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变化环境下无定河流域水文干旱演变规律及驱动机制分析

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变化环境下无定河流域水文干旱演变规律及驱动机制分析

作者：王文亚西北农林科技大学

学位级别：硕士

在人口不断增长、经济快速发展以及全球气候变化异常的大背景下,无定河流域洪涝、干旱等水文极端事件发生的频率及其影响范围均呈上升态势,干旱规律发生变化,部分河流甚至出现断流现象。因此研究变化环境下无定河流域水文干旱的演变规律... 详细信息

在人口不断增长、经济快速发展以及全球气候变化异常的大背景下,无定河流域洪涝、干旱等水文极端事件发生的频率及其影响范围均呈上升态势,干旱规律发生变化,部分河流甚至出现断流现象。因此研究变化环境下无定河流域水文干旱的演变规律,弄清水文干旱的驱动机制,不仅可以满足社会经济生产实践的要求,而且对于水文干旱的预测及水资源规划管理具有重要意义。本文以无定河流域为研究区,利用流域内1956010年的水文气象序列,系统分析了无定河流域降水量、蒸发量、径流量的变化规律;选取标准化流量指数(SDI)为水文干旱指标、划分干旱等级,并以此为基础剖析了无定河流域的水文干旱演变规律;以径流量变化的驱动机制为基础,研究了气候变化与人类活动对水文干旱的贡献程度。主要结论如下:(1)水文要素演变特征降水量总体呈现不显著减少趋势。通过有序聚类法和Lee-Heghinian跳跃诊断法判断降水量在1964年发生突变,但是经游程理论检验,该突变点不具有显著性,说明研究时段降水量并不存在突变点。通过周期性分析发现,无定河流域降水量序列主要存在着3年、75年、130年、150年以及238年的时间尺度的周期,主要周期是3年和16年。蒸发量总体呈现不显著减少趋势。通过有序聚类法和Lee-Heghinian跳跃诊断法判断蒸发量在2001年发生突变,经游程理论检验,该突变点具有显著性,说明蒸发量在2001年发生突变。通过周期性分析发现,无定河流域蒸发量序列主要存在着5年、85年、83年、150年以及250的时间尺度的周期,主要周期为10年和27年。径流深总体呈现显著减少趋势。通过有序聚类法和Lee-Heghinian跳跃诊断法判断径流深在各站点发生突变的时间不一致,但均集中在1970年、1971年,经游程理论检验,两个突变点均具有显著性,说明径流深在1970971年发生突变。通过周期性分析发现,无定河流域径流深序列主要存在着3年、75年、100年、150年以及155年的时间尺度的周期,主要周期是10年、18年和20年。(2)水文干旱演变特征从干旱历时、干旱烈度分析,无定河流域以1971年分割点,出现了较为明显的变化。在1971年以前,干旱历时主要集中在0月,干旱烈度小于2;1971年以后,干旱历时有加长的趋势,集中在82月,最大时连续36个月均达到轻度干旱,发生在2003005年,干旱烈度也呈加重的趋势,最严重时干旱烈度达到17.8,发生在2006年。从干旱时序分析,无定河流域的径流量总体呈现下降的趋势。1971年以前,径流量的振幅较大,1971年以后,振幅变小,振动周期是先长后短再加长的过程。从干旱频率分析,不同时间尺度上不同干旱等级发生的频率稍有不同。总体而言,1956010年间,重旱、特旱在无定河流域发生的频率较低,各站点各个时间尺度上无旱、轻旱的累积发生频率可以达到800%。(3)水文干旱驱动机制分析降水量与区域水文干旱指数总体变化趋势一致,呈正相关关系,即当降水量越大时,水文干旱指数越大,水文干旱发生的可能性越小。在无定河流域,降水是补给河道径流量的主要来源,当遇到极端天气时,由于降水量严重偏少,造成地表径流减小,河道断流或地下水位降低,导致水文干旱的发生。蒸发量与区域水文干旱指数呈负相关关系,即当蒸发量越大时,水文干旱指数越小,发生水文干旱的可能性越大。在无定河流域,蒸发是河道径流量的一大支出项,当降水量处于平均水平时,蒸发量加大,会使得地表径流减小、地下水位降低,导致水文干旱的发生。从驱动机制来看,人类活动的影响程度为81.6%,而气候变化的影响程度仅为18.4%,因此人类活动是径流量减少的主要驱动因素。又由于径流量是水文干旱的反映因子,径流量的变化在一定意义上可以反映水文干旱,所以在无定河流域人类活动对水文干旱的形成有着不可小觑的影响力。

关键词：标准化流量指数水文干旱干旱规律干旱驱动机制

基于Copula理论的辽宁省气象干旱时空变化规律研究

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基于Copula理论的辽宁省气象干旱时空变化规律研究

作者：吴佳钰沈阳农业大学

学位级别：硕士

干旱是辽宁地区主要气象灾害之一,干旱的发生严重影响当地农业发展。本研究基于辽宁地区25个气象站点1980-2020年逐日气象资料,采用标准化降水指数(SPI);标准化降水蒸散指数(SPEI);蒸发需求干旱指数(EDDI);联合干旱指数(CJDI)4种干旱指... 详细信息

干旱是辽宁地区主要气象灾害之一,干旱的发生严重影响当地农业发展。本研究基于辽宁地区25个气象站点1980-2020年逐日气象资料,采用标准化降水指数(SPI);标准化降水蒸散指数(SPEI);蒸发需求干旱指数(EDDI);联合干旱指数(CJDI)4种干旱指数,分析不同干旱指数的干旱频率、干旱周期性、趋势性和突变性,提取得到相应干旱历时和干旱强度,确定相应的边缘分布函数,引入Copula函数建立辽宁地区的干旱历时和干旱强度联合模型,计算联合重现期和同现重现期,研究分析辽宁干旱演变特征,为区域干旱预测和防控提供理论支撑,主要研究结果如下:(1)4种干旱指数对辽宁干旱事件的响应略有不同,SPI在降水正常下,由蒸发旺盛导致的干旱不能很好的被监测;EDDI在降水不足时不能很好识别到干旱的发生;SPEI表现优于SPI,但仍主要受降水影响;CJDI具有良好适用性,即使在SPI和EDDI任一显示干旱时都可以监测到干旱的发生。(2)4种指数的干旱发生概率中,CJDI明显大于其他3种干旱指数;各级干旱发生概率为轻旱>中旱>重旱>特旱,越严重的干旱等级发生概率越低;CJDI、EDDI显示秋季发生干旱概率高,SPI、SPEI秋季发生干旱概率低。(3)在干旱规律研究方面,SPI、SPEI和CJDI年尺度突变点为2000年,表明辽宁由湿润突变为干旱状态;4种干旱指数在趋势性上均未能达到显著性水平。分区域看,辽南春季干旱显著下降的趋势。干旱周期性规律上,除冬季以外,辽宁省季尺度和年尺度上的干旱均表现明显的周期性,CJDI和EDDI指标四季和全年均以30年尺度为第一主周期;而SPEI和SPI在夏季以15年尺度为第一主周期,在其余季节和年以30年尺度为第一主周期。(4)使用游程理论提取4种干旱指数的干旱历时和干旱强度,两指标的趋势性分析表明,二者均呈线性增加趋势,4种指数均显示,辽宁的干旱历时和干旱强度峰值被不断突破,因此应防范极端干旱情况出现。(5)在干旱特征变量边缘分布的描述上,gev更适合拟合辽宁的干旱强度,logn和gev适合拟合辽宁干旱历时;Gumbel Copula和Frank Copula相对更适合用来拟合辽宁的干旱历时和干旱强度。(6)单变量重现期、联合重现期和同现重现期长度不一致,表现为联合重现期干旱指数的重现期中CJDI的联合和同现重现期最短,SPI最长,其次是SPEI,CJDI能够综合降水和蒸发两重信息所示干旱,相对于单一指标的干旱指数,对干旱的识别更灵敏,导致CJDI所示干旱的重现期短于其他指数。

关键词：标准化降水指数标准化降水蒸散指数蒸发需求干旱指数联合干旱指数干旱规律

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陕西农业综合发展中的干旱基本规律研究

中国农业资源与区划 1996年第5期 24-27页

作者：彭珂珊中国科学院水利部西北水土保持研究所

分析了干旱给陕西农业发展带来的威胁和损失，总结了干旱的基本规律和干旱形成的主要原因，进而提出了相应的对策。

关键词：陕西农业综合发展干旱规律抗旱对策

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朝阳地区干旱周期与演变规律研究

安徽农业科学 2013年第10期41卷 4376-4378,4380页

作者：张丹辽宁省水利水电科学研究院辽宁沈阳110003

基于SPI标准化降水指标能反映干旱时间和空间分布特征的优点,将其作为干旱规律和周期的分析指标,然后利用功率谱分析法,对朝阳地区的干旱周期和干旱规律进行了研究。结果表明,朝阳地区是个旱情频发的区域,除极易发生轻旱外,还易发生中... 详细信息

基于SPI标准化降水指标能反映干旱时间和空间分布特征的优点,将其作为干旱规律和周期的分析指标,然后利用功率谱分析法,对朝阳地区的干旱周期和干旱规律进行了研究。结果表明,朝阳地区是个旱情频发的区域,除极易发生轻旱外,还易发生中旱和特旱,秋冬季节会经常发生特旱,这为来年春天的播种带来困难;同时,朝阳地区旱涝呈现5～10年的周期性波动,具有一定的规律性和周期性。

关键词： SPI指标干旱规律干旱周期

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陕西农业综合发展中的干旱基本规律研究

甘肃环境研究与监测 1996年第2期9卷 49-52页

作者：彭珂珊中国科学院水利部西北水土保持研究所

分析了干旱给陕西农业发展带来的威胁和损失，总结了干旱的基本规律和干旱形成的主要原因。

关键词：陕西农业综合发展干旱规律抗旱对策

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湖北省干旱发生规律与对策研究

湖北省干旱发生规律与对策研究

湖北省农学会第五次会员代表大会

作者：敖立万吴强匡玉芳倪国裕湖北省农业科学院湖北省科技厅湖北省气候科学研究所

湖北省干旱在时空分布上,四季都有发生,以伏秋干旱次数最多,时间最长,面积最大,危害最重。在地域分布上可划分为:鄂东北及鄂中丘陵重旱区,大、中旱3年2遇;鄂西北重春旱区,全年降雨量少,春季尤甚,中等以上春旱2年1遇;鄂东南旱区,中等以... 详细信息

湖北省干旱在时空分布上,四季都有发生,以伏秋干旱次数最多,时间最长,面积最大,危害最重。在地域分布上可划分为:鄂东北及鄂中丘陵重旱区,大、中旱3年2遇;鄂西北重春旱区,全年降雨量少,春季尤甚,中等以上春旱2年1遇;鄂东南旱区,中等以上干旱2-3年1遇;江汉平原耐旱区地下水位高,有旱难成灾;鄂西南轻旱区。在防御对策上,要加强农田基本建设,退耕还林,深耕改土,提高土壤抗旱能力;因地制宜采用避旱措施,如调整种植结构,选用抗旱品种和节水种植方法等,在此基础上抓好节水抗旱措施。

关键词：干旱规律湖北省避旱措施抗旱节水措施

来源： cnki会议评论

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干旱对阜新粮食产量的影响研究

灾害学 2019年第1期34卷 139-144页

作者：马晓刚李凝周斌李辑孙可刘继左壮阜新市气象局辽宁阜新123000 辽宁省气象科学研究所辽宁沈阳110116

利用2000-2017年阜新地区旱情、降水量和粮食产量等相关资料,对阜新农作物生长季干旱与粮食产量关系进行了分析和研究。得出的结论是:阜新农业干旱存在大小周期。其中,小周期有3年、6年,大周期15年。干旱年多呈连续性,最多连续干旱4～5... 详细信息

利用2000-2017年阜新地区旱情、降水量和粮食产量等相关资料,对阜新农作物生长季干旱与粮食产量关系进行了分析和研究。得出的结论是:阜新农业干旱存在大小周期。其中,小周期有3年、6年,大周期15年。干旱年多呈连续性,最多连续干旱4～5年,出现在大周期;最少连续干旱1～2年,出现在小周期。春、夏、秋各季重特大干旱几率比为3:4:3。重特大干旱、中轻旱、不旱的几率比为7∶2∶1。春、夏、秋三季连续重特大干旱、二季重特大干旱、一季重特大干旱之间的几率比为1. 7∶2. 5∶5. 8。中轻度干旱年,粮食年景为8～10成年;一季重特大干旱年,粮食年景为6～7成年;二季重特大干旱年,粮食年景为5～6成年;三季重特大干旱年,粮食年景为2～3成年。阜新粮食总产量与全市各乡镇3～10月平均降水量相关性最好,相关系数为0. 814;玉米平均单产与全市各乡镇6～8月平均降水量相关性最好,相关系数为0. 836。阜新生长季降水量对粮食总产量的平均贡献率为0. 088亿kg/mm。

关键词：干旱规律粮食产量年景评估辽宁阜新

海河平原气象干旱时空变化及其对植被覆盖度的影响

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海河平原气象干旱时空变化及其对植被覆盖度的影响

作者：石瑞强沈阳农业大学

学位级别：硕士

干旱是造成我国经济社会、农业生产损失最大自然灾害之一,对区域干旱的研究可为当地的经济发展、生态环境建设等提供重要决策,而海河平原是我国每年发生干旱次数最多的区域,也是我国北方重要的粮食生产基地,所以对海河平原干旱的研究具... 详细信息

干旱是造成我国经济社会、农业生产损失最大自然灾害之一,对区域干旱的研究可为当地的经济发展、生态环境建设等提供重要决策,而海河平原是我国每年发生干旱次数最多的区域,也是我国北方重要的粮食生产基地,所以对海河平原干旱的研究具有重要意义。本文基于海河平原20个气象站1955-2017年的逐日降水资料,计算不同时间尺度的标准化降水指数（SPI）,对海河平原63a气象干旱的时空变化规律进行了分析;之后利用海河平原2007-2017年的增强型植被指数（EVI）数据,分析了海河平原近10a植被覆盖程度的空间特征;最后将SPI与EVI相结合,揭示了海河平原气象干旱对植被覆盖度的影响规律,并选取典型区域探讨了植被覆盖度对干旱和灌溉的响应,主要结论如下:（1）海河平原干旱频率主要集中在[0.28,0.31]间,呈现轻旱高频、重旱低频的特点;春旱发生频率最高,冬旱频率最低;夏季地区间及年际间差异最大,小麦生育期干旱发生概率高于玉米,但玉米生育期干旱的年际和地区间差异较大。（2）由Mann-Kendall突变检验和小波分析得知,海河平原63a内干旱发生了7次突变,最后一次突变为干旱,且呈上升趋势,年际干旱具有明显的周期性;四季干旱均发生了不同数量的突变,其中春、秋季突变为湿润,干旱呈下降趋势,而夏、冬季突变为干旱,干旱呈上升趋势,四季中干旱也具有很明显的周期性,长时间序列上仍会持续干旱。（3）基于20站63a的SPI云模型的特征值显示,研究区干旱年干旱发生的均匀性和稳定性相对较强,湿润年份的干旱发生的均匀性及稳定性较弱;且海河平原SPI指数年际间的离散性和不稳定性大于各站点间离散性和不稳定性。（4）由2007-2017年间的EVI可知,海河平原月尺度EVI值基本在[0.13,0.69]之间;季尺度EVI值具有明显的季节性差异,表现为夏＞春＞秋＞冬季,春、秋和冬季的EVI有明显的增长趋势,而夏季的EVI有明显的下降趋势;年尺度上海河平原EVI值呈明显的上升趋势,说明整体上海河平原植被有逐渐变好的趋势,主要为农作物覆盖。（5）由海河平原SPI与EVI的相关性空间分布可知,在四季上,夏、秋季的EVI与SPI整体呈正相关,即干旱程度越小植被越茂盛,但冬、春季,大部分区域两者之间表现为负相关关系,可能是因为此时植被覆盖度主要由冬小麦来决定,干旱发生时,人为对小麦田的灌溉仍能保持区域的覆盖度较高所致。（6）通过对海河平原不同时间尺度的EVI与SPI的协同互动性进行分析,可知海河平原在短时间尺度上,SPI与EVI呈现正相关关系,但随着时间尺度的延长,干旱对植被覆盖度的影响也随之减弱。因此,评价海河平原干旱时,宜采用不超过3个月时间尺度的SPI。（7）通过对典型区域的植被覆盖度对干旱和灌溉的响应程度影响研究,可以发现,典型区域在春季和夏季时,植被覆盖度对干旱与灌溉的响应程度均不显著,而在秋季,石家庄市植被覆盖度对灌溉的响应程度不显著,但对干旱的响应程度显著,且随着干旱的发生,植被覆盖度先减小后增大。

关键词：海河平原标准化降水指数增强型植被指数干旱规律植被干旱响应

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黄土高原农业水资源有效管理技术研究

西北水资源与水工程 2002年第4期13卷 32-37页

作者：尚虎君西北农林科技大学农业水土工程研究所陕西杨凌712100

通过对黄土高原农业水资源状况及干旱发生规律的分析 ,认为黄土高原主要作物生长需水关键期恰好处于土壤水分的低值槽期 ,降水的高峰值又和土壤水分蒸发期同步 ,加之土壤水分变化幅度较大 ,贮水效率低 ,表现出土壤水分稳定性亏缺的常住... 详细信息

通过对黄土高原农业水资源状况及干旱发生规律的分析 ,认为黄土高原主要作物生长需水关键期恰好处于土壤水分的低值槽期 ,降水的高峰值又和土壤水分蒸发期同步 ,加之土壤水分变化幅度较大 ,贮水效率低 ,表现出土壤水分稳定性亏缺的常住性。黄土高原农田水分供需状况因作物种类和地区分布不同而异。通过大量的调查。

关键词：黄土高原农业水资源干旱规律