文摘
本研究试图探讨趋势的年平均温度、降水、和流速及流水量的变化来确定它们之间的关系上淮河流域。Mann-Kendall(可),森的斜率测试估计量,和创新趋势检测(ф)(ITA)方法用于检测的趋势。根据研究结果,平均年降雨量显示一个下行的趋势(ф在大多数站=−0.17)。越来越趋势被发现只有在阜阳站(ф= 1.02)。在所有的电台,年平均温度的趋势(ф= 0.36)突然增加。过去57年,平均气温已经大大增加了12°C / 10。河水流速及流水量显示一个戏剧性的下降趋势在所有站的时间研究期间(1960 - 2016)(ф=−4.29)。研究地区的气候变化影响水流的数量。河水流速及流水量展览减少趋势从1965年开始。流量下降的可能原因主要在研究区降水量下降一些特定的个月由于气候变化的发生。本研究的结果可以为政策制定者和创建意识科学社区的成员,通知他们关于hydroclimatic演进研究盆地,并成为先进科学研究的资源。
1。介绍
在陆地和水面,全球平均温度增加了过去三跨(1]。根据记录,已经有一个多世纪以来,2000年代被发现在2005年和2010年最热的十年最热的时期。全球水文循环和水资源分布明显受人为“温室效应”,导致全球气候的变化(2]。气候变化会影响整个水循环。表面和地下水域都同样面临水资源数量和质量的变化。自然灾害经常发生在中国,如干旱、洪水和台风,洪水是最具毁灭性的喷发造成实质性的金融,人类和环境破坏。近年来,气候变化对水资源的影响紧急在中国(3]。中国政府宣布中国应对气候变化国家方案,由preauthorizing水资源作为一个关键区域的目标国家应对气候变化的挑战[4]。对策和目标也在文档中指定。全球气候变化也是一个潜在的因素,直接影响中国未来的国家水安全会影响可持续发展的社会,经济和生态发展(5]。
水资源和河流水文系统广泛由气候和强烈的修改由人类行为(6]。气候变化影响河流流速及流水量,主要从左右降水和潜在蒸发的变化(6,7]。人类活动,如水库建筑物,土地利用/覆盖变化,水和直接退出地表水和地下水,修改河流流速及流水量。对水抽象、水资源管理和规划量化气候变化的大小是一个重要的任务,使准确和相关决策。目前,通过水资源总量不足,决策者,决策者,水文学家支付检测的重要考虑多少年流速及流水量转换可以认可气候变化(8]。
研究降水趋势的温度和流速及流水量无限使用科学家确定的时空变异性和管理水资源不足对未来的经济发展。分析水面气候变量的趋势也至关重要的研究研究气候变化对水资源的影响预测和管理。一些研究表明,水面气候变量的变化展示一个高度组合模式在区域和全球尺度时空趋势,因为自然资源的差异。此外,这些气候可变性将会有不可预见的后果对温度和降水变化的频率和强度(9,10]。
上淮河盆地是一个适当的地区探索气候变化影响的分水岭。该地区水资源短缺而闻名,其生态系统功能的扭曲的功能。该地区空间包罗万象,突出环境梯度主要由降水和温度在广泛的范围内。上淮河盆地是一个从一个潮湿地区半干旱过渡区(11]。虽然相当丰富,降水主要集中在汛期和变化很大。洪水和干旱等自然灾害经常发生在盆地。非常规水资源时空传播和萎靡不振的水质造成了对工业产生巨大影响,整个地区的农业生产和人们的生活(12]。
因此,它是一个至关重要的区域检测水面气候模式,为了得到压缩信息的水文研究盆地,这有助于预测水文系统的命运与生态研究的区域。因为hydroclimatic变化能导致的生态系统变化,该地区的水文参数和河流条件应该研究。然而,有许多研究淮河流域上游,关于水面气候可变性,但研究将有助于获得足够的数据对流域的现状使用不同的方法,特别是创新趋势分析方法,由森,最近推出了2014年,从来没有使用过我们的研究领域(13]。
本研究的总体价值增强其创新研究领域的使用可接受的方法。调查时间严重年流速及流水量的变化,降水和温度开始结合历史hydroclimatic数据从1960年到2016年与多个趋势检验估计(Mann-Kendall(可),创新的趋势分析法(ITA),和森的斜率估计量测试)将准确性和确保结果的可靠性通过使用不同的被广泛接受的方法(14]。本研究的具体目标是(1)分析气候变量和流速及流水量的关系和趋势在过去的56年,(2)评估颞可变性的温度、降水、流速及流水量。
2。材料和方法
2.1。研究网站
在中国最大的河流中,淮河上游是淮河流域的主要部分,位于中国的东部。研究盆地位于31°57之间50′′N∼34°N和113°56′E∼116°15′E 30937公里的区域范围2(15]。这个地区的年平均降雨量为883毫米,有不均匀的分布格局。平均每年地表水蒸发发生在600和1500毫米。该地区平均气温从11到16°C。该地区水资源短缺而闻名,扭曲了其生态系统的功能。河穿过三个省份:河南、安徽、湖北(图1)。该地区空间包罗万象,突出环境梯度主要由降水和温度在广泛的范围内。平原和丘陵主要地形,平原地区约占70%。在淮河流域的土地覆盖类型由湿地、草原、森林、荒地,构建土地和农田15]。
2.2。数据源
在当前的研究中,气候和水文数据从1960年到2016年从九个不同的记录获得代表气象站和六个水位表站坐落在研究盆地。时间序列是57扩展数据(从1960年到2016年)。
气候结论披露的事实条件历史降水和温度波动发生在淮河流域。
2.3。数据分析的方法
趋势分析是用来研究趋势是否提升,下降,或者如果没有趋势数据值点。以下趋势分析方法、创新趋势分析方法,Mann-Kendall测试,和森的斜率估计量,用于检测各种气候和河道流量的趋势时期从1960年到2016年。创新趋势分析方法(ITA)一个时间序列分为两个相等的部分,它按升序排序两次分类(16]。Mann-Kendall趋势测试(可)肯德尔和曼提出的是一个非参数检验(17]。可也用来量化水文气象时间序列趋势的重要性。该方法不需要数据正态分布和低敏感性在时间序列异常值。森的斜率估计量的大小趋势斜率计算趋势检测方法(18]。水面气候变量时间序列数据,评估重要性水平在1%(0.01),5%(0.05),(0.1)被认为是10%。MATLAB是用来运行统计测试。
2.3.1。Mann-Kendall趋势检测
Mann-Kendall(可)测试方法是一种非参数检验用于调查水文气象时间序列数据的趋势。Mann-Kendall(可)测试方法还显示向上和向下的趋势与统计学意义。这种趋势的强度取决于大小,样本大小和变化的数据系列。可测试的趋势并不明显受异常值影响发生在可测试统计数据以来的数据系列取决于积极或消极的迹象(16,17]。
在目前的研究中,我们检测了年降水量和温度时间序列数据。
Mann-Kendall测试统计数据给出了“S” 在哪里和代表时间的数据点j和我。在系列的数据量大于或相当于十(n≥10),可测试由一个标准的分类与均值分布(年代)= 0和方差var (年代)是(19] 在哪里米系组织的数量在时间序列和tk的关系是什么k与集团。从这个测试Z获得统计数据使用一个近似如下:
积极的价值观Z显示一个增加的趋势;然而,负值显示减少的趋势。当测试向上或向下单调趋势显著性水平,零假设被拒绝的绝对值Z大于 这是发现从正态累积分布表。
一个积极的z值表示一个增加的趋势而消极z值表示一个下降的趋势。
时间序列的统计独立的定义是:
最初,置信水平α,如果佛罗里达大学k>超滤α/ 2,这表明该序列有一个显著的趋势。然后,时间顺序倒序排列。根据方程计算,一个
最后一点,乌兰巴托k和佛罗里达大学k是乌兰巴托和超滤曲线。如果有两条曲线之间的一个十字路口,十字路口是改变的开始20.]。
2.3.2。森的斜率趋势检测
趋势线的斜率计算趋势的大小检测方法(18,21]。两个数据点,斜率问我被认为是 在哪里xj和xk代表数据点的阶段j和j>k分别有单基准每段时间;然后, ,在哪里n是时间的数量。然而,如果数据的数量众多,每年 ;n是观察的总数。N值在趋势斜率测试探测器排列从最低到最大。的中值斜率(β)是把
的标志β显示趋势是增加或减少。
2.3.3。创新趋势检测
创新趋势检测方法(ITA)被广泛用于检测气象变量的趋势。ITA在一个时间序列的数据分为两个相等的部分,它分类子系列提升方向。之后,这两个部分是放置在一个坐标系统(我= 1、2、3、…n/ 2)X设在(xj:j=n/ 2 + 1,n/ 2 + 2,…n)Y设在。如果时间序列数据在收集分散图1:1(45)直线,这表明你没有趋势。另一方面,现在的趋势是增加,一旦数据点聚集在1:1直线下降趋势数据点在低于1:1的直线。
均值之间的差异x我和xj能给的倾向大小的数据系列。本研究的实验数据点的总数为57年从1960年到2016年。ITA是把 在哪里代表了趋势指标,n子系列代表数量的观察,x我上半年数据系列子系列类,xj下半年是数据系列子系列类,然后呢μ代表了上半年平均数据系列子系列类。
正面和负面价值的ф表明一个上行和下行趋势,分别。然而,当周围的散射点接近1:1传统的线,这表明缺乏的一个重要趋势22- - - - - -24]。
3所示。结果
3.1。趋势分析空气温度从1960年到2016年
可曲线,一年一度的温度演示了一个统计上的突然上升趋势相时期从1993年到2016年(R2 = 0.11)(图2)。同样,一个增加的趋势在Zhumadian站从1994年到2016年(Z= 7.04),统计上突然增加趋势固始县站从1985年到2016年(Z= 6.96),在阜阳站从1973年到2016年(Z= 7.07),在信阳站(Z= 8.12)从1970年到2016年,在Xichong站(Z= 8.73)从1973年到2016年被观察到。总的来说,平均显著增加的趋势中检测出所有电台(Z=(图7.12)2)。
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趋势检验的结果为年平均温度在所有电台通过使用可,ITA和森的斜率估计测试出现在桌子上1。在所有测试参数的趋势,越来越倾向被发现在所有电台。因此,增加和减少的趋势检验参数(фZ(可)β)确定大小是健壮的。
3.2。降水趋势分析
研究流域的年平均降水从1960年到2016年是996.87毫米/年(R2= 0.028)。最小和最大的年平均降雨雪每年分别为1940.5和366.8毫米,分别。略有下降趋势的降水期间检测到1966年和2016年(表2)。
夏季的特点是强降雨。从1月到12月月度趋势分析显示增加订单(R2= 0.3)和减少模式表现出季节从春天到冬天(R2= 0.01)。季节性降水变化从春天198.99毫米492.85毫米234.07毫米到夏天,秋天,冬天每年(图73.44毫米3)。
(一)
(b)
结果趋势检验的年平均降雨量在所有车站通过使用可,ITA,森的斜率估计测试展示在表3。可提供的曲线,年降水量演示了一个统计上的突然下降的趋势相时期从2009年到2013年(Z=−2.04)和Zhumadian从1992年到2013年(Z=−1.43),而一个高音下行趋势在固始县发现从2001年到2014年(Z=−1.07)。同样,一个类似的趋势在西洋和Xichong站被发现。然而,统计上显著的增加趋势在阜阳站发现从1983年到2009年(Z= 0.97 )。一般来说,统计上显著的下降趋势中检测出所有六个代表站从1960年到2016年(Z=−(图0.48)4)。在所有测试参数的趋势,一个向下的趋势被发现在所有车站阜阳站除外。通过增加和减少的趋势检验参数(ф,Z(可)β)测试,可以确定大小是健壮的。
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3.3。年河流流速及流水量分析淮河流域的上游
可曲线,一年一度的流速及流水量决定了统计上的高音下行趋势时期从1960年到2016年。统计下降趋势所示相从1970年到2016年(Z=−3.61)。同样,阜阳大幅下降趋势从1965年到2016年(Z=−9.494)和在信阳检测(Z=−7.803)从1967年到2016年。总的来说,下降的趋势也发生在所有电台(Z=−(图7.313)5)。年平均河河流的结果在电台通过使用可,ITA,森的斜率估计量测试展示在表4。这一趋势在所有电台测试估计显示统一的趋势。河流流速及流水量一般表现出下降趋势轨迹从1960年到2016年。特别是,它显示了一个所有站自1967年以来大幅下降的趋势。
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3.4。气候变量之间的相关矩阵和河流流速及流水量
降水和河流流速及流水量有弹性的积极的关系在研究时期(R2=(图0.66)6)。这意味着河量的体积增加当降水的强度增加。空气温度之间的关联因素,河流流速及流水量弱负相关关系研究年(R2= 0.36)。在这种情况下,河流的体积将会下降,而空气温度上升,导致河道流量的下降。数据7和8表明,河水流速及流水量自1965年以来已经下降的趋势。这可能表明,当有一个高的温度范围区域,它直接影响到ecohydrology模式。在气候改变的原则,一个温暖的气氛升级蒸发学位土地,造成更多的水分循环在对流层。从今以后,预计有更多的极端降水事件和严重和久旱19]。植被系统在该地区被发现是扭曲了干旱,这不利影响水文系统(25- - - - - -27]。这反过来影响降水模式,成为变量,飘忽不定,在该地区的下降。实际上,沉淀量的变化导致流水量的变化/径流和地下水补给度影响连锁对水资源的影响。农业需求,下雨和灌溉作物可能面临土壤水分不足与低降水(10]。
(一)
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4所示。讨论
研究地区,积极和消极倾向显示了可测试估计量,分析,森的斜率测试估计量。趋势分析的结果显示,年平均降雨量显示时间变化。这是一个很好的协议的解释和研究在中国的不同地区28- - - - - -30.]。研究流域降水的展览整体下降趋势,而且,因此,预期减少降水的决心可能会导致水的可访问性下降在未来(13,20.]。
在湿季降水的减少可能会扰乱生态的水循环和水资源供应单位和社会31日]。夏季是主要研究地区多雨的时期。平均降雨量在此期间补贴近49.3%的该地区总降水表现出高强度的降雨或降雪的存在。同时,在这个季节,有最佳流速及流水量。下雨的周期短,从12月持续到2月(冬季),导致光的降水总量的7.3%左右。弱降水集中显示,冬季的消极后果是进一步受到持续干旱的发生率[32,33]。一些趋势探索研究在中国驾驶在不同时空的措施和接触广泛的结果使用不同的测试参数的趋势。一些学者发现了一个类似与本研究结果。他们发现气温的统计大量增加的趋势;然而,降水的条件是不同的。
上升的温度是在全球气候变换的主要指标。全球平均气温已经放大了0.85°C每年从1880年开始,预计在不久的将来增加(34,35]。世界各地的大型内陆水域的温度已经迅速加热自1980年以来,由0.05±0.012°C /年的速度和最大速度的0.1±0.011°C /年(36]。有一个突然上升趋势的年平均气温在淮河流域的上游发现通过1.2°C或0.021°C /审议时间期间从1960年到2016年(图3 (b))。这一增长实际上是双重的比全球平均升温速率(0.012°C /年)(37]。盆地发现的年平均气温是15.5°C。这意味着大幅增加在被观察到温度从1976年起(数字7和8)。
ITA,可和森的斜率测试估计显示下降趋势的河流水流通过所有电台。河水流速及流水量展品急剧下降趋势从1965年开始(图7)。这个结果也支持张等人研究了月平均流速及流水量在加拿大和表示,几乎没有盆地揭示一个增加的趋势(38]。流量下降的最可能的原因上淮河流域降水量下降对一些特定的几个月。闸门和水坝的操作加强流速及流水量的减少,只在干旱的时期,因为大多数闸门和水坝被关闭以服务水用于农业灌溉的需求。
农业灌溉、经常在初夏的陪同下,从5月到6月,适用于农作物成熟收获之前,在深秋和灌溉(10月)用于播种。灌溉水资源消费,在某种程度上,平衡降水在水流波动的影响。上淮河流域位于semihumid地区,暖温带和亚热带湿润区。对于这个地形原因,蒸发在区域水文循环起着必要的作用。
盆地行业服务的数量的不断增加,目前包括煤矿、化工、报纸行业,纺织品工厂,和食品加工厂。上的主要产业,开发了大幅盆地农业,已用于生产小麦、棉花、大豆和大米。这些行业可能是一个瓶颈保持最佳流速及流水量的盆地。的主要驱动力这个问题也是一个强烈的社会经济活动发生在研究盆地的土地转化为农田灌溉和流域水高度提取目的(39- - - - - -42]。因此,温度和降水的时间分布可以产生明显的影响上淮河流域的河流,和这些变化特别感兴趣的洪水规划者、水经理的水土流失预防和水在自然生态系统可用性评估。这需要进一步的研究在陆地上使用动力学研究的地区。
5。结论
本研究分析了淮河流域气候和水流变化使用Mann-Kendall趋势测试(可)、测试(ITA)创新趋势,森的斜率测试估计量。从结果中,我们可以确定,在研究地区降水所描述的高变异系数(CV > 1.5),不规则的下降,果断进入夏季。年平均降雨量显示一个显著下降的趋势。只在阜阳站越来越观察趋势,从1960年到2016年期间。相对地,温度显示所有代表站的重要升级。河水流速及流水量呈明显的下降趋势,站在研究期间年(ф=−4.29)。
结果的含义意味着有大量降水的变化,温度,和水流模式,表明在研究地区气候变化的发生。因此,它是至关重要的调节地区理想的用水量变化的条件和适应气候变化战略战术计划,减少碳排放机制,提高自适应能力,以减少和不一致的性质考虑降水和温度的上升。这样的控制是为了使用可用的流域水资源合理,,因此,他们可以帮助盆地的生态,获得最优的流量,通过分配更多的水资源生态。
闸门和水坝的规定在理解水流流系统是至关重要的。因此,一些实际行动应该开始保证水的可持续性消费和培育健康的河流生态系统。环境和生态流水量必须保存,以避免零流和满足用水需求。当前的研究只有试图解决流速及流水量的变化,温度和降水演变。因为淮河流域的上部有一个独特的气候特点,进行更多气候研究是非常重要的,研究他们的影响,详细水文和生态系统,使用分布式水文模拟模型。本研究可以成为资源的其他研究人员。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从第一作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
a·g·设计项目。d . x y和美国提供总体指导。b . d . o . y .执行分析和软件。t, Q。,A. A., M. D., and J. W. finalized the manuscript and calculated the data. H. W. supervised the project. All authors revised the manuscript thoroughly.
确认
作者要感谢中国水利水电研究所资助这项研究。目前的研究工作也由国家重点研究和开发项目,中国(批准号2016 yfa0601503)。