南四湖流域1964-2008年汛期降水时空演变规律

以南四湖流域24个雨量站1964-2008年的降水量资料为基础,采用经验正交函数(EOF)分解和线性趋势估计分析了汛期降水的空间分布特征,并借助Spearman秩次相关法、小波分析和Mann-Kendall突变检验等方法,对流域汛期降水的多尺度时间演变规律进行了研究,初步预测了其未来变化特征,以期为南四湖流域的防洪决策调度提供参考。结果表明:南四湖流域不同地区的汛期降水具有较明显的空间分布特征,而时间演变趋势大致相同,整体呈线性递增的趋势,2008年以后汛期降水将处于偏丰状态。     

湖南省资水流域极端降水量时空变异特征及重现期极端降水量的推算

【目的】为了解湖南省资水流域各国家气象站1960—2016年年最大日降水量、年最大过程降水量的时空变异特征。【方法】利用经验正交函数(EOF)分解、空间自相关分析、线性倾向估计法、Mann-Kendall检验、复Morlet小波变换等方法,并基于数理统计方法推算了一定重现期各站点极端降水量值。【结果】①资水流域极端降水量空间上存在"北多南少、西多东少"的特征,地处迎风坡的站点极端降水量值较大,盆地、背风坡处的站点极端降水量较小,极端降水量EOF分解特征向量主要存在3种典型模态,南—北型、西北—东南型和全局型;20世纪80年代后年最大日降水量空间上存在一定的集聚倾向,尤其是2000年后集聚趋势十分显著,表现为明显的两极分化特征,年最大过程降水量则表现出一定的空间负相关性;②流域平均极端降水量呈增加趋势,年最大日降水量气候增长率为2.8 mm/10 a,20世纪80年代后期—20世纪90年代初期是极端降水量突变阶段,空间自相关性和变化趋势均存在显著变化;上游地区极端降水量存在准周期变化规律,准周期为10 a左右;③50 a以上重现期极端降水量分布与极端降水量EOF分解特征向量分布形态高度一致;极端降水量大的站点,其极端降水量随重现期显著增加,极端降水量小的站点,其极端降水量随重现期增加变化不明显。【结论】近年来频发的厄尔尼诺现象与资水流域极端降水量时空变异特征关系密切,其中的具体关联有待进一步研究。     

湖南省资水流域极端降水量时空变异特征及重现期极端降水量的推算北大核心CSCD

【目的】为了解湖南省资水流域各国家气象站1960-2016年年最大日降水量、年最大过程降水量的时空变异特征。【方法】利用经验正交函数(EOF)分解、空间自相关分析、线性倾向估计法、Mann-Kendall检验、复Morlet小波变换等方法,并基于数理统计方法推算了一定重现期各站点极端降水量值。【结果】①资水流域极端降水量空间上存在"北多南少、西多东少"的特征,地处迎风坡的站点极端降水量值较大,盆地、背风坡处的站点极端降水量较小,极端降水量EOF分解特征向量主要存在3种典型模态,南-北型、西北-东南型和全局型;20世纪80年代后年最大日降水量空间上存在一定的集聚倾向,尤其是2000年后集聚趋势十分显著,表现为明显的两极分化特征,年最大过程降水量则表现出一定的空间负相关性;②流域平均极端降水量呈增加趋势,年最大日降水量气候增长率为2.8 mm/10 a,20世纪80年代后期-20世纪90年代初期是极端降水量突变阶段,空间自相关性和变化趋势均存在显著变化;上游地区极端降水量存在准周期变化规律,准周期为10 a左右;③50 a以上重现期极端降水量分布与极端降水量EOF分解特征向量分布形态高度一致;极端降水量大的站点,其极端降水量随重现期显著增加,极端降水量小的站点,其极端降水量随重现期增加变化不明显。【结论】近年来频发的厄尔尼诺现象与资水流域极端降水量时空变异特征关系密切,其中的具体关联有待进一步研究。     

黄土区农草混合利用坡面土壤水分空间变异性

通过对黄土区农草混合利用坡面的土壤水分分析,研究土地利用结构对土壤水分空间变异特性的影响。结果表明,研究区坡面土壤水分呈中等变异,且农草混合利用结构明显增加了土壤水分的空间变异强度,坡面土壤水分具有明显空间结构性。干湿条件下坡面0～60cm土层平均含水率的半方差最优理论模型分别为高斯模型和球状模型,且干旱条件较湿润条件下保持较高的基台值和变程,而块金值/基台值相对较低。Kriging插值结果显示坡面土壤水分呈现差异显著的斑块状分布格局,与坡面的混合土地利用结构一致。研究区浅层土壤水分空间变异及其分布格局主要受地形、降水和土地利用方式及其结构等因素的影响。     

基于全球卫星降水数据的暴雨时空分析方法研究

由于我国降雨时空分布极不均衡、空间分布范围较广和暴雨相对集中等特点,因此,如何快速准确地对大范围区域内的暴雨特性进行分析具有关键作用。结合最新在线运行的全球卫星降水数据(GPM IMERG),综合利用EOF方法、快速时段累积雨量提取和空间数据插值等方法,提出了一种基于卫星数据的暴雨分析方法;在湖北省范围内对数据进行适用性评价后,进一步开展了方法应用研究,其结果表明:(1)基于全球卫星降水数据(GPM IMERG)在湖北省范围内适用性良好,相关系数在日尺度上达到了0.759;(2)EOF(经验正交函数分解)分析方法所识别的关键模态对暴雨中心分布具有指示作用;(3)基于全球卫星降水数据(GPM IMERG)在快速时段累积雨量提取和空间数据插值法所得出的暴雨中心与EOF的某一个关键模态在暴雨空间上分布一致。本文提出的方法可为地面雨量站缺乏地区的暴雨分析提供理论基础和科技支撑。     

基于集对分析的华北地区气温、降水组合空间分布规律研究

区域气温、降水的空间组合分布特征对农业生产和资源利用具有重要影响。基于1960-2019年华北地区40个气象站逐日降水量和平均气温数据,采用标准化降水量指数(SPI)确定不同降水年型(涝年、正常、旱年),采用积温距平确定不同温度年型(高温、平温、低温),利用集对分析法分析华北地区60年间的气温、降水组合空间分布规律。结果显示:研究区高温年较多的站点低温年发生频次也较高,总体而言在中部地区高温年发生频次较低;涝年发生频次在研究区北部和东部地区较高,不同站点之间差异较高温年和低温年小,但同样空间分布无明显规律;温度和降水的联系度在空间上具有明显的由西南部地区向北部和沿海地区降低的趋势,产生的主要原因是北部和沿海地区高温干旱和低温洪涝这两种对立特征年型发生频率较高。研究结果对于了解研究区水热分布状况,指导防灾减灾、农业规划布局等具有一定的意义。     

逐日降水的随机模拟模型及其在黑龙江省的应用

在模拟逐日降水数据方面,近些年来的一种通用方法是联合应用一阶马尔科夫链和伽玛分布函数建立随机模拟模型,这种方法在国外很大的环境范围内被证明是有效的。为此,应用黑龙江省14个站点56年的实测降水数据,针对马尔科夫两状态转移概率和伽玛分布参数的不同来源,即统计分析实测降水数据直接获得和利用实测降水数据建立回归模型间接推求,分别模拟了各站点的1 000年逐日降水过程。结果表明:应用一阶马尔科夫链和伽玛分布函数可以很好地模拟黑龙江省14个站点的逐日降水过程,模型的模拟精度很高,证明了这种方法是有效的;但国外推求转移概率和伽玛分布参数的经验模型和长系列法在黑龙江省不完全适用,应用重新建立的回归模型推求的转移概率和伽玛分布参数模拟的逐日降水数据的精度同样很高。     

南疆干旱地区土壤盐分空间变异特征研究——以库尔勒三十一团为例

【目的】探明南疆干旱区土壤盐分空间分布特征和变异特征以及产生土壤盐分空间变异特征的原因。【方法】以库尔勒地区三十一团为例,采集该地区代表性的土壤样品,测试、分析了土壤样品不同土层的含盐量指标。【结果】①5个土层土壤含盐量均小于3 g/kg,均属于非盐化土;②5个土层土壤盐分的变异系数均属于中等变异性,其中0～20、40～60和80～100 cm接近于强变异性;③0～20 cm土层土壤盐分的半变异函数符合球状模型,20～40 cm土层土壤盐分的半变异函数符合指数模型,40～60、60～80和80～100 cm土层土壤盐分的半变异函数符合高斯模型;④研究区域土壤含盐量主要集中在1～3 g/kg之间,并且含盐量在2～3 g/kg土壤面积最大。【结论】研究区域土壤含盐量空间分布差异较大,各层土壤存在不同程度的盐渍化现象;土层的高盐分区主要集中分布在南北方向靠近沙漠、远离水库和地势较为低洼区域;垂直方向上,各层土壤含盐量差异不大。     

冬小麦降水年型与补水灌溉动态管理

以提高冬小麦的用水效率为目的 ,在分析冬小麦生育期降水变异规律及麦田耗水规律基础上 ,从应变管理决策的角度 ,根据阶段降雨与麦田耗水的关系确定了冬小麦的生育阶段降水年型指标。进一步确定了对应于不同年型的补水灌溉动态管理措施 :根据全生育期降水年型确定小麦补水总量 ;根据播前底墒年型确定播前造墒水量 ;根据播种 -拔节期降水年型确定春季第 1水补灌时间     

雅砻江流域降水时空变化特征分析

为研究雅砻江流域降水的季节和年变化趋势及周期的时空分布特征,利用1960—2018年雅砻江流域9个气象站点的年季平均降水量,采用Mann-Kendall(M-K)检验和小波分析对降水时间序列进行分析.结果表明:流域降水年、季空间分布不均匀,总体呈现出从西北向东南递增的趋势;1960—2018年流域年降水量呈增长趋势,春...     

河南省冬小麦各生育期水分亏缺的空间分布及降水量突变检验

为探明河南省冬小麦不同生育阶段缺水量情况,将其冬小麦生育阶段划分为生育前期(播种—三叶期)、分蘖—越冬期、返青—成熟期,根据河南省20个基准气象站点1951—2013年旬值气象资料,利用CROPWAT模型计算了冬小麦不同生育阶段有效降水量,用P-M公式计算了冬小麦需水量,进而得到了冬小麦缺水量;利用Arc GIS10.0绘制了有效降水量、需水量、缺水量空间分布图,并分析了其空间变异性;利用Mann-Kendall非参数秩次相关检验法分析了冬小麦各生育阶段降水量时间序列变化趋势。结果表明,(1)不同生育阶段有效降水量整体呈由东南向西北递减趋势,部分地区略高于周边地区;不同生育阶段冬小麦需水量整体呈由西北向东南递减趋势,分蘖—越冬期降水量分布无明显规律;不同生育阶段缺水量整体呈由西北向东南递减趋势,部分地区略低于周边地区;(2)冬小麦全生育期、生育前期、分蘖—越冬期、返青—成熟期多年平均有效降水量分别为201.80、25.04、45.91、130.85 mm,多年平均需水量分别为432.52、39.23、104.22、289.07 mm,多年分别平均缺水量分别为230.72、14.19、58.31、158.22 mm;(3)Mann-Kendall检验结果表明,冬小麦全生育期降水量随时间整体呈降低趋势;而生育前期降水量则整体呈升高趋势;分蘖—越冬期降水量整体呈降低趋势;返青—成熟期降水量整体呈降低趋势,期间各生育阶段降水量亦随UF曲线变化而变化。故河南省冬小麦返青—成熟期缺水量较多,西北部安阳、新乡等地缺水量严重,南部驻马店、信阳等地水分充足;除生育前期外,各生育期降水量随时间整体呈下降趋势。     

典型潮土区土壤耕层盐分含量的趋势效应研究

通过分析典型潮土区山东省禹城市100个土壤采样点2003年耕层土壤的盐分含量,研究得出了潮土区土壤耕层盐分含量的空间分布图,在地统计学和地理信息系统的支持下,分析了区域尺度土壤耕层含盐量的趋势效应,探讨了研究区土壤盐分含量的空间变异性特征。在对比分析研究区2003年和1980年第二次土壤普查土壤耕层盐分含量的空间变异性基础上,基于研究区近50年的气温和降水资料,分析了研究区盐分含量变化的原因,并总结了引起研究区土壤盐碱化的人为原因。     

区域需水量和缺水率的空间变异性

应用地统计学方法研究区域需水量和缺水率的空间变异性。以云南滇中地区2000水平年和2010水平年的需水量和缺水率为例,对它们进行了连续性处理。2个年份的需水量符合对数正态分布,而缺水率呈正态分布;它们的空间变异性都很大,结构性因素起主要作用,各向同性条件下的变异函数可用球状模型和指数模型描述;二者具有复杂的各向异性,糅合了几何异向性和带状异向性。2个水平年之间的需水量相关关系不随尺度变化,而缺水率之间的相关性在不同尺度上表现不同。应用协克里金法空间插值得到滇中地区2个水平年需水量和缺水率的空间分布格局,分析了它们的影响因素。     

土壤水盐信息与容重在垂直方向的空间结构性研究

通过对土样含水率和EC值的测定,运用地质统计学理论研究在垂直方向上土壤水盐的空间结构性及容重的变化情况。统计分析表明,水分的变异性小于盐分的变异性。容重在垂直方向上的离散性和空间变异性都很小。容重在距地表2.0 m深垂直剖面内的均值为1.48 g/cm3。运用OK法估计区域水盐信息,结果表明,试验田内的测点与微咸水试验田外的测点土壤含水率在垂直剖面上的分布,主要区别是干燥层位置明显下移,表层和底层含水率变化范围基本保持一致。试验田内的测点EC分布基本上从0~80 cm深度内为单调递减,80 cm以下EC值基本上为一常数。微咸水试验田外的测点,剖面上存在有明显的变化,在距地面约90 cm深度处有EC峰值。土壤容重在80 cm以下深度土层基本上稳定,大约在1.45 g/cm3左右。与统计分析均值计算结果1.48 g/cm3非常接近。     

河南省冬小麦种植面积遥感监测及其时空特征研究

【目的】准确实现河南省冬小麦种植面积的遥感提取,并探索河南省冬小麦种植面积的变化过程。【方法】将遥感监测与统计数据结合,以多时相MODIS遥感影像作为数据源,分析制定了冬小麦信息的提取规则,利用统计数据辅助确定规则中的阈值选取,以减少阈值选取的主观性,提取出河南省2004—2013年冬小麦种植面积,并分析了河南省2004—2013年冬小麦种植面积的时空变化。【结果】遥感监测结果与各地市统计值具有较高的相关性(R2=0.938 5),在平原地区具有较高的精度,监测精度为89.5%,而在受到地形等因素影响的地区,冬小麦种植面积的分布相对破碎,监测精度具有较大误差,个别地区甚至不足50%。从空间上看,河南省冬小麦种植面积的空间分布总体较为集中,主要分布在河南中东部的黄河平原和淮河平原地区和豫西南的南阳盆地地区。从时间上看,河南省冬小麦种植区域总体变化较小,种植年份较为稳定的区域主要分布于豫东平原地区,累积种植年数显著增加地区主要分布于南阳盆地地区,累积种植年数显著减少地区的分布较为分散,无明显的分布趋势。【结论】基于遥感和统计数据相结合的方法可准确监测平原区冬小麦种植面积,河南省冬小麦种植面积的时空变化均较为稳定,为保障我国粮食安全发挥着重要作用。     

节水灌溉下不同氮肥施加对稻米品质变异性的影响

为探讨黑土区不同氮肥施加对稻米品质及变异性影响,在节水灌溉条件下以0、60、85、110、135、160 kg/hm~2氮肥处理的典型黑土区水稻生长基质为例,采用水稻成熟期蛋白质含量、直链淀粉含量、垩白度3个主要品质指标田间系统采样数据为研究对象,运用地统计学原理探讨了水稻3个品质指标的变异性,并建立了半变异函数模型。结果表明:不同施氮量不仅能够促进稻米品质的改善,而且可以改变田间区域内稻米品质的变异性,除垩白度和不施氮肥处理的蛋白质含量属中等变异外,其他处理下的水稻3个品质指标均属于弱变异。3个指标中直链淀粉含量正相关范围最大,大于蛋白质含量和垩白度正相关范围,表明黑土区不同氮肥管理对直链淀粉含量变异结构影响最大。同时随着施氮量的增加,土壤中硝态氮和铵态氮呈先增加后减小的变化趋势,不同施氮量土壤硝态氮和铵态氮含量的变化与稻米品质变异强度的顺序恰好相反,由大到小为WS0、WS60、WS85、WS160、WS135、WS110,通过相关性分析得出硝态氮对稻米品质变异性起主导作用,表明不同氮肥的施加可以通过改变土壤中硝态氮和铵态氮的含量进而对稻米品质变异性有一定的影响。综合来看最佳氮肥施用量为110 kg/hm~2,水稻3个品质指标及其生长基质均具有较好的区域化特征和空间结构。同时引入地统计学理论不仅弥补了经典统计分析的不足,而且可为水肥—土壤—作物系统信息进行空间结构和定量化研究提供理论依据。     

河南省冬小麦年均需水量空间插值研究

解决冬小麦的需水信息通常采用水量的空间插值方法,而在众多空间插值方法中,没有绝对最优的空间插值方法,只有特定条件下的最优方法。对河南省的25个灌溉站点的冬小麦年均需水量数据,采用4种空间插值方法对各站点冬小麦年均需水量进行研究,综合分析得到,4种插值方法都能很好地反映25个站点的冬小麦年均需水量,无明显的系统误差,比较而言,整体多项式插值法最优。     

GIS技术支持下岩溶区植被指数的Kriging估计

研究如何修复扫描行校正器SLC故障造成的数据坏行区域植被指数信息缺失问题,对全面掌握区域植被指数空间变异有重要的意义。以湖南省慈利县石漠化严重的区域为例,利用遥感图像处理软件ENVI（Environment for Visualizing Images）提取研究区域植被指数。在GIS技术支持下,利用地统计学的方法对坏行区域的植被指数进行了Kriging估计。结果表明,植被指数主要受内在因子的作用,具有强烈的空间自相关性,自相关距离达到501 m;Kriging估计结果表明,植被指数在空间分布表现为条带状和斑块状分布,植被指数较高的区域主要分布在研究区的中南部。Kriging插值验证表明利用地统计学的方法很好地估计了遥感影像坏行区域植被指数的“缺失”信息,提高了ETM+SLC off数据的利用率,为岩溶石漠化评估提供参考。      

黄土高原南北样带不同土层土壤容重变异分析与模拟

为探明黄土高原南北样带土壤容重空间分布特征,为土壤水文过程模拟与预测提供水力参数,采用经典统计学方法,分析了样带不同土层深度(0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm)土壤容重的空间变异特征,并用多元逐步回归、传递函数方程和一阶自回归状态空间模型方法分别对土壤容重的空间分布进行了模拟。结果表明:样带0~20 cm深度土壤容重的变异为中等程度变异,20~40 cm为弱变异。状态空间方程转换系数表明,不同土层深度土壤容重的影响因素不同,0~10 cm主要为有机碳含量、黏粒和砂粒体积分数,10~20 cm为有机碳含量、黏粒和砂粒体积分数和降水量,20~40 cm为黏粒和砂粒体积分数、降水量和土地利用。状态空间模型的模拟效果均优于经典统计的多元逐步回归方程和传递函数方程,基于黏粒和砂粒体积分数、降水量和土地利用的状态空间模型可以解释样带20~40 cm容重92.3%的变异。一阶自回归状态空间模型可用于田间条件下土壤容重分布特征的预测。     

基于Prophet模型的湖北省月降水量预测

为提高降水量的预测精度,建立了基于Prophet算法的降水量时序预测模型.使用湖北省1960年1月-2006年5月的月降水量资料,对2006年6月-2017年12月共139个月的月降水量进行预测,并与传统的SVR、BP以及ARIMA预测模型进行对比,以探讨该模型在降水量预测中的可行性.实验结果表明:在湖北省各站点降水量...