未来气候情景下海河流域参考蒸发蒸腾量预估

开展未来气候情景下海河流域参考蒸发蒸腾量的预估研究,揭示流域未来气候变化背景下的水文响应规律,有助于更好地为水资源分配和管理提供科学基础和理论依据.根据海河流域及其周边共40个气象站1961—2010年逐日气象资料,基于FAO Penman-Monteith法计算参考蒸发蒸腾量(RET),通过统计降尺度模型(SDSM)实现HadCM3输出RET数据网格到站点的尺度降解,进而生成未来情景下RET并分析其时空变化规律.结果表明,基于SDSM模型的模拟效果较好,可以用于未来情景下海河流域GCM输出RET的降尺度应用;虽然过去50年流域大部分站点的RET年值呈下降趋势,但SDSM模型预测的未来气候情景下大部分区域却呈增加的趋势,其中H3A2情景下增加量略高于H3B2情景,且随着时间的推移增加量越来越大,以流域西北部边缘区域、滦河上游和下游以及徒骇马颊河流域的增加趋势最为明显,RET减少的区域在2020s时期主要位于流域中部,随着时间的推移逐渐缩小到京津塘地区;RET季节值的变化同样具有很强的时空特性,而除了春季时在流域南部、秋季在2020s时期滦河流域下游和海河北系的东部部分区域、冬季在流域的西南部和东北部RET呈减小趋势外,其余RET则主要呈增加的趋势;同时研究表明未来情景下RET增加主要由温度的上升导致.     

定量分析四川省1954～2014年参考作物蒸散量变化特征及气候影响因素

利用FAO Penman-Monteith公式,估算四川省1954~2014年参考作物蒸散量,采用多元回归方法定量分析影响四川省RET变化的主要气候因子。结果表明:四川省RET空间差异明显,南部低山区年平均RET最大,东部平原区最少;低山和高原地区RET呈显著增长趋势,东部RET显著减少;RET变化的季节差异以夏季变幅最大,是年RET变化的主要贡献者;平均风速和日照时数是影响四川省RET变化的主要气候因子,除此之外,高海拔地区温度对RET变化的贡献最高,其它地区的相对湿度变化对RET变化的贡献最高。     

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.     

柴达木盆地气候变化区域性特征及其影响因素

利用1982-2013年柴达木盆地5-10月的降水量、气温、日照时数、相对湿度和平均风速等气象资料,结合夏季风指数、经纬向环流指数等大气环流资料及植被覆盖指数对柴达木盆地气候时空变化的区域显著性成因进行讨论.研究表明,除相对湿度变化不明显外,柴达木盆地降水和气温显著上升,日照时数和平均风速显著减小,同时,空间分布具有明显的经向地带性特征;降水量、平均气温、日照时数和平均风速均有突变发生,其中,盆地东部降水、气温、平均风速的突变时间早于西部,东部的日照时数突变时间晚于西部,区域差异特征明显;各气候要素的周期变化具有共性特征,周期变化基本在32、16、10～12、5～6和2～3 a等时间尺度附近变动;在全球变暖背景下,盆地气候变化具有的区域特征可能是亚洲夏季风、经纬向环流、副热带高压等气候系统以及下垫面植被演变等因素综合作用的结果.     

西北地区干旱趋势变化特征及其对气候变化的响应

选取西北地区1961~2014年124个气象站点逐日气象资料,分析该区域降水量及可能蒸散量变化特征,采用相对湿润度指数探讨分析该区域四季及喜温、喜凉作物生长季干旱趋势变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:(1)西北地区降水量短缺呈增加趋势,可能蒸散量呈减少趋势,二者区域间差异均较大,其上升、下降趋势信度达99%及无明显变化站点分别占西北地区总站点的23.4%、0.8%、75.8%和18.5%、31.5%、50%。(2)西北地区相对湿润度表现为春季多特旱,夏秋两季多轻旱,冬季及喜温、喜凉作物生长季多中旱,且秋季呈变干趋势,其余各时段呈变湿趋势,春、夏、冬三季极为显著,空间上总体呈东南向西北逐渐递增后趋缓的趋势。(3)西北地区不同干旱发生频率总体呈现出春季冬季秋季夏季,喜温作物生长季喜凉作物生长季,而干旱频率区域分布特征与相对湿润度基本一致。(4)西北地区各时段日平均气温均呈显著增加趋势,降水量在秋季表现为减少趋势,其余各时段均呈增加趋势;日照时数在春季、喜温和喜凉作物生长季表现为增加趋势,而在夏、秋、冬三季表现为下降趋势;相对湿度、风速在各时段均表现为减少趋势。(5)相对湿润度指数M与各时段降水量、日照时数及相对湿度的相关性最大,与各时段风速及日平均气温也存在一定的相关性。     

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.     

青藏高原典型区域沙尘天气与气候要素关系分析

利用青藏高原沙尘活动典型区内10个站点的气象观测资料,分析了高原东北部、北部、西部、西南部近40多年来沙尘活动日数的演变规律及其与平均气温、相对湿度、平均风速、降水量等主要气候要素的相关关系.结果表明:近40年来,研究区内沙尘活动主要集中于冬、春两季,年沙尘活动日数、年均风速处于下降趋势,年均气温、年降水量呈现上升趋势,年均相对湿度变化平缓.沙尘活动日数与各气象因子在不同的时间尺度有不同的相关关系.除共和、都兰、格尔木、拉孜、山南月沙尘活动日数对月均气温滞后的正相关性显著提高外,其他站点、气候要素对于沙尘活动的影响均没有滞后效应.沙尘天气的高发期对应着暖干气候,低发期对应着冷湿气候.     

滇中地区昆明市潜在蒸发量的时空变化特征

基于昆明市12个气象站1970-2013年的气象资料,采用世界粮农组织(FAO)推荐的彭曼公式估算了12个气象站的潜在蒸发量(Potential Evapotranspiration,PET),采用空间内插统计得到昆明市区域平均气象因子和潜在蒸发量,分析了潜在蒸发量的时空变化特征及成因.研究结果表明,昆明市区域多年平均潜在蒸发量为1 150.5mm,年和季节空间分布相一致,总体呈北高中南部低、高值集中分布在金沙江干热河谷;1970-2013年期间区域年潜在蒸发量显著下降(α=0.05),下降幅度为16.3mm/10a;同期年平均气温、最高气温、最低气温显著增加(α=0.05),年平均风速、年相对湿度和年日照时数显著减少(α=0.05);区域存在"蒸发悖论"现象,体现在1970-2008年期间8个单站;区域年平均风速和年日照时数的减少是造成年潜在蒸发量减少的主要原因,同时区域气温的升高和年相对湿度的减少使得年潜在蒸发量减少的趋势有所减缓,但未改变其减少趋势.春、秋和冬季潜在蒸发量的减少主要受平均风速的影响,夏季潜在蒸发量的减少主要受日照时数的影响.     

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.     

西辽河流域春玉米需水量变化趋势

西辽河流域在区域和国家粮食安全中地位重要,随着社会经济的发展,用水量增加导致水资源紧缺,作物需水量可为该区作物灌溉和区域灌溉需水量提供定量依据,采用Penman-Monteith模型和春玉米5～9月的作物系数计算了西辽河流域10个气象台站1951年～2005年春玉米需水量,采用Mann-Kendall法对全生育期需水量、生育期各月需水量和各气象要素变化趋势进行了分析,并对春玉米需水量和各气象因子进行了灰色关联分析.研究结果表明:(1)西辽河流域全生育期需水量增加和减少的站点各占1半,5月份需水量的增减对全生育期需水量的增减有重要影响;(2)最高气温、风速、日照时数或者平均气温与春玉米需水量的关联程度最高,风速和日照时数对西辽河流域春玉米需水量影响最大.     

淮河流域参考蒸散发量变化分析

利用淮河流域26个气象观测站的观测资料,采用Penman-Monteith法计算流域的参考蒸散发量,结合参考蒸散发对气象因子的敏感性分析以及气象因子在1960—2008年的变化,定量评估气象因子变化对蒸散发的贡献程度,进而分析流域近50 a来参考蒸散发量的变化及其原因.结果表明:淮河流域绝大部分地区的年参考蒸散发总量呈下降趋势,淮河以北地区的下降趋势比淮河以南地区更为显著.造成这种变化的主要原因是太阳辐射量的减少和风速的降低,淮河以南地区受相对湿度变化的影响,下降幅度小.     

不同气候区潜在蒸散发全局敏感性分析

基于Penman-Monteith公式,运用全局敏感性方法分析我国4个气候区12个气象站潜在蒸散发对最高气温、最低气温、相对湿度、风速和日照时数的敏感性。结果表明:(a)不同气候区及不同季节潜在蒸散发对气象因子的敏感性排序存在差异。夏季日照时数对潜在蒸散发影响最大;冬季最高气温、相对湿度和风速比较敏感;最低气温在全年各季节均不敏感。(b)从中温带半湿润地区→高原温带半干旱区→北亚热带湿润地区→南亚热带湿润地区,日照时数对潜在蒸散发的影响逐渐增强,风速对潜在蒸散发的影响逐渐减弱。(c)全局灵敏度与局部灵敏度方法分析结果具有很大差异,局部法分析对潜在蒸散发影响的气象因子敏感性排序与气象因子取值有关。     

Regional difference of aridity/ humidity conditions change over China during the last thirty years

Scientists have found that the global average surface temperature has increased by 0.6±0.2℃ since the late 19th century based on various evidence[1]. From the 1980s, temperature has experienced the most rapid warming to an extent of abrupt change statistically[2,3]. Global warming has attracted extensive attention from multiple depart-ments and has been an important issue related to global politics. Many scientific communities have made great efforts on climate change research and global env…     

三峡库区香溪河流域近20年气候趋势分析

根据三峡库区香溪河流域兴山气象站1990～2009年20年的气象资料,利用Mann—Kendall检验法对该地区的降水量、气温、湿度、风速、日照时数（太阳辐射）等变化进行趋势分析．结果表明：近20年,香溪河流域降雨量无显著上升趋势,增加速率约为12mm／10a,但具有明显的年际变化;春夏季降雨量呈上升趋势,秋季和冬季降雨量呈下降趋势;在全球变暖的气候背景下,香溪河流域气温逐渐升高,平均气温增加速率为0．3℃／10a,平均最低气温增加速率为0．19℃／10a,最高气温显著上升,上升速率为0．4℃／10a;风速先减小后呈上升趋势,1990～2002年风速减小,减小速率为0．1m／s／10a,自2003年以来,风速显著上升,增加速率为0．2m／s／10a;湿度呈减少趋势,月目照时数与月蒸发量呈正相关性,但总体增长趋势则表现为年日照时数增加,年蒸发量减少．     

Determining factors in potential evapotranspiration changes over China in the period 1971–2008

Potential evapotranspiration (ET_o) is important to hydrological cycling and the global energy balance. Based on a modified FAO56-Penman-Monteith model, ET_o was simulated for 603 meteorological stations across China in the period 1971–2008. Spatial distribution and temporal change of ET_o were characterized, and the determining factors in ET_o were revealed by sensitivity analysis. Results show obvious regional differences in annual average ET_o and its determining factor. In general, annual average ET_o decreased in the period 1971–2008, but increased since the 1990s. Wind speed and sunshine duration were determining factors in the annual ET_o trend, with smaller contributions from relative humidity and temperature. Declining wind speed was the determining factor in decreasing annual ET_o in northern temperate regions and the Tibetan Plateau. The spatial extent of wind speed influence contracted to northwest China in summer, and expanded to the whole country in autumn. Decreasing sunshine duration was the determining factor in decreasing annual ET_o in subtropical and tropical regions, especially in summer, with a larger spatial influence mainly to the southeast of the farming-pastoral region. ET_o change has distinct impacts on earth surface ecosystems and environment depending on different determining factors.     

黄河源区蒸散量变化与生态恶化的关系

利用20世纪80年代以来黄河源区水文和气象资料,分析了该区蒸散量、日照时数、气温、空气饱和差的变化趋势,并着重研究了诸因子对蒸散量的影响.结果表明,源区蒸散量呈逐年增大趋势;而作为主要影响因子的日照时数则以3.6h/a的速度增加;气温以0.04℃/a的速度递增;空气饱和差也以0.02hPa/a的速度递增.因此,可以认为,源区日照时数、气温及饱和差的增加,加剧了草地蒸散发,生态的恶化也加大了蒸散量,蒸散量的增大和降水量的减少则直接造成了源区流量的减少和生态的恶化.     

*辽宁半干旱及半湿润地区ET0时空演变规律研究

为了研究气候变化条件下辽宁省ET₀的变化特征,本文以辽宁省56个站点1954-2016年的气象数据为基础,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式对该地区的ET₀进行推算,并利用干旱指数综合分带法,将辽宁省分为半干旱地区和半湿润地区,并在半干旱和半湿润地区分别选择4个气象站,对其ET₀的时空变化特征进行分析。结果表明：全省多年平均ET₀大致呈下降趋势,但该趋势不明显,倾向率仅为－0.0001mm.10a;全省1954-2016年日均ET₀的多年平均值为2.382mm,日均ET₀在(2.380±0.300)mm的范围内波动。8个站点中喀左站、朝阳站、康平站、桓仁站、沈阳站和鞍山站ET₀呈极显著下降趋势,阜新站和大连站呈显著上升趋势。对ET₀的年际变化影响较显著的气象因素是相对湿度、日照时数。     

云南省近44年日照时数时空变化及其影响因素分析

利用云南省28个气象站1969—2012年逐月日照时数、风速、气温和降水资料,采用气候倾向率、趋势线法和Kriging空间插值法,分析了该省日照时数时空变化及其影响因素.结果表明:① 近44年,云南年日照时数整体呈波动减少趋势,减少速率为14.95 h/10a;②年日照时数空间分布大体表现为一高两低:以华坪为单峰中心的西南高值区,以屏边为中心的东部边缘低值区,和以贡山为中心的西北低值区,即自南向北呈纬向增大型分布;③年日照时数空间变化差异明显,以大理—景东—元江—江城为界,以西呈明显增加趋势,以东的滇西北—滇中—滇东南地区呈减少趋势,即自西向东呈经向减少型分布;④四季日照时数变化趋势与年日照变化趋势基本一致(减少),但秋季较为特殊,呈上升趋势(4.15 h/10a);⑤四季日照时数空间变化特征主要表现为,滇西南和滇东北南部地区增多,其他各地减少;⑥云南省年日照时数与平均风速、气温和降水量均有一定的相关性.其中,降水量对年日照时数的影响最为密切,风速与日照时数变化的相关性最弱.     

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.