新乡市近60年降水序列变化规律及干旱预测

新乡市属严重缺水地域,近年来干旱的加剧使水资源短缺问题更加突出,严重制约了区域社会经济的发展。因此,对该地区进行降水序列的分析以及干旱的预测显得尤为重要。利用新乡市1953-2010年的年降水量资料,采用一元线性回归法和Mann-Kendall法分析新乡市降水的时间变化规律,结果表明：该地区近60年来年降水量呈减少的趋势,干旱发生频率有增加的趋势。以1953-2000年的年降水量资料为建模数据,2001-2010年的年降水量资料为检验数据,运用灰色系统的灰色预测方法,建立新乡市的灰色预测GM（1,1）模型,对该地区未来一定时期内干旱发生的时间进行预测,经检验该预测模型精度高,检验结果与实际相符,故可用该模型对新乡市未来的干旱年进行预测。预测结果显示,新乡市将在2012-2013、2020-2021、2028-2029年期间发生干旱。     

基于多变量时间序列模型的大安市地下水埋深预测

依据大安市2000—2009年的降水、蒸发、地下水开采量和地下水埋深等数据资料,首先利用主成分分析法确定了与地下水埋深相关性较大的影响因素,然后利用多变量时间序列CAR模型建立了大安市地下水埋深预测模型,并对模型进行验证,利用模型预测了地下水埋深。结果表明,农业用水量、降水量和蒸发量与地下水埋深的相关系数分别为:0.56,0.46,-0.13,三者对地下水埋深的贡献率分别为:43.09%,27.45%,21.39%,总贡献率达91.93%,是影响地下水埋深的主要因素。CAR模型预测的承压水埋深和潜水埋深与实际观测值之间的相对误差不超过5%。根据预测方案,当降水量减少10%,蒸发量增加9%,农业用水量增加11%时,承压水埋深将达到8.70 m,潜水埋深将达到4.55 m。干旱时期应适当减少农业开采量,增加地表水灌溉,减小土壤沙漠化发生的可能。     

青海湖及毗邻地区气候变化灰色模型预测

选取1961～2007年青海湖流域附近刚察、茶卡、共和三个站的降水,气温,湿度和蒸发四项气象要素进行分析,以年平均值作为时间序列,建立灰色预测模型,考察其精度,讨论灰色模型在气候变化中的可行性。最后利用模型对流域内各气象要素作了预测。结果表明:在灰色模型的预测中,选用4-5个已知值作为预测序列预测比较理想;由于选用的时间序列短,模型对未来1-2个值预测较理想;由于温度没有相对误差,温度值并不适用该种模型来准确预测;综合考察共和站和刚察站,2008年流域年平均温度继续降低,流域年平均降水量仍持续降低。     

西北干旱区阿勒泰地区暖季干旱指数及干旱分析

干旱是限制阿勒泰地区农牧业生产可持续发展最主要的自然灾害之一,干旱指数研究是进行有效干旱监测的基础。利用阿勒泰地区7个气象站1961-2008年暖季4-10月月平均气温、降水量资料,首先通过Thomthwaite方法计算潜在蒸发量,定义了干旱指数K。分析了该地区降水和潜在蒸发、干旱的时空分布特征,选取降水距平和Z干旱指...     

基于标准降水指数的多尺度叠加干旱监测指标及其等级划分

针对中国不同地区的区域气候及其变化特征,使用信息熵方法从降水观测资料中提取出区域降水的两个（均态和变化）本征尺度,提出一种基于区域气候系统层次性内在特征的气象干旱指数MSPI。使用各站1981-2010年的逐日MSPI序列,基于互信息算法,确定各站气象干旱指数MSPI的干旱等级划分规则,即按某一临界点集合对MSPI序列进行划分,得到的等级序列和MSPI序列之间的互信息最大时,此临界点集合是最优的,该临界点集合也就是干旱和湿润等级的合理划分。使用互信息方法对全国2 211站1981-2010年逐日MSPI序列进行等级划分,分为“特别干、严重干、中等干、轻微干、正常、轻微湿、中等湿、严重湿、特别湿”9个等级;进一步分析了全国1981-2010年各月不同等级干旱日数和站数百分比、各季节中等干、严重干、特别干事件日数比率的空间分布及不同等级干事件发展所缺降水量的距平百分率及缓解所需降水量。最后以2011年长江中下游春季严重气象干旱的发生、发展、持续、缓解过程及山西省1981-2010年逐月干旱事件为例,对MSPI指数及其等级划分规则的干旱监测能力进行检验,发现两者对不同程度的干旱都有较好的表征能力,并且对于干旱过程也有较好的识别能力。     

河北省冬小麦干旱预测技术研究

本研究以河北省冬小麦干旱综合监测模型为基础,对其包含的土壤相对湿度指数、作物水分亏缺距平指数、降水量距平指数进行未来10天的预测,建立冬小麦干旱预测模型;应用2001年、2008-2010年唐山、涿州、定州、黄骅、深县、栾城、南宫、肥乡8个站气象和土壤墒情资料,以农田土壤水分平衡方程为依据,对0 ～ 50 cm、0～20 cm土壤相对湿度预测结果和冬小麦干旱预测模型模拟结果进行检验.结果表明:0～50 cm土壤相对湿度相对误差在10％以下的站点占73％,在10％ ～ 15％的占12％,在15％以上的占15％;0～ 20 cm土壤相对湿度相对误差在10％以下的站点占68.4％,在10％ ～ 15％的占13.7％,在15％以上的占17.9％;干旱预测模型预测准确率为77.8％,如果以预测结果与监测结果相差一个干旱等级为正确,则干旱预测与监测结果完全一致,干旱预测模型可满足业务应用的需要,但干旱预测模型预测准确率依赖于降水预报的准确率.     

阴山北麓荒漠草原干旱气象因子分析

草原是西部生态环境建设的关键部分,其生态系统极易受到破坏。近年来荒漠草原干旱灾害频发,以内蒙古阴山北麓荒漠草原生态水文国家野外科学观测研究站为试验区,通过监测不同坡位的降水变化,分析气象因子与干旱指标PA值之间的联系与作用,并构建了回归模型。结果表明:(1)阴山北麓荒漠草原不同坡位的降水量为:下坡中坡上坡,对应的干旱指数PA值为:上坡PA中坡PA下坡PA。(2)从各时间尺度观测可知:月尺度分析发现各坡位均出现不同程度的干旱现象,干旱频率较高;季尺度分析发现只在冬季出现轻旱现象;年尺度分析发现近5 a该区域未达到干旱阈值。说明该地区年均降水充足,未发生干旱灾害。(3)根据降水量、气温、风速等主要气象因子与干旱指数PA值构建的多元回归模型为:YPA=78.799+0.255x1-3.395x2-1.831x3,R2为0.994,模型的拟合程度高,可以较好的反应出该区域的干旱情况。为进一步研究多气象因子与各类干旱指标之间的关系,以及构建旱情评价体系提供理论依据。     

怒江上游河谷川西云杉树轮宽度指示的气候水文变化

使用树轮年代学的研究方法,对采自青藏高原怒江上游河谷川西云杉进行研究,建立了1761-2016年的树轮宽度年表。通过对树轮差值年表与1960-2016年间的气候数据进行相关普查,发现树轮差值年表与区域上一年8月到当年6月的月降水量相关性最强,相关系数达0. 655。利用该年表重建了研究区过去171年(1846-2016年)上一年8月到当年6月的月降水量变化,经相关检验,降水重建具有较好的可信性。经分析,重建序列中存在3个极端干旱年和4个极端湿润年;研究区经历了5次湿润期和5个干旱期,其中最长湿润期间为1890-1913年,最长干旱期间为1914-1948年;该降水重建序列存在1. 9～2. 0年、2. 3年、2. 5～2. 6年、2. 7～2. 8年的准周期变化;空间相关分析表明该重建序列能够表征研究区大范围的降水量变化;另外,流域水文变化和树木生长变化存在联系,说明怒江上游河谷川西云杉径向生长不仅仅包含了降水信号,而且同时包含了水文信号。     

ARIMA-SVR组合模型在基于标准化降水指数干旱预测中的应用

开展干旱预测是有效应对干旱风险的前提基础,本研究利用1951—2017年河南省郑州气象站点逐日降水量数据计算多尺度标准化降水指数(SPI),并建立了SPI序列自回归移动平均模型(ARIMA)和自回归移动平均与支持向量机回归组合模型(ARIMA-SVR),对模型参数进行率定和验证后,利用所建立的模型对河南省郑州气象站点多尺度SPI值进行预测。借助均方根误差(RMSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)对回归预测模型的有效性进行判定。结果表明:ARIMA-SVR组合模型在SPI1(1个月)和SPI12(12个月)的RMSE值分别为80.05和0.74,均低于ARIMA模型的92.25和1.24,说明ARIMA-SVR组合模型与单一的ARIMA模型对SPI的预测精度都与该指数的时间尺度长短有关,都随时间尺度的增加而逐渐提高;SPI12的两种模型预测精度均高于SPI1、SPI3(3个月)和SPI6(6个月)的预测精度。用实测数据与模型的预测数据相比较说明ARIMA-SVR组合模型相比于单一ARIMA模型预测精度更高,且能够很好拟合不同时间尺度的标准化降水指数。     

集成神经网络和灰色系统的我国农业受灾面积预测

我国是一个农业大国,农业受灾严重影响到国家和社会经济的可持续发展.文中以1970-2014年的农业总体、干旱和洪涝受灾面积为原始序列,提出了一种集成NARX神经网络和灰色系统的灾害预测模型.鉴于原始序列随机波动性较大的特点,对其乘以一个序列算子,得到一个相对平滑的新序列;采用灰色系统对新序列进行预测;用NARX网络对序列算子进行预测;将灰色预测值除以NARX网络预测值得到最终的预测结果.通过对农业总体、干旱和洪涝受灾面积进行实证研究,证实了这种预测方法能够有效地提高随机波动性较大序列的预测精度.     

秃尾河流域降水量权马尔可夫链模型预测研究

针对降水过程存在着大量不确定性、不精确性的特点,采用均值-标准差分级法将降水量分为雨涝、偏涝、正常、偏旱和干旱5个状态;针对降水量为相依随机变量的特点,采取规范化的各阶自相关系数为权重,用加权马尔可夫链模型预测未来降水的变化状况;最后以黄河中游秃尾河流域为例对该方法进行了检验,分析了其未来情况下降水的可能变化趋势.结果表明,2002年秃尾河流域降水量预测状态与实际相吻合.     

新疆叶尔羌河源流区气候暖湿化与径流的响应研究

应用卡群水文站和塔什库尔干气象站1961-2006年的观测资料,分析了叶尔羌河流域源区气温和降水的变化特征以及径流对气候变化的响应。结果表明:近46 a来叶尔羌河源区气温总体呈上升趋势,而降水量呈增加的趋势;对气温与降水序列进行统计检验,得出该地区气温增加的趋势显著,降水增加的趋势不显著,气温的增加趋势大于降水。气温是叶尔羌河源区径流量变化的主要影响因素,夏季平均气温与年径流量的相关系数最大,为0.81。与新疆地区其他河流不同的是,7-8月降水量与年径流量呈负相关的关系,相关系数为-0.57;在降水量不变的情况下,径流量随气温升高而增加;在气温不变的情况下,径流量随降水量的增加而减少。     

基于灰色模型技术的马尾松毛虫大发生灾变趋势预测

马尾松毛虫的猖獗发生可以认为是一个灰色系统过程,为探索松毛虫危害森林资源灾变规律,依据瑞金市2003-2007年大发生面积的时间数据序列,尝试应用灰色系统理论及其GM（1,1）模型,对马尾松毛虫大发生的灾变趋势,建立预测模型,进行灾变长期趋势预测。     

多尺度标准化降水指数的ARIMA模型干旱预测研究

采用关中地区39 a的月平均降水量数据,计算了该地区不同时间尺度的标准化降水指数(SPI)值,运用ARIMA模型对SPI序列进行分析建模,并进行12步预测。结果表明,ARIMA模型对所有时间尺度的SPI 3、6、9序列可进行精度在10%以下的1步预测,对SPI 12、24序列可进行平均精度在10%以下的9步预测,说明ARI-MA模型较适合SPI 3、6、9序列的短期预测,适合SPI 12、24序列的长期预测。     

基于CEEMD的LSTM和ARIMA模型干旱预测适用性研究 ——以新疆为例

干旱的频繁发生对农业生产和经济发展造成了不可忽视的危害，准确预测干旱的发生具有重要的现实意义。基于1960—2019年新疆气象站点的逐日降水量数据，计算1、3、6、9、12个月及24个月时间尺度的标准化降水指数。建立差分自回归移动平均模型（Autoregressive Integrated Moving Average,ARIMA）、长短期记忆网络（Long Short-Term Memory,LSTM）、互补集合经验模态分解（Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition,CEEMD）-ARIMA组合模型和CEEMD-LSTM组合模型。通过4种模型对多时间尺度SPI序列进行预测，确定各模型在干旱预测中的适用性。结果表明：（1）4种模型的预测精度均随时间尺度的增加而逐渐提高，在24个月时间尺度时达到最高；（2）CEEMD能够有效平稳时间序列，各时间尺度下，组合模型均达到了较高的预测精度，相较单一模型更适用于干旱预测；（3）4种模型预测结果精度由低到高分别为：LSTM、ARIMA、CEEMD-LSTM、CEEMD-ARIMA（决定系...     

内蒙古牧区牧草生长季干旱特征及预测研究

基于内蒙古锡林郭勒地区14个气象站的1961-2012年牧草生长季的标准化降水指数(SPI),采用滑动平均法、最小二乘法和Mann-Kendall趋势检验法研究各气象站点牧草生长季内降水量和SPI的变化趋势,并利用反距离权重法(IDW)分析该区域牧草生长季干旱的空间演变特征,最后结合加权马尔科夫模型对区域未来干旱状态进行预测。主要结果与结论如下:锡林郭勒地区牧草生长季干旱化程度有所升高,牧草生长季总降水量以1.92mm/10a的速度减少,SPI指数以0.06/10a的速度降低,但二连浩特与东乌珠穆沁旗站点的降水量有缓慢增加的趋势;区域干旱整体趋势具有明显的空间差异性,牧草生长季干旱状况从西北向东南逐渐加重,尤其是区域东南部最为严重;对区域未来牧草生长季干旱变化情况进行预测,区域2013-2016年干旱化程度会进一步加深。     

基于降水量距平百分率的内蒙古地区干旱特征

利用1971—2015年内蒙古地区52个气象站逐月降水量观测数据，采用降水量距平百分率(Pa)，从干旱频率和干旱变化趋势率分析了研究区近45 a来干旱时空分布特征。结果表明：从时间变化来看，年降水量呈微弱的下降趋势，并于1998年和2012年发生突变；春季、秋季和冬季降水量变化呈上升趋势，夏季降水量变化呈下降趋势；年尺度干旱主要发生在1999—2011年；季节尺度干旱发生频率为冬旱>春旱>秋旱>夏旱。从空间变化来看，多年平均降水量由东向西呈逐级递减趋势，降水分布地域特征明显，大兴安岭以东地区和巴彦淖尔市西部地区降水变化趋势率较高，呼伦贝尔市西北部、通辽市中南部、赤峰市中部、阿拉善盟西部地区降水变化趋势率较低；发生不同等级干旱的几率为轻旱>特旱>中旱>重旱，各级干旱易发生地区集中在呼伦贝尔市西部、赤峰市中北部、通辽市北部、锡林郭勒盟中西部以及阿拉善盟西部地区。Pa变化趋势率表现为，呼伦贝尔市中东部、巴彦淖尔市西部和阿拉善盟东部呈上升趋势，即干旱程度减轻；兴安盟南部至鄂尔多斯市、阿拉善盟中西部呈下降趋势，即干旱程度加重。     

油菜菌核病灰色灾变长期预测模型研究

本文应用灰色系统理论对病害的长期预测方法进行了研究。作者根据湖北省云梦县1980～1989年油菜菌核病的历史统计数据,建立了灰色系统 GM(1:1)灾变长期预测模型,并给出了油菜菌核病长期预测的时间函数模型:(?)~(1)_(t)=109.064679e~(0.1060258(t-1))-98.064679。经检验,模型的精度高;回测1980～1989年的结果,拟合率高;预测1990年和1991年为大发生年(灾年),1992年为常年。本文采用的灰色系统理论建立的灰色灾变预测模型,是基于一阶单变量微分方程建立的,该模型不依赖于气象因素及其预报数据,也不涉     

1979—2017年CRU、ERA5、CMFD格点降水数据在青藏高原适用性评估

利用1979—2017年青藏高原131个气象台站实测降水资料,分别从年、季尺度对CRU、ERA5和CMFD 3种再分析降水资料在青藏高原的适用性进行了评估。结果表明：（1）CRU、ERA5、CMFD 3种数据对青藏高原年降水的模拟能力都很强,与观测值的相关系数均超过了0.9,较观测降水量值均偏大;CRU和CMFD的春季降水较为接近观测值,CMFD夏、秋季降水与观测值最接近,3种数据对冬季降水模拟能力均较弱。（2）从降水量分布来看,CMFD数据对青藏高原年、春季、夏季、冬季降水的分布模拟能力最好,3种数据对青藏高原秋季降水的模拟能力具有区域差异性,CRU、CMFD在青藏高原西部的降水与观测值较为接近。（3）从变化趋势来看,青藏高原年、春季、夏季、秋季降水均呈增加趋势,其中夏季增加幅度较大,冬季降水整体呈减少趋势。（4）CRU数据对青藏高原年、春季、夏季、秋季降水的变化趋势与观测值较为一致,其次为ERA5,ERA5冬季降水与观测值较为一致。（5）从偏差分析来看,CMFD数据与观测值的年、季降水偏差最小,最接近观测值。（6）3种数据与站点平均的年、季降水的时间变化序列表明,CMFD的年、春季...     

新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州大气降水时空变化特征

利用新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州气象观测基本(准)站1960—2011年的降水观测资料,采用线性回归分析、趋势分析、突变检验和小波分析等方法,对降水量变化特征进行分析。结果表明:近52 a克孜勒苏柯尔克孜自治州年降水量均呈现一致的增加趋势。就年际变化而言,平原区阿图什站的降水量自20世纪末增加较为明显;山区乌恰站和阿合奇站降水量呈现快速增加趋势,在进入90年代后各地多极端天气气候事件;阿图什和乌恰站的降水变率较大,阿克陶和阿合奇站降水变率较小,各个观测站四季降水变率均在0.3以下,表明降水稳定;平原站年降水量序列在20世纪80年代末和21世纪初发生了2次明显的突变,突变时间点分别为1987年和2000年,山区站年降水量序列在20世纪90年代初发生了由少到多的突变,突变时间点为1994年;小波分析结果显示:克孜勒苏柯尔克孜自治州平原地区降水存在着3 a、7 a和8 a左右的振荡周期,而山区存在着8 a和4 a左右的振荡周期。