石羊河流域50年气候变化特点及其突变检验

以石羊河流域5个气象观测站点,1960-2009年50年逐日降水、温度及蒸发观测资料为基础,分析了石羊河流域过去50年的气候变化特点、空间分布及其突变检验。研究结果认为,石羊河流域气象要素多年平均值的空间分布呈明显的南北向分布;石羊河流域在过去50年,气温呈显著的增加趋势,增幅为0.27-0.58℃/10a,高于全国平均水平,而且各站点变化规律一致,均在1998年发生了气温突变;流域内的降水量变幅波动较大,但总体呈增加趋势,但增加趋势未通过显著性检验,波动的因素可能是由年际振荡造成的;流域内蒸发量的变化幅度介于-20-200mm/10a之间,各站点变化规律不完全一致,其中武威、民勤及永昌3个站点蒸发量显著减小,并分别在1984、1993以及1998年左右发生了突变。     

海河流域干旱时空变化及驱动因素分析

基于MODIS EVI(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer Enhanced Vegetation Index)、PET(Potential Evapotranspiration)和ET(Evapotranspiration)数据构建了改进的干旱严重度指数(Modified Drought Severity Index, MDSI),并借助趋势分析、相关分析等方法对2001～2014年海河流域干旱时空演变规律及其驱动因素进行分析.结果表明:(1)2001～2014年海河流域生长季、夏季和秋季的MDSI与标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI)和自适应帕尔默干旱指数(self-calibrating Palmer Drought Severity Index, scPDSI)的相关性优于干旱严重度指数(Drought Severity Index, DSI);(2)时间上,2001～2014年海河流域生长季的MDSI呈显著增加的趋势(P0.05),春季、夏季、秋季的MDSI也呈现增加的趋势,表明近些年来海河流域干旱有缓解的趋势;(3)就典型干旱年2001年来看,干旱在5月最为严重,流域的西部地区在6～8月持续出现严重甚至极端干旱事件;(4)在季节尺度上,春季显著变干的区域主要位于河北省中部和南部地区;夏季和秋季显著变干的区域主要位于河北西部和北部;(5)海河流域西部MDSI主要由ET/PET控制,而东部MDSI主要受EVI影响.与气象因子相关分析表明生长季MDSI、DSI与降水和相对湿度呈显著正相关,与日照时数呈显著负相关.     

基于Poisson分布的降水模型及其在潮白河密云水库上游流域的应用

为了描述降水的时空分布特征,在降水发生次数为Poisson分布的前提下提出了3种降水模型。该3种Pois-son矩形脉冲模型分别假设了降水历时为瞬时分布、指数式分布和Pareto分布。利用潮白河密云水库上游流域16个雨量站1980—2008年的降水资料,率定了3个模型的参数;在此基础上,得到潮白河密云水库上游流域降水特征(降水强度、降水频率)的时间变化趋势与空间分布规律。以降水历时瞬时分布的白噪音Poisson矩形脉冲模型为例,流域日均降水场次约0.18场/d、次雨深约为8mm。结果表明:该流域时间上在过去近30a降水量无显著变化,降水频率呈下降趋势,降水强度呈增加趋势;空间上降水量和降水强度自东南向西北逐渐减弱,降水频率则无显著空间规律。这3种模型中,白噪音型和Pareto型更适用于潮白河上游流域的降水分析。     

1960-2014年河南极端降水特征分析

基于河南1960-2014年17个气象台站日降水实测数据,采用线性趋势与分析方法,根据选取的9个极端降水指数,分析了河南省极端降水的时间演化和空间分布,探讨了影响极端降水的因素.结果表明:(1)河南极端降水指数多年均值的空间分布整体呈现由北向南连续干日数减弱、年总降水量和大雨暴雨日数增多,自西向东平均日降水强度增强的分布规律.(2)该区极端降水指数长期演变趋势存在一定的空间差异.大部分地区降水量减少,但发生干旱和大到暴雨的日数却增加;而河南东部地区的极端降水事件呈现增强趋势,南部地区则表现为减弱趋势.(3)极端降水指数具有明显的年际和年代际时间变化规律,整体表现为20世纪80年代早期偏多、90年代偏少、21世纪后又增多的特点.河南地区极端降水变化符合我国中部和北部地区极端降水整体呈减少趋势的研究结果;引起其变化的重要原因为异常大气环流所致.而由于极端降水事件本身的特殊性和复杂性,区域内极端降水事件的物理成因和机制还需要深入研究.     

石羊河流域上游山区生态承载力时空格局动态评价

基于生态足迹理论,利用地理信息系统的空间分析技术,从图斑和各支流汇水区2种不同空间尺度,分别对1985,2000,2009年石羊河流域上游山区生态承载力进行定量计算,并对其空间格局进行分析.结果表明:时间尺度上,24年间石羊河流域上游山区生态承载力总量呈缓慢增加趋势,人均生态承载力呈明显下降趋势,而各类土地生态承载力呈不同的变化趋势.其中,2000年以后林地、草地和耕地生态承载力变化较为突出,表明中国1999年后实施的退耕还林(草)生态工程对其变化具有积极的推动作用;空间尺度上,石羊河流域上游山区生态承载力供给极不均匀,具有与流域地貌特征、环境禀赋和土地利用/覆被及其变化相关联的地理特性和明显的空间异质性.研究结论可为地方政府因地制宜地制定本区域生态环境保护措施提供科学依据.研究实践表明应用GIS技术计算生态承载力具有较好的应用价值.     

三江源地区干旱指数时空演变及成因分析

基于1966—2017年三江源区11个气象台站的逐日气象资料,运用彭曼公式(Penman Monteith)计算潜在蒸散量(ET0)并进一步分析干旱指数(aridity index,AI)对于气候因子的敏感性.结果表明:三江源地区1966—2017年干旱指数总体呈明显下降趋势(0.1/10 a),年均值为1.76,属于半干旱区;研究区5年的干旱指数距平值于1990年后为负值,表明该区域气候于1990年后趋于湿润化,Mann-Kendall突变检验结果表明干旱指数分别在1988年和1992年发生突变;根据干旱指数的空间分布特征,将三江源区划分为东南湿润区、中部半湿润区和北部干旱区,其余大部分地区属于半干旱区和半湿润区;干旱指数对日照时数和相对湿度响应较为敏感,敏感系数分别为9.3和6.4,但对平均温度极为不敏感.相对贡献分析结果表明,三江源地区的干旱指数主要受相对湿度和平均风速的控制.     

韩江流域参考作物蒸散量时空变化及其影响因素

基于韩江流域12个气象站点1961—2013年的逐日气象数据,应用Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量(ET0),并利用Mann-Kendall检验、Kring插值、Pearson相关分析和敏感性系数等方法分析了韩江流域ET0的时空变化特征及其影响因素. 结果表明:(1)近53年来,韩江流域多年平均ET0为1 121.96 mm,整体呈下降趋势,速率为0.39 mm/a,在1967年左右发生突变. 全流域ET0的年内变化较为明显,夏季的贡献最大,占到全年的37%;年均ET0以广东最多,江西最少. (2)空间上,韩江流域ET0呈现“自东南向西北逐渐递减”、“三高一低”的分布格局,即韩江上游梅江源头地区、韩江三角洲以及梅潭河流域为明显的高值区,而汀江上游地区的值相对较低;四季ET0的空间分布与年高低值的分布格局基本一致. (3)韩江流域ET0对相对湿度呈负敏感性,对平均气温、日照时数和平均风速呈正敏感性,对相对湿度最为敏感,其次是平均温度,对日照时数和平均风速的敏感性相对较小. (4)风速的下降是该流域ET0减少的主要原因,其次是相对湿度. 本文为山区流域水循环研究奠定了一定的基础,可为区域水资源评价与管理提供参考依据.     

1973-2015年年楚河上游流域径流变化趋势及驱动因素分析

青藏高原是对全球气候变化响应敏感且不确定性最大的地区。本文选取青藏高原雅鲁藏布江年楚河上游流域为研究区,基于流域两气象站(江孜和帕里站)1973—2015年逐日气温、降水数据,以及江孜水文站月流量数据,采用Mann Kendall检验、线性趋势法等多种趋势分析方法,分析了气温、降水、径流的年际和年内变化特征,并探讨了影响径流变化的主要因素。结果表明:1)年楚河上游流域气温呈显著上升趋势,增加速率为0.02℃·a~(-1),降水呈不显著下降趋势,减少速率为0.39mm·a~(-1);2)流域径流量年内分配极不均匀,主要集中在5—10月,年均径流量整体呈减少趋势,但在1973—2000年表现为增加趋势,2000年之后呈减少趋势;3)流域内冰川和积雪面积在2006年后呈明显减小趋势,但降水变化仍是流域径流量变化的主要驱动因素。全球变暖引起年楚河上游流域气温升高,降水减少,径流出现先增加后减少的趋势,这将进一步加剧流域水资源短缺,影响流域水资源开发利用、合理配置和区域可持续发展。     

2001-2014年黄土高原植被覆盖对干旱条件的响应分析

目的 研究黄土高原地区植被覆盖的未来趋势以及干旱情况对其影响.方法 基于2001-2014年MODIS-NDVI数据以及气象站点月值数据,采用趋势分析、Hurst指数及SPEI标准降水蒸散指数等方法分析植被覆盖时空变化特征.结果 2001-2014年黄土高原地区植被覆盖呈波动增加趋势;在空间上,黄土高原植被覆盖呈增长和下降趋势的面积分别占85.15%和14.85%;黄土高原植被覆盖变化的同向特征稍强于反向特征;SPEI与植被覆盖二者出现了较为统一的突变点,且对植被覆盖的影响具有较统一的滞后性.结论 黄土高原植被覆盖整体表现为上升趋势,降水与气温是影响黄土高原植被覆盖的主要因素.     

河西走廊内陆河流域极端降水特征分析

水资源是维持内陆河流域复合生态系统的重要纽带.大气降水作为流域水资源的重要来源,其时空分布及强度变化会对流域生态水文过程有着重要影响.本文以河西走廊内陆河流域19个气象站1960—2012年逐日降水资料为基础,构建了最大1d降水量、最大连续5d降水量和非常湿天降水总量等极端降水指标,通过采用多种极值概率分布模型探讨研究区极端降水指标在频次、强度和贡献率方面的变化,从而为分析极端降水对流域生态水文过程的影响提供科学依据.结果表明,基于GEV最优概率分布模型,得出研究区超过5年一遇的最大1d降水量、最大连续5d降水量、非常湿天降水总量近年来发生次数有所增加,尤其是2000年以后增加更为明显;研究区极端降水强度在2000年以后也明显增强;在极端降水量对年降水总量的贡献率方面,近年来石羊河流域总体呈现增加趋势,黑河流域上游呈现增加趋势、中游和下游以下降趋势为主,疏勒河流域上游和下游呈现增加趋势,中游则以下降趋势为主.     

嘉陵江流域人口分布的时空演变特征分析

用不均衡指数、集中指数以及地统计的方法,探讨1990—2014年嘉陵江流域人口密度空间分布规律及变化趋势.结果表明,嘉陵江流域人口空间分布整体变化不大,呈现圈层式结构和轴向延伸特征,整个流域形成双中心格局且有进一步加强的趋势,上游流域与中游流域交界处存在人口密度分布塌陷区;嘉陵江流域人口密度整体呈增加态势但局部区域变化明显,研究期间经历了"分散—集中—分散"的动态变化过程;流域人口密度空间分布局部区域变化较快;如无外力干涉,流域冷点区域和热点区域将有进一步集聚的趋势,下游人口密度空间分布未来将以重庆沙坪坝区等为中心向其西北和东北方向扩展,中游人口密度热点区逐步形成.应因地制宜制定流域人口发展政策,重视塌陷区人口引导,推动嘉陵江流域更好发展.     

基于SPI指数的内蒙古干旱时空分布特征研究

利用内蒙古47个气象站点1961-2013年的气象资料,采用线性趋势分析、标准降水指数分析方法,研究内蒙古近53年干旱的时空变化特征.结果表明:1区域年降水量以-0.039 5mm/a的速率缓慢下降,在空间上呈现总体下降、局部上升的格局.2春季和冬季降水呈现全区性增加趋势,秋季东部减少西部增加,夏季呈全区下降趋势,且速率(-0.32mm/a)远大于年降水量,其中半干旱区下降趋势最明显,是气候变化的敏感地带.3年际尺度SPI呈现干旱波动性增强、强度加剧、影响范围扩大并向东移动的趋势,且与当地环境变化情况相吻合.4季节尺度SPI对降水的敏感性更强,其中各季节干旱逐渐频发且强度加剧,表明干旱强度是造成研究区生态环境恶化的重要因素,在空间上季节尺度SPI对半干旱到干旱的过渡地带响应最为敏感,而对极干旱的阿拉善地区敏感性较差,即SPI对降水变率大的地区指示性更好.5相对于降水距平法和降水Z指数,SPI在对干旱的定量化和滞后效应的描述方面更加直观且准确,能为区域干旱情况做出可靠的评价.     

云南省干旱时空演变规律及季节连旱的概率特征分析

选取云南省29个气象站点1960—2010年的降水数据,计算每个站点季尺度和年尺度的标准化降水指数(SPI),分析了云南省干旱的时空演变规律.在此基础上,利用广义极值分布(GEV)拟合季节SPI序列分布,通过离差平方和最小准则(OSL)法选择Frank Copula拟合各季节SPI二维联合概率分布,研究云南地区季节连续干旱及连续特旱事件的概率特征.研究结果表明,云南省在过去51年呈不显著变旱的趋势,其中,夏、秋和冬季发生干旱的频率均呈增加趋势,而春季发生干旱的频率呈减少趋势;春夏、夏秋和冬春连续干旱与连续特旱发生频率呈北多南少的规律,高频率地区主要集中在云南省西北、东北及中部,而秋冬连续干旱与连续特旱高频率地区则主要集中在云南省西南部.     

石羊河流域土地利用与景观格局变化

以1994,2005年TM影像为基础数据,在GIS技术、数学模型及景观生态学理论支持下,分析石羊河流域土地利用变化的时空特征和格局变化.结果表明:近11年来,研究区耕地、林地、城乡工矿居民地用地和未利用土地均有增加,草地和水域呈减少趋势;土地利用程度较高,存在地区差异;各区县各地物类型的相对变化率之间存在明显的差异,但空间格局并不明显;草地和城乡工矿居民地用地的重心漂移量明显,其中草地漂移量达到了19.837 km,各类用地重心分布的变化反映了石羊河流域下游荒漠化程度加剧,生态环境进一步恶化;研究区斑块数量明显减少,斑块密度下降,景观破碎化程度减轻,景观多样性指数和均匀度指数下降,区域内土地利用类型向非均匀化方向发展,在一定程度上反映了人类活动对景观整体的影响;人口增加是现阶段石羊河流域土地利用变化的主要原因.     

基于标准化降水指数的贵州省近54年干旱时空特征分析

近年来中国干旱灾害频繁发生,对人们生活、生产造成了严重影响。以贵州省为例,选用标准化降水指数为干旱指标,分析年度和季节的干旱发生频率的变化特征。结果表明:近54年来,贵州省年季和季节干旱总体上呈现阶段化趋势,整体表现为干旱增加趋势,20世纪80年代中后期和21世纪初期是干旱频发期。干旱频率在空间分布上差异显著,东部地区年尺度干旱较为常见;季节尺度上,除了夏旱高频区呈零星状分布外,其他如春旱主要发生于中部及东部地区,秋旱高发区集中分布于中部和东北部地区,冬旱常发生于贵州省北部地区。研究表明SPI指数能够较好地反映研究区年际及季节性干旱变化特征,能为该地区制定防旱抗旱措施提供理论支撑。     

基于标准化降水指数的贵州省近54a干旱时空特征分析

近年来我国干旱灾害频繁发生,对人们生活、生产造成了严重影响。本文以贵州省为例,选用标准化降水指数为干旱指标,分析年度和季节的干旱发生频率的变化特征。结果表明：近54年来,贵州省年季和季节干旱总体上呈现阶段化趋势,整体表现为干旱增加趋势,1980s中后期和21世纪初期是干旱频发期。干旱频率在空间分布上差异显著,东部地区年尺度干旱较为常见;季节尺度上,除了夏旱高频区呈零星状分布外,其他如春旱主要发生于中部及东部地区,秋旱高发区集中分布于中部和东北部地区,冬旱常发生于贵州省北部地区。研究表明SPI指数能够较好地反映研究区年际及季节性干旱变化特征,能为该地区制定防旱抗旱措施提供理论支撑。     

红河流域降水量的时空变异特征

 利用红河流域52个观测站的43a日降水资料,针对年、湿季和干季降水量和降水倾向率等统计量,采用ArcMap的反距离加权插值法进行插值与分类处理,生成了红河流域年、湿季和干季降水量的空间分布图,实现了气候趋势特征指数的空间化处理.对红河流域年、湿季和干季降水量等的时空分异特性进行综合分析得出:43a来,红河流域年降水呈现上升趋势,空间上主要表现为除了元江干流中下游、盘龙河北部和东北部有下降趋势外,其它地区都呈上升趋势;湿季和干季间降水量变化趋势差异较大,相对于年降水量空间分布而言,湿季具有下降趋势的地区扩大到整个流域中部,而干季降水量在整个流域几乎都呈上升的趋势;因出现在干季降水量有所增加,而在雨季的降雨量有所减少,因而降低了干旱和洪灾的发生机率.     

嫩江流域降水特征时空分布分析

基于嫩江流域17个气象站点1959—2010年逐日降水数据,选取降水量、降水日数和降水强度作为代表性指标,采用Mann-Kendall趋势检验法和线性回归法系统研究了嫩江流域降水的时空变化特征。结果显示:近51年来,①嫩江流域平均年降水量、夏季和秋季降水量分别以6mm/(10a)、4mm/(10a)和5 mm/(10a)的速率呈下降趋势,而春、冬两季降水量分别以2mm/(10a)和1mm/(10a)的速率增加;空间上,年降水量和季节降水量在流域上游多于下游。②嫩江流域平均年、夏季和秋季降水日数分别以1.5d/(10a)、1.1d/(10a)和1.2d/(10a)的速率下降,且上游下降较明显;春、冬两季降水日数则以0.1d/(10a)、0.7d/(10a)的速率呈增加趋势,且中游增加趋势明显;流域降水日数在年和季节尺度上均表现出上游多于下游的空间特征。③嫩江流域平均年降水强度、夏季和秋季降水强度分别以-0.018mm/(d·10a),-0.007mm/(d·10a)和-0.105mm/(d·10a)下降,而春、冬两季降水强度分别以0.051mm/(d·10a)和0.047mm/(d·10a)上升;空间上,年和春、夏、冬3个季节降水强度表现为流域上游弱于下游,而秋季降水强度在嫩江中游干流附近较大,其他地区降水强度较小。结果表明,在全球气候变化下,嫩江流域年和季节的降水特征在1959—2010年间均有不同程度改变,并呈现出明显的空间分布特征。     

基于TVDI的横断山区干旱时空演变特征及影响因子研究

以横断山区为研究区,通过对比2001—2019年基于 MODIS获取增强型植被指数（EVI）和归一化差分植被指数（NDVI）反演的温度植被干旱指数（TVDI_N、TVDI_E）及潜在蒸散量（PET）和实际蒸散量（ET）反演的作物缺水指数（CWSI）,与土壤含水量进行相关性分析,选择适用于横断山区干旱监测指标,采用Mann-Kendall 检验等统计方法研究干旱的时空变化特征,并分析干旱在不同土地类型、海拔和气象要素影响下的空间演变特征．研究结果表明:1）基于EVI反演的TVDI_E与土壤含水量相关性最高,更适合于监测横断山区的干旱情况．2）TVDI_E监测结果表明横断山区近19 年来干旱变化情况整体呈下降趋势,空间分布呈现南高北低的变化趋势,严重干旱主要集中分布在攀枝花市附近及湿热地带;北部则集中于三江流域（澜沧江、怒江、金沙江）附近及红原草原地区;干旱程度最严重的阶段是夏季,由春季逐渐向夏季过渡期阶段干旱面积明显增加．3）随海拔的增加,耕地分布多集中于海拔<3 000 m的地区,林地分布海拔为1 000~5 000 m的地区,草地主要生长于海拔>5 000 m的地区;19年来耕地、林地和草地中TVDI_E总体呈减弱趋势,但处在高原过渡带及干热河谷周围的植被的干旱呈增加趋势．在生长季缺水期时,南部地区的植被、高原过渡带林地和北部高原的草地受干旱影响严重．4）TVDI_E与日照时间的正相关性最高,与相对湿度的负相关性最高．气象因子对春初和秋末的TVDI_E复合作用最强,大部分区域呈现显著正相关．      

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27.1 mm;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17.7 mm.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.