柏玲
, 陈忠升, 王充
Bai Ling, Chen Zhongsheng, Wang Chong
中图分类号: F339
文献标识码: A
文章编号: 1000-0690（2017）05-0799-08
通讯作者:
收稿日期: 2016-07-25
修回日期: 2016-10-24
网络出版日期: 2017-05-25
版权声明: 2017 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
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作者简介:
作者简介：柏玲（1987-）,女,河南新蔡人,讲师,主要从事环境变化与区域可持续发展研究。 E-mail: bling1987yy@163.com
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摘要
基于阿克苏河流域1960~2010年的气象、水文观测数据,利用集合经验模态分解（EEMD）方法,对研究期内阿克苏河径流时间序列进行多尺度的分析,并探讨其在不同时间尺度上的振荡模态结构特征及其对气候因子的多尺度响应。结果表明：① 近50年来,阿克苏河年径流整体上呈现出显著的非线性增加趋势,且其变化在年际尺度上表现出准3 a和准6~7 a的周期性波动,在年代际尺度上表现出准13 a和准25 a的周期性变化;② 各周期分量的方差贡献率表明,年际振荡在径流长期变化中占据主导地位,年代际尺度在径流变化过程中也起着重要作用。重构的径流年际变化能够较为详细地描述原始径流序列在研究时期内的波动趋势,重构的径流年代际变化则有效揭示了阿克苏河径流在不同年代丰、枯水期交替出现的状态。③ 在年际尺度上径流与气温、降水和潜在蒸发都表现为不显著的正相关关系,而在年代际尺度上,径流量与气温和降水均表现为显著的正相关关系,与潜在蒸发表现为显著的负相关关系,且在年代际尺度上相关性和显著性明显强于年际尺度,表明年代际尺度更适于评价径流对气候波动的响应。结果表明EEMD是一种甄别非线性趋势和尺度循环的有效方法。
关键词：
Abstract
On the basis of the hydrological and meteorological data in the Aksu River Basin during 1960-2010, the multi-scale characteristics of runoff variability were analyzed using the ensemble empirical mode decomposition method (EEMD), and the aim is to investigate the oscillation mode structure characteristics of runoff change and its response to climate fluctuation at different time scales. Results indicated that in the past 50 years, the overall runoff of Aksu River in northwestern China has exhibited a significant non-linear upward trend, and its changes obviously manifested quasi-3 and quasi-6-7 years at inter-annual scale and showed quasi-13 and quasi-25 years at inter-decadal scale. Variance contribution rates of each component showed that the inter-annual change held a dominant position in the overall runoff change, and the inter-decadal change also played an important role in the overall runoff change for the Aksu River. The reconstructed inter-annual variation could describe the fluctuation state of original runoff during the study period; the reconstructed inter-decadal variability effectively revealed that the runoff for the Aksu River changed over the years, namely the state of abundance and low water period appear alternately. In addition, we found that runoff has a positive correlation to precipitation, temperature and potential evaporation (PET) at the inter-annual scale, but not significant in statistics. The runoff has a significant positive correlation to precipitation and temperature whereas a negative correlation to PET at the inter-decadal scale, furthermore, they are more significant and relevant at inter-decadal scale, indicating that the inter-decadal scale is more suitable for investigating the responses of runoff dynamics to climate fluctuation. Meanwhile, the results also suggested that EEMD is an effective method to distinguish the non-linear trend from multi-scale variability of non-linear and non-stationary signal and can be helpful to deepen the understanding of the multi-scale characteristics for runoff in arid area of the northwestern China.
Keywords：
IPCC 第五次气候变化评估报告指出：近130 a（1880~2012年）,全球地表平均气温约上升了0.85℃,全球快速变暖已成既定事实 [1],且变暖最快的区域为北半球中纬度地区[2]。全球气候系统变暖将改变大气降水的时空变异特性及全球现有水循环过程,引起水资源在时空方面的重新分配,进而影响生态环境和社会经济的发展[1]。中国西北干旱区地处中纬度地带的欧亚大陆腹地,属典型的温带大陆性干旱气候,是对全球气候变化响应最敏感的区域之一[3],从20世纪80年代后期开始,该区的气候发生了明显的转变,即由“暖干”转向“暖湿”[4]。位于西北干旱区的塔里木河是中国最大的内陆河,其径流主要来源于山区的冰川积雪融水和降雨,其中冰川融水约占其总径流的47.9%,因而气温和降水变化都对其地表径流具有重要影响[5]。在汇入塔里木河干流的三源流中,阿克苏河是唯一常年向塔里木河干流输水的源流,补给的水量占源流总补给量的73%,是塔里木河补给水量最多的源流,该河径流的变化对塔里木河干流起着至关重要的作用[6]。因此,在全球变暖大背景下,研究阿克苏河流域的径流变化特征及其对气候变化的响应,对合理配置塔里木河流域水资源,促进流域经济和生态保护可持续协调发展,极具现实意义。
气候-水文变化研究的关键问题之一就是趋势的检测,这对正确估计全球大尺度或区域气候-水文变化趋势以及辨识其主要原因都具有重要的意义[7~9]。目前,大多研究者仍采用线性回归、Mann-Kendall 趋势检验、滑动平均或多项式、经验函数和样条函数拟合、自然正交函数（EOF）和小波函数等方法拟合水文-气候变化趋势[10~13]。然而,已有研究表明,气候-水文系统是复杂非线性系统,用来表征气候-水文变化的因子如径流、气温和降水等的长期变化不仅是一个非线性非平稳的复杂变化过程,同时还往往伴有多尺度或准周期性的振荡[13,14]。鉴于之前所采用的方法存在一定局限性,如何有效揭示径流变化过程的基本形态至今仍是一个亟待解决的问题。
随着信号检测技术的快速发展,Wu等[15]提出了一种新的噪声辅助数据分析方法——集合经验模态分解（EEMD）,此方法适合于对非平稳、非线性信号的检测,是对经验模态分解（EMD）[16]的一种改进,有效解决了EMD的“模态混合”问题,可将一个非线性非平稳信号中不同尺度的振荡和趋势逐级分解开来,即按照从高频到低频的顺序形成一系列具有不同特征尺度的数据序列,即本征模函数（IMF）分量。近几年,作为目前提取信号变化趋势的最新方法之一的EEMD也开始被逐步应用到气候-水文变化的相关研究领域,并取得了一些有益的进展[17~19]。然而,迄今为止,还鲜有文献从不同的时间尺度来探究干旱区内陆河年径流的非线性过程,尤其是典型流域气候-水文序列的年际和年代际变化特征以及总体变化趋势并未得到很好地认识。本文借助EEMD 方法,利用阿克苏河流域1960~2010年气象水文观测数据,对研究期内径流时间序列进行多尺度的分析,并探讨其在不同时间尺度上的振荡模态结构特征及其对气候因子的多尺度响应。
阿克苏河位于塔里木盆地的北缘,发源于天山中段西部南麓地区,流域总面积约为5.0×104km2,其中国外面积为1.9×104km2,国内面积约为3.1×104km2[20],大致介于40°17′N~42°27′N 和75°35′E~80°59′E之间（图1）。流域地势西北高、东南低,受地形影响,山地垂直地貌分带明显。由于该流域深居欧亚大陆腹地,远离海洋,属于温带大陆性干旱气候,总体特点是干旱少雨,蒸发量大,日照时间长,光热资源丰富。该流域多年平均气温、年降水量和潜在蒸发量分别为9.2~11.5°C 、64 mm和1 890 mm [13]。昆马力克河和托什干河是阿克苏河的两大支流,在喀拉都维汇合成为阿克苏河。由于阿克苏河径流的产流区位于山区,受人类活动影响较少,径流产生主要受山区复杂气候条件如气温、降水和潜在蒸发的影响。
图1 阿克苏河流域位置及气象水文站分布
Fig.1 Location of the Aksu River Basin and the distribution of hydrological and meteorological stations
本文所采用的阿克苏河1960~2010年径流量为其源流区出山口水文控制站（协和拉苏与沙里桂兰克）的实测数据,由新疆塔里木河流域管理局提供。所用气温和降水数据来自代表性较好、时间序列较为完整的阿克苏河流域3个气象站（阿克苏、阿合奇与柯坪）。气象数据由国家气象中心提供,在发布前已经过时间一致性和极值检验。利用各气象站的气象观测资料,采用联合国粮农组织推荐的Penman-Monteith公式计算出潜在蒸发 [21]。
EEMD方法[15]是目前提取信号变化趋势的最新方法之一,通过在原数据信号中加入适当大小的白噪音来模拟多次观测的情景,在多次测量停止筛选后,取总体平均值作为EEMD分解的最终结果,即：
式中：Cj(t)为初始信号经过EEMD变换后的第j个IMF分量,N为白噪声增加数,
EEMD分解的各个IMF分量的信度可通过白噪声的集合扰动来进行检验[22],详见参考文献[23,24],若分解所得IMF分量的能量相对于周期分布处于95%置信线以上,说明该IMF分量表征的周期性振荡通过了5%的显著性水平显检验,是信号序列变化的主要周期,也称强周期;反之,则说明该IMF分量表示的周期性振荡不甚显著[18],称为弱周期。
由1960~2010年阿克苏河径流的绝对距平变化过程（图2）可以看出,近50年来,阿克苏河径流量总体上呈现出明显的波动性增加趋势;20世纪90年代中期,径流量出现了由相对偏枯至偏丰的转折,其中在1960~1993年的偏枯期,尽管径流量整体上呈微弱减少态势,但仍经历了一个“增-减-增-减” 的周期性波动变化过程,而在1994~2010年期间,阿克苏河径流量总体偏多,处于偏丰期,但各年径流量存在较大差异,径流量偏多年份与偏少年份相差高达38.62 ×108m3,属极端水文事件高发期。此外,由图2径流的5 a移动平均曲线可以看出,阿克苏河径流的变化趋势并非是线性的,而是呈现出较强的非线性和非平稳的波动性特征。因此,线性分析并不能反映阿克苏河径流的真实变化状况,这就需要借助于处理非平稳、非线性信号的方法来进一步揭示阿克苏河径流的复杂性变化过程。
图2 1960~2010年阿克苏河径流绝对距平变化
Fig.2 Change in runoff absolute anomaly of the Aksu River in 1960-2010
利用EEMD方法对阿克苏河1960~2010年径流距平时间序列进行分解,可得到4个IMF分量（C1~4）和一个趋势项R,结果如图3所示。4个IMF分量依次反映了径流从高频到低频不同时间尺度（准周期）的波动状况,最后得到的R表示径流随时间变化的总体趋势。EEMD分解的各个IMF分量都具有独立性和明确的物理意义,不会出现混频现象,它们各自反映了原始信号中固有的不同时间尺度的振荡（即准周期变化）,这种振荡强度的非均匀变化反映了水文系统内部动力过程和外部强迫共同作用的非线性关系。为揭示分解得到的各IMF分量所表征的准周期振荡的强弱,采用显著性检验来判断,结果如表1所示。C2和C4未通过10%的显著性水平检验,说明其所对应的周期在径流变化过程表现的较弱。C1和C3分别通过了10%和5%的显著性水平检验,其所包含的具有实际物理意义的信息相对较多,说明其对应的振荡周期为径流时间序列的主要振荡周期。综合图3和表1可知,阿克苏河1960~2010年径流量变化具有相对稳定的准周期性,表现为在年际尺度上,具有准3 a（C1）和准6~7 a（C2）的周期变化,在年代际尺度上, 具有准13 a（C3）和准25 a（C4）的周期变化。
图3 阿克苏河1960~2010年径流距平EEMD分解结果
Fig.3 The results of EEMD decomposition of runoff anomaly for the Aksu River in 1960-2010
表1 径流距平各分量的周期、显著性水平及其方差贡献率
Table 1 Periods, significant test and the variance contribution rates of Intrinsic Mode Function (IMF) components for runoff anomaly
| IMF分量 | C1 | C2 | C3 | C4 | R |
|---|---|---|---|---|---|
| 周期(a) 显著性检验 | 3 90%~95% | 6~7 <50% | 13 >95% | 25 <50% | |
| 贡献率(%) | 40.90 | 8.41 | 25.68 | 1.40 | 23.60 |
尽管EEMD分解的个别IMF分量并未通过显著性检验,但其对原始数据序列波动状况仍有一定的贡献。结合图3和表1可以看出,阿克苏河径流量EEMD分解的分量C1、、C2、 C3和C4分别表示的准3 a、6~7 a、准13 a和准25 a的周期性变化,它们的方差贡献率分别为40.90%、8.41%、25.68%和23.60%。具体来看,C1分量的振幅呈现出减小-增大-减小的趋势波动特征,且在20世纪70年代和90年代径流的振幅明显高于其它时段;C2分量在60年代和70年代径流振幅较大;C3分量90年代中期以前的振幅相对较小,之后振幅相对较大;C4分量在1962~1973年和1999~2008年2个时段处于偏多状态,其余时期处于偏少状态。对于EEMD趋势项R,它的方差贡献率高达23.60%,其波动变化反映出阿克苏河径流量在1960~2010年总体上呈现出近似线性但实为非线性的显著增多趋势。此外,通过表1还可看到径流年际振荡（C1~2）对径流总体变化特征的影响程度（49.31%）要明显高于年代际振荡 （C3~4）的影响程度（27.08%）,这一发现对进一步剖析径流变化成因具有重要的指示作用。
年际和年代际变化是气候-水文系统中2个重要的时间尺度,将EEMD对阿克苏河分解结果重构到年际和年代际尺度上,并对比原始径流绝对距平和趋势项序列（图4）。其中年际变化是由代表年际本征模函数C1与C2相加得到,可认为是由滤掉大尺度振荡而得;年代际变化是由年代际本征模函数C3、C4与趋势项R（包含超过研究时段更长时间尺度的波动）相加而得。可以看出,重构的年际变化与原始径流距平序列的变化趋势基本是一致的,能较好地描述原始径流距平序列在研究时期内的波动状况,重构的年代际变化在整个研究时段上呈现出增多与减少相间但整体显著递增的变化趋势,可以有效揭示阿克苏河径流在不同年代丰、枯水期交替出现的状态。就阿克苏河而言,径流年际和年代际波动能从不同尺度上反映原始径流序列在研究时期内的波动状况,且年际和年代际变化具有明显的互相调制作用。从方差贡献率来看,阿克苏河年际变化约占49.31%,而年代际变化为50.68%,年代际变化对径流整体变化的贡献略高于年际变化。可见,在对气候水文时间序列进行分析时,绝不能忽视年际和年代际这2个非常重要的时间尺度。
图4 年际和年代际径流变化与原始径流绝对距平对比
Fig.4 Inter-annual and interdecadal variations and comparisons with original runoff absolute anomaly
在全球气候变暖背景下,阿克苏河源流区年径流量变化主要受局部气候因子气温、降水和潜在蒸发的影响[13,25]。通过对阿克苏河径流量同期的气温进行多尺度分解发现,阿克苏河流域气温整体上呈现上升趋势,且其变化在年际尺度上存在准3 a和准6 a的周期性波动,在年代际尺度上存在准10 a和准22 a的周期性变化。与同期的气温变化过程相比,阿克苏河径流量变化与其表现为相同的年际尺度特征和相似的年代际尺度特征,且在变化趋势上具有一致性。同样,对阿克苏河1960~2010年年降水量进行多尺度分解发现,该流域的降水变化整体上呈增加趋势,且其变化在年际尺度具有准3 a和准6 a的周期,在年代际尺度上具有准10 a和准33 a的周期变化。由此可以看出,阿克苏河流域年降水量的变化与同期的年径流量变化具有相似的年际尺度特征,但在年代际尺度上存在一定的差异。不同于气温和降水,EEMD分解后的潜在蒸发总体表现为下降趋势,其变化在年际尺度上存在准3~4 a和准7 a的周期性波动,在年代际尺度存在准43~44 a的周期性变化。通过对比阿克苏河流域径流与气温、降水和潜在蒸发的趋势项（图5）发现,阿克苏河径流变化与其影响因子潜在蒸发具有相反的变化趋势,与气温和降水在变化趋势上具有一致性,但在变异时间点上（正负距平的转折点）存在差别,结合图4和图5所示,阿克苏河径流在20世纪70年代末80年代初由负相位转向正相位,而气温、降水和潜在蒸发却在80年代中后期发生了转折,说明阿克苏河径流量变化对区域气候具有一定的响应,但在变异时间点上并不完全同步。
图5 EEMD分解的1960~2010年阿克苏河流域气温、降水和潜在变化趋势
Fig.5 The temperature, precipitation and potential evaporation change tend decomposed by EEMD of the Aksu River Basin in 1960-2010
为进一步定量分析径流对气候因子的响应,首先分别重构了年际和年代际气温、降水和潜在蒸发的变化,其中年际气候因子变化是由表征气温、降水和潜在蒸发各自的年际本征模函数C1与C2相加得到,而年代际气候因子变化则由年代际本征模函数C3、C4与趋势项R相加而得;其次,为便于比较,采用最大值最小值标准化方法将不同尺度的径流量、气温、降水和潜在蒸发进行标准化,最后采用相关分析来进一步揭示它们的定量关系。通过对阿克苏河径流量与气温、降水和潜在蒸发进行多尺度相关分析（图6）,结果发现在年际尺度,尽管径流与气温、降水和潜在蒸发都表现为正相关关系,但这种相关关系并不显著,这可能与气候-水文序列小尺度的振荡（高频）包含了较多的系统外界噪声有关。而在年代际尺度上,径流量与气温和降水都表现为显著的正相关关系,与潜在蒸发表现为显著的负相关关系,且在年代际尺度上相关性明显强于年际尺度,表明年代际尺度更适于评价径流对气候波动的响应。
此外,由图6可以看出,无论是在年际尺度还是年代际尺度上,气温和径流的相关性都要强于降水和潜在蒸发,说明相较于降水和潜在蒸发,气温是影响阿克苏河径流量变化的决定性因素,这与阿克苏河径流以冰川融水补给为主有关[26],气温的升高可通过影响冰川积雪的消融间接作用于径流。
图6 阿克苏河年径流量和气候因子在不同尺度上的相关关系
Fig.6 Correlations between runoff and climate factors for the Aksu River at different time scales
阿克苏河径流在年际尺度上主要表现为准3 a和准6~7 a的强周期性振荡,而在年代际尺度上则显示出准13 a和准25 a的弱周期性变化,且径流在整个研究时段内表现出一个近似线性但实为非线性的增多变化过程;重构的径流年际变化较好地刻画了径流原始距平序列在研究时期内的波动细节,而年代际变化则有效地揭示出阿克苏河径流在不同年代丰、枯水期交替出现的状况;此外,还发现径流年际振荡在径流长期变化中占据主导地位。
阿克苏河径流对同期气温、降水和潜在蒸发在年际和年代际尺度上的响应存在明显差异。具体而言,在年际尺度上,径流与气温、降水和潜在蒸发均表现为不显著的正相关关系,而在年代际尺度上,径流与气温和降水则为显著的正相关关系,与潜在蒸发却呈现出显著的负相关关系,说明阿克苏河径流对气候波动的响应主要表现在年代际尺度上。这一发现,可为西北干旱区内陆河流域后续相关研究工作提供新的思路和手段。
The authors have declared that no competing interests exist.
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集合经验模态分解在长江中下游梅雨变化多尺度分析中的应用 [J].Application of ensemble empirical mode decomposition method in multiscale analysis of Meiyu in Middle-Lower Reaches of Yangze River. |
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Quantitatively evaluating the effects of climate factors on runoff change for Aksu River in northwestern China [J].https://doi.org/10.1007/s00704-014-1341-6 URL [本文引用: 1] 摘要
Much attention has recently been focused on the effects that precipitation and potential evapotranspiration (PET) have had on runoff change; however, the influence of temperature on runoff needs to be further studied. We attempted to employ the improved elasticity method to evaluate the effects of climate factors (CF, especially temperature) on runoff change for Aksu River in the arid region of northwest China. Data from Aksu River in the arid region of northwest China were analyzed to investigate changes in annual runoff and CF during the period of 1960-2010. The key findings of this study indicated that the annual runoff had a significant ( P < 0.01) increasing trend with a rate of 3.78 脳 10m/decade, and the temperature and precipitation also exhibited significant rising trends, at a rate of 0.28 掳C/decade ( P < 0.01) and 15.11 mm/decade ( P < 0.05), respectively, while PET showed a decreasing trend (22.66 mm/decade, P < 0.01). Step change point in runoff occurred in the year 1993. Thus, we employed the mean runoff and climate factors during the period 1960-1993 as the benchmark value to measure the change. In 1994-2010, mean runoff increased by 22 %. Results also revealed that temperature rising was the most important factor that increased runoff with contribution of 45 %, while precipitation and PET were responsible for 22 and 27 % of the runoff change, respectively, indicating that the runoff of increasing percentage only accounted for 6 % owing to human activities and other factors, and showed that climate variability was the main reason for the runoff change in Aksu River.
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2003-2012年新疆塔里木河径流量变化与断流分析 [J].
本文借助统计年鉴数据、MODIS月积雪产品的遥感数据以及气象观测数据等,分析了塔里木河流域2003-2012年径流量变化及断流的原因。结果表明：①在过去10年,塔里木河源流区耕地面积从2003年的1.087万km<sup>2</sup>增加到2012年的1.668万km<sup>2</sup>,致使流域内农业用水量从2004年的279.55亿m<sup>3</sup>增长到2011年的294.36亿m<sup>3</sup>,从而挤占了河流的生态用水,是导致三源流汇入塔里木河干流水量减少和断流情况不断恶化的重要因素;②2009年是塔里木河历史上断流时间和断流河道最长的一年,这与河流来水量较少与较低的夏季积雪覆盖率（3.08%）、降水量少于近10年平均降水的39%和夏季0℃层高度偏低（4620.7m）等因素有关,而2010年塔里木河的丰水与高于近10年平均降水的84%的降水量、夏季0℃层高度较高（4 795m）以及夏季积雪覆盖率较大（3.5%）有关;③塔里木河流域自2010年以来断流态势得到彻底改观,尤其是2011年以来,径流量在相对于21世纪初有所减少的背景下,未出现断流,这与流域管理体制的变革有关。因此,研究该区域的积雪覆盖率、气温、降水、人类活动等因素的变化对于监测和分析该区域的径流变化具有一定的意义。
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Evolution of land surface air temperature trend [J].https://doi.org/10.1038/nclimate2223 URL [本文引用: 1] 摘要
The global climate has been experiencing significant warming at an unprecedented pace in the past century(1,2). This warming is spatially and temporally non-uniform, and one needs to understand itsevolutionto better evaluate its potential societal and economic impact. Here, theevolutionofgloballandsurfaceairtemperaturetrendin the past century is diagnosed using the spatial-temporally multidimensional ensemble empirical mode decomposition method(3). We find that the noticeable warming (>0.5 K) started sporadically over the globallandand accelerated until around 1980. Both the warming rate and spatial structure have changed little since. The fastest warming in recent decades (>0.4 K per decade) occurred in northern mid-latitudes. From a zonal average perspective, noticeable warming (>0.2 K since 1900) first took place in the subtropical and subpolar regionsofthe Northern Hemisphere, followed by subtropical warming in the Southern Hemisphere. The two bandsofwarming in the Northern Hemisphere expanded from 1950 to 1985 and merged to cover the entire Northern Hemisphere.
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西北干旱区气候变化对水文水资源影响研究进展 [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201409005 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
西北干旱区是对全球变化响应最敏感地区之一,研究分析全球变暖背景下的西北干旱区水资源问题,对应对和适应未来气候变化带来的影响具有重要意义.本文通过对西北干旱区气候变暖影响下的水资源形成、转化与水循环等关键问题最新研究成果的总结分析,得出如下结论:(1) 西北干旱区温度、降水在过去的50 年出现过"突变型"升高,但进入21 世纪,温度和降水均处于高位震荡,升高趋势减弱;(2) 西北干旱区冬季温度的大幅升高是拉动年均温度抬升的重要原因,而西伯利亚高压活动和二氧化碳排放是引起冬季升温的重要影响因素;(3) 西北干旱区蒸发潜力在1993 年出现了一个明显的转折变化,由显著下降逆转为显著上升的趋势.气候变暖、蒸发水平增大对西北干旱区生态效应的负作用已经凸显;(4) 西北干旱区冰川变化对水资源量及年内分配产生了重要影响,部分河流已经出现冰川消融拐点.在塔里木河流域,冰川融水份额较大(50%),可能在未来一段时期,河川径流还将处在高位状态波动.全球气候变暖在加大极端气候水文事件发生频率和强度的同时,加剧了西北干旱区内陆河流域的水文波动和水资源的不确定性.
Research progress on the impact of climate change on water resources in the arid region of Northwest China. https://doi.org/10.11821/dlxb201409005 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
西北干旱区是对全球变化响应最敏感地区之一,研究分析全球变暖背景下的西北干旱区水资源问题,对应对和适应未来气候变化带来的影响具有重要意义.本文通过对西北干旱区气候变暖影响下的水资源形成、转化与水循环等关键问题最新研究成果的总结分析,得出如下结论:(1) 西北干旱区温度、降水在过去的50 年出现过"突变型"升高,但进入21 世纪,温度和降水均处于高位震荡,升高趋势减弱;(2) 西北干旱区冬季温度的大幅升高是拉动年均温度抬升的重要原因,而西伯利亚高压活动和二氧化碳排放是引起冬季升温的重要影响因素;(3) 西北干旱区蒸发潜力在1993 年出现了一个明显的转折变化,由显著下降逆转为显著上升的趋势.气候变暖、蒸发水平增大对西北干旱区生态效应的负作用已经凸显;(4) 西北干旱区冰川变化对水资源量及年内分配产生了重要影响,部分河流已经出现冰川消融拐点.在塔里木河流域,冰川融水份额较大(50%),可能在未来一段时期,河川径流还将处在高位状态波动.全球气候变暖在加大极端气候水文事件发生频率和强度的同时,加剧了西北干旱区内陆河流域的水文波动和水资源的不确定性.
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Recent and future climate change in northwest China [J].https://doi.org/10.1007/s10584-006-9121-7 URL [本文引用: 1] 摘要
As a consequence of global warming and an enhanced water cycle, the climate changed in northwest China, most notably in the Xinjiang area in the year 1987. Precipitation, glacial melt water and river runoff and air temperature increased continuously during the last decades, as did also the water level of inland lakes and the frequency of flood disasters. As a result, the vegetation cover is improved, number of days with sand-dust storms reduced. From the end of the 19th century to the 1970s, the climate was warm and dry, and then changed to warm and wet. The effects on northwest China can be classified into three classes by using the relation between precipitation and evaporation increase. If precipitation increases more than evaporation, runoff increases and lake water levels rise. We identify regions with: (1) notable change, (2) slight change and (3) no change. The future climate for doubled CO 2 concentration is simulated in a nested approach with the regional climate model-RegCM2. The annual temperature will increase by 2.7 ^ C and annual precipitation by 25%. The cooling effect of aerosols and natural factors will reduce this increase to 2.0 ^C and 19% of precipitation. As a consequence, annual runoff may increase by more than 10%.
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1956-2006年阿克苏河径流变化及其对区域水资源安全的可能影响 [J].
应用新疆塔里木河流域天山南坡阿克苏河流域1956—2006年的实测径流资料，分析了阿克 苏河流域各支流径流变化的特征与趋势。结果表明，近50a来，阿克苏河流域径流量呈显著的增加趋势，其中冰川融水是其主要贡献量。径流量在1994年发生 了增多的跃变，原因可能是气温持续升高引起冰川消融径流急剧增多，导致以冰川融水补给为主的河流径流量大增。这种趋势能够持续多久，取决于未来的气候变化 及流域上游冰川系统的响应。随着冰川的加剧退缩和较小冰川的消失，短期内会给阿克苏河流域带来丰富的水资源；但是随着冰川补给峰值过后径流量逐渐减小，将 会给塔里木河流域带来严重的水资源和生态安全问题。冰川的强烈退缩，还会带来一系列的洪水灾害问题。
Runoff changes in Aksu River Basin during 1956-2006 and their impacts on water availability for Tarim River.
应用新疆塔里木河流域天山南坡阿克苏河流域1956—2006年的实测径流资料，分析了阿克 苏河流域各支流径流变化的特征与趋势。结果表明，近50a来，阿克苏河流域径流量呈显著的增加趋势，其中冰川融水是其主要贡献量。径流量在1994年发生 了增多的跃变，原因可能是气温持续升高引起冰川消融径流急剧增多，导致以冰川融水补给为主的河流径流量大增。这种趋势能够持续多久，取决于未来的气候变化 及流域上游冰川系统的响应。随着冰川的加剧退缩和较小冰川的消失，短期内会给阿克苏河流域带来丰富的水资源；但是随着冰川补给峰值过后径流量逐渐减小，将 会给塔里木河流域带来严重的水资源和生态安全问题。冰川的强烈退缩，还会带来一系列的洪水灾害问题。
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Association of North Atlantic oscillations with Aksu river runoff in China. https://doi.org/10.1007/s11442-009-0012-5 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
The relationship between North Atlantic Oscillations(NAO) and Aksu River Runoff(ARR) was investigated by using the wavelet transform(WT),cross wavelet transform(CWT),correlation and linear trend analyses,and abrupt change test.The main results are as follows:the interannual/decadal variation and period analyses of ARR and NAO reveal that the both were close correlated each other;the CWT indicates that the correlation was good between ARR and NAO at all periods in the 1990s,because the significant correlation areas mainly concentrated in the 1990s;the variations in the trend strength of ARR and NAO were consistent;the abrupt change of NAO was also temporally consistent with that of ARR,which exerted impact on the Aksu River Basin(ARB) climate and then the ARR through atmospheric circulation variation.
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Regional features of the temperature trend in China based on Empirical Mode Decomposition. https://doi.org/10.1007/s11442-008-0166-6 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
由实验模式分解方法，我们在超过 700 个车站分析了观察每月平均的温度从 1951 2001 在中国上。同时，每个车站的温度可变性被这个方法计算，并且识别类目在
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Hydrology and water resources variation and its response to regional climate change in Xinjiang. https://doi.org/10.1007/s11442-010-0599-6 URL Magsci 摘要
在 Xinjiang 从八条代表性的河在最后 50 年基于表面流量，温度和降水数据，用 Mann-Kendall 趋势并且跳察觉方法，纸调查了长期的趋势并且跳时间系列，表面流量，吝啬的年度温度和年度降水的点。同时，纸分析了在流量和温度之间的关系并且降水，和洪水频率和山峰流动。结果证明自从 mid-1980s， Xinjiang 的所有部分的气候一致地在温度和降水经历了增加。北 Xinjiang 是改变了南部、东方的 Xinjiang 显著地跟随的大多数的区域。由温度和降水变化影响了，河流量内部每年并且 intra 每年变化了。自从 1990 年代初，河显著地增加了的大多数的表面流量，和他们中的一些甚至见证早春洪水，以后的夏天洪水和增加的洪水山峰。变化特征仔细与河的补充类型被联系。洪水频率和山峰流动在整个 Xinjiang 增加了。温暖的气候在地区性的水文学周期上有效果。
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1980-2013年新疆高空大气温度变化特征 [J].https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2016.03.018 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>基于1980~2013年新疆地区8个探空站逐日观测资料,利用Mann-Kendall非参数检验法,分析新疆30多年来高空大气温度时间序列的变化趋势、突变时间及二者的显著性,探讨其与地面温度变化关系。结果表明：近30多年来,新疆对流层上层至平流层中下层表现为降温趋势,对流层中下层呈升温趋势,对流层上层和平流层中下层降温幅度大于对流层中下层的增温幅度;新疆高空温度的变化存在明显的季节差异;新疆高空各层温度在20世纪90年代初发生显著性突变,晚于北半球地面温度突变年份,早于相对应的地面温度突变时间;新疆对流层中下层温度在不同时段和不同季节与地面温度的变化不同,1980~2013年二者均呈显著的增温趋势,而1998~2013年二者的变暖趋势均减缓,甚至还表现为微弱的下降趋势。</p>
Upper-air temperature change of Xinjiang during 1980-2013. https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2016.03.018 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>基于1980~2013年新疆地区8个探空站逐日观测资料,利用Mann-Kendall非参数检验法,分析新疆30多年来高空大气温度时间序列的变化趋势、突变时间及二者的显著性,探讨其与地面温度变化关系。结果表明：近30多年来,新疆对流层上层至平流层中下层表现为降温趋势,对流层中下层呈升温趋势,对流层上层和平流层中下层降温幅度大于对流层中下层的增温幅度;新疆高空温度的变化存在明显的季节差异;新疆高空各层温度在20世纪90年代初发生显著性突变,晚于北半球地面温度突变年份,早于相对应的地面温度突变时间;新疆对流层中下层温度在不同时段和不同季节与地面温度的变化不同,1980~2013年二者均呈显著的增温趋势,而1998~2013年二者的变暖趋势均减缓,甚至还表现为微弱的下降趋势。</p>
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北疆地区1961-2010年极端气温事件变化特征 [J].https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2016.02.017 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>根据1961~2010 年北疆地区34 个气象台站逐日平均气温、最高气温和最低气温资料,定义高温和低温的阈值、频率及其强度,并采用线性趋势、EOF等方法对其研究分析.研究表明:① 北疆地区的高温阈值研究发现空间分布变化特征基本呈现从东南向西北规律变化趋势.时间变化趋势分析发现该地区高温阈值呈现上升趋势.其中,夏季上升幅度最小,冬季上升幅度最大.频数分析发现天山山区极端高温频数变化要高于其他地区变化频数.② 北疆地区的低温阈值研究发现空间分布变化特征基本也呈现从东南向西北规律变化趋势.频数分析发现夏季频数总体呈现下降趋势.③ 通过线性趋势和EOF分析表明北疆地区高温和低温事件强度、频数呈现增加的趋势.由于北疆属于干旱与半干旱地区,生态环境较为脆弱.极端气温趋势的增加会影响到该地区的水文、工业和农业管理.</p>
Evolution characteristics of the extreme high and low temperature event in North Xinjiang. https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2016.02.017 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>根据1961~2010 年北疆地区34 个气象台站逐日平均气温、最高气温和最低气温资料,定义高温和低温的阈值、频率及其强度,并采用线性趋势、EOF等方法对其研究分析.研究表明:① 北疆地区的高温阈值研究发现空间分布变化特征基本呈现从东南向西北规律变化趋势.时间变化趋势分析发现该地区高温阈值呈现上升趋势.其中,夏季上升幅度最小,冬季上升幅度最大.频数分析发现天山山区极端高温频数变化要高于其他地区变化频数.② 北疆地区的低温阈值研究发现空间分布变化特征基本也呈现从东南向西北规律变化趋势.频数分析发现夏季频数总体呈现下降趋势.③ 通过线性趋势和EOF分析表明北疆地区高温和低温事件强度、频数呈现增加的趋势.由于北疆属于干旱与半干旱地区,生态环境较为脆弱.极端气温趋势的增加会影响到该地区的水文、工业和农业管理.</p>
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1933-2012年无定河径流突变与周期特征诊断 [J].https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2016.03.020 URL Magsci 摘要
<p>选取黄河中游区实施水土保持最早的一级支流无定河流域,利用滑动-T、曼<i>-</i>肯德尔和山本等3种突变检测方法相互验证,确定了在受人类活动显著影响下,径流的突变年份为1972年,自此径流平均减少3.55×10<sup>8</sup>m<sup>3</sup>;基于径流突变前降水与径流的显著相关性,并借助地统计克里格空间插值法,重建1933~2012年无定河流域出口控制水位站天然径流变化序列。采用小波分析法诊断天然径流序列的周期变化,结果显示：天然年径流存在6个不同时间尺度的“丰<i>-</i>枯”演变特征,其平均周期分别对应着35.5、22.2、16.8、12.2、9.3和3.3 a。</p>
https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2016.03.020 URL Magsci 摘要
<p>选取黄河中游区实施水土保持最早的一级支流无定河流域,利用滑动-T、曼<i>-</i>肯德尔和山本等3种突变检测方法相互验证,确定了在受人类活动显著影响下,径流的突变年份为1972年,自此径流平均减少3.55×10<sup>8</sup>m<sup>3</sup>;基于径流突变前降水与径流的显著相关性,并借助地统计克里格空间插值法,重建1933~2012年无定河流域出口控制水位站天然径流变化序列。采用小波分析法诊断天然径流序列的周期变化,结果显示：天然年径流存在6个不同时间尺度的“丰<i>-</i>枯”演变特征,其平均周期分别对应着35.5、22.2、16.8、12.2、9.3和3.3 a。</p>
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The nonlinear trend of runoff and its response to climate change in the Aksu river, western China [J].https://doi.org/10.1002/joc.2110 URL Magsci [本文引用: 4] 摘要
The nonlinear trend of runoff and its response to climate change in the Aksu River were identified and evaluated using several selected methods, including grey relation analysis, wavelet analysis, and regression analysis. The time series of runoff and related climate variables from two hydrologic stations and four meteorological stations during 1959鈥2005 for the Aksu River were used to construct and test empirical models. The key findings of this study indicate that although the time series of the runoff, temperature and precipitation present nonlinear trends, the runoff exhibits a linear correlation with the temperature and precipitation. These results reveal that there is a close relationship between variations in the annual runoff of the Aksu River and regional climate change; in other words, the nonlinear trends of the variations in the runoff is the response to that of regional climate change. The details supporting the key findings are as follows: (1) The annual runoff presented nonlinear trends that depend on time scales, which appeared to have resulted from the regional climate changes that occurred during the study period. (2) The periodicity of changes in runoff, temperature, and precipitation are closely correlated, that of annual runoff occurred on 24-year cycle, whereas annual average temperature and annual precipitation occurred on 23- and 25-year cycles. (3) The annual runoff exhibited a significant, positive correlation with the temperature and precipitation at the 1-, 2-, 4-, and 8-year temporal scales. Copyright 2010 Royal Meteorological Society
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塔里木河流域径流量周期特征及其影响因素 [J].
<p>采用交叉小波变换与小波相干方法分析了塔里木河流域近40 a来年径流量、年降水量和年平均温度的周期特征,结果表明:塔河流域年径流量、年降水量和年均温度存在2.0～6.0 a左右的显著周期变化,除卡群站年径流量周期变化不显著,其余水文站的年径流量周期强烈震荡主要分布于20世纪60年代中后期至70年代以及90年代以后;各站年降水量的显著周期主要分布于20世纪80年代以后;年均气温显著周期主要分布于20世纪60年代中后期至70年代。同古孜洛克和卡群的径流量显著周期变化主要受和田和莎车降水量的影响;沙里桂兰克1965～1968的径流量显著周期主要是阿合齐气温周期显著变化引起的,20世纪90年代以后阿合齐降水量成为影响径流量周期变化的主要因素;大山口的年径流量周期变化受降水量和气温的共同影响。阿拉尔径流量的周期变化在20世纪70年代主要受源流降水量显著周期变化。由于人口和耕地面积的迅速增加,源流区用水量增加,20世纪90年代以后降水量的周期变化没有引起阿拉尔径流量的周期变化。</p>
Periodic properties of runoff changes of the Tarim River Basin: possible causes and implications.
<p>采用交叉小波变换与小波相干方法分析了塔里木河流域近40 a来年径流量、年降水量和年平均温度的周期特征,结果表明:塔河流域年径流量、年降水量和年均温度存在2.0～6.0 a左右的显著周期变化,除卡群站年径流量周期变化不显著,其余水文站的年径流量周期强烈震荡主要分布于20世纪60年代中后期至70年代以及90年代以后;各站年降水量的显著周期主要分布于20世纪80年代以后;年均气温显著周期主要分布于20世纪60年代中后期至70年代。同古孜洛克和卡群的径流量显著周期变化主要受和田和莎车降水量的影响;沙里桂兰克1965～1968的径流量显著周期主要是阿合齐气温周期显著变化引起的,20世纪90年代以后阿合齐降水量成为影响径流量周期变化的主要因素;大山口的年径流量周期变化受降水量和气温的共同影响。阿拉尔径流量的周期变化在20世纪70年代主要受源流降水量显著周期变化。由于人口和耕地面积的迅速增加,源流区用水量增加,20世纪90年代以后降水量的周期变化没有引起阿拉尔径流量的周期变化。</p>
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Ensemble empirical mode decomposition:a noise-assisted data analysis method [J]. |
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The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis [J].https://doi.org/10.1098/rspa.1998.0193 URL [本文引用: 1] 摘要
ABSTRACT
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On the time-varying trend in global-mean surface temperature [J].https://doi.org/10.1007/s00382-011-1128-8 URL [本文引用: 1] 摘要
The Earth has warmed at an unprecedented pace in the decades of the 1980s and 1990s (IPCC in Climate change 2007: the scientific basis, Cambridge University Press, Cambridge, 2007 ). In Wu et al. (Proc Natl Acad Sci USA 104:14889鈥14894, 2007 ) we showed that the rapidity of the warming in the late twentieth century was a result of concurrence of a secular warming trend and the warming phase of a multidecadal (~65-year period) oscillatory variation and we estimated the contribution of the former to be about 0.08掳C per decade since ~1980. Here we demonstrate the robustness of those results and discuss their physical links, considering in particular the shape of the secular trend and the spatial patterns associated with the secular trend and the multidecadal variability. The shape of the secular trend and rather globally-uniform spatial pattern associated with it are both suggestive of a response to the buildup of well-mixed greenhouse gases. In contrast, the multidecadal variability tends to be concentrated over the extratropical Northern Hemisphere and particularly over the North Atlantic, suggestive of a possible link to low frequency variations in the strength of the thermohaline circulation. Depending upon the assumed importance of the contributions of ocean dynamics and the time-varying aerosol emissions to the observed trends in global-mean surface temperature, we estimate that up to one third of the late twentieth century warming could have been a consequence of natural variability.
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基于总体经验模态分解的水文序列多尺度分析 [J].
为解决模态混叠问题,将总体经验模态分解方法应用于水文时间序列的多尺度研究中.将白噪声加入原始序列,经过总体经验模态分解后得到固有模态函数,通过对结果进行显著性检验并最终得到水文时间序列主要振荡周期、中心频率、平均振幅等信息.通过对黄河三门峡水文站实测天然年径流序列进行分析,发现总体经验模态分解能够较好地解决模态混叠现象;同时与小波分析方法对比,该方法较之传统的经验模态分解具有更高的精度,能够应用于水文时间序列多尺度分析研究.
Qian Xiaoyan et al. Multi-scale analysis of hydrological series using ensemble empirical mode decomposition.
为解决模态混叠问题,将总体经验模态分解方法应用于水文时间序列的多尺度研究中.将白噪声加入原始序列,经过总体经验模态分解后得到固有模态函数,通过对结果进行显著性检验并最终得到水文时间序列主要振荡周期、中心频率、平均振幅等信息.通过对黄河三门峡水文站实测天然年径流序列进行分析,发现总体经验模态分解能够较好地解决模态混叠现象;同时与小波分析方法对比,该方法较之传统的经验模态分解具有更高的精度,能够应用于水文时间序列多尺度分析研究.
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集合经验模态分解下中国新疆降水变化趋势的区域特征 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0799.2015.04.003 URL [本文引用: 1] 摘要
降水是中国西北干旱区水资源的重要组成部分，利用合理方法有效认识降水的区域变化规律对指导农业发展尤为重要。基于新疆16个国际交换站1961—2012年降水距平时间序列，利用集合经验模态分解（EEMD）方法，分析了新疆降水变化趋势的多尺度特征，并对其空间差异进行了初步探讨。近50多年来，新疆降水量整体上呈现出非线性的显著增多趋势，且其变化存在明显的年际尺度（3a和6a准周期）和年代际尺度（10a和31a准周期）；各周期分量方差贡献率显示年际变化在新疆降水变化中占据主导地位，重构的降水年际变化趋势能精细刻画原始降水序列在研究时期内的波动状况；降水年代际变化揭示了新疆降水在1987年前后气候模态有了显著转换，由原来降水以负相位为主的气候模态转向正相位显著的气候模态；此外，降水变化趋势和转折时间均具有明显的区域差异。EEMD方法有助于加深人们对新疆降水多尺度变化特征的认识，是一种适用于非线性、非平稳信号分析的有效方法。
Regional features of precipitation variation trends over Xinjiang in China by the ensemble empirical mode decomposition method. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0799.2015.04.003 URL [本文引用: 1] 摘要
降水是中国西北干旱区水资源的重要组成部分，利用合理方法有效认识降水的区域变化规律对指导农业发展尤为重要。基于新疆16个国际交换站1961—2012年降水距平时间序列，利用集合经验模态分解（EEMD）方法，分析了新疆降水变化趋势的多尺度特征，并对其空间差异进行了初步探讨。近50多年来，新疆降水量整体上呈现出非线性的显著增多趋势，且其变化存在明显的年际尺度（3a和6a准周期）和年代际尺度（10a和31a准周期）；各周期分量方差贡献率显示年际变化在新疆降水变化中占据主导地位，重构的降水年际变化趋势能精细刻画原始降水序列在研究时期内的波动状况；降水年代际变化揭示了新疆降水在1987年前后气候模态有了显著转换，由原来降水以负相位为主的气候模态转向正相位显著的气候模态；此外，降水变化趋势和转折时间均具有明显的区域差异。EEMD方法有助于加深人们对新疆降水多尺度变化特征的认识，是一种适用于非线性、非平稳信号分析的有效方法。
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新疆阿克苏河流域年径流时间序列特征分析 [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2005.01.010 Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>阿克苏河是塔里木河的主要支流，依据阿克苏河流域内5个代表站的40余年年径流实测资料，选取多种径流统计参数，分析流域范围内不同径流补给来源的径流年内分配规律和多年变化特征。结果表明：阿克苏河流域径流补给具有垂直地带性和多样化特点，径流时序特征与径流的补给来源有密切关系；径流年内分配极不均匀，集中程度高；而径流的多年变化变差系数小，丰、枯频率密度近似正态分布，无特大丰水年和枯水年，径流量多年变化趋势比较稳定。</p>
Analysis on the characteristics of runoff time series in Akesu basin. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2005.01.010 Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>阿克苏河是塔里木河的主要支流，依据阿克苏河流域内5个代表站的40余年年径流实测资料，选取多种径流统计参数，分析流域范围内不同径流补给来源的径流年内分配规律和多年变化特征。结果表明：阿克苏河流域径流补给具有垂直地带性和多样化特点，径流时序特征与径流的补给来源有密切关系；径流年内分配极不均匀，集中程度高；而径流的多年变化变差系数小，丰、枯频率密度近似正态分布，无特大丰水年和枯水年，径流量多年变化趋势比较稳定。</p>
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Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements [M]. |
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A study of the characteristics of white noise using the empirical mode decomposition method [J]. |
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集合经验模态分解在区域降水变化多尺度分析及气候变化响应研究中的应用 [J].https://doi.org/10.7498/aps.62.109203 URL 摘要
集合经验模态分解(EEMD)是一种适用于非线性、非平稳序列的信号分析方法,将EEMD应用于气候要素时间序列,可提取可靠真实的气候变化信号,同时, EEMD可以得到气候变化的固有时间尺度.本文使用EEMD方法,从气候时间序列中提取气候信号中各个尺度的变化,对渭河流域过去50年来的秋季降水进行多尺度分析,结果显示,对于20世纪70年代末80年代初的全球气候突变,渭河流域的秋季降水也有很好的响应,而且大尺度上的响应要早于中小尺度,其中在大尺度上主要表现为波动形式,即降水距平正负位相持续期的变化,从持续正位相到正负位相周期性交替出现;而在中小尺度上主要是振幅大小,即降水距平正负位相量级的变化,量级从相对较大变为相对较小再逐渐增大.
The application of ensemble empirical mode decomposition method in multiscale analysis of region precipitation and its response to the climate change. https://doi.org/10.7498/aps.62.109203 URL 摘要
集合经验模态分解(EEMD)是一种适用于非线性、非平稳序列的信号分析方法,将EEMD应用于气候要素时间序列,可提取可靠真实的气候变化信号,同时, EEMD可以得到气候变化的固有时间尺度.本文使用EEMD方法,从气候时间序列中提取气候信号中各个尺度的变化,对渭河流域过去50年来的秋季降水进行多尺度分析,结果显示,对于20世纪70年代末80年代初的全球气候突变,渭河流域的秋季降水也有很好的响应,而且大尺度上的响应要早于中小尺度,其中在大尺度上主要表现为波动形式,即降水距平正负位相持续期的变化,从持续正位相到正负位相周期性交替出现;而在中小尺度上主要是振幅大小,即降水距平正负位相量级的变化,量级从相对较大变为相对较小再逐渐增大.
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Li Weihong et al. Analysis of changes in runoff and drying in the Tarim River from 2003 to 2012.
本文借助统计年鉴数据、MODIS月积雪产品的遥感数据以及气象观测数据等,分析了塔里木河流域2003-2012年径流量变化及断流的原因。结果表明：①在过去10年,塔里木河源流区耕地面积从2003年的1.087万km<sup>2</sup>增加到2012年的1.668万km<sup>2</sup>,致使流域内农业用水量从2004年的279.55亿m<sup>3</sup>增长到2011年的294.36亿m<sup>3</sup>,从而挤占了河流的生态用水,是导致三源流汇入塔里木河干流水量减少和断流情况不断恶化的重要因素;②2009年是塔里木河历史上断流时间和断流河道最长的一年,这与河流来水量较少与较低的夏季积雪覆盖率（3.08%）、降水量少于近10年平均降水的39%和夏季0℃层高度偏低（4620.7m）等因素有关,而2010年塔里木河的丰水与高于近10年平均降水的84%的降水量、夏季0℃层高度较高（4 795m）以及夏季积雪覆盖率较大（3.5%）有关;③塔里木河流域自2010年以来断流态势得到彻底改观,尤其是2011年以来,径流量在相对于21世纪初有所减少的背景下,未出现断流,这与流域管理体制的变革有关。因此,研究该区域的积雪覆盖率、气温、降水、人类活动等因素的变化对于监测和分析该区域的径流变化具有一定的意义。
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