淮河上游地区降雨径流分析及模拟

为了掌握淮河流域的水情信息,对淮河干流王家坝以上流域的降雨径流进行分析和模拟。采用流域内1985-2007年的站点历史资料对降雨径流进行分析,并且应用分布式SWAT模型,采用SCE-UA算法进行参数自动校准并进行检验,建立降雨径流月尺度模拟模型。分析发现流域年降水量50%集中在6-8月,并且淮南山区息县及潢川子流域的月平均径流和径流系数都大于属于淮北平原区的班台子流域。息县、潢川、班台及王家坝月径流的模拟结果确定性系数分别达到0.77、0.81、0.69和0.80。淮河上游地区的降雨存在明显的季节集中性,并且淮南山区和淮北平原区因地势不同使产流特征不同。流域中水利工程设施的应用对天然降雨径流过程的改变产生很大影响,使班台子流域的模拟结果差于其他子流域。研究区属于径流资料短缺地区,分布式水文模型的建立充分反映了下垫面的已知信息,弥补了径流资料短缺的不足之处。     

基于Budyko假设和微分方程的淮河上中游径流变化归因分析

为探究淮河上中游流域气候变化和人类活动对不同时间尺度径流特征的影响,采用包括高流量、平均流量和低流量在内的7个流量指标表征径流变化特征,运用Mann-Kendall趋势检验、滑动T检验识别各流量指标的突变年份,并利用推导出的流量指标变化微分方程改进原有的基于Budyko假设的方法,从而定量识别气候变化与人类活动对径流变化的贡献率,并构建了土地利用转移矩阵分析人类活动对径流特征变化的驱动机制。结果表明：淮河上中游大部分径流特征在突变年份后呈现下降趋势,其中平均流量特征最为明显,下降幅度为2.25%～44.25%;高流量指标、汛期径流深与气候指标的相关性最高,相关系数为0.859～0.987,低流量指标和非汛期径流深的相关性较低;气候变化和人类活动使得大部分径流特征呈下降趋势,其中人类活动为主导因素,其在息县、王家坝、鲁台子和蚌埠站的贡献率范围分别为87.55%～98.46%、80.91%～88.50%、80.42%～92.42%和83.23%～99.99%。     

基于Copula淮河流域水文干旱频率分析及影响研究

选用游程理论识别水文干旱特征变量,基于马尔科夫蒙特卡洛等方法选出最适合的概率分布函数,分析淮河流域干旱历时和干旱烈度的联合频率特征,并对引起水文干旱特征频率变化的原因及影响进行分析,研究结果表明:1)淮河干流上游的干旱次数大于干流中游,干流上游的干旱历时小于干旱中游。淮河支流的干旱次数和干旱历时介于干流上、中游之间,其中淮河南岸的史灌河流域干旱发生次数高于其他2条支流。淠史杭灌区水利工程等导致蒋家集的干旱历时和干旱烈度相关性较低。2)广义帕累托和广义极值分布函数是干旱历时和干旱烈度拟合最优单变量分布函数,Joe Copula是干旱特征拟合最优的多变量Copula函数。在重现期小于30a一遇的干旱历时从长到短依次呈现干流下游、支流、干旱上游,随着重现期的增加,淮河北岸阜阳的干旱历时增加趋势最显著,其次是蚌埠站和班台站。干旱烈度与流域面积呈显著负相关。3)干流站点的联合重现期要大于支流,支流站点在遭遇长干旱历时或强的干旱烈度的干旱事件的概率要大于干流。干流站点的同现重现期却小于支流站点,这反映了干流在遭遇长干旱历时且强干旱烈度的干旱事件的概率要大于支流,干流上游站点与干流下游站点存在同样的规律。     

基于非平稳的淮河流域干旱时空演变特征研究

基于非平稳性标准化降水蒸散指数（non-stationary standardized precipitation evapotranspiration index，NSPEI）表征气象干旱程度，运用游程和Copula理论识别气象干旱特征演变规律，分析淮河流域干旱持续时间与烈度及干旱时间与强度的联合频率特征，并初步揭示干旱对植被覆盖度的影响．研究结果表明:1）淮河流域中部NSPEI较低，区域内68%的站点NSPEI呈上升趋势，淮河沿岸及其以南地区干旱程度增强；2）长历时、高强度的干旱事件主要集中在南部大别山区与蚌埠附近，高烈度干旱事件集中分布在中北部定陶附近，干旱事件历时集中在0.5~1.5个月，烈度基本<3，强度大多为10~30；3）干旱事件历时与烈度联合重现期低值（1.6 a）集中出现在信阳、蚌埠、菏泽附近地区，历时与强度联合重现期低值（1.7 a）同样集中出现在信阳、蚌埠站附近；4）1990—2015年淮河流域耕地面积减少2.01%，建设用地增加2.07%，土地利用类型变化集中在区域北部，区域内NDVI变化趋势通过95%显著性检验的面积仅占0.89%，植被覆盖度变化趋势不明显，干旱对其影响小．      

淮河源浅层地温时空变化及其对全球增暖停滞的响应

利用1961—2017年淮河源地区10个气象站的逐月平均气温和逐月平均0～20 cm地温资料，采用线性回归、功率谱分析等方法，分析了近57年淮河源地区0～20 cm地温的时空变化特征及其对全球增暖停滞的响应。结果表明：(1)1961—2017年淮河源地区0～20 cm各层年平均地温均呈波动上升趋势；(2)淮河源0～20 cm年均地温均呈东部和西南部高、北部和西北部低的空间格局，西南部各层地温变化速率最大，中部地区变化速率最小；(3)淮河源各层年均地温变化均检测出2.29 a的周期信号，信阳、息县、新县、淮滨和商城周期信号较强，其余站点各层年均地温无明显的周期信号；(4)1998—2012年淮河源各层地温对全球增暖停滞的响应极为敏感。     

山东省典型河流近60 a降水演变规律分析

基于山东省10条典型河流的13个气象观测站的1956—2016年实测月降水量资料,采用Mann-Kendall检验、 Morlet小波分析和Hurst指数,对山东省典型河流的年、汛期、非汛期及季节降水量变化特征进行分析,并预测未来降水量变化趋势。结果表明：山东省典型河流的气象观测站中除小清河岔河站和徒骇河白鹤观闸站外,其余站点的年降水量均呈下降趋势;年降水主周期一般为20～30 a,并且年降水主周期从空间上呈现从鲁西南地区向鲁东北地区逐渐增加趋势;根据重标极差分析结果,除马颊河堡集闸站外,其余站点的Hurst指数均大于0.5,具有较强持续性,预测未来山东省年降水量将遵循历史趋势,整体呈下降趋势。     

近60年来南北疆日照百分率变化特征分析

利用均匀分布在新疆的12个国家标准气象站1955-2012年日照百分率数据,通过气候趋势分析、气候突变分析、Pearson相关分析及Morlet小波分析等方法,研究近60年来南北疆日照百分率的变化特征.结果表明:南北疆日照百分率总体上均呈下降趋势,日照时间为南疆多于北疆.近60年来,南北疆各站点日照百分率变化趋势较为一致,绝大部分站点呈下降趋势.从各年代来看,北疆日照百分率总体经历了"上升—上升—下降—下降—下降"的变化过程,而南疆日照百分率总体经历了"上升—上升—下降—下降—上升"的变化过程.突变特征方面,南北疆发生了0.05及以上显著水平的突变现象,从各站点突变点来看,突变年份和空间分布无明显规律性,突变年份同步性和一致性较差.南北疆绝大部分站点日照百分率与风速、最高气温、平均气温呈正相关关系,与降水和相对湿度呈负相关关系,与最低气温关系不明显.Morlet小波分析结果显示,北疆的日照百分率存在5年和25年比较明显的周期,而南疆存在5年和10年的周期变化规律.     

近50年来淮河流域水资源与水环境变化

对半个世纪以来淮河流域水资源与水环境的变化进行了分析,研究发现:1)1954-2004年淮河流域降水量与流量均呈下降趋势,而1995-2004年呈上升趋势;2)淮河流域水质自1980年代开始急剧下降,而从1995年开始有好转趋势,淮河污染治理取得了一定的成效,但整体上水污染依然严重;3)受降水季节性变化的影响,水质也呈季节性的变化,但年际降水的变化对水质的影响不大.淮河流域水质的变化主要受控于人类活动的变化,近年来水质改善不是十分明显的原因是由于污染物的排放总量的没有得到有效控制以及污染治理措施落实的不到位.走生态发展之路是淮河流域污染治理的根本之策.     

1960―2020年淮河流域高温热浪时空变化特征

利用1960―2020年淮河流域40个气象站逐日最高气温资料，采用线性回归和Morlet小波分析等方法，统计分析了淮河流域高温热浪频次、持续时间和有效积温的时空变化特征.结果表明：近61年淮河流域共发生了3 444次高温热浪事件，其中轻度热浪64.26%，中度热浪22.68%，重度热浪13.06%.淮河流域高温热浪年均发生56.46次，年平均持续时间为6.79 d，年平均有效积温为11.04℃.近61年来淮河流域各等级高温热浪具有显著的阶段性特征，20世纪60年代高温热浪最多最强、80年代中期以前呈减少（弱）趋势，此后呈增多（强）趋势. 61年来淮河流域高温热浪主周期变化为20 a，次周期为27 a和9 a.高温热浪频次、持续时间和强度的空间分布特征相近，呈西多（强）东少（弱）趋势，流域西南部形成高值中心，东北部为低值中心.从变化趋势来看，流域西部热浪频次、持续时间和强度呈减少（弱）趋势、东部呈增多（强）趋势.     

辽宁半干旱及半湿润地区参考作物腾发量时空演变规律

为了研究气候变化条件下辽宁省参考作物腾发量(ET_0)的变化特征,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ET_0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ET_0的时空变化特征进行分析。结果表明:全省多年平均ET_0大致呈下降趋势;但该趋势不明显,倾向率仅为-0.000 1 mm·10 a;全省1954~2016年日均ET_0的多年平均值为2.382 mm,日均ET_0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ET_0呈极显著下降趋势,阜新站和大连站呈显著上升趋势。对ET_0的年际变化影响较显著的气象因素是相对湿度、日照时数。