基于人工神经网络开发中国地区统计降尺度气候预估数据

针对中国地区的气候预估问题,开发一套高时空分辨率(空间分辨率:0.25°;时间分辨率:逐日)的统计降尺度气候变化数据集.降尺度气候预估结果表明:1)在传统降尺度方法的基础上引入人工神经网络算法,开发高时空分辨率的降尺度气候数据,技术上简便可行;2)将这种新方法应用到模式的历史模拟数据上,温度和降水的气候态偏差显著减小,...     

长江源区未来气候变化情景降尺度

利用台站资料,从气候场的平均态、空间结构、变化趋势以及年内、年际变化方面对IPCC AR4中19个全球气候模式模拟结果及其集合平均在长江源区1961-1999年气温和降水的模拟能力进行了对比,从中优选了CGCM3.1_T47,MRI_CGCM2.3.2,UKMO-HadCM3及MME 18对流域气温和降水模拟较好的模式.然后再利用2000-2009年的台站观测资料分别对四个模式采用差值法和统计降尺度方法进行对比.最后,分别采用Delta和SD方法预估了长江源区21世纪2011-2030年、2031-2060年、2061-2090年A2情景下气温和降水的变化情景.在未来三个时期长江源区将明显增温,多年平均气温将分别升高1.5(1.2～1.9)℃,2.6(2.3～3.2)℃,4.5(3.7～5.3)℃;多年降水呈现微弱的增加趋势,增加幅度分别为9.1％(3.1％～12.7％),11.2％(4 6％～18.2％),15.7％(3.0％～26.3％).     

基于CMIP6集合优化数据集的全球陆地极端气候变化预估

预估极端气候事件趋势能够降低其引起的灾害风险.该文基于CMIP6集合优化数据集EPTGODD-WHU,选取5个极端气候指数,即最高气温极大值(TXx)、最高气温极小值(TXn)、最低气温极大值(TNx)、最低气温极小值(TNn)和最大月降水量(PXx),并结合GIS分析手段,对2021—2100年SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的全球陆地极端气温及降水进行预估.结果表明：1)相较于CMIP单一模式,EPTGODD-WHU数据集模拟性能显著提升,气温及降水的空间相关系数分别达到0.99和0.81.2) SSP5-8.5情景下,年最低气温和最高气温均上升明显,且这种上升趋势年内波动不大,地球陆地极寒地区将面临升温的风险,而赤道等极热地区将处于年内长时间酷热状态.3)六大洲在SSP5-8.5情景下的极端降水整体上升趋势最剧烈,但北美洲密西西比平原和滨海平原的地区在SSP5-8.5情景下在未来面临较高的旱灾风险.4)中国西南部地区的极端降水在三个情景下均呈稳定的增幅,且增幅高达60%,预示面临较高的洪灾风险.     

基于CMIP6模式的辽宁夏季降尺度降水预估分析

基于14个CMIP6全球模式的6—8月降水历史数据、不同情景下的降水预估数据以及CN05.1格点数据，利用机器学习模型以及非参数转换模型，对CMIP6降水数据进行降尺度处理，并在此基础上对辽宁未来夏季降水进行预估.结果表明：(1)机器学习模型有较好的降尺度能力，XGBoost模型的降尺度能力优于随机森林模型.(2)基于XGBoost模型的辽宁未来时期夏季降水在不同情景下均呈增加趋势，降水增加趋势在SSP5-8.5、SSP3-7.0、SSP2-4.5、SSP1-2.6情景下依次减弱.(3)不同情景下降水突变均发生在21世纪中后期，且在突变后呈上升趋势，降水呈现显著增加的区域也有所增多.(4)无论在突变前还是突变后，SSP5-8.5情景下降水增加趋势均较其他情景明显，在21世纪末期增加趋势达到了0.05显著性水平.     

基于BCSD降尺度方法的黄河源区气候变化预测

采用BCSD降尺度方法,根据黄河源区16个气象站基准期(1961—1990年)的逐日降水量、气温,最高气温和最低气温资料,对IPCCAR4 中的20个GCM模式在A1B情景下的气象资料进行降尺度研究,并简单论证了BCSD的降尺度效果及其结果的可信性。基于降尺度分析结果,预测在A1B情景下,黄河源区温度普遍升高,增幅约为0.032 ℃／a,降水量呈现波动状微弱上升趋势,增幅约为0.50 mm／a,同时从流域空间分布上看,东南部降水和气温的增加效果显著,一定程度上可认为黄河源区东南部有暖湿化的演变趋势。     

未来气候变化情景下中国北方农牧交错带脆弱性评估

基于中国地面降水和气温0.5°×0.5°格点数据集以及区域协同降尺度试验东亚地区项目组RCP4.5和RCP8.5情景下未来气候预估数据,对中国北方农牧交错带1980—2100年的气候脆弱性进行模拟和分析。结果表明,北方农牧交错带气候脆弱性在未来的100年中整体上呈现增大的趋势,特别是2050年后,增大速度进一步加剧,到21世纪末,几乎整个北方农牧交错带都表现出明显脆弱性。从宁夏中卫到呼和浩特北部一带,脆弱性形势较为严峻,而大兴安岭北部地区脆弱性程度较低。     

未来气候变化对长江上游极端径流影响评估研究

选取长江上游罗渡溪站以上集水区为研究区,采用距平分析法、Mann-Kendall趋势检验法分析流域内代表气象站历史降水和气温变化趋势,发现年降水量无明显增减趋势,气温自20世纪90年代以来呈波动上升趋势;采用4种气候模式A1B排放情景气候数据驱动VIC水文模型,发现各模式预估月尺度径流和极端高流量变化情势较不一致,洪水风险可能增加也可能减小,各模式均一致性地预估了年最小连续7日流量呈现减少的趋势,研究区可能存在较明显的干旱化趋势,干旱风险增大.     

基于CMIP 6多模式的长江流域气温、降水与径流预估

【目的】探究未来气候变化对长江流域径流的影响,为长江流域及其他地区的早期洪水预警和防御措施提供依据。【方法】采用国际耦合模式比较计划第6阶段(CMIP 6)多模式集合平均(MME),结合SWAT水文模型,对长江流域1961—2014年气温、降水量和径流等进行评估,并预估了长江流域2020—2099年SSP1-1.9、SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5排放情景下的气温、降水量和径流。【结果】(1)相比单一模式,MME历史时期模拟气温和降水效果更好,与观测值的相关系数均大于0.90,MME可以很好地模拟出气温和降水量的空间分布规律。(2)由MME分析可知,2020—2099年长江流域在所有情景下的气温增幅低于50%,降水增量小于20%,在SSP5-8.5情景下模拟的温度值比SSP1-1.9时的温度值高1.23℃,比SSP1-2.6时的温度值高0.99℃。(3)总体上,长江流域未来的年均径流量增加显著,到21世纪末,SSP5-5.8情景下年均径流量将达到40 380 m³/s。【结论】本研究揭示了长江流域径流变化趋势与气温与降水之间的...     

ASD降尺度技术在东江流域气候变化研究中的应用

评估未来气候变化对水循环的影响对保护该地区水资源有着十分重要的意义.GCM是当前研究气候变化的重要工具.然而GCM分辨较低,难以直接应用到流域尺度.统计降尺度方法以其计算量小、易于操作等特点被广泛应用到气候变化研究中,弥补GCM在气候影响评价中的不足.本研究以东江流域为例,采用BCCR大气环流模式、ERA-40再分析资料和东江流域实测气象数据,应用ASD降尺度模型对该流域未来气候变化进行评估.研究结果表明,ASD模型对日最高气温、最低气温和平均气温的模拟较为准确,同时也能基本反映流域日降水的统计特征,由此生成的未来气候变化情景是可靠的.分析结果显示,东江流域未来时期(2046-2065)降水量呈减少趋势,其中夏季降水减少较为显著,冬季变化不明显;而最高、最低和平均气温较基准期均有所升高.     

黄河流域1961～2017年降雨侵蚀力特征与未来变化预估

基于1961～2017年逐日降水以及未来中等排放情景RCP4.5下5个优选全球气候模式经降尺度得到的逐日降水预估数据,对黄河流域降雨侵蚀力过去和未来时空变化进行探讨.1961～2017年黄河流域年降雨侵蚀力总体呈现略减少态势,但龙羊峡以上、河口镇至龙门、龙门至三门峡年强降雨侵蚀力或年降雨侵蚀力略有增加,易造成上游生态脆弱区和中游产沙区水土流失增加.相对1986～2005年基准期,2046～2065年和2080～2099年的年降雨侵蚀力分别增加21.7%和29.5%,大部分地区呈增加趋势且确定性大.未来年降雨侵蚀力的增加将受到年侵蚀性降雨日数和强度增加的综合影响.     

多时间尺度下遥感降水产品与再分析降水产品在海河流域适用性对比分析

为了综合评估热带降雨测量卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)、全球降水测量计划(global precipitation measurement,GPM)遥感降水产品和MERRA-2再分析降水产品在海河流域的适用性,基于流域内57个气象站点2014年3月—2018年2月期间的逐日实测降水数据,选用相关系数、均方根误差、平均绝对误差、相对误差等评价指标,对比分析三者在海河流域年、季、月多时间尺度观测精度.结果表明:在年、季、月时间尺度上,GPM数据与站点实测数据的相关性均为最优,TRMM相关性均最弱.在3种时间尺度下,MERRA-2再分析数据在海河流域的数据精度最高,GPM次之,TRMM数据误差最为明显.TRMM、GPM在年度、季度降水量上均存在一定的高估现象,TRMM表现出对降水的高估现象更加明显,但是夏季GPM相对误差略高于TRMM数据.总体上,3种降水产品在海河流域均具有较好的适用性,但MERRA-2与GPM在海河流域的适用性较好且优于TRMM,GPM在弱降水观测能力方面较TRMM明显增强,但强降水监测能力仍有待提升.     

GCMs模式在黄河源区的适用性分析

利用黄河源区24个气象站1961～1990年的月平均气温、最高气温、最低气温、月降水资料和IPCC 提供的5个全球海气耦合模式(CCC,CCSR,CSIRO,GFDL,HADL)的模拟结果,采用多年平均、不均匀系数、绝对变化幅度等统计特征,验证分析了各个模式对黄河源区降水和气温的模拟效果.结果表明:各个模式在降水和气温2个方面的模拟效果均不相同,如GFDL模式对降水的模拟效果最好,GFDL和HADL模式对气温的模拟效果较好;若同时考虑降水、气温2个方面的模拟效果,GFDL模式要略优于其他模式.     

基于Copula的澜沧江流域气象干旱风险分析

基于云南省澜沧江流域9个气象站点在1953—2015年逐月降水、蒸散发序列,构建标准化降水蒸散发指数SPEI,采用游程理论分离干旱特征变量,利用Copula函数建立联合分布函数,分析干旱发生概率及其重现期. 结果表明:1）当发生相同程度历时、强度的干旱事件时,澜沧江流域北部区域的发生频率高于南部;2）不同地区的联合重现期等值线变化趋势不同,实际重现期介于联合重现期与同现重现期之间,联合重现期与同现重现期的值可作为预测实际重现期的区间范围;3）通过重现期确定不同程度干旱对应的区间范围;4）流域内轻微干旱风险概率为5.50%~11.05%、中度干旱风险概率为17.43%~39.31%、重度干旱风险概率为12.89%~17.83%、特大干旱风险概率为7.20%~14.00%. 研究结果可为澜沧江流域干旱风险应对提供有益参考.      

近51年海河流域气候变化特征分析

在全球变暖的背景下,海河流域作为我国重要工农业生产地,气候正在发生重大变化.利用1960年-2010年海河流域30个气象站点的气温和降水资料,将每个站点的气温和降水量展布到全流域,采用线性倾向估计、Mann-Kendall非参数检验、滑动T检验和小波分析等方法分析海河流域气候的变化特征.结果表明：海河流域气温呈明显上升趋势,其中西部和东部明显高于南部和北部,年平均气温在1988年发生突变,气温变化存在7a和10～15a2个周期;整个流域的降水量呈下降趋势,其中北部的内蒙古地区和河南的北部地区降水减少趋势最为明显,降水量在1997年发生突变,降水变化存在5～7 a和10～15 a 2个周期.     

清代珠江流域旱涝灾害变化特征与R/S分析

在整理清代1644-1911年的历史文献资料的基础上,统计了珠江流域以及各个子流域的旱涝灾害发生频次.利用滑动平均、小波分析等方法研究了清代珠江流域的旱涝灾害演变趋势和周期;通过R/S分析计算Hurst指数,预测未来旱涝变化特征,并通过近50年的气象降水资料计算的SPI指数对预测结果进行验证.结果表明:清代珠江流域洪涝灾害的频次整体高于干旱灾害的频次,其中1695年、 1860年和1894年既发生了流域性干旱也发生了流域性洪涝;旱涝频次的主要振荡周期为32～34 a;珠江流域未来的干旱、洪涝灾害整体变化将与过去的变化趋势一致,且流域洪涝序列的Hurst指数比干旱序列的Hurst指数更为接近1.0,说明清代珠江流域洪涝序列的趋势延续性比干旱序列更强.     

三江源区多尺度水文干旱特征及植被的响应

采用标准化降水指数SPI和遥感植被指数(NDVI、EVI)量化1961—2018年三江源区的生长季植被和水文干旱的演化特性,基于Mann-Kendall趋势检验法分析了三江源区1961—2018年干旱与植被的时空演变趋势,并基于斯皮尔曼等级相关系数进行了不同干旱变量与植被指数的相关性分析。结果表明： 三江源区季度干旱事件发生于1963年、1966年、1984年、1992年、2000年和2017年;春季有显著湿润化现象（平均趋势特征值Z=228）,秋季澜沧江源和长江源中部有不显著干旱威胁;5月黄河源以北地区有显著植被增加趋势,9月长江源中部与澜沧江源有不显著植被退化趋势,2000—2018年植被变化趋势是北部强于南部、西部强于东部;21世纪以来,干旱事件与植被有一定的响应关系,SPI3与植被指数显著正相关。     

降水空间插值方法应用研究——以黄河源区为例

使用反距离加权法、张力样条函数法和普通克里格法对黄河源及其周围地区65个气象站点1990～2001年12年间月平均降水数据进行空间插值,并对模拟结果进行了交叉检验和站点检验.3个检验标准的检验结果表明:3种插值方法的结果都基本能反映黄河源区降水的大体空间分布规律,而普通克里格法略优于其他两种方法.研究结果表明:样本本身的空间分布在很大程度上影响插值精度,台站的密度对插值效果的影响也非常显著.给出了黄河源区年平均降水空间分布图.     

十六世纪以来皇甫川流域的水沙变化复原

本文通过对皇甫川流域一组树木年轮资料的分析,重建了皇甫川流域自十六世纪以来的降水变化过程;在此基础上,根据皇甫川流域的现代水沙变化的相关关系,进一步反推出近500年来皇甫川入黄泥沙的变化过程。     

怒江流域下游地区气象与水文干旱特征研究

以怒江下游勐波罗河流域为例, 利用周边气象站点年的月降水量、月气温和流域出口水文站月径流数据, 计算气象干旱指标标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)和径流干旱指数(SDI), 分析该地区1966—2013年间不同参考期(12个月、6个月和3个月)的气象和水文干旱变化过程, 揭示流域水文干旱与气象干旱发生的关联。研究结果表明, 自21世纪初期以来, 流域各参考期干旱指数呈现减少趋势(干旱增加),尤其是SPEI-6M (参考期为6个月的 SPEI)和SPEI-3M (参考期为3个月的SPEI)。研究区气象与径流干旱均具有多尺度周期性特征: 在20世纪90年代中期之后, 25~30年大尺度周期的等值线中心逐渐下移, 时间尺度缩短为10~15年。进入21世纪以来, 径流干旱在25年以上的大尺度上演变为减弱的干旱期, 在10~15年中尺度上则处于由干旱向微湿润变化的过渡期。径流干旱与气象干旱关系密切, 通过气象干旱指数SPEI-6M, 可以较好地预测年径流干旱变化程度。     

基于BP神经网络对黄河源区降水的降尺度模拟研究

利用黄河源区实测的水文气象资料、NCEP再分析数据及HadCM3情景模式,通过研究气象因子与降雨之间的非线性关系,基于BP神经网络模型采用3种不同时段(即全年S1、枯水期和丰水期S2及四季S4)对黄河源区建立3种降雨的统计降尺度模式,分析评价不同模式对降雨指标的模拟能力.结果表明:3个模型的模拟效果的优劣随着研究的时间尺度变化,对多数降雨指标的变化趋势能成功捕捉,但对量的模拟效果会随着指标和季节而变化,对极端指标的模拟效果均较差.