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變化環(huán)境下水循環(huán)變異的洪澇影響是水文氣象領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)科學(xué)問題，是在理論和實踐上都具有重要意義的研究熱點。 本書以南北氣候過渡帶淮河流域的沿海地區(qū)為研究對象，綜合應(yīng)用GIS技術(shù)、時間序列檢驗、等級分析、小波分析和大氣環(huán)流場分析等方法，圍繞水循環(huán)過程、要素變異及洪澇成災(zāi)機制鏈分析等關(guān)鍵問題，從檢測分析、響應(yīng)過程、影響因子、驅(qū)動機制四個層面，分析了降水的多時間尺度變化規(guī)律，探討了洪澇的響應(yīng)特征，闡明了水循環(huán)變異的大氣環(huán)流配置形勢，揭示了洪澇災(zāi)害成災(zāi)機制。      本書可供地理、水文、氣象、災(zāi)害、資源與可持續(xù)發(fā)展等相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究人員、工程技術(shù)人員、管理決策人員及大專院校、科研院所師生應(yīng)用和參考。

前言  

   “變化環(huán)境下的水循環(huán)研究”是全球水系統(tǒng)計劃(GWSP)的核心科學(xué)問題，也是當(dāng)前水文科學(xué)的熱點問題之一。洪澇是全球最為頻繁的自然災(zāi)害之一，我國洪澇亦呈高頻態(tài)勢。隨著氣候變化和人類活動對水循環(huán)過程與要素影響的加劇，偏離常態(tài)的水循環(huán)變異越來越頻繁，往往導(dǎo)致極端降水洪澇事件。因而，在變化環(huán)境背景下，關(guān)于水循環(huán)變異對洪澇的影響研究是一個重要的基礎(chǔ)科學(xué)問題。 里下河平原水網(wǎng)地區(qū)位于江淮下游，地處我國南北氣候過渡帶區(qū)域，受季風(fēng)環(huán)流影響顯著，降水異常是該地區(qū)洪澇的直接致災(zāi)因子。里下河地區(qū)洪澇嚴(yán)重，2003年洪澇直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)81億元。因此，探討該地區(qū)水循環(huán)變異對洪澇的影響，是一個在理論和實踐上都具有重要意義的課題。 本書以低海拔的里下河腹部平原水網(wǎng)地區(qū)為研究對象，綜合應(yīng)用GIS技術(shù)、時間序列檢驗、等級分析、小波分析和大氣環(huán)流場分析等方法，圍繞水循環(huán)的過程、要素變異及洪澇成災(zāi)機制鏈分析等關(guān)鍵問題，從檢測分析、響應(yīng)過程、影響因子、驅(qū)動機制四個層面，分析了降水的多時間尺度變化規(guī)律，探討了洪澇的響應(yīng)特征，闡明了水循環(huán)變異的大氣環(huán)流配置形勢，揭示了洪澇成災(zāi)機制。主要研究涉及以下四個方面： （1） 降水的多時間尺度變化分析。研究區(qū)近50年的年、汛期、時段及梅雨等不同時間尺度的降水量皆呈減少趨勢，但變化趨勢不顯著，這是水循環(huán)降水要素變異的宏觀背景，且梅雨異常偏多年都出現(xiàn)了嚴(yán)重洪澇。年、汛期降水量的年際波動較大，1970年代顯著偏少，且都存在3年、6~8年的變化周期。其中，年降水在1966、 2003、 2005年，汛期降水在1960年代中后期， 1970年代初和1980年都出現(xiàn)了降水異常的突變過程。 降水強度上，年降水集中期與集中度皆為減小趨勢，1990年代降水集中度偏低，但在1991年變異偏高導(dǎo)致大洪澇。在汛期降水趨于減少的背景下，汛期高等級降水日數(shù)呈微弱減少趨勢，說明降水更為集中，且中等級降水的貢獻(xiàn)率相對較大?；谘雌跇?biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)的洪澇等級劃分可更好地反映洪澇實際，典型豐水年分別代表了梅雨（1980、 1991、 2003年）、梅雨加臺風(fēng)（1962、1965年）兩大洪澇類型。 （2） 洪澇水位的響應(yīng)特征。年最高日均水位較好地響應(yīng)于降水變異的直接影響，典型豐水年1962、 1965、 1980年的洪澇由長時段的持續(xù)較高水位引發(fā)，而1991、2003年則是顯著集中的高水位洪澇效應(yīng)。低、中等級水位日數(shù)呈增加趨勢，而高等級水位日數(shù)為較大減少趨勢，說明了近年來洪澇水位趨于升高的事實。盡管汛期降水量趨于減少，但超警戒水位日數(shù)均值卻自1970年代以后逐漸增加，顯示了降水強度異常和人類活動影響的綜合水循環(huán)變異結(jié)果。 最高日均水位、超警戒水位日數(shù)與年、汛期降水量呈正相關(guān)，汛期降水越集中，高等級水位日數(shù)越少，水位越高，且降水的貢獻(xiàn)率大小決定水位日數(shù)。梅雨降水與水位呈較好的正相關(guān)，但具南北空間差異，南部興化、溱潼、安豐站相關(guān)程度較大，而北部射陽鎮(zhèn)、鹽城和建湖站較小。 汛期2~5年重現(xiàn)期的降水即可導(dǎo)致超過2.0 m的警戒水位出現(xiàn)，表明短時強降水的直接洪澇效應(yīng)；而較大重現(xiàn)期的汛期、長時段降水往往導(dǎo)致更高水位，是持續(xù)降水的累積效應(yīng)。30dMax降水是年最高水位的主要水量來源，但水位對3dMax、 7dMax、 15dMax降水量的顯著響應(yīng)關(guān)系更具實踐參考價值。 （3） 季風(fēng)驅(qū)動下水循環(huán)過程變異的大氣環(huán)流分析。季風(fēng)驅(qū)動是研究區(qū)水循環(huán)中降水要素異常的主導(dǎo)因素，研究區(qū)以弱季風(fēng)強降水類型最多，其次為強季風(fēng)強降水類型，且豐水年以弱季風(fēng)強降水居多。東亞夏季風(fēng)與汛期降水變化在3、6年左右的共振周期上存在較好的位相對應(yīng)關(guān)系。西太平洋副高強度、面積與汛期降水呈正相關(guān)，而其脊線位置、西伸脊點則反之。汛期降水同亞洲區(qū)緯向環(huán)流呈負(fù)相關(guān)，而與經(jīng)向環(huán)流略呈正相關(guān)，但緯向環(huán)流的影響更為顯著。弱季風(fēng)強降水年緯向環(huán)流指數(shù)偏低、經(jīng)向環(huán)流指數(shù)相對較高，而強季風(fēng)強降水年則反之。弱季風(fēng)強降水年的亞洲區(qū)極渦強度和面積指數(shù)皆偏小，這一關(guān)系有利于降水偏多，而強季風(fēng)強降水年二者指數(shù)則皆偏大。且ENSO遙相關(guān)分析表明，ENSO事件翌年降水偏多者皆為弱季風(fēng)強降水和強季風(fēng)弱降水類型，也印證了季風(fēng)是水循環(huán)變異的最重要因子。 大氣環(huán)流場的綜合分析發(fā)現(xiàn)，降水變異與季風(fēng)、西太平洋副高、ENSO等及其相互影響密切關(guān)聯(lián)。降水偏多的大氣環(huán)流異常配置可概括為兩類，其一為：季風(fēng)偏弱時，西太平洋副高位置偏西偏北，但主體偏南，東亞經(jīng)向環(huán)流呈“+、-、+”位勢高度距平，研究區(qū)中低層為偏西南風(fēng)，存在明顯的梅雨鋒面，利于雨帶停留，這一形勢降水量總體更為偏多；其二為：季風(fēng)偏強時，副高位置偏東偏北收縮，東亞經(jīng)向環(huán)流呈“-、-”位勢高度距平，研究區(qū)低層為西南風(fēng)距平，中層為偏東南風(fēng)、高空亦為偏東風(fēng)，缺少梅雨鋒面，這一形勢降水偏多程度相對較小。這兩類大氣環(huán)流形勢較好地揭示了“季風(fēng)驅(qū)動—水循環(huán)變異—降水異常”災(zāi)害鏈的大氣環(huán)流異常背景。 （4） 洪澇成災(zāi)機制的綜合分析。自然因素上，暴雨降水異常是洪澇的直接致災(zāi)因子，“鍋底洼”地形是洪澇的孕災(zāi)環(huán)境大背景，低海拔平原的河網(wǎng)水系格局加劇了洪澇災(zāi)情。而人類活動影響上，閘壩建設(shè)導(dǎo)致河道淤積致使河道容蓄能力降低，大范圍的圩垸圍墾導(dǎo)致湖蕩萎縮，減弱了河湖水體的調(diào)蓄能力，使得洪澇水位趨高。同時，城鎮(zhèn)化的不利水文效應(yīng)也加強了洪澇效應(yīng)，反映了地表水循環(huán)過程變異的影響。結(jié)合降水變異的大氣環(huán)流配置異常分析、自然因素和人類活動影響的綜合分析表明，研究區(qū)的洪澇成災(zāi)機制是大氣環(huán)流過程異常導(dǎo)致降水變異和地表水循環(huán)過程變異雙重影響下的“季風(fēng)驅(qū)動—水循環(huán)變異—降水異?！闈呈录弊饔面溸^程。