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1. chinaXiv:202011.00068 [pdf]

1966—2018年河西走廊春季寒潮频次 及影响因子分析

吕青松; 辛存林; 王瑞; 张勃; 张华
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

基于甘肃河西走廊15个国家基准基本站点提供的1966年1月1日~2018年12月31日春季(3~5月)逐日最低气温值数据,利用线性回归分析方法、Spline空间插值法和Mann-Kendall趋势和突变检验法,探讨了河西走廊地区1966—2018年春季(3~5月)寒潮频次变化及其影响因子。研究表明:(1)1966—2018年河西走廊地区春季(3~5月)单站寒潮频次总体呈现下降趋势〔-0.098次·(10 a)-1〕,其中1980—2010年寒潮频次呈显著下降趋势,2010年之后下降趋势变缓,未通过显著性检验;区域寒潮53 a来频次总体呈缓慢下降趋势〔-0.015次·(10 a)-1〕。(2)近53 a河西走廊地区春季三个月中,单站寒潮总量4月>3月>5月,其中4月、5月寒潮频次下降不明显,3月频次下降显著。(3)空间上,大致以北大河和黑河干流为界,两河中间区域春季寒潮频次低,而北大河以北和黑河干流以东区域则是寒潮高值区,走廊外围地区寒潮频次较高,且大多呈显著下降趋势,寒潮频次与气温距平存在明显负相关关系,内部地区变化趋势不明显。(4)河西地区春季寒潮频次受气候变暖、地形和大气环流的影响,寒潮频次变化趋势存在地区差异。研究可提高对甘肃河西走廊寒潮演化过程的认知,为河西走廊气候变化的进一步研究奠定基础。

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2. chinaXiv:202011.00069 [pdf]

新疆哈密2018·7·31特大暴雨山洪汇水量估算与应用研究

王梅霞; 张太西; 余行杰; 张连成; 张旭
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

在干旱少雨的山区开展小流域的暴雨山洪预报预警关键技术研究,对防灾减灾意义重大。2018年7月31日新疆哈密北部山区出现特大暴雨,发生罕见的山洪灾害,致使射月沟流域水库漫坝溃口,下游受灾严重。射月沟流域气象观测站点少且缺乏水文监测资料,为客观定量分析射月沟流域大暴雨面雨量、形成的洪水汇水量以及致灾水库过程。通过采用空间插值法和多源融合逐时降水资料(CMPAS)计算了射月沟水库上游面雨量并进行检验分析。根据不同面雨量驱动Floodarea模型得出射月沟水库上游累计汇水量,结果表明:多源融合降水产品估算所得最大洪峰流量和累计汇水量与水利部门事后调查数据较吻合,最大洪峰量为1 756 m3·s-1,精确性达到调查值的95%,射月沟水库上游暴雨山洪总量为2.64×107 m3,远超该水库的防洪库容和溢洪道承载能力。

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3. chinaXiv:202011.00070 [pdf]

基于SEBAL模型的疏勒河流域蒸散发估算与灌溉效率评价

宁亚洲; 张福平; 冯起; 魏永芬; 李玲; 刘洁遥; 曾攀儒
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

我国西北干旱区内陆河流域水资源匮乏,水资源利用主要用于农业生产,准确估算内陆河流 域蒸散发与农业灌溉效率,对研究内陆河流域气候变化和水资源合理利用具有重要作用。利用基于地表能量平衡方程的SEBAL模型,对2017—2018年疏勒河流域蒸散量进行定量估算与时空分布特征分析,并结合降水量与净灌溉水量数据,对疏勒河流域昌马灌区的年内灌溉水有效利用系数进行估算。结果表明:(1)疏勒河流域2017—2018年日均ET呈单峰变化趋势,最大值为6月的5. 03 mm·d-1,最小值为12月的0. 55 mm·d-1,并存在明显的空间分布差异。(2)疏勒河流域四季ET差异显著,夏季ET达到最高的201. 83 mm,春秋次之,冬季最低为53. 92 mm;ET由东南向西北逐渐减小,流域上游ET明显高于中下游地区。(3)昌马灌区各灌溉时段不同的灌溉水量造成了各灌季蒸散量的差异,灌区ET高值区主要分布在中部与东南部,低值区主要分布在西北部和灌区边缘。(4)昌马灌区年内灌溉水有效利用系数呈下降趋势,其中春灌、夏灌、秋灌和冬灌分别为0. 76、0. 71、0. 69和0. 55,年 均灌溉水有效利用系数为0. 67。

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4. chinaXiv:202011.00099 [pdf]

陇中黄土高原丘陵沟壑区不同植被恢复模式下次降雨产流产沙特征

朱燕琴; 赵志斌; 齐广平; 康燕霞; 赵霞
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

基于甘肃省清水县汤峪河径流小区2015—2017年的观测数据,研究不同植被恢复模式条件 下坡面次降雨入渗、产流产沙特征。结果表明:不同植被恢复模式条件下的土壤入渗量与降雨强度呈二次函数关系,存在入渗量达到最大值的临界降雨强度。入渗速率与降雨历时可以用幂函数关系表达,符合考斯恰可夫入渗模型。不同植被恢复模式条件下的产流率在0.003 3~0.003 6 mm·min-1之间,相对裸地的减流率为54%~58%。产流率与降雨强度之间呈二次函数关系(R2>0.88),产流率的主要影响因素是降雨强度。径流含沙量平均值乔灌混合区(3.13 g·L-1)>灌木林(2.95 g·L-1)>乔木林(2.79 g·L-1)>草地(2.58 g·L-1),径流含沙量与降雨强度呈线性递增函数关系。裸地的产沙量显著高于各植被小区(P<0.05),是各植被小区的43~57倍,各植被小区的减沙率在93%~94%之间,减沙效益高于其减流效益。各植被坡面土壤流失量与降雨侵蚀力呈线性递增函数关系;产流率与侵蚀产沙率之间呈极显著正相关关系(P<0.01),二者间可采用二次函数关系表达。本研究成果可为黄土高原丘陵沟壑区水土保持优化配置提供理论依据。

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5. chinaXiv:202011.00100 [pdf]

印度洋偶极子中的西极子对西藏高原盛夏降水的影响

罗布; 智海; 索朗塔杰; 胡壮
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

利用西藏高原地区1987-2016年的逐月夏季降水资料和印度洋偶极子指数资料分析了两者的关系,结果表明:高原地区盛夏降水与表征西印度洋异常海温的西极子指数表现出良好的相关关系,在西极子指数正异常年时高原降水偏多10%~30%,其中高原中部偏多最为显著,而在负异常年时与之相反。分析其机理研究发现,在正西极子异常年,南海和西太暖池区域的深对流加强、西太副高偏西偏南和印度热低压的减弱使得来自热带的水汽更容易深入高原腹地,其次,南亚高压东体异常增强,配合低空异常辐合,都使得高原降水偏多。同时,高原上空局地纬圈环流在高原中部(90 °E附近)上空(400 hPa以上)有异常辐合上升区,使得高原中部更容易发展暖湿切变线、高原低涡等中尺度涡旋低值系统,造成更多的降水。本研究从高原气候变化响应海洋年际变化的角度分析了区域降水的季节差异,可以为高原气候预测提供新的思路。

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6. chinaXiv:202011.00101 [pdf]

中国绿洲喜温作物气候生长期对全球变暖停滞响应的时空差异

司文洋; 张明军; 刘普幸
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

基于中国绿洲喜温作物分布区67个地面气象站1960—2016年逐日平均气温数据,运用线性 趋势法、反距离加权(IDW)、Morlet小波分析法、Mann-Kendall检验等方法,分析了中国绿洲喜温作物气候生长期生长初、终日及生长期的时空变化对全球变暖停滞(globe warming hiatus)的响应。结果表明:1998—2012年中国绿洲喜温作物气候生长期生长初、终日及生长期变化倾向率分别为:-2.15d·(10 a)-1、2.76 d·(10 a)-1、4.91 d·(10 a)-1,与1960—2016年和1960—1998年相比呈现出初日提前、终日推迟、生长期延长的态势,没有出现对全球变暖停滞的响应;空间变化方面,仅有超过22%的站点有对全球变暖停滞的响应,整体响应不显著;但各绿洲对全球变暖停滞的响应却不尽相同,柴达木 绿洲喜温作物气候生长期对全球变暖停滞的响应最为显著,其余绿洲则反之,也反映了青藏高原是气候变化的驱动器与放大镜。突变分析显示,研究区喜温作物生长初日、终日及生长期分别在2008年、2001年、2006年发生突变,突变年份多集中于变暖停滞期,之后的变化趋势显示对全球变暖停滞没有响应。Morlet小波分析表明其周期存在2.4~3.8 a的优势短周期,与2~4 a大气环流和厄尔尼诺事件2~7 a的周期相吻合,表明喜温作物气候生长期主要受大气环流与厄尔尼诺活动的影响。

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7. chinaXiv:202011.00102 [pdf]

陕西暖季降水的日变化特征及南北差异

张宏芳; 李建科; 潘留杰; 卢珊
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

利用2008—2015年CMORPH卫星与自动观测站的逐时降水量融合产品,分析了陕西地区 5~10月降水量、降水频次、降水强度的日变化特征,以及陕西南北降水日变化上的差异。结果表明:(1)降水量和降水频次从南向北明显递减,地形作用下的纬向变化是陕西地区降水最重要的特征,但降水强度呈现出南北高、中间低的分布特征,两个高值中心分别位于陕南南部和陕北的东北部,EOF分析表明陕西南部夜雨特征明显。(2)陕西南部降水量和降水频次、降水强度日变化特征一致,均以夜晚至次日清晨为高值区,而在中午前后达到最低值。陕西北部降水量、降水频次峰值则主要出现在上午,降水强度峰值出现在傍晚。区域对比分析表明,陕西南部降水量日变化主要来自于降水强度的贡献,而陕西北部日变化以降水频次的贡献为主。(3)陕西降水的南北分界线特征明显,34 °N以南地区降水日变化明显且降水主要集中在夜间。34~37 °N之间的中部地区降水日变化较弱,37 °N以北地区降水的日变化特征和陕西南部相反。(4)除榆林、渭南和商洛东部地区外,其他大部分地方白天的降水量都明显低于夜间的降水量,特别是陕南秦巴山区夜间降水量超过白天的一倍以上。

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8. chinaXiv:202011.00103 [pdf]

基于机器学习模型的海河北系干旱预测研究

赵美言; 胡涛; 张玉虎; 蒲晓; 高峰
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

提高干旱预测精度能为流域干旱应对及风险防范提供可靠数据支撑,构建比选合适的干 旱模型是当前研究的热点。研究以4个时间尺度(3、6、9、12月)标准化降水指数(SPI)为表征指标,利用小波神经网络(WNN)、支持向量回归(SVR)、随机森林(RF)三种机器学习算法分别构建了海河北系干旱预测模型,利用Kendall、K-S、MAE 三种检验方法判定模型表现及其稳定性。研究表明:(1)WNN、SVR模型呈现结果在不同时间尺度SPI 存在差异,WNN最适合12个月尺度SPI 干旱预测;SVR最适合6个月尺度SPI 干旱预测。(2)对3、12个月尺度SPI,RF预测性能最优(Kendall>0.898,MAE<0.05);对6、9个月尺度SPI,SVR预测性能最优(Kendall>0.95,MAE<0.04)。(3)模型预测性能稳定性存在区别,RF预测稳定性最高,其次为SVR。(4)构建的三种模型表现异同主要是因为SVR转为凸优化问题解决了WNN易陷入局部最优解的不足,从而提高了模型预测性能,RF集成多样化回归树,降低了弱学习器的负面影响,提高了模型预测准确率及稳定性,同时,RF处理包含噪声的降水数据的能力更强。

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9. chinaXiv:202011.00104 [pdf]

修订后水分盈亏指数在甘肃省冬小麦干旱监测中的应用

贾建英; 刘蓉; 韩兰英; 万信; 王大为
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

提高西北旱作农业干旱监测准确性和时效性,对农业生产防灾减灾有重要意义。利用甘肃 省3个农业气象观测站长期土壤水分和冬小麦生育状况观测资料、1971—2016年43个冬小麦种植县气象观测资料及产量资料,基于冬小麦播前底墒和生育期水分盈亏量修订了作物水分盈亏指数,并确定了干旱等级指标,改进后作物水分盈亏指数与土壤贮水和冬小麦减产率高度相关,能更准确的反映甘肃省冬小麦干旱实况,并利用ArcGIS分析了近46 a甘肃省冬小麦不同生育期、不同等级干旱发生频率的时空分布特征。结果表明:甘肃省冬小麦从播种至开花期随着发育期推移,呈现干旱频率增加、范围扩大的趋势,多以中旱居多,其中拔节—开花期发生面积最大,陇中、庆阳市北部、平凉市西部、天水市西部、陇南市南部干旱出现频率较高;开花—成熟期随着降水量增加干旱发生频率减少、程度减轻。

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10. chinaXiv:202011.00106 [pdf]

贺兰山银川段不同重现期山洪灾害风险与影响区划研究

崔洋; 常倬林; 左河疆; 王建英
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

为评估贺兰山银川段山洪灾害风险程度及其影响,利用高分辨率数字高程模型(DEM)、行 政区划、水系和自动气象站历史降水数据,以及居民点、学校、桥梁等社会经济信息资料,采用Flo?odArea模型模拟与ArcGIS空间叠加统计分析相结合的方法,分析研究了贺兰山银川段不同重现期山洪灾害风险分布特征,及其对人口、土地利用和国内生产总值(GDP)的影响。结果表明:(1)贺兰山银川段10~100 a一遇山洪灾害低、中、高风险区面积分别为109.5~276.3 km2、45.0~231.0 km2、13.4~204.3 km2,同一风险等级的山洪灾害区划面积随着重现期增大呈显著增大趋势。(2)贺兰山10 a和20 a一遇山洪灾害风险区主要位于海拔1 130~1 450 m的山洪沟及其两侧区域,50 a一遇山洪灾害风险区主要集中在山洪沟下游和山前海拔1 130~1 180 m的冲击扇区,100 a一遇山洪灾害风险区覆盖整个山前海拔1 120~1 350 m的区域和冲击扇区。随着重现期增大,贺兰山山洪灾害风险区具有向上游(下游)区域扩展较慢(更快)的显著特征。(3)银川市受贺兰山10 a、20 a、50 a和100 a一遇山洪灾害影响总人口分别为7.30×104人、9.87×104人、1.65×105人和2.39×105人。随着山洪重现期增大,受灾害影响总人口呈显著增加趋势,低、中、高风险区受影响人口增速分别在-12.4%~20.5%、48.6%~91.8%、163%~300%之间。(4)农田、草地受贺兰山山洪灾害影响最大,二者合计占受影响土地总面积的比例在82.1%~86.9%之间;其次是建设用地和耕地,两者占受影响土地总面积的比例在4.4%~9.1%和1.1%~4.6%之间,是银川市贺兰山山洪灾害防御的重点区域。(5)银川市受贺兰山10 a、20 a、50 a、100 a一遇山洪灾害中、高风险区影响的GDP合计分别为1.12×109元、2.00×109元、4.70×109元、8.74×109元;发生超50 a一遇山洪灾害时,沿山农业和工业产业、基础公共设施等会遭受较大经济损失。

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