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。     

基于游程理论和Copula函数的辽宁省农业气象干旱特征研究

基于辽宁省近30年的气象站点逐月气候数据,计算SPEI-3指数作为农业气象干旱指标,利用游程理论对辽宁省的干旱特征变量进行识别,使用Copula函数同时从站点尺度和区域尺度对辽宁省干旱特征的联合分布和重现期进行了分析。结果表明:Frank-Copula函数对辽宁省农业气象干旱特征变量联合分布特征模拟效果最好;在相同干旱历时和干旱强度的条件下,各站点的联合重现期比单变量重现期小。干旱事件多集中在干旱历时小于4个月,干旱强度小于3的情况下发生;辽宁省不同干旱类型发生概率由高到低的排序为:季内中旱、跨季中旱、月内轻旱、半年以上重旱、月内中旱、季内轻旱。其中在季内中旱、月内轻旱和月内中旱的情况下,辽西地区发生干旱的概率最高;当干旱历时保持一致,随着干旱强度的增加,其最大最小联合重现期有明显增大的趋势;而当干旱强度保持一致,随着干旱历时的增加,不同干旱等级下联合重现期的变化规律不一致。     

基于PDSI的渭河流域干旱变化特征

根据渭河流域的气候特征与地理位置,利用该流域1961-2008年21个气象站的气象资料,重新修正了Palmer干旱指数,并利用Mann-Kendall检验以及Morlet小波分析方法计算分析了PDSI的变化特征。结果表明:渭河流域有较显著的变干趋势;有北部较南部干旱,西部较东部干旱的空间变化特征;泾河是最容易发生干旱的地区,且干旱的程度最为严重;时间上,秋季发生干旱的可能性大;小波分析表明渭河流域大约有22年左右的干湿变换周期,与太阳黑子磁性活动周期一致。     

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。     

干旱频率计算的简化方法探讨——以齐齐哈尔市为例

提出用干旱历时重现期与干旱烈度重现期的最大值max{T_D,T_S}代替按Copula理论计算联合概率分布的干旱重现期T_ɑ(d,s)。在齐齐哈尔的应用结果表明:由游程理论识别的干旱过程和由Copula计算的联合分布及干旱频率判定的干旱程度与历史旱情相符;验证了max{T_D,T_S}与T_ɑ(d,s)具有很强的一致性,可用max{T_D,T_S}代替T_ɑ(d,s)以简化计算;所提方法可行、有效、合理,具有推广应用价值。     

自适应变尺度干旱评价模型研究——以淮河流域为例

该文建立了自适应变尺度干旱评价模型,解决了定尺度评价中的干旱过程割裂和强度低估等问题,并实现不同历时干旱事件的评估和对比。首先,构造自适应模糊标准矩阵,采用模糊评价方法进行定尺度下的干旱评价,并基于对立统一定理进行干旱的识别,在此基础上,对识别的干旱过程进行回归分析和频率分析,从而建立自适应变尺度干旱评价模型。以淮河流域为例,首先构建自适应矩阵进行干旱的模糊评价,结果表明淮河流域55年来总体处于干旱且有着明显加强的趋势,其中‘王蚌区间北岸’的西北部和‘湖西区’的西北部干旱较强。其次通过干旱识别发现淮河流域干旱历时和干旱强度具有较强的相关性且满足自东南向西北逐渐增强的规律。最后建立不同分区下干旱历时和干旱强度间的关系以及判断标准,构建淮河流域自适应变尺度干旱评价模型。     

明代关中渭河流域水涝灾害研究

通过对历史资料的搜集、整理和分析,对明代(1368～1644年)关中渭河流域水涝灾害的时空特征、等级序列及产生原因进行了分析研究.结果表明,该地区水涝灾害多发于夏秋季节,发生频率从早期到晚期呈明显增加趋势,且存在相对高发期;水涝灾害主要发生在关中渭河流域的中下游地区,且主要分布在渭河的干流或支流沿岸;该地区水涝灾害以中度水灾居多,约占56.14%,重度和轻度水灾次之,特大灾很少发生.较集中的大雨和暴雨是明代关中渭河流域水涝灾害发生的的主要因素,森林植被的破坏和河渠的淤浅使该地区水量承载能力减小,增大了成灾的可能性.     

基于月尺度马尔科夫模型的塔河流域洪旱灾害研究

基于月尺度马尔科夫链模型,系统研究了塔河流域各洪旱状态之间的转移概率、期望停留时间和平均首达时间,在此基础上,预测了未来该流域洪旱灾害状态发生的概率风险。研究表明:(1)塔河流域丰水月和枯水月变化显著,其中,阿拉尔4-9月份枯水发生平均概率最高,大山口枯水发生概率最低;(2)塔河流域10月至次年3月连续枯水频率最高,而开都河流域连续丰水事件发生频率最高,表明该流域有较大的大旱或大涝风险;(3)丰水事件重现期低值主要集中在开都河和阿克苏河,而和田河和叶尔羌河丰水事件重现期较高;(4)塔河流域4-5月份干旱影响较大,加剧了塔河流域的水资源短缺问题。     

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。     

近50年湘江流域干湿气候变化若干特点

采用M-K突变、小波分析、空间变异系数、经验正交函数分解法（EOF）和旋转经验正交函数分解法（REOF）等方法,对近48年来湘江流域40个测站干湿指数（Z指数）进行了分析。研究表明：湘江流域1960年代前期和1980年代为干旱期,1990年代为湿润期。1980年代末有向湿润转变趋势,2003年后又开始向干旱转变。湘江流域干湿的年际变化较小,降水相对稳定,存在3年、6年和10年和21年4个特征时间尺度,且未来几年湘江流域将仍处于干旱期。湘江流域干湿变化具有很好的主体一致性,依据空间异常类型可分为南部、中部、北部和西南部4个区域。     

中国1951-2007年农业干旱的特征分析

利用中国1951-2007年农业受旱面积和播种面积资料,分析了我国农业干旱的空间分布、年际变化特征、长期变化趋势、1979年前后的变化和极端农业干旱分布状况。结果表明,华北、内蒙古和西北东部的平均受旱率高、年际变化小,因此这些地区的农业干旱最严重;东北、内蒙古和西北地区的农业干旱有显著加重的趋势;1979年后除长江中下游局部(安徽和湖北)、河南和福建外,其他地区的农业干旱都在加重,极端农业干旱主要分布在内蒙古、西北东部和华北局部地区。     

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。     

气候变化背景下宁夏近50年来的干旱变化特征

宁夏是中国的气候敏感地区,研究全球气候变化引起的干旱变化特征对其应对气候变化、指导农业生产和构建西北生态屏障具有重要的指导意义。根据宁夏的生态分区,在北部引黄灌区、中部干旱带和南部山区分别选取代表性的气象站,基于1960-2012年的逐月降水和平均温度资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和Mann-Kendall非参数检验方法,研究了宁夏近50a来干旱的时空变化特征。结果表明,宁夏近50a的气候变暖事实存在,年均增温0.027~0.040℃,由北向南增温幅度降低,年降水量显示减少趋势,但变化不显著;宁夏近50a来基本上经历了一个由湿润期到干旱期的旱化过程,1960-1980年期间为近50a内的湿润期,1980-1995年为气候波动期,而1995年以后全区基本进入干旱期;南部山区的干旱发生频率最高,中部干旱带次之,引黄灌区最低。     

嘉陵江上游暴雨洪水特性分析

介绍了流域气候和地理特征,分析了流域降水、径流特性和泥沙特点;通过对历年暴雨洪水资料的统计,分析了流域内暴雨洪水形成的规律;对干流段灾害性洪水的重现期及大洪水发生的周期和季节规律进行了分析,并提出了防洪减灾对策.     

我国西北地区夏季旱涝气候特征研究

利用西北地区160个台站1950-2000年夏季降水量资料,分析了西北5个区域夏季旱涝的气候特征,结果表明:西北东部的农牧过渡地带和黄河上中游是气候变化的敏感地带,且严重旱涝较为频繁,而6月是西北东部最易发生雨涝的月份.农牧过渡地带(2区)多数时段,雨涝出现的频次多于干旱,黄河上中游农业区和林业区(1区)的情况则相反.20世纪70年代,严重雨涝发生较少,进入80年代以后随着全球气候变暖,雨涝事件显著增多;严重干旱事件则是自60年代以来逐步减少.同时,西北各区的旱涝演变存在年代际的变化周期和5～6年的准周期振动.     

近40年增暖背景下岷江流域降水异常变化

气候变化是我国西南地区滑坡、泥石流等主要山地灾害的重要致灾因子,而岷江流域又是山地灾害典型分布区。为此,本文采用1979-2018年流域及其周边47个地面气象站点日值观测资料,综合考虑了海拔高度和距海岸线距离等因素对气温、降水空间分布的影响,基于ANUSPLIN空间插值,利用线性趋势、M-K检验和滑动t检验等方法,分析了增暖背景下岷江流域降水时空变化特征;并通过11个极端降水指数,分析了流域极端降水变化趋势和突变特征,检测了降水异常年份,提取了旱涝急转出现频次;在此基础上,讨论了流域气候变化对典型山地灾害事件的影响。分析表明：1979-2018年,岷江流域普遍增暖,上游山区升温幅度更为突出;年、季降水量整体均呈增多趋势,降水增多主要发生在春、秋两季,且以流域上游、中游西部山地增幅最大;流域高山站点有极端降水量增多、降水强度增大的趋势或突变,流域中下游站点则多表现为极端降水减少、降水强度减弱;降水异常变化与西南涡,特别是更加频繁的九龙涡活动有关;流域由旱向涝急转发生的频次显著增多。上述温湿组合与极端降水变化均加大了岷江流域山地灾害发生概率,使得灾害风险加剧。     

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。     

近40a黄淮海地区夏玉米生长季干旱时空特征分析

干旱是制约黄淮海地区夏玉米产量稳定的主要农业气象灾害,明确粮食主产区农业干旱发生的演变规律,对于采取有效的防灾减灾对策意义重大。基于作物水分亏缺指数和夏玉米干旱等级指标,分析了黄淮海地区近40a夏玉米生长季干旱的时空变化规律。结果表明:夏玉米各生育阶段间比较,播种-出苗期水分亏缺指数和干旱发生概率最大。除播种-出苗期外,随着干旱等级的升高,干旱发生概率逐渐降低,但播种-出苗期则以特旱等级发生概率最大;各阶段水分亏缺指数无明显的时间变化趋势,但年际间波动较大,特别是夏玉米生长中后期,1997年是近40a干旱发生最为严重的年份,不仅干旱持续时间长,且发生范围也最大;水分亏缺指数空间分布范围在年代际间存在"缩小-增大-缩小"的变化规律,从各年代干旱等级及其分布范围看,1991-2000年干旱最严重,2001-2010年有所减轻。夏玉米各阶段水分亏缺指数及各等级干旱发生概率基本呈现为由东南向西北逐渐增大的变化趋势,河北大部、河南西部和北部以及山东的中西部地区是各阶段干旱概率的高值区。由于年际间的波动在增大,黄淮海地区夏玉米生长中后期极端干旱灾害发生的可能性较大,北部及西部地区更是干旱灾害的高发区,生产中仍需加强对干旱灾害的预测预报及防御工作。     

基于标准化降水指数的锡林郭勒盟干旱特征分析

在全球气候变暖的大背景下,锡林郭勒盟干旱灾害频发,给农牧业生产和人民生活等造成了严重的影响和损失,分析其干旱的时空特征和规律,能为防灾减灾提供借鉴。基于全盟15个气象站点1960-2013年的逐月降水资料,计算了12个月和3个月尺度的标准化降水指数,分析了年度和季节干旱演变规律,并应用主成份分析和空间插值方法分析了干旱的空间特征。结果表明:(1)锡林郭勒盟的年度与季节的干旱均较为频繁且持续时间较长,各尺度干旱频率均为30%左右,干旱等级主要为轻旱和中旱,重旱和特旱频率较低;年度与夏季干旱站次比和干旱强度呈增加和增强趋势,春季、秋季和冬季的干旱站次比和干旱强度呈减少和减轻趋势。(2)前4个特征向量的空间分布与锡林郭勒盟4大类植被覆盖区域基本一致,即农牧交错区、荒漠草原区、典型草原区和草甸草原区,4个区域的干旱时段存在很强的一致性,且均存在干旱化趋势,干旱强度为荒漠草原区典型草原区农牧交错区草甸草原区,4个区域的干旱频率和干旱站次比基本一致。     

珠江流域干旱事件的多变量区域分析及区域分布特征

区域干旱特征分析会为短期和长期的水资源管理提供关键的信息,因而对珠江流域进行区域干旱特征分析,建立了干旱严重程度-面积-频率曲线(Severity-Area-Frequency,SAF).传统的区域性分析都是单变量的,而水文事件往往具有多个属性,为此采用Chebana等提出的多变量的L-moment均一性检验方法对流域进行均一性检验.研究发现珠江流域可分为4个均一性区域,对各均一性区域进行干旱严重程度-面积-频率分析的基础上,发现珠江流域在发生严重干旱时经常是全流域的,这对整个珠江流域的水资源管理造成很大压力.同时珠江三角洲所在的区域干旱风险相对其他区域更高,珠三角地区城市密集,人口众多,高风险的干旱无疑会对该地区的发展造成重大影响,需引起重视.