基于贝叶斯框架下copula函数的干旱特征分析

以汾河流域为研究对象,基于SPI采用游处理论提取干旱特征,采用copula函数模拟干旱特征.结果表明:参数值为2.05的Gumbel copula为模拟汾河流域干旱历时和干旱烈度相依结构的最优copula函数;通过比较拟合效果,MCMC模拟参数估计的精度明显优于常用的局部优化方法;汾河流域秋冬季干旱频繁,年际变化呈现旱涝交替趋势,在研究期(1960—2010年)内共发生54次干旱事件,其中最严重的干旱事件重现期为90年一遇,该研究可为汾河流域的干旱预警机制提供参考.     

基于Copula函数的黑河流域干旱频率分析

【目的】构建二、三维干旱特征变量重现期的联合分布模型,对实际的干旱变量重现期范围进行估计,为旱情预报提供参考。【方法】采用4种对称和5种非对称的Archimedean Copula函数,构建黑河流域上游莺落峡、梨园站和正义峡3个水文站干旱历时、干旱烈度和干旱烈度峰值的二、三维联合分布模型;通过拟合度评价,选取Frank和Clayton Copula函数,对黑河流域的联合重现期和同现重现期进行计算,分析黑河流域重现期的空间演变规律。【结果】单变量的重现期理论值介于二、三维变量联合重现期与同现重现期之间;当单变量重现期理论值为5年时,采用干旱历时与干旱烈度的二维联合分布模型,推求的莺落峡、梨园站以及正义峡3个水文站的实际单变量重现期分别为4～7,2～6及4～7年。【结论】Copula函数能够较好地用于构建黑河流域干旱特征变量的重现期分布模型。     

基于Copula函数的3变量洪水频率研究

【目的】考虑洪峰、洪量和历时之间的相依关系,应用Archimedean Copula函数,探讨洪水3变量的联合概率分布和条件概率分布,为水利工程规划设计和风险评估提供依据。【方法】以陕北地区窟野河流域神木水文站48年的洪水资料为例,选择拟合效果好的Copula函数计算洪峰、洪量和历时的联合概率分布、条件概率分布,并绘制相应的条件重现期图。【结果】Gumbel-Hougaard Copula函数拟合洪峰、洪量和历时的联合概率分布效果较好;得到不同条件组合下洪水事件的条件概率分布和相应的条件重现期,同时得到确定条件下的重现期均小于超过该条件时的重现期。【结论】Copula函数全面考虑了洪水特征量之间的相依性,可用于洪峰、洪量和历时联合概率分布的计算。     

我国北方极端干旱风险分析

利用我国北方地区10个测站1951~2005年的地面气候资料日值数据,分析每年11月~次年3月份连续干旱的日数及日数出现的频率,研究用指数分布拟合连续干旱日数及其频率的分布的可行性;采用具有高精度优良特性的L-矩参数估计法估计Gumbel分布函数的参数,分析用Gumbel分布拟合10个测站45年(1956~2000年)的年最高连续干旱日数(极端干旱长度)分布的拟合效果,并运用K-S检验方法来探讨用Gumbel分布拟合我国北方地区年最高连续干旱日数分布的适用性,研究与Gumbel分布对应的各测站T年一遇的年最高连续干旱日数分布。结果表明,指数分布在拟合连续干旱日数和日数出现次数的分布特征具有较好的效果;Gumbel分布能较好地拟合年最高连续干旱日数的分布,且参数的L-矩估计法使Gumbel分布拟合极值的优度有很高的精度,同时在给定重现期条件下估计极值具有良好的效果;10个测站T年一遇的最高连续干旱日数均在一个多月以上,多个测站极端干旱可能发生的概率很大,极端干旱的风险性大。     

干旱胁迫对豌豆籽粒灌浆特征及产量的影响

采用盆栽试验方法,研究了干旱胁迫对豌豆籽粒灌浆特征及产量的影响.结果表明:不同干旱胁迫处理下豌豆籽粒干物质积累的动态变化均呈"S"型曲线,总体表现出"慢-快-慢"的趋势,各拟合方程相关系数均达极显著水平;不同时期、程度和历时的干旱胁迫均对豌豆各项灌浆参数产生不同程度的影响,重度长历时干旱胁迫对豌豆灌浆特征的影响最大,轻度长历时干旱胁迫次之,短历时干旱胁迫影响程度最小;苗期适度干旱胁迫可有效提高豌豆产量,花期干旱胁迫可导致豌豆产量降低;生产上可在苗期运用适度控水措施,花期则要保证水分供应充足.     

极限水文干旱历时概率分布解析法研究

【目的】研究P-Ⅲ分布和Markove过程年径流序列极限水文干旱历时概率分布随水文参数的变化规律。【方法】以泾河和北洛河为例,根据游程理论与随机变量极值理论,采用解析法与模拟法,应用MATLAB编程技术,求解一定时期内极限水文干旱历时的概率分布,探讨极限水文干旱历时概率分布和数学期望值随径流序列一阶自相关系数、偏态系数的变化规律。【结果】在一定时期内,极限水文干旱历时的发生概率和数学期望随一阶自相关系数、偏态系数的增加而增大,且一阶自相关系数对极限水文干旱历时概率分布影响较为显著;泾河和洛河发生连续11年干旱的重现期均为1 000年。【结论】该解析法模型具有计算量小、精度高的特点,可用于年降水序列表征的气候干旱概率分析。     

基于SDI的石羊河流域中游水文干旱特征研究

本文利用石羊河流域中游3条河流的3个水文代表站1961—2017年逐月实测的流量数据,采用标准化流量指数、游程理论来获得干旱事件的特征指标,研究了石羊河流域水文干旱历时、烈度、强度及水文干旱时序和频率演变特征。结果表明:近57年石羊河流域干旱历时、干旱烈度和干旱强度的变化不是很一致,石羊河流域中游干旱历时20世纪70年代最长,20世纪60年代最短;干旱烈度和强度都是20世纪90年代最强,最弱出现在20世纪80年代;从干旱时序分析,石羊河流域中游年SDI变化总体上表现为在波动中呈增加趋势,但增加幅度很小;从干旱频率分析,石羊河流域中游水文干旱发生的概率很高,年水文干旱发生的频率高于四季水文干旱发生的频率,四季水文干旱发生频率最高的是夏季。     

渭河流域气象干旱向农业干旱的传播研究

为探究渭河流域不同子流域和土地利用类型的气象、农业干旱传播规律,基于研究区1980—2014年的气象数据,使用标准化降水指数和标准化土壤湿度指数分别表征气象干旱和农业干旱,采用皮尔逊相关系数和de Martonne干燥度指数,评估气象和农业干旱的传播时间和响应关系,并通过游程理论提取气象干旱与农业干旱历时、烈度,同时利用 Copula 函数度量气象干旱到农业干旱的传播阈值和农业干旱风险特征。结果表明:1)渭河干流和泾河流域气象干旱向农业干旱的传播时间为3个月,北洛河流域的干旱传播时间为2个月;2)水热条件变化对干旱传播有一定影响,这种影响沿干燥度梯度呈分段变化;3)不同子流域和土地利用类型的抗旱性不同,其中各子流域的草地及泾河、北洛河流域的林地干旱传播阈值较小,易发农业干旱;4)各分区气象干旱传播到农业干旱后历时延长、烈度增大,泾河、北洛河流域耕地的扩大作用最强。本研究可为评估不同干旱类型之间的响应关系,构建流域干旱预警系统提供新思路。     

基于SPEI的河北省南部棉花生长季干旱特征分析

旨在为棉花干旱灾害的监测、预报预警及防御提供理论依据。利用河北省南部8个气象站点1962—2020年的逐月气温、降水量数据，采用标准化降水蒸散指数(SPEI)，通过回归分析、Mann-Kendall检验等方法，分析了河北省南部棉花生长季（4—10月）干旱变化特征。结果表明，河北南部棉花全生育期的干旱频率为25%，其中重旱以上发生频率为6.8%;播种期、苗期、蕾期、花铃期和吐絮期干旱频率分别为35.6%、30.5%、32.2%、30.5%和32.2%;苗期气候在1976年发生干湿变化突变，1976年后呈显著湿润化趋势;蕾期气候在1968年发生干湿突变，1968年后呈显著湿润化趋势;棉花花铃期气候1982年后呈干旱化趋势，变化趋势越来越显著;棉花吐絮期气候1989年后呈干旱化趋势;棉花全生育期气候1982年后呈现持续干旱化趋势。20世纪90年代以来，棉花苗期、蕾期气候呈湿润化趋势，花铃期呈干旱化趋势，作物品种培育和栽培技术措施改进应重视这种变化趋势。     

1998—2017年中国南北方地区森林火灾的时空特征

应用函数型数据分析方法,利用函数型泊松分布模型将林火数据拟合成光滑曲线;进一步运用函数型主成分分析(FPCA)提取主成分,结果表明:南北方地区森林火灾发生在2003—2012年,具有变动程度大、火灾发生情况不稳定等特点;但南方地区林火发生的波动程度较北方更加显著,其中,湖南省、贵州省、河南省分别在2002—2009年、1998—2002年和2009—2011年、2003—2010年3个时间段的林火特征最为显著,变化最大.在空间分布上,函数型聚类分析结果表明,南方地区和北方地区按林火严重程度可分别划分成4类和3类典型区域,且南方地区整体森林火灾形势较北方严峻,近几年林火发生出现反弹.     

近54年长治地区干旱分析

利用长治地区11个气象观测台站1960—2013年逐月降水资料,运用小波分析、突变分析、主分量分析等方法,对近54年来长治地区干旱事件的时空异常分布和变化特征等进行了综合分析。结果表明,近54年来长治地区降水的分布特征是东少西多,区域内干旱频繁;长子县是长治地区干旱发生最为频繁、也是近年来旱情趋于严重的地区。从长治降水变化的分布型来看,全区一致旱涝的分布型占主要地位,其所贡献的方差达总方差的70%以上。长治地区降水存在着年代际变化(周期为准4~14年)和年际变化(周期为准2~4年)2个显著的振荡特征;1972—2013年长治地区降水有逐渐减少的趋势,且从1972年开始可能出现了趋于明显减少的气候突变。     

武汉市城市化发展对气候变化影响研究

根据武汉市1966-2015年的气候数据资料及统计年鉴资料,使用线性趋势分析法、滑动平均法、MK和MTT突变检验法对武汉市50 a气候进行分析,选取5个城市化指标,建立城市化指数模型并与气象要素做相关拟合分析。结果表明,武汉市50 a的年平均气温、极端最高气温、极端最低气温呈上升趋势,相对湿度、日照时数呈下降趋势,降水量变化不显著;年平均气温、极端最低气温、相对湿度、日照时数突变年份分别为1983、1980、1994、1988年。城市化指数与年平均气温、极端最低气温呈显著正相关,与相对湿度、日照时数呈显著负相关,与极端最高气温和降水量无明显相关性。城市化指数与年平均气温拟合曲线的拟合程度较高,说明城市化发展对年平均气温影响较大。     

竞争对红松树木的干旱适应性及生长衰退影响

  目的  揭示竞争是否对红松干旱适应性及生长衰退存在影响,为森林管理提供科学依据。  方法  在小兴安岭南部天然林中取样,通过树木年轮学方法分析比较不同竞争强度的红松径向生长变化率和树木生长对极端干旱的适应性,采用的指标包括抵抗力（R_t）、恢复力（R_c）和恢复弹力（R_s）。  结果  小兴安岭南部地区红松树轮宽度指数和树木径向生长变化率反映出在1980—1990年、1990—2000年、2002—2017年期间树木发生了不同程度的生长衰退;不同竞争强度的红松发生生长衰退时间和强度存在差异,中、低竞争强度红松发生生长衰退的时间相对一致,在1990—2000年快速升温期间,高竞争强度的红松没有出现生长衰退,而低竞争强度的红松生长衰退最为严重,最低值达?40.28%;3组不同竞争强度的红松标准年表与上年6月至当年8月的帕尔默干旱指数（PDSI）基本呈正相关关系,高竞争指数组在上年9月至当年2月均达到显著水平（P < 0.05）。高竞争强度的红松对干旱的抵抗力和恢复弹力较弱,尤其在严重干旱年,竞争加剧了树木对干旱的敏感性,竞争指数越高（竞争压力越大）的红松对干旱的抵抗力和恢复弹力越弱;不同竞争强度下的红松对极端干旱的恢复力在2000年前快速升温期间均呈下降趋势,2000年左右伴随着升温减缓红松对干旱的恢复力出现反弹。  结论  未来极端干旱事件频率增加,红松可能面临更加严重的生长衰退。竞争影响树木对干旱的适应能力,高竞争强度下的树木对干旱更加敏感,适应能力更弱,但没有导致更加严重的生长衰退。进一步研究还需要结合时间和空间尺度上的深入分析,以应对气候变暖带来的不利影响。加强树木对干旱响应的相关研究,对森林管理与资源保护具有重要意义。      

气候变化对广西干旱灾害的影响

选取广西88个气象站1961～2009年气温、降水量、干旱指数和广西干旱受灾面积等资料,利用线性倾向计算、阶段性分析、相关分析等方法分析了广西气温、降水量和干旱的变化特征以及气候变化对干旱灾害的影响。结果表明,1961～2009年广西年平均气温和各季平均气温均呈上升趋势;年降水量略呈增加趋势,但年际、年代际变化大,各季降水量变化趋势不一致,春、秋季减少,冬、夏季增加。广西干旱指数、干旱受灾面积均呈上升趋势,特别是秋旱更为突出,20世纪80年代以来严重干旱灾害的频率明显增多。降水时间分布更加不均匀,少雨年的频率增多是干旱加重的主要原因,而气候变暖则加剧了干旱的影响。     

河南省冬小麦干旱指数特征分析及风险评估

为了研究干旱对河南省冬小麦产量形成的影响,准确评估干旱造成的危害程度。笔者利用河南省气候资料、冬小麦产量资料,商丘灌溉资料分析冬小麦完成各发育期的气象条件,利用Z指数等方法,讨论冬小麦干旱的时空分布特征,并对河南省冬小麦干旱风险区划。结果表明：（1）河南省冬小麦丰年和歉年降水条件东西部差异较大,当东部（西部）全生育期降水>263 mm (284 mm)时,降水条件有利于冬小麦生长和产量形成;（2）在时间分布上,1965—2014年河南省Z指数呈下降趋势,趋于干旱;空间上呈自西北向东南减少趋势;（3）河南省干旱风险呈自西向东逐渐减小的分布特征。     

基于SPI指数的满洲里市气象干旱特征分析及农牧业影响

本文利用1957-2020年共64年满洲里市气象局逐月降水资料。基于标准化降水指数(SPI),采用线性趋势分析、滑动平均等分析方法对满洲里市气象干旱进行特征分析。分析了满洲里市64年中干旱出现频率为29.69%,轻旱出现频率10.94%,中旱出现频率14.06%,重旱出现频率4.69%;干旱强度在-2.11至2.76之间,SPI值呈减小趋势,干旱强度呈增加趋势,变化率在-0.15/10年。通过春夏秋冬四个季节时间段的标准化降水指数分析显示春季和夏季出现干旱概率最高均为31.25%,特旱在春季出现频率最高为4.69%,重旱在冬季出现频率最高为7.81%,中旱在春季出现频率最高为21.88%。最终分析干旱对满洲里市农业和畜牧业的不利影响。     

基于Z指数的寿阳县干旱气候特征分析

利用寿阳县1961—2018年逐月降水资料，采用降水Z指数作为气象干旱等级指标，分析该地区的干旱变化特征。结果表明：近58年来，寿阳县年气候呈干旱化趋势，出现干旱16年，发生频率为27.6％，1997－2010年期间干旱发生频率最高，干旱程度最为严重；季节干旱中，春季有湿润化趋势可能，夏、秋、冬季呈不明显干旱化趋势；四季干旱发生频率，春季32.8％、夏季27.6％、秋季37.9％、冬季31.0％。春季干旱主要发生在1971－1982年期间，夏季干旱在1965－1974年、1980－1986年、1997－2001年期间旱情最严重，秋季干旱在1994－2010年和冬季干旱在1981－2002年为多发阶段。季节干旱，除冬季外，其它三季干旱都对当地农作物正常生长带来极为不利的影响。     

江苏奶牛热应激风险区划及其受气候变化的影响

【目的】 掌握气候变化背景下奶牛热应激发生规律,可为畜牧业优化布局、牧场智能管控、选址改造、效益提升等方面提供参考,有助于优化牧场生产管理,促进奶牛生态健康养殖。【方法】 以江苏省为例,利用1980—2020年全球大气再分析资料ERA5数据集,基于表征奶牛热应激程度的温湿指数(THI),构建风险度指数(RI),选择k均值聚类算法实现奶牛热应激风险区划,结合热应激发生强度、频率、起止时间、持续日数的特征开展区域评估;求算气候倾向率,分析不同风险区内奶牛热应激发生特征的变化趋势;基于累积温湿指数(CTHI),利用Mann-Kendall检验,判定不同风险区气候突变点,进而从逐日和逐小时两个时间尺度,分析气候变化对不同风险区内奶牛热应激发生特征的影响。【结果】 江苏奶牛热应激风险呈现“西南高东北低”的特征,低风险区主要包括淮北和江淮之间中东部地区,区域温湿指数均值为73.63,以轻度热应激发生为主;高风险区主要包括沿江苏南和江淮之间西部地区,区域温湿指数均值为75.12,轻、中度热应激发生频次相当。低、高风险区域中,热应激开始和结束时间均呈现提前和推后趋势,持续日数呈延长趋势（4.0 d/10a、4.2 d/10a);温湿指数值增加（0.2/10a);累积温湿指数分别增加301.2/10a和256.1/10a;轻度热应激发生频次均呈双峰型,主要发生在6月上旬至7月中旬和8月上旬至9月中旬;中度热应激发生频次均呈单峰型,主要发生在7月中旬至8月中旬;日热应激强度变化基本呈现“正弦”分布形态,高发时段集中在11:00-17:00。受气候变化影响,江苏全省奶牛热应激呈现明显增强趋势,至2010年达到小高峰,有一回落后呈稳步上升趋势,且超过显著性水平0.05临界线。低、高风险区域内,热应激高影响时段延长、发生频率增加、覆盖度提高且出现时间前移;日热应激高发时段开始时间提前1 h左右,高风险区热应激发生强度基本接近中等。【结论】 基于THI、RI和CTHI可以实现奶牛热应激风险区划评估及气候影响分析,确定奶牛热应激的高发区域和关键防控时段,把握其气候变化趋势。随气候变化,江苏奶牛热应激发生呈现“趋早、趋强、趋长、趋多”的特征,需积极应对。     

东北地区大风的气候变化特征及其对全球气候变暖的响应

利用东北地区1971-2006年43个气象台站大风、气温以及全球气温资料,采用线性趋势分析、滑动T检验和Yamamoto法、差值T检验等方法分析了东北地区大风的多时间尺度和空间的气候变化特点、变化趋势、突变特征及其与全球气温、东北地区气温变化的关系。结果表明,东北地区大风气候趋势为显著下降趋势,气候倾向率为-12.3 d/10 a,且在1988年发生了气候突变,由大风偏多期转为大风偏少期。东北地区大风与全球气温、东北地区气温变化呈相反的变化趋势,大风偏多期与冷期相对应,大风偏少期与暖期对应,东北地区大风由多转少与东北地区气温由低转高同步发生。