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气候变化背景下贵州省农作物生长期干旱时空变化规律

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自然资源学报 2015年第10期30卷 1735-1749页

作者：陈学凯雷宏军徐建新黄鑫张泽中胡娟萍商崇菊杨静华北水利水电大学水利学院郑州450045 贵州省水利科学研究院贵阳550002

以干旱高发区贵州省为研究对象,利用贵州省19个站点1960—2013年气象日值资料,考虑气象干旱累积效应及当地秋收农作物生长时期需水要求,验证了秋收作物生育期内标准降水蒸散指数(Sep-SPEI-6)与粮食减产量之间的相关性。基于Sep-SPEI-6... 详细信息

以干旱高发区贵州省为研究对象,利用贵州省19个站点1960—2013年气象日值资料,考虑气象干旱累积效应及当地秋收农作物生长时期需水要求,验证了秋收作物生育期内标准降水蒸散指数(Sep-SPEI-6)与粮食减产量之间的相关性。基于Sep-SPEI-6指数采用MannKendall法、滑动t检验、Morlet小波周期分析以及Hurst指数等方法分析了贵州省干旱时空变化特征。结果表明:1 Sep-SPEI-6与贵州省及各州、市粮食减产量呈极显著负相关性。2在1991、2001年前后贵州省气候发生了突变。3与第一阶段(1960—1991年)相比,第二阶段(1992—2001年)干旱发生频率和影响范围均减少了10.59%;较第二阶段,第三阶段(2002—2013年)分别增加了23.67%和24.74%;与前两阶段相比,第三阶段的干旱历时与强度增加显著。4 Sep-SPEI-6时间序列存在明显的周期性振荡特征,以22 a为第1主周期。5各站点Sep-SPEI-6的Hurst数值均大于0.5,说明其变化具有较好的持续性。6干旱易发区呈现由东向西的转移趋势。7农作物生长期内日降水>1 mm天数和日照总时数是影响农作物生长期干旱的主要气象因素。研究成果为贵州省抗旱减灾措施的制定提供了理论依据。

关键词：干旱粮食减产气候突变标准降水蒸散指数贵州省

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1961-2012年滦河流域干旱演变分析

干旱区资源与环境 2015年第5期29卷 180-185页

作者：王腾飞苏布达翟建青姜彤温姗姗南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心遥感学院南京210044 中国气象局国家气候中心北京100081

采用滦河流域16个气象站1961-2012年的逐月气象要素观测数据,计算了滦河流域的年标准化降水蒸散指数(Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI),并利用线性趋势法、非参数Man-Kendall法和Morlet小波方法分析了流域近50年来干旱的演变趋势和周期变化规律。结果表明:SPEI指数可以很好的描述滦河流域的干湿变化趋势;1961-2012年滦河流域气温上升降水减少,呈暖干化态势;50年来滦河流域的干旱事件随时间变化呈频率增加、强度增强的趋势;干湿变化的主周期是14年。年平均气温及年降水和SPEI指数均呈显著相关,年降水对SPEI的影响更为显著,但气温变化的影响同样不可忽视。

关键词：干旱标准降水蒸散指数滦河流域

贵州省干旱时空变化特征及其对气候变化的响应

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灌溉排水学报 2015年第8期34卷 72-81页

作者：陈学凯徐建新雷宏军胡娟萍张泽中黄鑫商崇菊杨静华北水利水电大学水利学院郑州450011 贵州省水利科学研究院贵阳550002

为了探究在气候变化背景下不同时间尺度的干旱变化特征,基于贵州省19个代表气象站1960—2013年气象资料,采用标准降水蒸散指数(SPEI),分析了贵州省年度、4个季节以及秋收作物生长季的时空分布特征和发生规律及其对气候变化的响应。结果... 详细信息

为了探究在气候变化背景下不同时间尺度的干旱变化特征,基于贵州省19个代表气象站1960—2013年气象资料,采用标准降水蒸散指数(SPEI),分析了贵州省年度、4个季节以及秋收作物生长季的时空分布特征和发生规律及其对气候变化的响应。结果表明,年度、春季、夏季和秋季的干旱情况呈加重趋势且具有长期持续性;除冬旱外,年度和其余季节的干旱站次比扩大,以局域性和全域性干旱为主,干旱强度增强,以轻度和中度干旱为主;春季和夏季是贵州省干旱的高发时段,春季最易旱区集中在黔西北地区,夏季最易旱区分布在黔东北和黔东南地区;整个研究时域内秋收作物生长季的干旱化趋势上升,尤其是在2001年以后中干旱情况明显加重;干旱易发区呈由东向西的转移趋势;影响贵州省干旱的主要气象要素是降水、相对湿度和日照时数,其次是温度。

关键词：干旱时空特征标准降水蒸散指数贵州省

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贵州省多时间尺度气象干旱时空变化特征研究

贵州省多时间尺度气象干旱时空变化特征研究

作者：陈学凯华北水利水电大学

学位级别：硕士

随着全球气候变化影响范围的逐渐扩大,干旱灾害呈现出广发、频发的现状,中国的干旱事件也相应随之上升,且表现出从中国北方地区逐渐向西南地区蔓延的事实。以干旱高发区贵州省为研究对象,利用贵州省19个站点1960 2013年气象日值数据及... 详细信息

随着全球气候变化影响范围的逐渐扩大,干旱灾害呈现出广发、频发的现状,中国的干旱事件也相应随之上升,且表现出从中国北方地区逐渐向西南地区蔓延的事实。以干旱高发区贵州省为研究对象,利用贵州省19个站点1960 2013年气象日值数据及相关粮食因旱损失资料,运用降水集度、气候趋势系数、Mann-kendall突变检验法、滑动T检验、小波分析及标准降水蒸散指数等理论和方法。探究贵州省降水、极端降水以及干旱的时空变化特征并找出影响贵州省干旱的主要气象因素,为制定抗旱减灾措施提供合理性建议。基于这一实际需要,结合贵州省实际情况开展详细的研究和分析,主要研究成果如下:(一)总结了国内外气候变化现状及干旱分析的研究进展从气候变化现状、干旱定义、干旱分类、干旱评价指数以及西南地区干旱演变研究等方面详细阐述了国内外的研究进展。并从理论和现实两个层面指出了本论文的研究意义,确定了本文的主要研究内容和技术路线。(二)分析了贵州省降水量时空变化及分布规律年降水量空间分布不均,整体呈现东多西少的分布趋势,并形成了三多三少的降水集中区;年降水量呈下降趋势,年内降水呈季节性变化,春、秋季降水量有显著的下降趋势,夏、冬季降水量呈上升趋势但不显著;年降水量存在22a左右的周期变化,在1984、1991、2001年发生突变现象,各季节周期变化和突变位置有所差异。(三)探讨了贵州省极端降水时空变化及分布规律连续湿日(CWD)呈显著下降趋势,年最大1日降水量(RX1day)和降水强度(SDⅡ)增多但不显著,年最大5日降水量(RX5day)、强降水量(R95)和年极强降水日数(R20mm)表现为不显著的下降趋势;RX1day、RX5day、SDⅡ和R20mm分别在1973、1972、1981和1992年发生明显的突变现象;极端降水普遍存在6 7年的主周期和10 12年的次周期;极端降水的高值区位于黔西南和黔东南地区,而低值区集中在黔西北地区;各极端降水指数与年总降水量之间存在显著的正相关性;极端降水在未来变化趋势中具有长期记忆性。(四)研究了贵州省年度、季节干旱时空格局分布特征年度、春季、夏季和秋季的干旱情况呈加重趋势且具有长期持续性;除冬旱外,年度和其余季节的干旱影响范围扩大,以局域性和全域性干旱为主,干旱强度增强,以轻度和中度干旱为主;春季和夏季是贵州省干旱的高发时段,春季最易旱区集中在黔西北地区,夏季最易旱区分布在黔东北和黔东南地区;影响贵州省年度、季节干旱的主要气象要素是降水和日照时数,其次是温度。(五)剖析了贵州省秋收农作物生长期干旱时空格局分布特征SPEI与贵州省及各州、市粮食减产量呈极显著负相关性;在前后贵州省气候发生了突变;与第一阶段(19601991)相比,第二阶段(19922001)干旱发生频率和影响范围均减少了10.59%;较第二阶段,第三阶段(2002 2013)增加了23.67%和24.74%;与前两阶段相比,第三阶段的干旱历时与强度增加显著;秋收作物生长期的SPEI时间序列存在明显的周期性振荡特征,以22年为第1主周期;各站点SPEI的Hurst数值均大于0.5,说明其变化具有较好的持续性;秋收作物生长期的干旱易发区呈现由东向西的转移趋势;农作物生长期内降水量和日照总时数是影响农作物生长期干旱的主要气象要素。(六)提出了贵州省干旱应对策略与措施结合干旱灾害对贵州省社会经济的影响和面临的挑战和困难,本文初步从四个方面提出了贵州省干旱的应对策略与措施。

关键词：贵州省干旱降水时空变化标准降水蒸散指数

基于SPI/SPEI指数与RRV指标的我国流域干旱预估研究

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基于SPI/SPEI指数与RRV指标的我国流域干旱预估研究

作者：曾鹏华东师范大学

学位级别：硕士

气候变暖将影响水文循环,降低降雨频次、增强地表蒸散发,加剧干旱。我国是东亚地区受旱灾影响最严重的国家之一,近年来,我国各地干旱频发,严重影响我国的社会和经济发展。气候变暖背景下日趋严重的干旱对我国水资源的开发利用提出严峻... 详细信息

气候变暖将影响水文循环,降低降雨频次、增强地表蒸散发,加剧干旱。我国是东亚地区受旱灾影响最严重的国家之一,近年来,我国各地干旱频发,严重影响我国的社会和经济发展。气候变暖背景下日趋严重的干旱对我国水资源的开发利用提出严峻考验。为了充分理解和管理我国的干旱,降低其对水资源的影响,有必要评估我国干旱现状和模拟预测未来干旱情况。论文以我国主要流域作为研究对象,评估我国未来的气候变化,分析未来潜在蒸散发的变化趋势及原因,揭示气候变暖对我国未来干旱的影响。论文主要工作及结论分为以下四个方面:(1)论文检测了我国2021-2050年气象变量的时空变化趋势。2021-2050年较1976-2005年气象变量比较结果表明:平均气温、最高气温、最低气温和降水在我国绝大多数地区增加,且增幅由东南沿海向西北内陆递增;太阳辐射在全国除在松花江流域北部外的其他区域增加;相对湿度、风速和大气压的变化幅度较小;RCP8.5情景下增幅通常高出RCP4.5。2021-2050年潜在蒸散发相关气象变量趋势检验结果表明:最高、最低气温在全国大部分地区呈显著增加趋势;风速在长江流域上游与西北内陆河流域和西南诸河流域交界处部分地区显著降低;相对湿度在淮河流域、西北内陆河流域以及长江流域中下游部分地区显著降低;太阳辐射在全国大部分地区显著增加;大气压在松花江流域部分区域显著增加,而在长江流域上游和西北内陆河流域南部地区显著降低;RCP8.5与RCP4.5下最低、最高温度和太阳辐射空间变化趋势大体相同,但风速、相对湿度和大气压存在区域性差异。(2)论文检测了我国2021-2050年潜在蒸散发的时空动态,分析了未来潜在蒸散发变化的原因。2021-2050年较1976-2005年潜在蒸散发比较结果表明:2021-2050年潜在蒸散发在全国均增加,在青藏高原南部、东北和华东地区显著增加;RCP8.5情景下的空间变化和RCP4.5类似,但增幅大于RCP4.5。2021-2050年潜在蒸散发趋势检验结果表明:RCP4.5和RCP8.5两个情景下我国潜在蒸散发均呈显著增加趋势,但松花江流域冬季潜在蒸散发呈降低趋势。2021-2050年潜在蒸散发敏感性分析结果显示:RCP4.5下我国大部分地区对最高温度最敏感,而南方西南诸河流域、长江流域、珠江流域和东南诸河流域部分地区以及松花江流域部分区域对太阳辐射最敏感;RCP8.5下全国大部分区域对太阳辐射最敏感;预测期潜在蒸散发上升归因于北方流域最高气温和南方流域太阳辐射的大幅增加,潜在蒸散发的显著上升趋势归因于最高气温、太阳辐射和最低气温三个主要影响因子也呈显著上升趋势。(3)论文分析了我国未来干旱的时空变化情况及气候变暖对我国干旱的影响。2021-2050年SPEI结果表明:我国绝大部分地区未来的干旱将加剧,干旱从沿海到西北内陆的趋势逐渐增加,其中西北内陆河流域和黄河流域的干燥趋势相对严重。2021-2050年干旱趋势检验结果表明:受气候变暖的影响,我国大部分区域未来将出现显著干燥趋势,且该趋势将由西南至东北一带向西北和东南地区转移。2021-2050年干旱特征研究结果表明:未来干旱事件的持续时间、频率和严重性从我国的东南部、东北部到西北部(特别是西北内陆河流域和西南诸河流域)逐渐增加,极端干旱事件更有可能在温度升高更多的区域(西北内陆河流域)发生。2021-2050年干旱特征的SOM-Kmeans聚类结果显示:未来我国干旱状况将以400毫米等降水量线为分界线,线西北部地区的干旱条件最为复杂和严峻,RCP8.5情景下的干旱情况比RCP4.5更为严峻。(4)论文探讨了不同干燥条件阈值下我国各流域健康状态空间分布及变化趋势,分析了气候变暖对我国各流域健康状态的影响。2021-2050年降水及其与蒸散发差值研究结果显示:降水由西北向东南沿海递增且未来30年在我国西部和北部部分区域显著增加,我国大部分区域将出现水分亏缺且未来30年呈显著增加趋势。2021-2050年我国各流域基于干旱的RRV空间格局及变化趋势结果显示:北方诸流域健康状态较差且将显著恶化,南方诸流域的健康状态总体较好;气候变暖恶化了全国各流域的健康状态,对西北内陆河流域和黄河流域影响尤为严重;RCP8.5下流域健康状态比RCP4.5下更差。不同阈值情景下RRV研究结果显示:普通干燥和异常干燥作为阈值的结果适合作为评判我国各流域未来健康状态的阈值,其中东北、华北和南方大部分地区适合高阈值,而西北和华北部分地区则适合低阈值。

关键词：潜在蒸散发干旱模拟 Sobol全局敏感性分析标准降水蒸散指数 SOM-Kmeans二阶聚类法可靠性-回弹性-脆弱性指标

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气候变化对滦河流域径流的影响

气候变化对滦河流域径流的影响

作者：王腾飞南京信息工程大学

学位级别：硕士

滦河是海河流域四大水系最北的一支水系,同时是华北地区第二大独立入海的河流,是海河地区水资源较充裕的地区,曾经承担着为环渤海地区津唐等地供水的重任,至今仍是这些地区重要的水源备用地,此外潘家口和大黑汀两大水利枢纽也是华北地... 详细信息

滦河是海河流域四大水系最北的一支水系,同时是华北地区第二大独立入海的河流,是海河地区水资源较充裕的地区,曾经承担着为环渤海地区津唐等地供水的重任,至今仍是这些地区重要的水源备用地,此外潘家口和大黑汀两大水利枢纽也是华北地区重要的电力供应基地和蓄洪调洪的重要水利设施。本文将利实测的气象和水文数据分析分析了滦河流域50年以来的气候变化和滦河干流径流变迁趋势,并采用标准降水蒸散指数(Standardized precipitation evapotranspiration index, SPEI)对滦河流域的干旱演变进行研究。然后利用分辨率为0.5。×0.5。的区域气候模式CCLM对流域未来30年的气候变化及干旱演变进行预估,最后利用气候模式输出数据驱动HBV水文模型,预估流域未来的径流变化趋势。文章的主要结论如下： (1)1961-2010年,滦河流域年平均气温8.59。C,变化倾向率为0.28。C/10a,呈显著上升趋势(显著性水平α=0.05),平均年降水量567mm,线性趋势为-18mm/10a,呈下降趋势,但不显著。空间分布上气温自西北向东南递增,降水也顺应增加,全流域整体趋向暖干化,下游更为显著。 (2)1961-2010年,滦河流域趋向干旱化,干旱事件的发生频次和强度均在1995年突变后显著增强;滦河流域干湿变化的主周期是14年。空间分布上,过去50年来滦河流域下游地区较上游更为干,干旱化趋势上下游地区更为显著(通过0.01显著性水平检验)。 (3)区域气候模式CCLM可以很好的模拟滦河流域气候变化的时空演变规律。利用CCLM输出的预估数据对滦河流域2011-2040年RCP4.5情景下的气候变化规律进行预估,滦河流域未来30年平均气温为9.5℃,年平均降水544mm;流域整体仍将呈现暖干化的趋势。空间分布上流域中游地区将成为暖干变化显著的地区。滦河流域未来30年的干湿演变过程呈现先湿后干的趋势。空间分布上,流域大部分地区将由湿变干旱。21世纪30年代中期后,滦河可能面临严峻的干旱问题挑战,干旱事件发生频次增加,严重程度增强。 (4)利用区域气候模式CCLM输出的数据驱动HBV水文模型。率定和验证的结果显示HBV模型对滦河干流的径流过程的模拟能力良好,其中对流域丰水期的模拟效果要优于枯水期。而Rcp4.5情景下,2011-2040年滦河干流变化趋势呈不显著减少。2037年是滦河干流年径流的突变年(突变显著性水平通过显著性水平a=0.05的显著性检验),径流减少的趋势愈加显著,正与滦河地区干旱突变年份相同。对年降水,年平均气温,年SPEI指数和年径流进行相关分析发现,滦河流域气候变化会显著影响流域的干湿演变;与年径流分别呈正负相关关系(相关不显著)。

关键词：滦河流域气候变化 CCLM区域气候模式标准降水蒸散指数 HBV水文模型

南方红壤区季节性干旱时空特征及其对作物生产的影响——以江西省为例

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南方红壤区季节性干旱时空特征及其对作物生产的影响——以江西省...

作者：陈自瑞华中农业大学

学位级别：硕士

干旱是中国主要的农业气象灾害之一,居各项灾害之首。我国南方红壤区降雨时空分配不均,少雨季节与强蒸发、高温时期叠合,易造成严重的伏旱、秋旱现象。此外,红壤质地粘重,有效水含量低,伏秋季节短历时暴雨多,坡面径流系数大,进一步加剧... 详细信息

干旱是中国主要的农业气象灾害之一,居各项灾害之首。我国南方红壤区降雨时空分配不均,少雨季节与强蒸发、高温时期叠合,易造成严重的伏旱、秋旱现象。此外,红壤质地粘重,有效水含量低,伏秋季节短历时暴雨多,坡面径流系数大,进一步加剧了该区域坡地干旱。近年来,全球气候变暖,极端天气事件增多,南方地区连续发生较严重的季节性干旱事件,对农业生产造成了严重影响,威胁我国的粮食安全。为了促进该区域旱灾防治和农业生产,本文基于江西省不同气象站点数据和不同行政区农业生产资料,从不同时间尺度的干旱频率,干旱范围,干旱强度和干旱变化趋势,全面客观分析评价该区域季节性干旱情况。本文选用标准化降水蒸散指数(the standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)作为干旱的评价标准,结合作物产量残差(SYRS)、Mann-Kendall理论、多元回归分析和相关性分析等方法,分析了江西省干旱时空格局演变特征;研究了干旱的主控因素;阐述了不同作物产量波动规律及其对干旱的时空响应。本文得出以下结论:(1)年尺度上,江西干旱频率从60年代开始到80年代呈下降趋势,90年代以后逐渐上升,并在21世纪初达到高峰值。季节尺度上,秋季干旱频率和中旱以上频率均最高,分别为32.3%和15.9%,江西西北部九江地区发生较频繁。整体上,春旱和秋旱有所增强,春季和秋季分别有75%和71%的站点呈干燥化趋势;夏旱和秋旱有所缓解,夏季和冬季分别有82%和96%的站点呈湿润化趋势。春季干燥化区域在江西北部较明显,秋季干燥化区域在赣州南部较明显。(2)江西发生全域性干旱的年份有7年,分别是1963年,1971年,1978年,1986年,2003年,2007年和2011年。20世纪60-70年代和21世纪以后干旱强度较高,20世纪80-90年代干旱强度较低。春旱发生全域性干旱5年,21世纪以来干旱强度最高为9.4;夏旱发生全域性干旱5年,20世纪80年代干旱强度最高为9.0;秋旱发生全域性干旱7年,20世纪90年代秋旱强度最高为11.8;冬旱发生全域性干旱8年,20世纪60年代冬旱强度最高为19.0。21世纪以来,春旱风险大幅增加。(3)从干旱成因来分析,降雨与相对湿度和SPEI呈显著正相关(P<0.05),而最高温度,最大风速与日照时数与干旱呈现明显负相关(P<0.05),在各次典型干旱事件中,降雨减少和温度升高均是主导因素。降雨量,相对湿润度与最大风速通过共线性诊断,可以与SPEI构建回归方程。降雨量对SPEI约占70%的正贡献,是最主要因素。(4)江西全省单产呈极显著增加趋势(R=0.63,P<0.01),线性增长为83.21kg/hm。但重大干旱发生导致粮食产量严重减小,江西省2003年出现了较大旱情,单产下降821.69 kg/hm。九江干旱频率较高,而抵御旱灾的能力较低,导致单产量波动最大。不同作物对干旱的敏感度有差异。一季中稻和双季晚稻生长季SPEI与作物产量残差(the standardized yield residuals series,SYRS)呈显著正相关(P<0.05),在7-8月份最敏感。表明7-8月干旱对产量影响最大。而双季早稻SPEI与SYRS主要为显著负相关(P<0.05),表明涝渍对双季早稻产量影响更大。综上所述,21世纪以来江西年尺度干旱程度在增加,春旱和秋旱频发。通过SPEI与SYRS明确了不同作物对干旱的响应。气候增温导致干旱增多,水稻面临的干旱威胁有增加的趋势。

关键词：季节性干旱标准降水蒸散指数作物产量残差成因分析时空响应

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川中丘陵区干旱多尺度长程相关性分析

西北水电 2018年第2期 9-15页

作者：詹存程龙卢锟明中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司西安710065

运用去趋势波动分析法(DFA)研究了川中丘陵区不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),揭示了该区不同时间尺度干旱指标的标度指数分布特征。结果表明:川中丘陵区及其站点各尺度的干旱指标标度指数总体均大于0.5,表现出了长程相关性,并... 详细信息

运用去趋势波动分析法(DFA)研究了川中丘陵区不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),揭示了该区不同时间尺度干旱指标的标度指数分布特征。结果表明:川中丘陵区及其站点各尺度的干旱指标标度指数总体均大于0.5,表现出了长程相关性,并且长程相关性随时间尺度的增大而增强。川中丘陵区不同尺度干旱指数的标度指数在空间上显示出从西南向东北逐渐递减的特征,其中宜宾和泸州是标度指数的高值区,高坪和遂宁是低值区。干旱指标标度指数在30.5°N^32.0°N出现了标度指数增大的现象,而在经向上标度指数总体随经度增加而降低。在与干旱有关的气象要素中,相对湿度和平均风速与SPEI表现出了一致性。该研究为揭示川中丘陵区不同尺度干旱的长程相关性和防旱减灾提供客观依据。

关键词：去趋势波动分析标准降水蒸散指数川中丘陵区长程相关性