淮河流域植被降水利用效率时空格局分析

利用2001～2016年MODIS NDVI及气象数据,基于CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了淮河流域植被净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP),并结合降水量数据,分析植被降水利用效率(Precipitation Use Efficiency,PUE)的时空分布特征及其对气候因子的响应。结果表明:①2001～2016年间淮河流域的植被平均PUE为0.598 g C/(m~2·mm),总体呈下降趋势;②淮河流域植被降水利用效率空间上呈规律性变化,流域北部PUE增加,南部降低;③淮河流域不同植被类型PUE有较大差异,大部分地区为农田且PUE最高,其次是森林、灌丛,最后为草甸;④淮河流域99.7%的地区PUE与降水量呈负相关,而80.1%的地区与温度为正相关;⑤降水量是影响淮河流域植被PUE的重要因素。     

考虑融雪洪水跳跃变异的水库极限防洪风险复核

采用Pettitt非参数检验法和Mann-Kendall非参数趋势检验法分析肯斯瓦特水库年最大洪峰流量序列非一致性,确定序列变异形式,利用"分解-合成"理论进行一致性修正,得到过去、现状两种条件下年最大洪峰流量序列,将其作为水库入库融雪洪水过程,根据水库防洪调度规则进行调洪演算,并通过频率分析法对两种条件下水库极限防洪风险率进行分析计算。结果表明:年最大洪峰流量序列在1993年发生变异,序列整体上升趋势不显著,跳跃变异为序列主要变异形式;根据两种条件下水库坝前最高库水位,以校核洪水位Z_d=993.35 m为水库极限防洪风险控制指标,过去条件下肯斯瓦特水库极限防洪风险率为0.231 23%,而现状条件下为0.354 58%,两种条件下复核后的肯斯瓦特水库极限防洪风险率均大于5 000年一遇的校核标准0.02%。     

分层小水库沉积物-水界面热交换时空变化特征

通过对分层小水库沉积物和上覆水温度剖面的7次监测,计算沉积物-水界面的热交换通量,探讨沉积物与水之间热量交换的时空变化特征。结果表明:沉积物-水界面热交换通量具有明显的季节变化,在春夏季库水升温分层以及秋季降温混合时期由库水向沉积物传递热量;冬季由沉积物向库水释放热量。浅水区水温的日变化促使沉积物-水热交换具有明显日变化特征。库区内由于水深不同,热交换特征也存在空间差异,与坝前相比,水库中心水深较浅,春季热交换方向转变的时间早;水库中心夏季由水传向沉积物的最大热通量(106. 6 W/m2)高于坝前深水区(23. 8 W/m2)。夏季当水体透明度较高时,沉积物直接接受太阳辐射引起热交换方向改变为由沉积物向水传递。     

拉尼娜事件对长江中下游旱涝的影响

为研究不同强度拉尼娜事件下长江中下游旱涝差异,利用旋转经验正交函数方法,将长江中下游划分为4个区(西北部、中部、南部和东部);基于MEI指数,提取了1961—2014年的拉尼娜事件,并采用标准化降水蒸散指数来评估旱涝等级。结果表明:不同强度的拉尼娜事件可对各分区的旱涝频率、强度和时空分布产生不同的影响。在强事件持续期,一区易发严重干旱,二到四区易发生严重洪涝;在强事件结束后,一区可出现轻度洪涝,二到四区可出现中等以上干旱。在中等事件持续期,一区洪涝的频率和强度略大,二区到四区干旱的频率和强度略大;在中等事件结束后,一区洪涝的频率和强度非常大,二区到四区干旱的频率和强度非常大。弱事件对旱涝影响较小,且在南部和北部有反向变化特征,南旱北涝。旱涝频率、强度和分布差异与不同等级的拉尼娜事件影响水汽输送和垂直运动的强度有关。     

鄱阳湖区分级雨日及雨量变化特征分析

为了分析鄱阳湖区降雨量的变化特征,按照相关标准对年降雨日数和降雨量进行分级,深入研究各级雨日(量)的年际变化特征和年内分配规律。利用鄱阳湖区都昌站1953—2012年逐日降雨资料,采用趋势突变检验、Hurst指数、集中度和集中期等方法对鄱阳湖区年和季节分级雨日(量)的变化特征进行分析。研究结果表明:①鄱阳湖区年平均降雨日数为134 d,其中,小雨日数、中雨日数、大雨日数和暴雨日数所占雨日的比例分别为70.9%,18.66%,8.2%,2.98%;过去几十年,年总雨日数、小雨日数和暴雨日数均呈现显著减少的趋势并可能持续减少,年总雨日数在1978年发生突变,突变后雨日数减少了14 d;季节性降雨中,春、夏2季以大雨暴雨为主,秋、冬2季以小雨、中雨为主。②鄱阳湖区年平均降雨量为1 335.66 mm,小雨、中雨、大雨和暴雨占年降雨的比例分别为20.74%,29.50%,27.35%,22.41%;过去几十年,年降雨量呈显著减少趋势并可能继续减少,并在1976年发生突变,突变后年平均降雨量减少了301.26 mm。③鄱阳湖区降雨集中度平均为0.4,但受降雨年内分配的影响,降雨集中度年际差异较大;降雨集中期主要集中在3月中旬—6月中旬,其中,4月中旬—5月中旬占了71.43%。鄱阳湖区降雨日数的减少主要是由小雨日数减少引起的,降雨量的减少是各级雨量共同减少造成的;降雨集中度的大小与大雨和暴雨量所占年降雨量的比例密切相关,且与降雨不均匀系数显著正相关。研究结果可为进一步认识鄱阳湖湿地水文情势变化特征提供依据。     

湄公河与洞里萨湖水量交换特征

洞里萨湖是湄公河最大的连通湖泊,湄公河与洞里萨湖水量交换特征一直是国际社会关注的热点问题,但相关研究成果较少。利用4个河湖控制站的长系列水文资料,分析了湄公河与洞里萨湖水量交换特征,结果表明:湄公河与洞里萨湖的水量交换强度大,洞里萨湖对湄公河径流调峰补枯作用明显,每年汛期5—9月份均会发生倒灌,1995—2011年年均倒灌历时122 d,倒灌水量377亿m³,占湄公河干流同期来水的14.4%,倒灌洪峰流量8 402 m³/s,占干流同期来水的20%,其中7—9月份倒灌水量占全年的88.6%;汛后10月份—次年4月份洞里萨湖向湄公河补水,年均补水历时244 d,补水水量711亿m³,是湄公河倒灌入湖水量的1.96倍,占湄公河下游同期来水的29.9%,其中10月份—次年1月份补水量占全年的83.1%。年倒灌历时、水量与洪峰流量,年补水历时、水量与峰值的年际变化较小,变幅分别为76 d、283亿m³、6 095 m³/s和76 d、474 亿m³、4 677 m³/s,变差系数为0.07～0.24。倒灌、补水水量不仅与湄公河和洞里萨湖的来水大小有关,还受到河湖水位差及洞里萨河水位等因素影响。研究成果可为湄公河三角洲和洞里萨湖区治理提供科学依据。     

“一带一路”区域未来RCPs情景降水变化分析

以“一带一路”地区作为研究区域,利用分位数映射法的4种传递函数订正全球气候模式(HadGEM2-ES)不同RCPs(Representative Concentration Pathways,温室气体浓度轨迹)情景的月降水量,以获得更具可靠性的未来降水变化的预测结果;在此基础上分析未来各地区不同RCPs情景年降水量变化趋势以及差异情况。利用均方根误差RMSE和降水偏差diff分析比较分位数映射法的订正效果,结果显示线性参数化方案PTFl法建立的传递函数综合订正效果最佳;同时也发现未订正的HadHEM2-ES在东亚和俄罗斯等地区存在明显的降水增加趋势高估。订正后的未来“一带一路”降水变化显示:①东亚、东南亚和俄罗斯地区的降水量在4个情景多为增加趋势,北非、西亚地区在4个情景多为减少趋势。②未来平均年降水量总体呈增加趋势;区域平均值中,EA(东亚)和Rus(俄罗斯)增加趋势明显,WA(西亚)和NAfr(北非)则是减少趋势。各地区降水突变情况存在明显的情景差异,RCP2.6情景突变情况最少,其他3种情景在不同地区都有不同的表现。分析结果为今后的政策制定或工程建设提供有效的参考依据。     

长江攀枝花—宜昌江段水温时空变化规律

受气候变化、梯级水库运行及支流入汇等多重因素影响,长江攀枝花—宜昌江段水温的时空分布发生了显著变化,其必将对河流生态系统产生深远影响。选择干支流控制性水文站1956—2016年近61 a水温资料,采用归因分析和多尺度对比分析,研究了该江段水温的时空变异特性及沿程分布。结果表明:攀枝花—宜昌江段干流升温趋势明显,而支流岷江受气温变冷带影响,1956—1990年间水温持续下降1 ℃,其后逐渐回暖;年内水温极差逐年减小,减小幅度为0.38~1.46 ℃/(10 a),水温年内过程趋于平坦;梯级水库建设使屏山站和宜昌站下游河道春、夏季水温降低而秋、冬季水温升高,其中4月份与12月份的变化幅度较大,这2个站点在4月份和12月份的水温分别较蓄水前改变-2.6 ℃和4 ℃左右;沿程水温格局总体稳定,即干流攀枝花—屏山江段持续升温超2 ℃;低温、量大(流量占比50%以上)的岷江水入汇,使屏山—朱沱江段水温下降0.6 ℃;嘉陵江高温水与乌江低温水由于流量占比不大,对朱沱—宜昌江段水温影响亦不大。研究成果可为上游梯级水库开展生态调度及建立生态补偿机制等提供科学依据。     

清光绪初年山西极端干旱事件重建与分析

基于清宫雨雪分寸记录和现代农业气象站资料,利用水量平衡原理与土壤物理入渗模型,定量重建了清光绪初年（1875-1878年）极端干旱背景下山西省95个县区的季、年降水量,验证了重建结果的可靠性。基于重建降水量,利用降水距平百分率干旱指数分析了极端干旱的时空演变过程。结果表明：在时间上,1875-1877年为连续三年大旱,且呈逐年加重趋势,其中,1877年为极端干旱年;季节性连旱明显,1875年夏秋冬连旱,1876-1877年夏秋连旱,其中1877年最为严重,出现全省性重旱、特旱。在空间上,干旱分布大致经历了由中东部地区和西部地区演变至北部,再到南部和中东部地区的过程,其中中东部和南部地区干旱最为严重。历史典型场次极端干旱事件的重建研究对于定量复原历史干旱事件具有重要的现实意义,在应对区域干旱巨灾风险方面具有重要的参考价值。     

1961-2012年蒸水流域径流演变规律研究

利用湘江一级支流蒸水流域控制站神山头水文站近50 a的径流量实测数据和流域内及邻近的7个气象站同期日降水观测数据,应用Mann-Kendall趋势检验和突变分析、距平累积曲线、双累积曲线等方法分析了1961—2012年蒸水流域径流量和降水量变化的趋势性及阶段性,定量评价了降水和人类活动对流域径流量变化的影响程度。结果表明:蒸水流域径流量和降水量变化阶段性明显,都经历了枯水期和丰水期2个时期;年径流量和年降水量整体呈上升趋势,但径流量上升趋势较降水量更为显著,径流量的突变年份为1988年,降水量的突变年份为1991年,突变年份之后在降水和人类活动的共同影响下径流量明显增大,人类活动对径流量增大的贡献率为75.74%,降水对径流量增大的贡献率为24.26%。目前人类活动是蒸水流域径流变化的主要影响因素,人类可以通过合理的活动在一定程度上调节径流量。