干旱区与湿润区旱涝急转演变特征对比研究

以长江、黄河和淮河流域为研究对象,基于标准化旱涝急转指数,利用趋势分析、变点检验、小波分析、随机森林等方法探究典型干旱区与湿润区旱涝急转演变特征及其驱动因子。结果表明:湿润和半湿润区是极端旱涝急转事件的高频发生区,干旱区是极端旱转涝事件的高频发生区;干旱区的突变发生在1998年,湿润区的突变在1978年,未来干旱区更易发生旱转涝事件,湿润区则相反;气象因子在湿润区对旱涝急转的贡献度更大,大气环流对干旱区的影响突出,旱涝急转与不同驱动因子间存在非线性关系。

长江流域旱涝急转演变特征及其社会经济暴露度

旱涝急转是指干旱和洪水之间的快速转变,对农业生产和人类安全造成巨大威胁。本研究基于月尺度的旱涝急转量级指数,分析了长江流域历史和未来四种旱涝急转事件,并通过滑窗法构建了旱涝急转量级的时变函数,揭示了未来旱涝急转风险变化。同时,结合共享社会经济路径量化了人口和经济受旱涝急转风险变化影响的程度。结果显示,历史时期长江流域中下游旱涝急转事件频发,旱–涝和涝–旱事件每10年发生10~12次,而旱–涝–旱和涝–旱–涝事件每10年发生3~4次。未来旱–涝–旱和涝–旱–涝事件预计大幅增加,其中长江上游部分地区增长了约7倍。对于历史基准期50年一遇的旱涝急转事件,未来发生概率将增加5~10倍,给长江流域的人口和经济带来重大影响。

湖北省降雨和洪涝特征时空变化规律分析

为揭示降水变化波动与区域旱涝灾害特性间的关系,采用降水集中指数(PCI)、降水异常指数(RAI)、标准化降水指数(SPI)、降水集中度(PCD)、降水集中期(PCP)和夏季长周期旱涝急转指数(LDFAI)等表征降水特性和旱涝急转特征的多个指标对湖北省区域内旱涝急转特性和降水时空变化特征进行了研究,并对其旱涝发生规律和年代际变化进行了系统探讨.研究结果表明:区域降水具有季节性,主要表现为PCI值一般介于11～19,个别年份大于20,RAI值高低值分别发生在7月份和12月份左右;受气候变化等因素影响,省内和不同分区内近年SPI呈现波动和上升趋势,旱涝灾害发生具有持续性;全省及各区PCI,PCD值偏大,PCP值越大即雨季出现越早,则越容易发生洪涝灾害,指示洪涝灾害风险不断增加,尤其鄂西南最为突出;全省年代际变化特征明显,全省按旱涝急转频率及强度各年代际结果依次为1960s,2010s,1970s,2000s,1990s,1980s,同时与夏季降水百分率结果表现一致.文中所得的研究成果对了解区域旱涝灾害变化特性和防治自然灾害具有重要的理论借鉴和实践参考意义.

基于SWAP和SRI的汉江流域旱涝急转时空特征分析

汉江流域受亚热带季风影响,易旱易涝,旱涝急转事件时有发生,灾害突发、抢险难度大,对社会发展易造成重大威胁。以汉江流域为研究对象,采用SWAP和SRI指数分析和研究汉江流域的旱涝演变及旱涝急转变化规律。结果表明:①SWAP和SRI指数均能对旱涝急转事件作出合理诊断,具有良好的适用性。②干旱及旱涝急转事件频次均呈现从汉江上游的西北地区到下游的东南地区先逐渐减少后增加的趋势;洪涝事件频次呈从北到南逐渐增加的趋势;旱涝急转事件平均强度呈现从上游的西北地区到下游的东南地区逐渐增大的趋势。③干旱事件在任意时间段均可能发生,洪涝事件和旱涝急转事件主要集中在夏季,且旱涝急转事件发生的时间短且急,强度较高,更具威胁性。

1951—2015年洞庭湖区旱涝演变及典型年份旱涝急转特征分析

旱涝灾害是制约洞庭湖区经济发展的重要因素,为预测湖区旱涝灾害变化趋势,该文选取1951-2015年洞庭湖区及其周边地区35个气象站点的逐月降水量数据,利用标准化降水指数和夏季长周期旱涝急转指数,辅以小波分析方法,分析近65 a来研究区域的旱涝演变及典型年份旱涝急转特征。结果表明:该区旱涝事件发生的频率高,不同时间尺度旱涝事件发生的平均频率为42.62%。在季节尺度上,夏季洪涝事件发生的频率最高,为33.33%,冬季干旱事件发生的频率最高,为41.54%;在年代际尺度上,20世纪70年代干旱事件发生的频率最高,为25.83%,其次是2001-2015年,频率为22.99%,90年代洪涝事件发生的频率最高,为30%。该区域旱涝变化有4个特征时间尺度,分别为4、10、25和31 a,预测湖区在未来几年降水偏多。洞庭湖区3个区域的旱涝变化大抵一致,但在不同时期仍存在一定的差异。湖区近65 a来有15 a的LDFAI绝对值大于1,旱涝急转现象较频繁,不管是旱涝变化还是旱涝急转变化,东、西洞庭湖区的变化趋于一致,南洞庭湖区与东洞庭湖区旱涝急转变化差异较大。

皖北地区旱涝演变及急转特征

根据皖北及其周边的16个气象站点1961～2013年每日降水数据,利用SSPI指数和夏季长周期旱涝急转指数,分析了皖北年降水量时空变化、旱涝发生频率的空间分布特征及旱涝急转规律。结果表明,皖北的年降水量呈微弱的减少趋势,呈现出从西北向东南递增的趋势;皖北干旱与洪涝在不同时间尺度下分布较为均匀,呈现出反复交替出现的情况。从时间尺度看,秋季为旱涝高发时期;从空间尺度看,淮北、宿州、蚌埠为秋季干旱高发区,阜阳、宿州为春季洪涝高发区;旱涝急转事件均为旱转涝事件,在2000年之后旱涝急转事件具有更高的发生频率,占53年中旱涝急转次数的40%。

华南汛期旱涝急转及其大气环流特征

利用国家气象信息中心提供的1960~2015年中国753站汛期(4~9月)逐日降水资料,对华南地区汛期旱涝急转现象进行了分析,定义了一个旱涝急转评价指标,分析了旱涝急转事件的特点及其大气环流特征。结果表明:华南在56年汛期中共发生了17次旱涝急转事件,发生频率由1960年代的3次下降到1970年代、1980年代的1次,后迅速增加到1990年代的4次、21世纪初的8次。将其按急转时间分为春末初夏旱转涝事件和盛夏涝转旱事件。春末初夏旱转涝事件,旱期西太平洋副热带高压主体偏南,中国东部主要受干冷高压脊控制,华南低层负涡度发展伴随着辐散、下沉运动的加强和水汽输送的减弱,降水偏少;涝期西太平洋副热带高压北抬,孟加拉湾南支槽异常偏强,华南位于副热带高压西侧和南亚高压东南侧,低层正涡度发展伴随着辐合、上升运动和水汽输送的加强,降水偏多。盛夏涝转旱事件,涝期西太平洋副热带高压主体偏西,华南处于副热带高压西北侧和南亚高压东南侧,低层水汽输送、辐合和上升运动均加强,正涡度发展,降水增多;旱期西太平洋副热带高压显著北跳,南亚高压向东向北扩展至长江中下游地区,华南为西太平洋副热带高压和高空东风急流所控制,低层水汽输送减弱,辐散和下沉运动加强,负涡度发展,干旱少雨。

1951-2016年长江荆南三口地区旱涝演变与急转特征分析

根据荆南三口地区22个气象站点1951—2016年月降水资料,采用标准化降水指数(SPI)及夏季长周期旱涝急转指数(LDFAI),辅以EOF分析、小波分析、M-K检验等相关分析方法,分析荆南三口地区66年旱涝的变化特征。结果表明:(1)旱涝年际变化较大,20世纪50年代前涝后旱、60—70年代整体干旱、80年代旱涝交替、90年代洪涝、21世纪前涝后旱,且四季均可发生旱涝事件。(2)空间尺度可分为3个区域类型,东南部(湿润区)、中部(降水均匀区)、西北部(偏干区),且季节空间分布上存在较大差异,西北部的五峰、宜昌、荆州等地四季干旱较多,中部的安乡、南县、华容等地四季洪涝较多。(3)年与四季多以5年、10年周期为主,并具有30~35年的长周期。(4)旱涝急转指数在1981年和2015年发生显著变化,而旱涝强度在1972年和2014年发生显著突变。(5)宜昌、石门、澧县等夏季多为旱转涝;五峰、宁乡、安乡、华容、常德等地夏季多为涝转旱。

长江中下游典型流域旱涝与旱涝/涝旱急转演变规律及其驱动因子研究

旱涝灾害是长江中游地区社会经济发展的瓶颈之一,旱涝灾害在近二三十年来发生了显著变化,但对其演变规律和成因还缺乏全面研究。以长江中游梅雨锋暴雨幕阜山地区典型流域隽水河为研究对象,基于标准化径流指数(standardized runoff index,SRI),利用趋势和变点检验、交叉小波变换、增强回归树机器学习(boosted regression tree,BRT)等方法探究典型流域旱涝与旱涝/涝旱急转演变规律及其驱动因子。研究发现:1)基于1、3、6、12个月4个时间尺度的SRI变化表明,1973—2018年隽水河流域趋向变湿润,随时间尺度增加,极端旱涝发生频率增加,旱涝持续时间延长;2)1990年之后,涝频率、旱涝烈度和强度呈增大趋势;3)旱涝/涝旱急转事件主要发生于3—10月,其历时、烈度和强度均呈增加趋势;4)基于机器学习方法进一步归因,发现气象因素中降雨和蒸发对旱涝/涝旱急转烈度变化的贡献率较大,大气环流因素中西太平洋暖池强度指数(Western Pacific warm pool strength index,WPWPSI)、西太平洋副高强度指数(Western Pacific subtropical high intensity index,WPSHII)、太阳黑子指数(total sunspot number index,TSNI)和南海副高强度指数(South China Sea subtropical high intensity index,SCSSHII)与烈度变化较为相关,对典型事件分析发现大气环流的异常变化在一定程度上导致了旱涝的异常变化。