变化环境下渭河流域农业干旱形成与发展过程的时空特征研究

本研究采用3个月尺度的标准化降水指数(SPI3)表征农业干旱,对渭河流域的农业干旱发展过程包括干旱发生、结束及其转化期和持续时间的演变特征进行了研究。此外,通过交叉小波探究了太阳黑子和大气环流异常因子与SPI3指数之间的相关性。结果表明:(1)渭河流域农业干旱发生和结束的偏好季节均为夏季;(2)渭河流域干旱持续时间、发生和结束的转化期的趋势变化并不明显;渭河流域平均干旱持续时间约为3. 6个月,明显长于渭河流域的干旱发生转化期和结束转化期;(3)太阳黑子对于渭河流域农业干旱发展过程的影响最为强烈,厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)和北极涛动(AO)次之,太平洋10年涛动(PDO)最弱。研究结果有助于揭示农业干旱的形成机理,为建立可靠的农业干旱早期预警系统提供一定的科学依据。     

东北地区干旱强度频率分布特征及其环流背景

考虑到气候变暖对干旱加剧的可能影响,利用1951-2007年中国东北地区17站的月降水量和气温资料,定义了表征该地区各站干旱强度的指数.在此基础上分析了干旱强度的周期变化和频率分布特征,以及夏季干旱强度变化与同期水汽输送异常的联系.结果表明,东北地区干旱强度变化具有显著的2～3年的周期变化.近57年来东北地区的干旱变化经历了4个气候阶段,近期的1996-2007年是近57年来干旱发生频次最多的时期,平均每年有4.1月会出现不同程度的干旱,发生干旱的频率为34%.东北地区夏季发生干旱的频率最高,达34.5%, 春季次之,为32.25%, 秋季为27.5%, 冬季发生干旱的频率最小.夏季蒙古高压增强,副热带高压偏弱,位置偏南,同时西风带水汽输送和孟加拉湾西南水汽输送异常减弱,是导致东北地区夏季发生干旱的主要环流背景.     

陕西省干旱变化特征及其对玉米产量的影响

根据1961-2010年陕西省的逐日降水量资料,运用标准化降水指数(SPI)法、Morlet小波分析法,分析了干旱的时间变化特征、周期变化特征和空间变化特征。结合2007-2010年陕西省17县(区)的玉米产量资料,借助面板数据模型,就干旱对陕西省玉米单产的影响效应进行了研究。结果表明:陕西省干旱趋势逐渐增强,以20世纪90年代干旱最为严重;陕西省干旱的危害程度由北向南逐渐降低,陕北的危害最严重,关中次之,陕南最轻;同时,陕西省年干旱时间序列存在显著的准2~4a和准4 a尺度周期变化规律;另外,干旱与玉米产量呈显著的负相关,干旱指数(标准化降水指数)等级每增加一个级别,将导致陕西省每hm2耕地玉米产量减少128.985 kg。期望研究结果能为陕西省针对干旱气象灾害制定相应的减灾政策,有助于保障陕西地区玉米生产的稳定。     

安徽省近50年干旱时空特征分析

利用安徽省78个气象台站1961-2009年共49年的逐日气温和降水资料,采用综合气象干旱指数计算每个干旱过程,进而得到各个台站每年的干旱日数。通过趋势分析、EOF分析、功率谱及小波分析、滑动T检验等方法系统分析了近50年安徽省干旱时空特征,结果表明:运用累积频率法对CI指数的阈值进行修正,修正前后值基本一致;安徽省常年干旱日数基本呈纬向空间分布特征,干旱频率自北向南递减;沿淮淮北及江淮之间东部地区干旱日数呈减少趋势,其它地区呈增加趋势,但未通过0.05的显著性检验;干旱日数EOF展开前三个模态累积方差贡献为75%,第一模态全省一致为正,基本呈纬向空间分布;第二模态零线横向将安徽分为南北两部分,北多(少)南少(多);第三模态零线横向将安徽分为三部分,两头多(少)中间少(多);干旱日数主周期为12～13年,次周期为2～3年左右。在12～13年的时间尺度上,近50年干旱日数经历了由少到多3个循环交替。此外,干旱日数在1968年前后存在一次突变。     

基于SPI的渭河流域干旱特征演变研究

基于渭河流域21个气象站的1961-2010年的标准降水指数(SPI),采用Mann-Kendall趋势检验法研究了各个站点12个月份的SPI、干旱严重程度以及干旱历时的变化趋势,最后运用Copula函数计算了渭河流域两种典型干旱情景下的联合重现期。得到主要结论如下:(1)整个渭河流域干旱趋势明显,其中干旱化显著的月份主要有11、12以及1月,而有湿润化趋势的月份主要集中在7、8月份,此外,干旱严重程度与干旱历时的变化趋势均不显著;总的来说,该流域干旱季节越干旱而湿润季节越湿润的趋势进一步加大了水资源管理的难度,渭河流域存在较大的旱涝风险;(2)就"且"重现期而言,渭河流域发生典型中度干旱和典型重度干旱的联合重现分别为28.9年和53.1年一遇;整个渭河流域发生中度干旱的可能性大,流域西北部发生旱灾的概率要大于东南部。因此,相关部门应该加大渭河流域西北部干旱监测力度,提前做好防灾减灾的准备。     

华北平原冬小麦干旱区划初探

干旱是以降水缺少并造成作物减产为特征的。以冬小麦生育期间降水负距平和减产率为指标,对不同发生频率的降水负距平和减产率作了系统分析。确定了不同程度的干旱在区域上的分布特征及其发生频率。研究结果表明,重旱10年一遇,发生面积占73％,重点在豫东北和鲁西南地区;中旱3～4年一遇,发生面积占93％;轻旱2年一遇,发生面积占98％。利用干旱灾害综合指数进行了干旱区划,发现干旱高值区往往是降水负距平最大,同时也是减产率最高的地区。     

青海省东部农业区作物生长期不同气象干旱指标应用研究

干旱一直是制约青海东部农业区农牧业生产最主要的气象灾害。利用青海东部12个气象站点近46年(1961-2006年)的气象资料,计算标准化降水指数(SPI)、降水Z指数和相对湿润度指数(M),并对各干旱指标表征的年、春季和夏季的干旱强度和干旱频率与实际干旱事件进行对比,分析其在研究区的适用性,进而分析研究区的干旱变化特征。结果表明:3种干旱指标相比,相对湿润度指数(M)对实际干旱事件的反映更准确,且能反映出不同地区干旱发生频率的差异。选取相对湿润度指数(M)作为区域干旱监测指标,得出时间上区域的春季干旱强度年干旱强度夏季干旱强度,夏季的干旱强度有不显著的增大趋势,而年尺度和春季的干旱强度有不显著的减小趋势;空间上,区域干旱频率和干旱强度均表现为南高北低的特征。     

云南春末夏初干旱的气候特征

利用云南124个测站1961-2005年4-5月的月降水量及气温资料,采用EOF方法及离散功率谱方法,分析了云南4-5月的降水总量及平均气温的时空变化特征及其变化周期,得到了如下结论:(1)降水场与温度场具有相似的空间分布特征,全省一致性分布型.这种分布型存在明显的年际变化特征,500hPa环流差异明显.(2)全省平均降水量与平均温度具有明显的年际变化特征.1963年是近45年中的降水最少年,2004年则是降水最多年.1969年是近45年平均气温最高年,1990年则是气温最低年.(3)全省平均降水量与平均温度也具有明显的年代际变化特征.20世纪60和90年代高温低湿;70和80年代低温高湿;2001年以后转入高温高湿.2005年春末夏初的干旱就是发生在高温高湿气候背景下的较为异常的气候事件.(4)降水量存在明显的2～3年左右的年际变化周期,同时也存在明显的15年的年代际变化周期.平均气温2～5年左右的年际变化较为明显,而较长时间的年代际变化周期较弱.     

基于Copula的鄱阳湖流域水文干旱频率分析

选用游程理论识别了水文干旱特征变量,运用Mann-Kendall(M-K)方法分析了水文干旱特征的趋势变化,并运用柯尔莫哥洛夫—斯米尔诺夫方法(K-S法)选出了最适合的8个概率分布函数;引入当前多变量分析中较常用的Copula函数,分析了中国最大淡水湿地鄱阳湖流域主要支流"五河"的干旱历时和干旱烈度的联合概率特征,并对引起该流域水文干旱特征频率变化的原因及影响作了有益的探讨。研究结果表明:(1)对数正态分布是用于研究鄱阳湖流域水文干旱特征的最佳概率分布函数。(2)赣江流域和饶河流域发生的干旱次数最少,干旱历时最长;抚河流域发生干旱次数最多,干旱历时最短。(3)抚河流域的李家渡干旱历时和干旱烈度发生的频率高于其他地区,饶河流域的干旱历时和干旱烈度发生的频率在鄱阳湖流域是最低的。水利设施和森林覆盖率对干旱烈度降低起到了一定的作用,而农业用地的变化对干旱烈度的加强起到了一定的作用。     

基于SPEI的华北地区近50年干旱发生强度的特征及成因分析

基于华北地区67个气象站1962-2011年的实测资料,利用标准化降水蒸散指数(SPEI),统计了近50 a各站点出现的干旱过程,探讨了华北地区干旱发生强度的时空分布特征和中度以上干旱的空间分布特征,并对干旱成因进行了分析。结果表明,近50 a来华北地区干旱发生强度呈明显的增强趋势,尤其是在20世纪80、90年代;华北地区干旱发生强度的整体特征是西北和东南部地区较强,东北和中西部地区较弱;造成华北干旱的最主要因素是降水量的起伏变化,这在20世纪80,90年代表现得特别显著。     

极端灾害天气对港口锚地的影响研究——以河北秦皇岛港为例

当前全球变暖趋势愈发明显,极端天气出现的概率以及强度都不断提升。诸多极端天气都影响了沿海地区的发展。以河北秦皇岛港口为例,采用综合干旱指数、EMD分解、回归分析等方法,探讨秦皇岛港区的极端天气灾害特征及其对港口锚地的影响。研究结果表明:1秦皇岛港区历年干旱发生频率约为48%,春季干旱发生频率在45%左右,四季中春旱发生频率最高。近60年以来,秦皇岛港区的干旱持续时间和干旱强度虽存在明显的年际波动,但线性变化趋势不明显。2秦皇岛港区年降水量总体来说振幅逐渐变小,而平均周期由短变长。暴雨序列与年降水量序列周期对应关系较好,准6年周期是秦皇岛港区暴雨灾害的主周期。3极端天气因子中高温天数、年均降水量以及大雨天数为主要影响因子,会影响秦皇岛港货物吞吐量,且均与吞吐量呈负相关。     

基于CI和强度分析方法的四川冬春季干旱事件变化特征

区域气象干旱动态变化过程和转换规律的研究对灾害预警与应对有重大意义。利用1985-2015年四川30个气象站点逐日20-20时降水量、平均气温资料,采用综合气象干旱指数(CI)与intensity analysis等方法,从干旱事件频次、干旱等级变化强度和干旱等级转换三个方面,分析了近30年四川冬春季干旱事件的变化特征,结果表明:1985年冬-2015年春四川冬春季干旱事件发生频率高、持续时间长、强度大;区域性干旱事件发生率高达77.78%,4月发生区域性干旱事件的频次最高;1985年冬-2015年春四川冬春季干旱等级变化强度表现出"快-慢-快"的变化特征;其中,2005年冬-2015年春较往年有变干趋势;1985年冬-2015年春四川冬春季干旱等级转换较活跃,各干旱等级的转换速率不尽相同,主要集中在轻旱、中旱、重旱三个等级,且有增加趋势。     

干旱指标及其在新疆阿勒泰地区干旱监测分析中的应用

干旱是限制新疆阿勒泰地区农牧业生产可持续发展最主要的自然灾害之一,研究适合该区的干旱指标,是进行有效干旱监测的基础。采用新疆阿勒泰地区7个气象站1961-2008年4-10月月平均气温、降水量资料,首先通过Thomthwaite方法计算潜在蒸发量确定K干旱指数,然后对R指数、Z指数、K指数3种干旱指标进行了分析,结果表明,在监测诊断干旱轻重程度上,K指数能较客观地反映出干旱程度,R指数和Z指数监测干旱程度较轻。在此基础上,基于K指数建立的阿勒泰地区干旱监测评价的强度指数和面积指数,对该地区近48年来干旱的变化进行了分析,表明该地区干旱灾害主要集中在春夏季节,春夏连旱几率较高,强度较大;该地区干旱灾害具有阶段性特征,近年来干旱发生的频次有增多的趋势,其中秋季干旱相对较为明显。     

阿勒泰地区极端干湿事件的时空变化特征

基于阿勒泰地区7个气象站1961-2012年的气象资料,应用FAO Penman-Monteith模型计算了各气象站年和月的地表湿润指数,进行标准化后确定了极端干湿事件频率。运用趋势分析法、Mann-Kendall法、Morlet小波分析法并结合Arc GIS软件对极端干湿事件的时空演变特征进行了探究。结果表明:(1)极端干旱事件呈减少趋势,并发生了减少突变。极端湿润事件呈增加趋势,并发生了增加突变。年和冬半年的极端干湿事件以及夏半年极端湿润事件存在明显的27a左右的周期,而夏半年极端干旱事件存在17a左右的周期变换。(2)空间变化上,极端干旱事件在中部较为频发,东部相对较少;极端湿润事件在西部较为频发,而在东部和中部相对较少。(3)相对湿度、日最低气温、平均气温和平均风速是影响阿勒泰地区极端干湿事件变化的主要气象因子;极端干旱事件与PANI呈负相关,而极端湿润事件与PANI呈正相关。     

黑龙江省夏季干旱气候特征及成因分析

利用1954-2009年气候实测资料,分析了黑龙江省干旱发生的气候特征。结果表明,20世纪70年代与21世纪初的近10年为干旱盛行时期,尤其是2000年后至今,平均每2年发生一次干旱。大部分年份的干旱发生在拉尼娜事件或赤道东太平洋为冷水位相,副高较弱及偏东和北界偏北。从500hPa环流特点表明,东亚区盛行-、+、-距平场型式;冷空气偏向乌拉尔北部泰米尔至新地岛,黑龙江处在西风带高脊或高脊与副高结合体控制之下,维持高温少雨造成干旱。选取副高强、厄尔尼诺发生的年份的干旱典型年2004年。恰与过去年份发生的低温多雨形势相反,盛行-、+、-距平场型式,造成干旱。从旱年的水汽输送环境来看,来自欧亚大陆40°～50°N与孟加拉弯和南海的水汽输送通道,明显减弱或消失。     

基于可变模糊算法的塔里木河流域干旱风险评价

采用级差加权法确定了4种干旱指标的权重系数,分析了不同干旱指标对干旱的贡献,同时运用可变模糊法评价了塔河流域各县市的干旱等级并分析了塔河流域的干旱时空演变特征。研究结果表明:(1)级差加权法确定的干旱指标权重系数中综合减产成数的权重系数最大,秋季降水距平权重最小。巴州地区的农业生产受春旱影响最大,和田地区夏旱对农业生产影响最大,塔河流域西南部克州地区、阿克苏地区秋旱对农业生产影响大。(2)天山南坡地区各县市轻度干旱、中度干旱发生频率高,巴州地区特大干旱发生频率高,但阿克苏地区重度干旱和特大干旱发生频率低;昆仑山北坡县市干旱程度变化恰好与天山南坡各县市变化相反。     

华北地区干旱强度的表征形式及其气候变异

在分析1951-2001年华北地区降水量、气温及蒸发量变化特征的基础上,确定利用月降水量与蒸发量之差的Z指数表征干旱强度.该指数在时间及空问分布上的实际概率与理论概率均很接近,可以较好地表征华北地区干旱强度状况.分析表明,华北地区干旱强度不但具有显著的年代际变化特征,且年际振荡的信号也很强.华北地区四季的干旱强度变化在干旱期的开始时间、干旱持续时间和干旱强度等方面存在一定的差异.     

基于降水量距平百分率的中国西南和华南地区的冬旱特征

利用我国西南和华南地区131个测站近50a的降水资料和NECP资料,采用线性趋势分析、合成分析、小波分析、功率谱分析等方法,通过季尺度降水距平百分率将冬旱分为无旱、轻旱、中旱、重旱和特重旱5个级别,分析了近50 a我国西南和华南地区各级别干旱的空间分布及时间变化特征。结果表明:在这一区域中,每一个级别的干旱都有从东向西增多的分布趋势;重旱、特重旱集中出现在川西南—云南、广东南部;各级别干旱都无明显的气候趋势,1963年是干旱最重的年份,主要在云南、广东等地,其次是1969年、2009年、1974年,但2010年末期干旱面积增大,强度增强。各级别的干旱具有2~3 a的周期,特重旱年有显著的6 a周期;干旱频率高的地方连旱频率也高,连旱年数增多,分布范围减小。     

长江流域旱涝灾害特征研究

利用长江流域地区(1956-2007年)148个站点全年的逐日降水资料,采用Z指数作为旱涝指标,对长江流域地区旱涝的转化规律及其时空变化特征进行了探讨,结果表明:长江流域降水量具有明显的年际变化,夏季和年降水量的变化趋势一致;春季的降水周期较夏季具有明显的周期性,从研究的时段内看,春季降水周期为17 ～21年为主,夏季以10～ 15年为主周期;旱涝灾害发生的频率与降水量、暴雨出现的频数呈现正相关,旱涝空间分布上存在一定的结构性,干旱大都发生在长江上游地区(四川和云南的一部分地区)以及湖北部分地区,洪涝主要发生于长江中下游地区,特别是在湖南、安徽、湖北等地.     

宁夏回族自治区干旱致灾危险性时空变化特征

基于宁夏地区22个气象站1971-2011年月降水量和月平均气温资料,综合考虑降水和蒸发,引入标准化降水蒸散指数(SPEI),分析该地区气象干旱变化情况,并在此基础上通过构建SPEI值与干旱等级的加权综合评价模型,评估该地区干旱致灾危险性,剖析其时空变化特征。结果表明:宁夏地区气象干旱呈显著加重趋势,年均SPEI值1972-2011年以0.37·(10a)-1的速率显著减小;该地区气象干旱呈现自南向北逐渐加重的空间分布格局,且干旱加重速度呈现由中部干旱带向南北分别递增的空间变化特征。1972-2011年,宁夏地区干旱致灾危险性呈显著增大趋势,干旱致灾危险性指数近40年减小速率为0.12·(10a)-1;该地区干旱致灾危险性在空间分布上表现为北部引黄灌区高于中南部地区,且危险性的增速呈现中部较缓、南北较快的空间变化特征。