)/s和20000 m^(3)/s下的水位呈显著性下降趋势,12000 m^(3)/s时降幅分别为0.072、0.045 m/a,20000 m^(3)/s时降幅分别为0.048、0.027 m/a;水位变化的临界转换流量约为30000 m^(3)/s,在该流量附近水位未出现明显变化;当流量大于30000 m^(3)/s时,水位呈非显著性上升趋势,45000 m^(3)/s下的升幅分别为0.037、0.049 m/a。③临界转换流量以下水位下降的主导作用为河道冲刷,临界流量附近的水位未出现明显变化源于阻力增大作用接近抵消了河道冲刷的影响,临界转换流量以上的水位上升源于阻力增大作用更加明显,个别年份的洪水位上升显著源于下游水位顶托作用明显。

1951—2006年广西极端连续降水的时空变化分析

采用广西25个地面气象站点1951-2006年的逐日降水资料,运用一元线性回归及M-K秩次检验分析等方法,分析广西极端连续降水（ECP）的时空分布特征及变化趋势。研究表明：1广西ECP空间分布具有中部多,东西两翼少;沿海地区多,远海地区少;主要有以东兴为中心的极端连续降水高值区、以灵川为中心的极端连续降水次高值区和以西林为中心的极端连续降水低值区、以田东为中心的极端连续降水次低值区;随着持续日数的增加,高值和低值中心呈现越来越明显也越来越集中等特征。2广西绝大部分区域ECP总体呈上升趋势,但空间分布存在较大差异,极端连续降水量大的地方其上升趋势越明显,四周山地地区的极端连续降水的上升趋势要明显大于中间盆地地区,而极端连续降水强度的增大意味着其造成衍生灾害的可能性和严重性的增加。3广西近50年的极端连续降水强度总体上呈上升的趋势,上升速率在2.75-3.85mm/10a,有3个极端连续降水高强度期和2个极端连续降水低强度期。4广西ECP空间分布情况与广西地形地貌空间分布有较好的吻合性,表明广西ECP主要受地理环境和大气环流的影响。

松辽平原地下水埋深变化及关键影响因子分析

选取松辽平原典型地下水监测站点,收集2005—2014年地下水埋深月尺度数据资料,并从松辽流域水资源公报中获取降水、农田灌溉用水、地下水开采等数据。基于M-K趋势分析、相关性分析和贡献率分析的方法研究了松辽平原地下水埋深年内、年际变化特征,并识别出研究区地下水埋深变化的关键影响因子。结果表明:(1)松辽平原农业用水量占总用水量的74%,农业用水的增加导致松辽平原用水总量显著增长;(2)松辽平原的3个亚平原区中,松嫩平原地下水埋深呈现出显著的减小趋势,而三江平原与辽河平原的地下水埋深呈现出增长趋势;(3)GDP、工业用水是辽河平原地下水埋深变化的关键影响因子,而对于松嫩平原和三江平原,农田灌溉用水、地下水开采是影响地下水埋深变化的关键因子。

新疆塔城地区1964-2017年潜在蒸发变化趋势分析研究

结合塔城地区气象站点1964-2017年数据,应用P-M公式计算两个气象站点所在区域的潜在蒸散发,并结合M-K非线性趋势分析方法对塔城地区潜在蒸散发的变化特性进行趋势分析。结果表明:(1)塔城地区近54年潜在蒸散发呈现明显上升变化趋势,两个气象站点潜在蒸散发的M-K统计值均通过90%的显著性检验;(2)塔城地区6-9月蒸发递增均通过M-K统计值95%的显著性检验;(3)夏季和春季是塔城地区潜在蒸散发变化较为明显,蒸发上升幅度为3.5~4.5 mm/a;(4)塔城地区潜在蒸散发呈现4年左右的小尺度以及13年左右的中尺度,其中13年的中尺度变化较为稳定,并且尺度变化有先上升后下降的趋势。

1980—2022年白龙江流域气候变化特征研究

基于1980—2022年白龙江流域的气温、降水,运用线性分析、小波分析、M-K突变检验分析,研究该流域的气候时空变化特征,研究表明:(1)1980—2022年白龙江流域的气温与降水的整体均为上升趋势,气候呈暖湿化,且上游气候呈暖湿化比中下游明显。(2)气温周期变化存在2个较为明显的峰值,分别为23 a、27 a,27 a为第一主周期;降水周期变化存在4个较为明显的峰值,分别为4 a、10 a、15 a、26 a,26 a为第一主周期。(3)1980—1996年气温变化趋势呈上升-下降-上升的波动变化趋势,1997—2022年呈显著上升趋势;1980—1993年降水变化趋势呈波动状,1994—2017年呈减少趋势。

未来5a华北地区小麦生育期降水量变化趋势分析

根据北京、天津、太原、石家庄近60 a冬小麦生育期降水量数据,综合运用多年趋势线、3 a滑动平均值法、Hurst指数法、M-K突变分析法,对该地区冬小麦生育期降水量进行分析,同时使用加权马尔可夫链对降水量进行预测,目的是了解华北地区冬小麦生育期自然降水的变化趋势,并对未来降水进行预测。结果表明,近60 a来,冬小麦生育期降水量略呈下降趋势,且各站点差异较大,下降幅度从高到低排序为天津>北京>太原>石家庄。Hurst指数均大于0.5且都接近0.5,表明各站点未来降水变化均具有持续性,但持续性不强。通过M-K突变分析可知,降水突变年份可能出现在20世纪七八十年代,但近年来各地区生育期降水量基本上均呈下降趋势。构建了马尔可夫链降水预测模型,预测精度都在20%以内,完全符合预测标准。比较预测的未来5 a的降水量与之前年份的降水量发现,未来华北地区冬小麦生产区生育期降水量均呈下降趋势,但下降持续性不强。

1957—2017年朔州气温变化特征分析

为研究朔州气温变化的区域性差异,合理开发区域气候资源,更好地改善农业生态环境,利用1957—2017年朔州年平均气温、平均最高最低气温、极端最高最低气温数据研究朔州气温变化的气候特征。结果表明:(1)朔州近61年年平均气温呈现上升趋势,增温速率为0.4℃/10 a,明显高于全国的增温速率(0.25℃/10 a)。四季平均气温也呈现上升趋势,其中,冬春季增温比较明显。(2)年平均最低气温和极端最低气温增温速率分别为0.47℃/10 a和0.61℃/10 a,远远高于年平均最高气温(0.3℃/10 a)和极端最高气温(0.18℃/10 a)的增温速率。(3)气候异常分析可知,四季均可发生异常,其中冬季发生异常的年份最多。(4)通过M-K突变分析可知,平均最低气温和极端最低气温突变于20世纪70年代,早于年平均气温的突变时间(20世纪90年代)。

分析全球副高指数与苏北地区降水关系

对苏北地区1961~1997年的降雨资料数据进行,文章采用了逐步回归方法建立了苏北地区4月和5月份平均降雨量的中长期预报模型。通过单相关系数法对预报因子进行筛选,从中选出了一系列个因子,采用M-K法检验,分析了苏北地区近40年的4月和5月的平均降水的变化趋势,然后建立方程,建立预报模型,代入逐步回归方程,选出30个因子,建立预报模型,分析全球副高指数与苏北地区降水关系。

织金县冬季平均最低气温及低温日数变化特征分析

利用织金县1962—2014年的冬季逐日最低气温资料,运用趋势分析、M-K突变分析、小波变换分析、R/S分析方法,对平均最低气温和低温日数的变化、突变性和周期性进行分析。结果表明:冬季平均最低气温整体在波动中呈上升趋势,20世纪60年代至80年代呈上升趋势,80年代初至80年代中期呈下降趋势,80年代后期至21世纪初期上升趋势明显,分别在20世纪80年代初和80年代中期发生了两次突变,周期性变化不明显,未来平均最低气温呈上升趋势;≤3℃的日数,20世纪60年代至80年代末逐渐减少,20世纪90年代至21世纪期间,低于历史平均值47 d,2010年开始上升趋势明显,且分别在1977年、1982年和1985年发生了显著性突变;≤0℃的日数,20世纪60年代至21世纪初逐渐减少,21世纪初呈上升趋势,在1980年发生了一次突变。

基于现场变形监测成果在盾构近接既有隧道段的变形预测研究

为准确掌握近接既有隧道段的变形发展规律,以苏州地铁四号线近接文灵隧道施工段为工程背景,基于其变形监测成果,先利用长短时记忆神经网络构建变形预测模型,并通过Mann-Kendall非参数检验构建其变形趋势判断模型,再通过两者分析结果的相互佐证来充分掌握近接施工段的变形发展规律。结果表明:通过近接段的现状变形特征分析,得到近接段的现状变形均处于预警范围以内,仅地表累计变形趋近于预警值,且结合变形预测结果和趋势判断结果,得到近接段的变形虽会进一步增加,但增加速率均较小,趋于稳定方向发展,得出近接文灵隧道施工段的施工过程处于可控范围,满足运营及施工安全。

1948—2021年河南省土壤含水量时空分布特征及其影响因素研究

本研究联合1948—2014年GLDAS_2.0数据和2000—2021年GLDAS_2.1数据,构建河南省1948—2021年逐月土壤含水量数据集。利用M-K趋势分析和突变检验、小波分析、互相关分析,揭示河南省土壤含水量的时空分布特征及主要影响因素。结果表明:重构的2000—2014年逐月土壤含水量与GLDAS_2.1提供的月度土壤含水量的平均偏差为2.09 mm,平均绝对误差为13.01 mm,均方根误差为18.26 mm,数据是可信的。基于该构建的土壤含水量数据,1948—2021年土壤含水量则以0.3010 mm/a的速度减少,其中,春季河南省土壤含水量的变化率为-0.2368 mm/a,夏季土壤含水量的变化率为-0.0855 mm/a,秋季土壤含水量的变化率为-0.3805 mm/a,冬季土壤含水量的变化率为-0.2403 mm/a。空间上,土壤含水量变化整体上由南向北递减,与降水和蒸散发具有明显的一致性。垂向上,单位深度土壤含水量为2.63 mm/cm。小波分析与互相关分析表明降水是影响土壤含水量的主要因素。本研究不仅揭示了河南省长时间序列的土壤含水量及其时空分布特征,还可为河南省地表水资源科学管理提供依据。

基于GLDAS-2数据的中国极端降水事件时空变异性研究

全球气候变化导致极端降水事件频发,为了做好应对极端事件的准备,利用GLDAS-2.0数据集进行可靠性分析后,提取9个极端降水指标,使用M-K检验方法分析了1948—2014年中国极端降水事件时空变化特征及其突变趋势。结果表明:全国发生极端降水事件的频率增高,西北、西南和中南地区的年降水量增强趋势明显,连续湿润天数变少,强降水变多,其中西北地区变化最为明显;西北地区中西部,中南与西北、华东的两个交界范围,极端降水相关指标突变趋势明显。结果显示西北地区中西部,西南和中南交界地区以及中南和华东交界地区发生极端降水的频率高,应提前做好应对各种自然灾害的准备。

近52年来江西省气候变化特征研究

利用江西省15个气象站1958年～2009年的逐年气温、降水数据,采用线性倾向率、滑动平均、偏最小二乘回归(PLS)、M-K检验和Morlet小波等方法,对江西省气候变化趋势、突变情况和周期特征等进行了研究.结果表明:近52年来江西省年平均气温有显著的上升趋势,上升速率为0.16℃/10 a,进入90年代后这一趋势尤为明显;降水量的线性倾向率为15.135 mm/10 a,但没有通过显著性检验,说明降水量变化不明显.突变分析中,气温发生突变的年份为2004年左右,降水没有突变点.周期分析中,气温和降水变化都包含了26 a、13 a、4 a的振荡周期,26 a左右周期在整个时间段上表现十分明显,为第一主周期.通过对比分析可知,气温与降水的出现时间有较好的一致相关性,即气温偏高的时期为少雨期,气温偏低的时期为多雨期.

湖北西北部雷暴日数时空非均一性分布特征

利用1971～2010年鄂西北17个气象观测站雷暴资料,通过数理统计、小波变换和M-K分析,讨论了鄂西北雷暴气候变化及非均一性特征。结果表明,在近40年雷暴日数总体变化呈减少趋势,每10年雷暴日数减少1.3 d,全年雷暴天数达24.9 d。雷暴具有明显的年际和年代际变化特征,存在6 a的显著年际周期,雷暴突变时期出现在20世纪80年代初。

基于改进U-Net的CMIP5全球气候模式降尺度方法及其在鄱阳湖流域的应用

利用降尺度方法对CMIP5全球气候模式进行空间降尺度并以此研究鄱阳湖流域未来气候时空变化趋势,能够为流域生态环境保护提供数据、技术和理论上的支持.通过简化原始网络结构,在网络首部添加插值层,采用反卷积算法作为上采样算法对传统U-Net网络进行改进,建立基于深度学习的气候模式空间降尺度模型(DLDM).以1965-2005年鄱阳湖流域共18个气象站点的实测数据为基准,基于IPSL-CM5A-LR和BCC-CSM1.1两个气候模式,在拟合精度和流域极端气候事件模拟能力两方面对比验证了降尺度方法和降尺度后气候模式的模拟性能,结果表明基于DLDM的方法优于基于线性回归的传统统计降尺度方法,IPSL-CM5A-LR模式模拟效果优于BCC-CSM1.1模式.利用DLDM对RCP2.6和RCP8.5两个排放情景下的IPSL-CM5A-LR模式数据进行空间降尺度,基于2006-2100年流域高空间分辨率气候数据分析两情景下流域未来气候的时空变化特征,结果表明流域未来气温在两情景下均持续升高,表现出位于流域中北部、西部、东部和南部4个高温中心,RCP8.5情景下流域气温更高,升温趋势和局部周期变化更加明显;流域未来降水在两情景下先增加后减少,变化趋势较为平缓,表现出北部、中东部和南部3个降水中心,在未来呈现五次“枯-丰”交替,RCP8.5情景下流域降水更少且变化更为剧烈,在2075年左右出现突变并存在周期性振荡.

基于双判据联合判别的滑坡监测预警研究

为实现滑坡预警等级的准确划分,在分析预警准则的基础上,以三峡库区木鱼包滑坡为例,以累计变形判据和变形速率判据联合构建了双判据滑坡预警模型,其中,累计变形判据是在极限位移预警分析基础上,结合变形预测的发展趋势进行预警等级划分,而变形速率判据与之相似,也是在极限变形速率预警分析基础上,结合其M-K分析的发展趋势评价进行预警等级划分。实例分析结果表明:在累计变形判据的预警过程中,按极限位移判断滑坡预警等级为Ⅱ级,但通过变形预测,得出滑坡变形呈上升趋势,进而应提高一级预警,即通过累计变形判据得出滑坡预警等级为Ⅲ级;在变形速率判据的预警过程中,不同监测点的预警结果存在一定差异,预警等级间于Ⅰ~Ⅲ级,按不利原则,确定变形速率判据下的滑坡预警等级为Ⅲ级。两者分析结果一致,相互佐证了两类判据的准确性,综合确定滑坡预警等级为Ⅲ级,即滑坡目前处于中等危险,应进行较高频率监测,并做好避让措施准备,切实保证区内居民的生命财产安全。

伊宁市1956—2015年强降雨特征及对洪灾的影响

基于伊宁市1956—2015年汛期(4—10月)的逐日降雨资料及洪灾资料,采用线性倾向估计、M-K突变分析、R/S分析3种方法,分析了伊宁市1956—2015年的强降雨变化特征以及对洪灾的影响。结果表明,伊宁市1956—2015年强降雨的年际变化表现出增加趋势,并对总降雨起主导作用,占总降雨的比例逐年增大;6、7月是强降雨及洪灾的集中月份,且强降雨的逐年增加趋势强于其他月份;洪灾发生频次在1986年后显著增加,发生频率约为每10年9次,洪灾发生频次与强降雨量存在极显著相关,当日降雨量大于15 mm时,容易引发洪灾,其概率大于1/4;强降雨序列有着较好的赫斯特现象,未来将继续保持增加趋势。

玉龙喀什河62年极端日流量变化特征

为确定和田河流域流量极值的演变规律,选取和田河流域玉龙喀什河同古孜洛克站1957~2018年日实测流量,采用Mann-Kendall、EEMD、R/S等方法分析和田河流域极端日流量的变化特征。结果表明,汛期流量占比呈不显著下降趋势,非汛期流量占比呈显著增加趋势;最大1、3、5d流量亦呈非显著增加,最小15d流量显著减少;未来各流量指标与过去具有相同趋势,最大、最小1d最大主周期分别为3、61年;第95、5百分位流量均值呈相反变化趋势。