基于TRMM遥感数据的旱涝时空特征分析

基于光学遥感数据反演的植被指数和地表温度进行旱涝灾害监测在时间上具有滞后性,降水数据可以更加及时直观地反映地表干湿状态的变化,目前旱涝灾害监测应用地面点上降水观测站点的数据较多,热带降雨测量卫星(TRMM)被动微波遥感为大面积进行旱涝灾害监测提供了可能。利用江苏省1998年1月—2014年3月的TRMM 3B43月降水资料,采用尺度为12的标准化降水指数(SPI12),分析江苏省旱涝时空特征变化规律。分析结果表明:江苏省16年来发生旱涝灾害的几率为34.08%,其中发生旱灾的几率(16.74%)与发生涝灾的几率(17.34%)相接近;江苏省一年四季都易受到旱涝灾害的影响且旱灾与涝灾具有交替出现的特点;1999—2014年间多次出现较严重的旱涝灾害,且江苏中部地区更易受到旱涝灾害的影响。     

近60年叶尔羌河流域干旱演变特征分析

旱涝灾害是制约叶尔羌河流域经济发展的重要因素,为预测研究区旱涝灾害变化趋势,本文选取1951—2015年叶尔羌河流域4个气象站的逐月降水量数据,利用标准化降水指数和小波分析方法,分析近60年来研究区旱涝演变特征.结果表明:该区旱涝事件发生频率高,不同时间尺度旱涝事件发生的平均频率为42.6%;在年代际尺度上,20世纪70年代干旱事件发生的频率最高,为25.2%;其次是2001—2015年,频率为22.7%,90年代洪涝事件发生的频率最高,为31%;研究区旱涝变化有4个特征时间尺度,分别为4年、10年、25年和31年,预测未来几年降水仍然偏多.     

云南降水的5个统计指标及其空间分布

利用云南29个气象站1960-2014年的日降水数据,计算集中指数(Concentration Index,CI)、降水集中指数(Precipitation Concentration Index,PCI)、降水集中度(Precipitation Concentration Degree,PCD)、降水集中期(Precipitation Concentration Period,PCP)、变差系数(Coefficient of Variation,CV)5个统计指标,分析了各指标之间的关系,并讨论了各指标的空间分布。结果表明:(1)CI介于0.62~0.71之间,平均为0.67,日降水高度集中。CI与年降水量、降水日数的相关系数分别为-0.50、-0.93,具有显著的负相关关系(α=0.05),年降水量和降水日数较少的地区,CI较大。CI与经度的相关系数为0.64,具有显著的正相关关系(α=0.05)。(2)PCI介于11.95~21.48之间,其中,3%的站点降水高度集中,52%的站点降水集中,45%的站点降水中度集中。PCD介于0.30~0.74之间,滇西北和滇东南地区的PCD较小。PCP的分析结果表明,云南降水主要集中在7、8月份。(3)CI和PCI、PCD分别关注降水的等级分布和集中程度,PCP则关注集中的时间段。PCI与PCD的空间分布情况基本上是一致的,且二者的相关系数为0.90,具有显著的正相关关系(α=0.05),故二者在一定程度上可以相互替换。采用CI、PCI和PCP 3种指标可以较好地描述降水的年内等级分布、集中程度和集中时段。(4)CV介于0.11~0.21之间,降水的年际变化随着纬度的减小、年降水量的增多呈减小的趋势,相关系数分别为0.39、-0.74;而年降水量随着海拔和纬度的升高呈下降的趋势,相关系数分别为-0.45、-0.53。     

太子河流域降水及旱涝时空演变特征分析

为研究太子河流域降水及旱涝演变特征,依据太子河流域19个雨量站1956-2006年逐日降雨资料,采用数理统计结合GIS空间分析技术,引入了降水距平百分率Pa、标准化降水指数SPI、长周期旱涝急转指数LDFAI等指标进行分析。结果表明,太子河流域降水量呈现非显著下降趋势,线性倾向率为-12.96 mm/(10 a),并且具有明显的空间差异性;太子河流域旱涝演变过程大致经历了4个阶段,20世纪90年代以来为干旱期,干旱发生的频率较高,多尺度SPI的综合应用能够较好地反映太子河流域旱涝演替过程;太子河流域旱涝急转现象频繁,典型年份旱涝急转强度具有明显的空间差异性。总体来说,涝转旱事件发生频率大于旱转涝事件发生频率,而旱涝急转事件主要发生在太子河流域下游区域,需重点关注旱转涝事件带来的影响。     

黄土高原不同水平年旱涝时空分布特征分析

全球气候变暖大背景下,黄土高原总体呈现暖干化趋势,未来干旱还可能会加剧。为了全面了解黄土高原旱涝时空变化特征,为黄土高原应对旱涝灾害提供决策依据,根据黄土高原及周边263个气象站的降水数据划分降水水平年,以标准化降水指数（SPI）为指标,分析了黄土高原地区不同水平年年际及年内旱涝特征。结果显示,黄土高原在丰、平、枯水年均有不同程度的干旱发生。丰水年黄土高原干旱面积占5.7%,雨涝面积占40.9%;平水年干旱面积占12.7%,雨涝面积占19.3%;枯水年干旱面积占44.4%,雨涝面积占17.9%。不同水平年的干旱区域存在差异。不同水平年内春旱较重,丰水年和平水年雨季开始后干旱逐渐缓解,枯水年雨季不能有效缓解春季以来的干旱,且秋涝明显,各水平年年内干旱的时空分布存在显著差异。不同水平年年际和年内旱涝差异大且变化频繁,为了确保黄土高原农业生产旱涝保收,应合理布设小型水利工程与田间灌溉设施。      

两种气象干旱指标的应用比较研究

基于两种常用的气象干旱指标计算方法--Z指数和标准化降水指数（SPI指数）,改进了两种干旱指标的区域化计算方法。通过比较分析两种不同干旱指标方法,结果表明SPI指数与Z指数具有较好的一致性。同时,SPI指数计算较Z指数简单,资料容易获取,其借助概率密度函数转化计算,消除了降水资料的时空分布差异,具有良好的稳定性,能有效地反映区域的旱涝状况,为区域水资源评估及旱涝灾害预测预警提供了可靠的依据。     

干旱指数在杭州市历年旱涝特征分析中的应用

为了加强杭州市的旱涝灾害监测和评估,利用5个气象站近50年的月降水资料,比较分析了Z指数和SPI计算结果的一致性与差异。采用频率分析、趋势变化特征分析和多尺度SPI分析等方法,研究了杭州市各站及各季旱涝的变化特征。研究表明：Z指数和SPI在计算杭州市旱涝情况结果基本一致;杭州市的干旱情况自西向东逐渐加重,洪涝反之;夏季与秋季易引起梅汛、台风洪涝与夏秋干旱交替出现。本文首次使用多时间尺度SPI计算杭州市的旱涝情况,为今后杭州市旱涝预测提供了一定的参考价值。     

气温突变下内蒙古大兴安岭林区旱涝演变

【目的】探明内蒙古大兴安岭林区气候变化趋势及旱涝演变特征。【方法】基于内蒙古大兴安岭林区11个气象站1971—2015年年平均气温和月降水连续观测数据,利用一元线性回归、Mann-Kendall法以及标准化降水指数(SPI)方法进行了研究。【结果】(1)内蒙古大兴安岭林区年降水量在近1971—2015年来整体呈波动上升趋势,年际变化倾斜率为8.86 mm/10 a,但未通过显著性检验;年平均气温也呈上升趋势,并且通过0.001的显著性水平检验,年际变化率为0.4℃/10 a;(2)林区年平均气温在1987年发生增温突变,气温突变以后年降水量倾向率明显减小;(3)1971—2015年来林区旱涝频繁发生,20世纪70年代与21世纪00年代SPI12多小于0,这2个时期干旱发生较为频繁,而20世纪80年代至90年代以及21世纪10年代降水较多,这2个时期相对湿润,旱灾发生频率较低。【结论】1987年增温突变以后,林区旱涝事件发生更加频繁,并呈向极端干旱和极端湿润的方向发展;年时间尺度的SPI反映林区降水变化情况比较理想。     

贵阳烟草生长期内旱涝急转特征分析

【目的】探究贵阳市烟草生长期内旱涝急转特征,为防旱抗涝提供依据。【方法】利用贵阳市1951—2017年烟草生长期内逐日降水资料,以及贵州省灌溉试验中心站修文灌溉试验基地土壤墒情数据,通过定义连续无有效降水时间与涝期累计有效降水量,全面分析了贵阳市烟草生长期旱涝急转特征。【结果】在烟草生长期内,完全有可能发生2次以上旱涝急转,但强度较低。在烟草伸根期,不发生旱涝急转;在烟草旺长期,以低强度的旱涝急转为主,旱涝急转强度和频率都有增加趋势;在烟草成熟期,旱涝急转强度波动较大,旱涝急转强度和频率都有增加趋势。【结论】采用土壤墒情数据验证,基于连续无有效降水时间和涝期累计有效降水量能准确描述烟草生育期内旱涝急转演变规律。     

基于农业旱涝指标的湖北省棉花生育期内旱涝急转特征分析

【目的】揭示湖北省棉花不同生育期内旱涝急转事件的时空演变规律,为减灾保产提供依据。【方法】基于日尺度标准化前期降水蒸散指数SAPEI(Standardized Antecedent Precipitation Evapotranspiration Index)对农业旱涝急转事件进行日尺度判定,并利用湖北省26个气象站的逐日气象资料对湖北省1961―2019年内棉花不同生育期的旱涝急转事件进行时空规律分析。【结果】SAPEI适用于反映湖北省棉田的水分状况并可用于研究旱涝急转规律。在棉花全生育期内,旱转涝累计强度约为涝转旱累计强度的5倍。花铃期内棉花遭受旱涝急转的次数最多且单次平均强度最大;蕾期旱涝急转次数少但每次强度较大;吐絮期旱涝急转强度低但次数偏多。湖北棉花旱涝急转灾害主要集中在鄂西北和洪湖地区,旱转涝和涝转旱均频发。此外,湖北省内棉田旱涝急转事件在不同年代的差异较大,其中20世纪70年代旱涝急转强度最大,但自20世纪90年代以来,旱涝急转有发生范围变广、强度增加的趋势。【结论】湖北省内棉花旱涝急转灾害以旱转涝形式为主,主要发生在花铃期,具有频率高、强度大的特征,因此有必要重点关注花铃期内棉田发生旱转涝的风险,尤其是鄂西北和洪湖地区等地区。     

东北三省地区生长季旱涝对春玉米产量的影响

评估生长季旱涝对作物产量的影响有助于农民采取措施增产保收。本研究基于1988—2017年气象站点数据和灾情、产量等统计数据,以中国东北三省为研究区,通过对比多时间尺度指标——标准化降水指数（SPI）和标准化降水蒸散指数（SPEI）与旱涝受灾率的关系,选择优势指数表征东北春玉米生长季干湿状况,基于HP滤波构建相对气象产量,利用距离相关分析方法选取合理时间尺度和关键月份的指数,分析这些指数与春玉米相对气象产量的关系以及不同生育阶段水分条件与产量之间的关系。结果表明：（1）SPI、SPEI均能表征东北地区农作物受旱和受涝状况,整体上SPEI在表征东北地区旱涝时更具优越性,尤其在辽宁省,因旱受灾率与SPI和SPEI相关系数差距明显,因涝受灾率与SPEI相关系数最大值为0.54,与SPI相关性不显著。（2）辽宁省SPEI₃-8与相对气象产量的距离相关系数最大,吉林省和黑龙江省SPEI₆-8与相对气象产量的距离相关系数最大;各省对应的SPEI与相对气象产量呈向下的抛物线趋势,其中辽宁省春玉米产量受干旱和雨涝的共同影响,吉林、黑龙江两省主要受干旱灾害的影响。（3）辽宁省春玉米在拔节—抽穗期主要受干旱影响,生长季后期受洪涝灾害影响较前期加重;当SPEI为1.0左右时,吉林省春玉米在出苗—拔节、拔节—抽穗期可达到最高产,抽穗—乳熟期受干旱影响严重;黑龙江关键生育期主要受旱灾影响,在出苗—拔节、拔节—抽穗期正常偏湿年份可达到最高产量,但中度及以上雨涝仍会导致玉米减产,抽穗—乳熟期在轻度湿润时可高产,重度湿润时会因涝减产。本研究对东北三省地区预估旱涝灾害对春玉米产量影响和及时采取灾害防御措施具有一定的参考价值。     

武汉市水资源旱涝变化及其急转情况历史演变分析研究

本研究通过历史实测气象数据,结合水文统计方法、逐日干旱计算方法以及游程理论,对武汉市干旱洪涝事件进行提取,并重点分析武汉市历史气候演变以及旱涝急转变化情况.结果表明武汉市历史降水呈现整体上升、蒸发呈现下降趋势,枯水期存在蒸发大于降水的情况,湖泊水位在枯水期具有下降可能.且夏季的旱涝急转以及秋冬季节的涝旱急转均存在导致湖...     

淮河上游冬小麦生长关键期旱涝灾害阈值研究

利用淮河上游地区1961-2015年13个气象站逐日降水数据,计算冬小麦生长关键期(2、3、4月)1个月尺度及3个月尺度SPI值,结合冬小麦产量数据,确定生长关键期对产量灾损率影响的具体时段,在此基础上分析了降水量变化及旱涝灾害空间分布,建立了SPI值与产量灾损率之间的定量关系。结果表明,(1)生长关键期(SPI3)和4月(SPI1_4)SPI值均与产量灾损率相关性程度高,分别通过0.01和0.05显著性水平检验;2个时段降水量变化整体呈减少趋势,且旱涝灾害空间分布存在一定的差异;(2)当SPI3值和SPI1_4值分别为-2.23和-1.82时,达到决定发生旱灾时产量灾损的阈值;(3)SPI3值和SPI1_4值与产量灾损率相关系数分别为0.94和0.82,在典型涝灾年,SPI值与产量灾损率具有线性关系。     

基于干旱指数法的星星哨灌区旱涝状况研究

利用星星哨灌区1954-2009年的降水资料,计算降水距平百分率指标(Pa指数)和标准化降水指标(SPI),划分出灌区历年的干旱等级,研究了灌区各干旱等级的变化情况及发展趋势,并运用权马尔可夫链模型预测了灌区未来6年的降水量。研究结果表明:在星星哨灌区56年间,降水量有明显减少趋势,重旱重涝灾害增多,其中:夏季降水量略呈下降趋势,干旱等级略有上升,且旱涝灾害程度加重;秋季降水量减少明显,干旱等级明显上升,旱灾发生次数增加。预测结果表明:在2010-2015年间,灌区降水量总体呈下降趋势,将对灌区农业生产带来较大影响。     

基于SPI指数和CI指数的东北地区降水集中度与旱涝关系研究

研究以东北地区43个气象站1976-2015年逐日降水量数据为基础,采用降水集中度指数CI描述降水集中程度,标准化降水量指数(SPI)描述旱涝状况,以分析全年以及不同季节的降水集中度与旱涝关系为目标开展研究。结果表明:①东北地区年降水集中度高于各个季节的降水集中度,四季中冬季降水集中度最低;②在丘陵山地地区年CI指数与年尺度SPI正相关关系显著,降水多的年份降水分布也更为集中,更容易造成洪涝灾害;③不同季节之间,春、秋季有超过半数的站点的降水集中度与SPI正相关关系显著,春季在降水少的年份由于降水分布均匀,无效降水多,加剧了干旱。研究结果对于深入理解东北地区不同季节降水分布特征及对旱涝事件影响具有重要意义。     

基于VMD-GRU的大型灌区干旱预测模型研究

灌区干旱灾害的频繁发生严重制约了当地经济的发展，为了实现灌区内水资源的合理调配和利用，需对灌区未来的干旱情况进行有效预测，从而有针对性的采取预防措施降低干旱事件所造成的影响。基于“先分解，后重构”的思想，将能够对非线性、非平稳时间序列进行预处理的变分模态分解VMD(Variational Mode Decomposition)与门控循环单元网络GRU(Gated Recurrent Unit)相结合，建立VMD-GRU干旱预测模型，针对赵口大型灌区4个气象站点1981-2017年的逐月降水数据构建标准化降水指数SPI时间序列并采用所建干旱预测模型和3个单一预测模型对SPI值进行预测，研究采用3个月的时间尺度计算标准化降水指数SPI进行干旱事件识别和等级划分。结果表明：4个气象站点VMD-GRU干旱预测模型SPI值预测结果的平均相对误差在18.7%～20.6%之间，预测误差较为稳定。VMD-GRU干旱预测模型的平均绝对误差MAE、均方误差MSE、均方根误差RMSE均为4种模型中最小，不同气象站点的3个评价指标值均分别接近，所建模型不存在过拟合或者欠拟合问题。利用游程理论识别干旱历时和干旱...     

基于多源数据的武陵山区干旱监测研究

由于地表复杂性和气候环境等因素影响,针对采用遥感指标进行旱情监测具有一定局限性,利用EOS/MODIS数据建立遥感旱情监测指标———温度植被干旱指数(TVDI),结合地面气象因子的降水量距平指数(PPAI),构建线性加权形式的综合干旱监测指数(IMDI),应用该指数和TVDI指数在2010年4月中旬和2011年4月下旬对武陵山区进行了干旱监测试验研究,通过与10 cm深度土壤水分拟合及标准化降水指数(SPI)关系对比分析,认为IMDI和TVDI能够进行该区域的干旱监测,IMDI较TVDI更具稳定性,而SPI在干旱发生时易加重旱情判定结果。     

SPI指数和Z指数在青海省东部农业区应用分析

以青海省东部农业区12个气象站点1959-2005年49a各月的降水量为基础,计算该区的标准化降水指数SPI和Z指数,并分析两者在青海省东部农业区的一致性、显著周期和干旱等级一致率。结果表明:利用SPI指数和Z指数定义青海省东部农业区干旱等级时,两者的相伴概率值较大,且有多个相同的显著周期;等级值一致率均在0.79以上,SPI指数和Z指数在定义重旱等级时,两者的等级值一致的月数较多,SPI指数和Z指数定义轻旱等级的等级一致月数则有明显的区域性,SPI指数和Z指数在评价青海省东部农业区的干旱等级上有很好的一致性。     

关于水稻灌区旱涝急转定义的探讨

针对现有旱涝急转定义难以描述灌区(特别是水稻灌区)旱涝急转实际情况的问题,综合考虑旱涝急转的气象过程、土壤水动力学过程和作物需水过程,给出了一种新的旱涝急转定义,该定义具备灌区旱涝急转形成的三大要素特征。以安徽省五道沟地区为研究对象,采用Hydrus模型模拟了水稻灌区的土壤水分过程与内涝积水过程,筛选出该地区水稻不同生育阶段发生的旱涝急转事件,并分析了其具体发生过程。不同旱涝急转定义的对比表明了本文给出的旱涝急转定义所筛选结果的准确性和合理性,可用于旱涝急转灾害频发地区的研究。     

基于EEMD模型的干旱区降水变化趋势分析

降水是干旱区水资源的重要组成部分,有效认识降水的区域变化规律对指导农业发展尤为重要.本文利用集合经验模态分解(EEMD)方法,分析了新疆降水变化趋势的多尺度特征.结果表明:新疆降水整体上呈现出非线性显著增多趋势,且其变化存在明显的年际尺度(3年和6年准周期)和年代际尺度(10年和31年准周期);各周期分量方差贡献率显示年际变化占据主导地位;降水年代际变化揭示了在1987年前后气候模态有了显著转换,由原来降水以负相位为主的气候模态转向正相位显著的气候模态.EEMD方法有助于人们对降水多尺度变化特征的认识,是一种适用于非线性、非平稳信号分析的有效方法.