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行业专项成果综述-三峡水库气候效应分析评价关键技术及系统研制

发布者:张岳   来源:   发布时间:2018/2/6 11:25:04   标签:   浏览次数:2803

 

项目编号GYHY201306023

研究周期20131— 201612

国拨经费132万元

项目负责人】陈鲜艳

项目骨干成员】邹旭恺 高荣 袁媛 刘敏 史瑞琴 王凯 马德栗 柳晶辉 程炳岩 孙佳 郭渠 张天宇 王勇

项目承担单位】国家气候中心

项目协作单位】武汉区域气候中心 重庆市气候中心

主要研究成果

1)三峡库区主要气象要素资料质量控制和均一化检验订正

三峡库区33个台站建站至2010/2011年元数据信息,通过Rhtest均一化检验方法和二相回归法对目标序列与参考序列的差值序列进行检验。经过检验得到的断点信息,进行订正。为避免过度订正问题,本项目中订正的原则采取Rhtest法、二相回归法和元数据三者一致的点进行订正,订正到最新,订正补偿量为基础序列与参考序列差值序列断点前后平均值的差值。得到了三峡库区气温和降水的均一化逐月资料序列。

蓄水后水位升高,导致库区大部分台站发生迁移。利用库区台站的基本信息,综合考虑迁站前后水平距离、高度差,迁站前后观测资料差异,迁站次数、最近一次迁站前旧址观测时间等因素,对近20年观测资料的平均值和新址的平均值进行显著性检验,检验要素包括平均气温、平均最高气温、平均最低气温、平均相对湿度、平均风速的月值和年值。选取巴东站作为代表站,长阳、宜都、枝江3站作为参考站,进行站址观测资料序列区域一致性分析。完成站址观测资料序列区域一致性分析。选取台站资料序列完整性、区域一致性、对比资料分析结果等指标,分别分配权重,按评分标准分别计算各指标综合评估指数并求和,建立了台站变动综合评估指标。

2)分析三峡水库蓄水前后局地气候变化及气候特征

52年来,三峡地区降水日数和降水量都在减少,但这种减少主要是由小雨和中雨的减少带来的,强降水的量值和频率并没有减少。       年降水日数的减少主要是小雨日数的减少贡献。年降水量有所减少,主要是由于中雨的减少带来的,暴雨以上的总雨量没有明显的增加或减少的趋势。对比蓄水前后降水变化分析表明,蓄水后库区各等级降水量和降水日数平均值均比蓄水前的平均值有不同程度的减少,但均处于其本身的年代际变化范围之内。利用百分位阈值指标,对三峡地区强降水变化特征进行了初步分析。极端强降水量、日数、平均雨强、持续湿日等指数均没有显著增加或减少的趋势。持续湿日有比较明显的年代际变化,1960-1970年代日数较多,目前处于偏少阶段。

利用1961-20124-10月逐小时资料,分别选择库区西段(重庆)、中段(奉节)和东段(宜昌)代表站分析了三峡库区小时降水日变化及小时降水过程的变化特征。库区降水日内变化差异大,夜雨特征明显。库区西段(重庆)和中段(奉节)降水在凌晨至清晨最大;东段(宜昌)最强降水一般出现在傍晚至前半夜。库区西段(重庆)和东段(宜昌)小时降水过程次数明显多于中段(奉节);近52年,库区西段(重庆)小时降水过程次数有弱的减少趋势;中段(奉节)和东段(宜昌)变化不大。库区各段小时降水过程最长历时一般在2080小时之间;近52年无明显增减趋势。库区各段小时降水过程最大峰值一般在2080mm/h之间,年代际变化较大;近52年无明显增减趋势。库区各段小时降水过程以历时212小时的过程对总降水量的贡献最大,约占总量的60%

利用现有台站的观测资料,对蓄水前后的气象要素变化进行了分析,初步结果表明,水库对局地气候影响的范围和程度有限。库区大部分地区气温年平均气温增加0.2℃左右,库区极端最高和最低气温年际波动大,受全球变暖影响,平均最高气温和最低气温整体呈现升高,但由于三峡水库的调节作用,相比而言水库沿江地区升温幅度略小于库区其它地区。蓄水后库区降水分布没有明显变化,受最近几年我国夏季降水主雨带北移趋势影响,库区大部分地区年降水量较蓄水前有不同程度的减少。库区影响的结论与三峡水库区蓄水前的环境影响报告书预测的结论基本吻合。

开展了三峡库区蓄水期、汛期不同水位条件下气象要素特征分析。宜昌铁塔蓄水期(10月~次年1月)30米以下层间气温变化比汛期小,30米以上则相反;除10~50米蓄水期相对湿度变化比汛期大外,其他各层均相反,其中以30~50米层间相对湿度变化最大。同一天气状况下同一蓄水时段内,剖面北岸气温垂直递减率大于南岸;晴天时,汛期气温垂直递减率大于蓄水期;阴天时,蓄水期气温垂直递减率大于蓄水前;汛期,晴天气温垂直递减率大于阴天;蓄水期,阴天气温垂直递减率大于晴天。剖面北岸汛期过程降水量随海拔高度增加呈减小趋势,蓄水期过程降水量随海拔高度增加呈一致增加趋势;南岸蓄水期前后过程降水量随海拔高度呈增加趋势,且汛期雨量幅度更大。利用宜昌、秭归、乐天溪、坛子岭、三斗坪及通航管理部门的仙人桥、新太平溪、南津关共8站资料,分析了水库蓄水前后大风、大雾变化特征和发生规律。

应用遥感反演揭示蓄水前后三峡库区湖北段地表温度演变特征利用MODIS资料,初步完成了2001年,20052009年月、季的三峡库区范围的地表温度反演数据对比,选择了过境时间接近的不同地表覆被类型进行选点对比。三峡大坝建成前后的地表温度分布初步分析结果表明蓄水前后三峡库区地表温度的季节变化比较明显。不同季节地表温度的变化区间不同,且每个季节都有不同程度的升温和降温现象。蓄水后库区整体呈降温趋势,但季节间呈现冬暖夏凉趋势。地域分布上、季节间有泾渭分明之别,春秋两季恩施地区增温,宜昌周边降温;夏冬两季相反。不同的土地利用类型下库区地表温度变化不同,城镇用地地表温度最高,林地温度最低;通过蓄水前后年日均温差的比较表明,水域变化最大,未利用地和城镇用地变化幅度最小,即水域降温明显,而城镇用地增温显著。

3)研究三峡及周边地区极端气候事件诊断分析技术

研究和分析了三峡库区极端气候事件高温、暴雨、干旱事件的时间演变和变化趋势的特征和规律。近54年来,三峡库区高温日数变化趋势存在明显的地域性差异,基本呈现出库尾减少,中西部增多的变化趋势。三峡库区高温出现的早晚和频率有明显的差别:库区西部高温开始时间迟于东部,结束晚于库区东部,7-8月高温出现频率高于库区东部。21 世纪以来,暴雨日数显著减少,但暴雨强度增加。三峡库区暴雨日数呈沿长江向南北增加的空间分布,东南部是暴雨日数与持续性暴雨的多发带;暴雨强度东南部较高,西南部低。给出了三峡库区蓄水前后气温、降水、极端气候事件变化。

研究和分析了长江流域气候变化背景和极端旱涝时间的发生规律及变化趋势,结果显示,长江全流域旱涝变化与上游、中游、下游流域具有良好的一致性特征。20世纪以来,三峡库区流域旱涝均呈增加趋势,旱涝次数显著增加,且旱年出现次数大于涝年,反映三峡库区气候趋旱趋势。

在建立三峡库区和长江流域12个代表站541年旱涝等级序列基础上,分析了三峡库区和长江流域及其上、中、下游541年旱涝气候年代际变化特征, 突变变化和周期变化规律。三峡库区与长江上游变化趋势基本一致。长江全流域旱涝变化与上游、中游、下游流域具有良好的一致性特征,541年里有23年长江全流域与上游、中游、下游呈同涝关系,这直接导致长江全流域出现洪水,1954年、1998年大洪水。同时出现43年全流域及其上游、中游、下游呈同旱的局面,如1978年、1959年。长江全流域旱涝与中游流域旱涝相关系数最大,表明这两个流域协同变化程度较其他流域高。而上游与中下游流域旱涝协同变化关系相关性不大,即上游旱涝变化相对比较独立,中游、下游流域旱涝具有同旱同涝的特点。2003~2011年三峡蓄水以来,长江流域上、中、下游及库区偏旱次数大于偏涝次数;与1990~2003年对比,全流域、上游、下游和库区偏旱、偏涝次数有所下降,但中游偏旱次数有所增加。

引入基于拉格朗日方法的气流轨迹模式,结合用于海量轨迹分析的气块追踪分析方法,对三峡蓄水前后10次暴雨个例的水汽来源进行了探讨。研究表明,蓄水前后水汽贡献差异最大的地区孟湾-南海地区,局地的水汽贡献则是蓄水后大于蓄水前;其他地区的水汽贡献蓄水前后有所差异,但差异并不明显。

基于广义平衡反馈法,对2009年西南大旱、2011年春季长江流域大旱进行了极端事件的成因机理诊断。通过水汽诊断及环流特征诊断分析结果表明库区及周边地区的极端事件主要由大范围的大气环流场异常导致,水库可能会引起局地的小气候变化,但不能造成大范围的旱涝事件。

4)研制三峡地区气候监测评估系统

同气候中心现有业务系统相结合,基于ARCGIS平台开发了三峡地区气候监测评估系统。系统设置六大功能模块:三峡库区常规气象要素监测、三峡库区极端天气监测、气候诊断监测、三峡立体剖面监测。同时还设置了气象站点查询显示功能模块,和库区资料均一化数据查询和显示模块。

目前基本完成了设计模块功能,实现了三峡地区常规监测站和自动气象站气象要素的任意空间、任意时段的计算和显示功能,包括色斑图、散点图、等值线图、曲线图。完成了三峡库区的极端事件监测和显示功能,并与国家气候中心极端天气气候事件监测系统可以无缝对接。完成了极端事件诊断部分的海温和环流场的显示及诊断功能。可以显示国家气候中心现有业务环流指数,显示任意时段全球的大气、海洋状况,并在功能模块中加入了GEFAEFAEOF等诊断方法,可以辅助分析极端天气气候事件的环流状态和海温状态。完成立体剖面数据的指标计算和部分指标的数据展示。

成果应用情况

三峡地区气候监测评估系统已经试用于国家气候中心,系统产品应用于2013年度、2014年度、2015年度、2016年度的三峡气候监测公报、工程院三峡工程生态环境效应第三方评估报告、三峡工程竣工验收调查报告等多个服务材料和咨询报告中。

    研究成果在“三峡生态与环境监测专报”的月、季、年度及极端天气气候事件监测报告和《三峡工程气候效应综合评估报告》中得到了应用,撰写并发布《生态与环境监测》15期,为三峡生态环境监测和气候变化影响研究提供了科学依据。

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