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2022年长江流域农业干旱发展过程及气象成因

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中国农村水利水电 2024年第7期 69-77页

作者：杨瑀露陈杰武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

2022年长江流域发生了大面积的干旱,此次干旱涉及范围广,持续时间长,对于农业、生态等方面都造成了较大影响。降水量相比同期减少,气温增加,导致土壤含水量降低,农业干旱同步发生。复演长江流域此次农业干旱的发展过程,探寻其气象成因,... 详细信息

2022年长江流域发生了大面积的干旱,此次干旱涉及范围广,持续时间长,对于农业、生态等方面都造成了较大影响。降水量相比同期减少,气温增加,导致土壤含水量降低,农业干旱同步发生。复演长江流域此次农业干旱的发展过程,探寻其气象成因,对于完善干旱发生机理的认识,实现干旱的有效应对具有重要意义。研究基于ERA5数据,对比2022年土壤含水量与多年同期均值,从时空维度揭示了2022年农业干旱的主要土壤含水量特征;采用标准化土壤湿度指数值,通过与往期干旱事件对比,阐明此次农业干旱的严重性;最后,从大气环流角度与外强迫场海温角度,分析了此次干旱的气象成因。分析表明,2022年,6-9月全流域的农业干旱程度分别为:无旱、极旱、极旱、极旱。流域遭受长达3个月的农业极端干旱,其中依据数值判断,8月干旱程度最深。就干旱气象成因而言,西太副高2022年6-9月较往年同期影响面积增大、强度增强,且西太副高位置异常偏西,近乎包括流域整个范围,导致流域整体处于单纯西太副高控制之下;同时,长江流域夏季降水与前一年秋冬季大西洋北部、太平洋北部的海温,以及同年春夏季太平洋东部、大西洋及印度洋海温关系较为密切,高相关性时段内的海温与往期均值存在差异性,引起相关干旱。

关键词： 2022年长江流域干旱土壤含水量农业干旱大气环流全球海温

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喀斯特地区不同时间尺度农业干旱对局地气候因子脉冲响应机制

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水土保持学报 2024年

作者：余欢贺中华顾小林许明金谭红梅杨树平杨秋云贵州师范大学地理与环境科学学院贵州师范大学国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心贵州省山地资源与环境遥感应用重点实验室贵州省水文水资源局

[目的]为定量解析喀斯特地区农业干旱对单因子的响应机制。[方法]利用泰森多边形及K阶均值聚类对贵州省83个站点年平均降雨量进行面积计算及分类,将贵州省划分为5个区域,并基于各分区降雨量(Pre)、平均气温(T)、潜在蒸散发(E)、风速(W)... 详细信息

[目的]为定量解析喀斯特地区农业干旱对单因子的响应机制。[方法]利用泰森多边形及K阶均值聚类对贵州省83个站点年平均降雨量进行面积计算及分类,将贵州省划分为5个区域,并基于各分区降雨量(Pre)、平均气温(T)、潜在蒸散发(E)、风速(W)、气压(P)、土壤水分含量(SW)、标准化土壤水分指数(SSI)建立向量自回归(VAR)模型,通过脉冲响应与方差分解分析不同时间尺度农业干旱对各气象因子及土壤水分含量的响应机制。[结果](1)农业干旱呈现西高东低,总体由南往北逐渐减轻;春、夏季农业干旱强于秋冬季。(2)年尺度各因子对SSI脉冲响应达峰值所需时间为PreW>T>E>P>SW。由月尺度到年尺度,岩溶发育较强区域E对SSI脉冲达峰值所需时间缩短2期;SW与之相反,且非岩溶地区比岩溶地区恢复平稳期短。(3)降雨量在农业干旱中起主导地位,降雨与风速随时间尺度增加在农业干旱中作用增强,其农业干旱贡献比例月、季、年分别为31.88%,34.25%,58.33%和1.07%,3.15%,12.88%。[结论]研究成果可为喀斯特地区农业干旱预警提供参考理论依据。

关键词：农业干旱气候因子向量自回归模型脉冲响应贵州省

基于MOD16和地面降水数据的大别山区农业干旱与气象干旱响应关系

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干旱地区农业研究 2024年第4期42卷 262-272页

作者：姚瑶黄治勇陈笑笑朱国良汤兴芝鞠英芹中国气象局气象干部培训学院湖北分院湖北武汉430074 暴雨监测预警湖北重点实验室湖北武汉430074 安徽省池州市气象局安徽池州247100

利用2000—2020年大别山区气象观测资料和MODIS16A2资料,计算降水距平百分率(PA)和作物缺水指数(CWSI),研究农业干旱与气象干旱的时空分布特征,利用滞后相关分析探究二者的响应关系。结果表明:(1)大别山区降水存在显著时空分布不均匀性... 详细信息

利用2000—2020年大别山区气象观测资料和MODIS16A2资料,计算降水距平百分率(PA)和作物缺水指数(CWSI),研究农业干旱与气象干旱的时空分布特征,利用滞后相关分析探究二者的响应关系。结果表明:(1)大别山区降水存在显著时空分布不均匀性,西北少、东南多,且旱涝年的降水量差异大(最高达875 mm)。(2)大别山区东南部发生气象干旱事件的频率偏高(最高为66.67%),但干旱程度较轻;北部发生干旱频率较低(最低为38.1%),但易发生严重干旱。(3)大别山区农业干旱具有秋冬春季容易发生、北部更容易发生、海拔低处更容易发生的特征。(4)大别山区南部农业干旱对气象干旱在次月和第3个月响应程度最高,农业干旱比气象干旱更容易发生,持续时间更久,影响更大。

关键词：农业干旱气象干旱时空分布特征游程理论滞后相关大别山区

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考虑时空传递的农业干旱可预报性及其驱动机制

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考虑时空传递的农业干旱可预报性及其驱动机制

作者：罗静西安理工大学

学位级别：硕士

全球气候变暖导致极端气候事件频繁发生,其中干旱尤其是农业干旱成为社会经济和环境面临的严重挑战之一。随着干旱预测模型的不断改进,其预测精度也在不断提高,却忽视了干旱形成和演变过程中的驱动机制,这使得模型在变化环境下预测农业... 详细信息

全球气候变暖导致极端气候事件频繁发生,其中干旱尤其是农业干旱成为社会经济和环境面临的严重挑战之一。随着干旱预测模型的不断改进,其预测精度也在不断提高,却忽视了干旱形成和演变过程中的驱动机制,这使得模型在变化环境下预测农业干旱的泛化能力较差。因此,亟需开展深入农业干旱可预报性驱动机制的研究,探明过去几十年变化环境下农业干旱可预报性的时空变化特征,以及不同影响因素对农业干旱可预报性的影响,以提高预测模型的准确性和稳健性。农业干旱主要受降水、高温、大气环流、地形、植被覆盖等气象要素和地形因素影响,这是由于陆面和大气之间存在水分和能量的交换;同时农业干旱存在自传递的现象,其影响将进一步在时间和空间上驱动干旱的发展。干旱的发生在时间和空间上存在累积和滞后,受到多因子协同作用的影响,因此,如何综合考虑这些影响因素并构建可靠的农业干旱预测模型对于保障粮食安全以及部署抗旱减灾措施等具有重要意义。本文以干旱频发且生态环境脆弱的黄土高原为研究区域,取得的主要研究成果如下:(1)揭示了黄土高原地区农业干旱可预报性的时空变化规律:基于Meta-Gaussian模型预测1963～2014逐年各季节和年尺度的农业干旱,以纳什效率系数作为可预报性的评价指标,研究发现农业干旱的可预报性呈现出不同的变化规律。各个季节可预报性的大小为:冬>秋>春>夏,夏季预测性能整体较差；同时,年尺度上可预报性从南向北逐渐减弱,中部地区表现最差。四个季节(夏季除外)大部分区域呈显著下降的趋势;在年尺度上,可预报性自南北向中部区域递减。(2)探明了农业干旱可预报性空间格局和动态演变的驱动机理:基于地理探测器探明在黄土高原区域不同影响因素对农业干旱可预报性的解释度,在空间格局归因分析中发现,陆面要素对于季节和年尺度上的可预报性起着关键作用。基于随机森林重要性排序方法结合31年滑动窗口探明黄土高原区域单元栅格的主导要素,在动态演变归因中发现,陆气耦合和海气耦合是影响季节尺度上可预报性变化的重要因素。在春季和秋季,陆气耦合对可预报性的下降起主导作用,而夏季和冬季则主要受海气耦合影响。(3)厘清了农业干旱的空间传递特征:使用基于网络理论概念的框架确定了黄土高原空间传播的关键源区,辨识了黄土高原农业干旱源汇分布格局农业干旱主要源于西南、西北和东北方向,中部和东南区域为干旱汇区。基于此源汇格局选择4个典型源区进行分析,使用基于贝叶斯copula的干旱空间传播模型,捕捉四个源区在不同干旱传播情景的最大可能路径。水汽追踪验证结果显示,预测路径与实际情况较为符合。对干旱传递的季节和年际特征进行分析,春季的干旱传递概率较夏季更高,且干旱传递特征随干旱传递情景加剧而递增;年际特征变化分析表明,干旱传递距离、转移次数和速度呈增加趋势。(4)量化了考虑大气环流和时空传递的农业干旱预测性能:基于Pair Copula Constructions模型预测黄土高原区域农业干旱不同预测方案的比较与评估,通过比较不同预测方案的预测结果,发现方案1(以前期的农业干旱、气象干旱和高温为输入因子)在预测效果上最优,其他方案在局部区域有所提升,但整体预测性能并未达到最优水平。同时,结合大气环流因子和干旱时空传递数据的方案能够提升部分区域及预见期延长下的预测能力,尤其对于黄土高原中部和东南部地区的预测效果具有提升潜力。

关键词：农业干旱干旱可预报性可预报性驱动机制干旱传递干旱预测

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淮北平原冬小麦农业干旱时空变化规律

灌溉排水学报 2024年

作者：陆玟朱永华吕海深彭宇杰朱婉婷王启猛王振龙河海大学水文水资源学院河海大学地理与遥感学院水灾害防御全国重点实验室水利部淮河水利委员会安徽省(水利部淮委)水利科学研究院水利水资源安徽省重点实验室

【目的】探究淮北平原冬小麦农业干旱的时空变化规律。【方法】以作物水分亏缺指数（CWDI）作为干旱指标，分析淮北平原1957—2018年各地区冬小麦各生育阶段CWDI年际变化趋势、分布情况、波动范围、干旱站次比和空间频率分布，探讨淮北... 详细信息

【目的】探究淮北平原冬小麦农业干旱的时空变化规律。【方法】以作物水分亏缺指数（CWDI）作为干旱指标，分析淮北平原1957—2018年各地区冬小麦各生育阶段CWDI年际变化趋势、分布情况、波动范围、干旱站次比和空间频率分布，探讨淮北平原冬小麦农业干旱的时空变化规律。【结果】淮北平原冬小麦整个生育期内旬需水量和旬供水量均呈先降低后上升的变化趋势，旬有效降水量变幅不大，均在10mm以内，而潜水蒸发强度在3月中旬—5月下旬期间显著增加，增幅达260%。阜阳、蚌埠和蒙城地区的冬小麦生长期水分供需相对平衡，而砀山、亳州和宿州地区水分供需不平衡；宿州地区CWDI波动性最大，蚌埠地区CWDI波动性最小。1957—2018年，冬小麦生育期干旱站次比呈显著上升趋势；2010年干旱范围最广、干旱程度最大。各生育阶段农业干旱程度的空间分布不均，呈从南到北递增的趋势，黄潮土区干旱等级普遍高于砂姜黑土区；轻旱发生频率高值中心由淮北平原南部向北部迁移，中旱高值区主要集中在亳州和宿州；重旱呈现北高南低的特征；特旱在全生育期内较为罕见，发生频率不足5%。【结论】淮北平原1957—2018年冬小麦干旱程度呈上升趋势，水分供需不平衡，砀山和宿州地区需增加灌溉量。

关键词：农业干旱冬小麦作物水分亏缺指数(CWDI) 时空变化

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建平县农业干旱形成原因及抗旱措施

现代农村科技 2024年第7期 91-91,50页

作者：许文龙建平县哈拉道口镇产业发展服务中心辽宁建平122400

1基本情况。建平县地处辽宁省西部,属暖温带半干旱、半湿润季风型大陆性气候,全县多年平均降水量449.6 mm,年内降水变化较大且分配极度不均,降水集中在6~8月份,占全年降水量的71%,多年平均蒸发量为1850~2200 mm,属辽西山地丘陵区,具有... 详细信息

1基本情况。建平县地处辽宁省西部,属暖温带半干旱、半湿润季风型大陆性气候,全县多年平均降水量449.6 mm,年内降水变化较大且分配极度不均,降水集中在6~8月份,占全年降水量的71%,多年平均蒸发量为1850~2200 mm,属辽西山地丘陵区,具有“六山一水三分田”的特点。

关键词：抗旱措施农业干旱辽西山地丘陵区辽宁省西部季风型大陆性气候温带半干旱全年降水量

基于Meta-Gaussian模型的中国农业干旱预测研究

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地理学报 2021年第3期76卷 525-538页

作者：吴海江粟晓玲张更喜西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100

在全球气候变化背景下,干旱愈加频发,有效且可靠的农业干旱预测对于保障粮食安全和水资源安全具有重要意义。以标准化降水指数(SPI)和联合标准化土壤湿度指数(JSSI)分别表征气象干旱和农业干旱,以前期的气象干旱和农业干旱指数作为预测... 详细信息

在全球气候变化背景下,干旱愈加频发,有效且可靠的农业干旱预测对于保障粮食安全和水资源安全具有重要意义。以标准化降水指数(SPI)和联合标准化土壤湿度指数(JSSI)分别表征气象干旱和农业干旱,以前期的气象干旱和农业干旱指数作为预测因子,在1~3个月预见期下基于Meta-Gaussian(MG)模型对中国1961—2015年6—8月的农业干旱进行预测,并采用Brier Skill Score(BSS)和纳什效率系数(NSE)评价MG模型的预测性能。结果表明:(1)将1个月、3个月、6个月、9个月和12个月时间尺度的标准化土壤湿度指数(SSI)结合起来得到的JSSI能够对中国农业干旱的综合状况进行客观评价。(2)以中国2010年和2014年遭受严重的干旱事件为例,预见期为1~3个月时,除新疆南部、青海西部以及内蒙古西部等沙漠地区外,MG模型对6—8月农业干旱预测结果的分布范围与实际干旱的分布区域较吻合,预见期越短,吻合越好。(3)预见期为1个月时,6—8月BSS≥0.5的面积比例分别为0.714、0.642和0.640,NSE≥0.5的面积比例分别为0.903、0.829和0.837,表明MG模型能够对中国大部分区域的农业干旱作出可靠的预测。本文结果可为中国农业干旱的监测、预警及干旱决策提供科学指导。

关键词：农业干旱干旱预测预测概率 Meta-Gaussian模型

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农业干旱监测研究进展与展望

地理学报 2015年第11期70卷 1835-1848页

作者：刘宪锋朱秀芳潘耀忠李双双刘焱序北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学资源学院北京100875 北京师范大学减灾与应急管理研究院北京100875 北京大学城市与环境学院北京100871

本文全面分析了农业干旱的概念内涵及其与其他干旱类型之间的关系,进而从基于站点监测和基于遥感监测两个方面,系统梳理了国内外农业干旱监测的近今进展,对比了不同干旱监测指标的适用范围和局限性;同时,通过文献统计和重要文献引用揭... 详细信息

本文全面分析了农业干旱的概念内涵及其与其他干旱类型之间的关系,进而从基于站点监测和基于遥感监测两个方面,系统梳理了国内外农业干旱监测的近今进展,对比了不同干旱监测指标的适用范围和局限性;同时,通过文献统计和重要文献引用揭示了国内外农业干旱监测研究的发展历程和最新进展,即农业干旱监测指标从传统的单一气象监测指标逐渐向气象与遥感相结合的综合监测指标转变。最后,在分析农业干旱监测现有挑战和困境的基础上,将农业干旱监测未来发展趋向归纳为5点展望,即进一步明晰农业干旱发生机理和受旱过程、识别农业干旱影响因素及其相互作用关系、构建多时空尺度农业干旱监测模型、耦合农业干旱定性表征与定量评估模型以及提高农业干旱监测模型中遥感数据的应用水平。

关键词：农业干旱干旱监测研究进展研究展望

MODIS植被指数监测农业干旱的适宜性评价

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光谱学与光谱分析 2013年第3期33卷 756-761页

作者：李华朋张树清高自强孙妍中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130102 河北省地勘局测绘院河北廊坊065000

MODIS传感器提供的短波红外光谱波段为农业干旱遥感监测带来了新的机遇,因为它对植被水分十分敏感。本文选择中国东北松嫩平原为研究区,旱田为农业干旱的监测目标。基于2001—2010年的8天合成MODIS产品(MOD09A1),分别计算了四种基于可... 详细信息

MODIS传感器提供的短波红外光谱波段为农业干旱遥感监测带来了新的机遇,因为它对植被水分十分敏感。本文选择中国东北松嫩平原为研究区,旱田为农业干旱的监测目标。基于2001—2010年的8天合成MODIS产品(MOD09A1),分别计算了四种基于可见光和近红外光谱的植被绿度指数和四种基于近红外和短波红外光谱的植被水分指数,并以多尺度标准化降水指标(SPI)为判别植被指数农业干旱敏感性的标准,利用一种气象站点与象元配对关联的方法计算了不同植被指数与多尺度SPI的皮尔逊相关系数。研究表明,在农业干旱监测敏感性方面,MODIS植被水分指数(NDII6和NDII7)明显好于植被绿度指数。其中NDII7的表现最为出色,研究证实了MODIS短波红外光谱在监测农业干旱方面的潜力,为今后相关研究提供了新的见解。

关键词： MODIS数据短波红外光谱可见光与近红外光谱农业干旱植被水分指数