黄河流域极端干旱的时空演变特征及多变量统计模型研究

干旱是黄河流域经常性发生的自然灾害之一,给该地区的社会生产、人民生活带来了巨大的影响.本文选取黄河流域61个气象站点1960—2009年的气象资料,计算每个站点月尺度和年尺度的PDSI指数,分析了该地区极端干旱和干旱的时空演变特征,并利用Copula函数,构建干旱历时和干旱强度之间的两变量统计模型,研究该地区干旱发生风险的空间分异特征.研究发现,黄河流域在过去50年有逐渐变旱的趋势,其中20世纪60年代该地区降水较为丰沛,但也有少部分年份发生了比较严重的干旱.20世纪80年代以后,黄河流域极端干旱和干旱的发生频次均有增加的趋势.黄河流域干旱发生频率大体上呈现出北高东南低的空间分布特征.通过对特定站点(陕西吴旗站)的分析,发现干旱历时和干旱强度之间具有很好的相依性,从Chi图中可以反映出上述两个变量之间具有上尾相关的特征.K-S检验的结果表明,指数分布和Gamma分布能够分别很好的拟合干旱历时和干旱强度.拟合优度检验的结果表明,在所选择的3种Copula函数中,Gumbel Copula能够较好的描述干旱历时和干旱强度之间的相关结构.重现期分析的结果表明,黄河上游和中游北部发生干旱的风险相对较高,而流域下游地区风险相对较低.     

基于标准化降水指数(SPI)的宝鸡地区干旱趋势变化及周期研究

目的研究基于标准化降水指数(SPI)的宝鸡干旱变化、突变以及周期等特点。方法利用宝鸡地区3个标准站1961-2016年的逐月降水数据,选用SPI作为干旱监测指标,辅以小波分析、滑动T检验、Yamamoto检验等方法进行分析。结果 1961-2016年宝鸡地区SPI在波动中呈下降趋势,变化倾向率为0.095/10a。夏季最为湿润,春季和秋季有下降倾向,倾向率分别为-0.06/10a和-0.062/10a,冬季最干旱。1961-2016年宝鸡地区干旱变化存在多个震荡周期,其中15a为第一主周期,6a为第二主周期。宝鸡地区干旱突变年份主要为20世纪70年代末到80年代初以及2000年左右。结论宝鸡地区1961-2016年气候变化呈现干旱倾向,春、秋两季的干旱气候主导了地区干旱趋势,且未来几年仍有干旱趋势。     

基于最优拟合函数的SPI指数的松嫩平原干旱特征分析

松嫩平原是我国重要的商品粮生产基地,利用松嫩平原21个气象站点1961—2015年逐月降水数据,选用基于最优拟合函数的标准化降水指数作为干旱指标,分别从干旱频率、干旱历时、干旱站次比等角度,分析松嫩平原干旱的时空变化特征.从季节来看,松嫩平原冬季出现了显著的湿润趋势(P=0.002),春季次之(P=0.039),两季的干旱频率分别为26%和29.7%,且均有重旱现象发生;夏季和秋季呈干旱化趋势,干旱频率均为22.2%,但没有重旱现象发生.从年尺度上看,松嫩平原54 a间发生持续时间为7个月及以上的干旱事件共7次,远高于其他连旱事件的次数,但总体表现为湿润化趋势.从空间来看,在年、季尺度上干旱频率整体从西南向东北递增,冬季的高频干旱区主要分布于泰来、明水和扶余及其周边地区,呈零星分布;春季和夏季主要集中于松嫩平原东北部,其中春季的高频干旱区面积大于夏季的高频干旱区面积;秋季主要集中于松嫩平原西北部和中部,主要分布于富裕、齐齐哈尔和安达等地.尽管松嫩平原的干旱严重程度有所下降,但54 a间有39次出现了全域性干旱,并且干旱的影响区域呈扩大趋势.该结论能为松嫩平原的抗旱减灾及保障粮食安全提供...     

基于SPI的1960—2018年山东省冬小麦生长期干旱时空特征分析

根据山东省1960—2018年的逐月降水量观测数据,采用标准化降水指数(SPI)作为干旱衡量指标,分析近59年来山东省冬小麦生长期的干旱时空分布特征,研究冬小麦各生长阶段干旱强度及影响范围,为山东省冬小麦的干旱防御及稳定增收提供参考.研究表明:(1)冬小麦生长期内干旱频率多集中在15％～20％之间,相对高值区集中于山东...     

基于Tweedie分布的日降水量统计降尺度模型

基于Tweedie分布的广义线性模型(generalized linear model,简称GLM),并结合Kriging模型,发展了日降水量统计降尺度的GLM-Kriging模型.首先用GLM拟合研究区域内日降水量与数值模式输出的影响局地降水的物理量之间的关系,日降水量的空间相关性反映在模型的残差中;然后用Kriging模型来拟合GLM的随机化百分位残差(randomized quantile residuals,简称RQ残差).结合NCEP再分析资料应用于2007年7月沂沭泗流域的42站日降水观测,结果表明GLM-Kriging降尺度模型较好地还原了主要降水过程,整体上取得了较高的准确度,可用于气候变化影响评估或数值天气预报产品的释用,还可进一步扩展为日降水量的时空统计模型.     

基于Tweedie分布的日降水量统计降尺度模型

基于Tweedie分布的广义线性模(generalized linear model,简称GLM),并结合Kriging模型,发展了日降水量统计降尺度的GLM-Kriging模型.首先用GLM拟合研究区域内日降水量与数值模式输出的影响局地降水的物理量之间的关系,日降水量的空间相关性反映在模型的残差中;然后用Kriging模型来拟合GLM的随机化百分位残差(randomized quantile residuals,简称RQ残差).结合NCEP再分析资料应用于2007年7月沂沭泗流域的42站日降水观测,结果表明GLM-Kriging降尺度模型较好地还原了主要降水过程,整体上取得了较高的准确度,可用于气候变化影响评估或数值天气预报产品的释用,还可进一步扩展为日降水量的时空统计模型.     

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.     

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。     

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.     

黄河上游龙羊峡—刘家峡河段梯级水库群水温累积影响研究

研究河流梯级水电开发的水温累积影响规律,可为制定水库联合运行水温调控方案提供科学依据。以黄河上游龙羊峡—刘家峡河段梯级水库群为例,基于水库与河道水温观测资料,对比分析了典型水库的水温影响特征;在不同水库联合运行期,结合水库运行条件与河道水温特征值的定量分析,辨别了各水库对水温累积影响贡献的差异,并探讨梯级水库水温累积效应的变化特征。研究结果表明:龙羊峡水库对水温的累积影响起主导作用并呈现了较大的波动性,李家峡水库为协同效应,公伯峡水库及其它小水库为削弱效应;多水库联合运行时,区间水库的兴建并未引起水温累积影响的明显增大,与李家峡水库单独运行期相比,在梯级末端水温累积协同效应依然显著。     

黄河流域降水序列变化的小波分析

采用1961—2000年黄河流域97个气象站点的系列资料,在分析黄河流域降水空间变化格局的基础上,采用墨西哥帽小波函数,对黄河流域近40 a来降水的季节变化和年际变化时间序列进行了小波分析,揭示了黄河流域降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点,并确定了各序列中存在的主要周期。结果表明：黄河流域多年平均降水量的地区分布既受天气系统的制约,又受地形等地理环境的影响,造成明显的地区性差异;黄河流域年降水和各季节降水均存在8~12 a左右时间尺度的多少交替,表现出明显的周期特征,其次4~6 a左右时间尺度的周期特征也较明显,夏季降水和年降水变化趋势具有较大相似性,不同时间尺度的周期特征之间有不同程度的吻合,说明夏季降水较大程度地控制着年降水。小波分析的时频局部化特性可展现降水时间序列的精细结构,为分析气候多时间尺度变化特征及短期气候预测等节水关键问题研究提供了一种新途径。     

三门峡-小浪底区间分布式水文模型构建

依据从DEM中提取的汇流网、水流路径长度和坡度等流域特征,建立了适合于黄河三门峡—小浪底区间水文过程的松散耦合型分布式水文模型．该模型用Horton下渗曲线进行单元网格的产流计算,用各产流单元的汇流时间和线性水库相结合的方法模拟洪水过程中的洪峰平移和坦化现象．对研究区域11场洪水过程的模拟结果显示,该模型基本上能将洪水总量、洪峰流量和峰现时间的误差控制在许可误差内。     

黄河流域水生态的现状及防治对策

结合黄河流域水生态的现状,分析了影响当今水生态环境问题的自然和人为因素,提出了保护黄河流域水生态环境的对策。     

黄河断流对黄河三角洲生态环境的影响

本文从河槽冲淤及防洪、河流水质和河流生物群落三个方面分析了黄河断流对黄河三角洲生态环境的影响。     

黄河流域退耕还林还草的遥感研究

应用遥感技术进行黄河流域退耕还林还草研究.对LANDSAT TM图像进行解译判读,建立了反映黄河流域20世纪90年代末期土地利用与土壤侵蚀情况的110万比例尺的土地利用和土壤侵蚀数据库.对旱地的信息进行分层提取,通过空间叠加分析对旱地分布的生态环境背景进行了分析,认为在黄河流域进行退耕还林还草是非常必要的.根据黄河流域旱耕地分布的坡度大小与水土流失情况,提出了退耕压力分级方案,依照退耕压力大小来确定退耕的区域以及先后顺序,为定性定量研究黄河流域退耕还林还草提供了一种思路和方法.     

黄河流域水资源配置问题研究与优化

黄河流域是中国重要的经济地带、粮食产地、能源基地,对中国的社会经济、生态安全的持续健康发展具有重要作用。随着社会经济的发展以及气候环境的变化,黄河流域用水结构发生改变,农业用水和工业用水量减少,生活用水和生态用水量增多,且上游取水量减少,中下游取水量增多。本文通过对2000—2021年流域地表水和地下水的取、耗水量现状以及2004—2021年流域用水结构的分析,发现黄河流域水资源配置中存在水资源价格调整不到位、配置不合时宜、流域产业转型动力不足以及水资源开发利用率低等问题,并提出完善黄河流域水资源价格体系、推动流域的生态补偿、建立水资源监管机制、构建人与自然和谐共生的生态系统新格局的建议。黄河流域水资源配置问题探究与优化有助于推动流域生态保护和高质量发展,对大型流域水资源管理和调度具有重要意义,可为全球其他流域水资源的优化配置提供参考。     

基于AHP-熵权法的黄河下游堤防安全模糊评价

紧密结合黄河下游堤防工程的实际情况,在分析影响堤防安全的各个因素的基础上构建了多层次多指标的综合评价指标体系;并采用主客观组合赋权的方法,将层次分析法和熵权法有机结合用以确定各评价指标权重.在此基础上,根据黄河下游堤防工程实际情况定义了评价集和对应隶属函数,构建了模糊综合评价矩阵,对黄河下游堤防工程安全进行综合评价,并结合济南市天桥区堤防段安全综合评价结果,分析了该方法的科学性和可行性.     

有机物对黄河水中重金属与沉积物相互作用的影响

研究了在黄河水中溶液 p H值对 Cu( )、Zn( )和 Cd( )分别与转化沙和未转化沙相互作用的离子交换率 E( % )的影响 ,并研究了当甘氨酸存在时对上述相互作用的离子交换百分率的改变 .结果表明 :当沉积物分别为转化沙和未转化沙时 ,其对重金属的吸附作用的影响是不同的 ,且实验结果与理论推测和实际是一致的 ;甘氨酸的存在对不同金属离子分别与转化沙和未转化沙相互作用的离子交换率 E( % ) -p H曲线的影响各不相同     

基于Copula函数的黄海波高周期联合统计分析

为研究黄海中部海域波浪的年极值波高与年极值周期联合分布,基于黄海海域3个位置点1999—2018年SWAN后报波浪数据,采用5种单变量分布拟合年极值波高和年极值周期,通过拟合优度评价得到各位置点年极值波高和年极值周期的最优单变量分布,利用Copula函数理论建立了年极值波高和年极值周期联合分布函数,并与单变量分布波高和周期设计值进行了对比分析。结果表明:黄海中部海域波高周期联合分布可能存在区域性特征;波高周期联合分布得到的波高、周期设计值较同设计频率下的单变量分布设计值高;相同波高和周期设计频率下,单变量重现期最大,条件重现期次之,联合重现期最小。