日尺度标准化前期降水蒸散指数及其在安徽省的适用性分析

旱涝灾害是影响农业丰产增效的主要灾害之一。目前广泛应用的旱涝指数,多以旬、月、季尺度的旱涝指数为主,其时效性与精准性水平与农业旱涝灾害绿色应对和防控服务需求还有差距。本文选取位于南北气候过渡带的安徽省,应用78个地面气象观测站数据,通过对日尺度前期降水蒸散差值指数（antecedent precipitation evapotranspiration index,APEI）序列值进行三参数log-Logistic概率分布拟合,构建日尺度的标准化前期降水蒸散指数（standardized antecedent precipitation evapotranspiration index,SAPEI）,并在沿淮淮北、江淮之间、沿江江南不同干湿性区域选取代表站,对SAPEI在安徽省旱涝监测评估中的适用性进行分析。结果显示：不同区域代表站APEI序列的经验概率分布曲线与log-Logistic理论概率分布曲线高度拟合,有无降水时逐日SAPEI曲线能反映农田水分收支状况;2011年6月8日、6月28日旱涝急转应用案例中,SAPEI旱涝等级与变化趋势,与同期土壤水分监测的旱涝等级与演变趋势具有很好一致性。基于SAPEI的小麦全生育期累年平均旱涝积空间分布,符合安徽省实际旱涝分布型;全生育期SAPEI累年平均值（I_SAPEI）的0值线以北、以西为负值、偏干区域,与安徽省小麦主产区一致。研究表明,日尺度的SAPEI及其旱涝积指数,可以反映降水时间分布及日雨量大小对旱涝的影响,精准刻画安徽省不同区域日尺度的旱涝变化及旱涝过程累积效应,可在安徽省旱涝逐日动态监测与农业旱涝影响评估服务中应用。     

淮河流域冬小麦主要生育期旱涝时空特征及对产量的影响

旱涝灾害在淮河流域发生频繁,对农作物产量影响较大。该文基于淮河流域1961-2014年140个气象站逐日降水、气温数据,利用标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)和标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)定量分析冬小麦各生育期气候特征,结合1961-2012年20个站点冬小麦单产数据计算标准化产量残差(standardized yield residuals,SYR),探讨冬小麦主要生育期旱涝灾害对其产量的影响。结果表明:1)冬小麦各生育期气温均呈显著上升趋势(P0.05),气温呈南高北低、西高东低的格局,东部趋势高于西部且返青抽穗期大部分站点趋势值最高,而降水量沿纬度变化与气温一致,其变化趋势在冬小麦各生育期差异明显。2)冬小麦返青抽穗期干旱增加趋势最大(P0.05),旱涝灾害在全生育期、返青抽穗期和灌浆成熟期主要受气温影响,在冬前生长期和越冬期主要受降水量影响,同时冬小麦各生育期SPEI干旱化趋势大于SPI。3)除冬前生长期外,SYR与SPI和SPEI均呈负相关关系,以返青抽穗期相关性最高,在返青抽穗期达到中度干旱或中度湿润时产量减少。该研究尝试明晰淮河流域发生在冬小麦生育期的旱涝灾害对其产量的影响,为冬小麦生育期防灾减灾提供基础支撑。     

近60年东北地区春玉米旱涝趋势演变研究

区域作物旱涝趋势的演变是区域应对气候变化、制定防灾减灾决策的理论依据,是保证我国粮食安全的基础。本文以东北地区为研究区,依据春玉米的生长特征将其划分为14个分区,利用研究区1958—2017年78个站点的逐日气象数据,计算春玉米生育期内的累积水分盈亏指数(CWSDI?),并将其划分为8个旱涝等级,结合M-K趋势检验和突变检验法及GIS空间分析技术,揭示了东北地区春玉米生长期旱涝趋势的时空演变规律。结果表明:在春玉米生育期内,播种—抽穗期的3个生育阶段, CWSDI?值大体呈上升趋势,抽穗—成熟期CWSDI?值呈下降趋势,其中乳熟—成熟阶段的下降趋势最重,但无明显区域性。研究区内春玉米干旱的发生频率远高于洪涝的发生频率,干旱自20世纪90年代逐渐加重,洪涝情况无明显变化趋势;拔节—抽穗阶段和乳熟—成熟阶段分别是旱涝灾害最轻和最重的阶段,春玉米各生育阶段各旱涝等级的发生频率大体上是特旱轻旱其余旱涝等级;吉林省西部和辽宁省西部的中旱及重旱频率高于其他地区,特旱主要集中在研究区西部,轻涝集中在黑龙江省中、南部,吉林省东部和辽宁省东部,研究区内几乎不发生中、重涝。应在春玉米的生育初期和后期注意旱涝灾害的预防,研究区西部的旱情较重应重点防范,做到适时有效灌溉。研究结果可为区域预测农业旱涝灾害、优化水资源配置提供决策依据。     

基于作物水分亏缺指数的春玉米季节性干旱时空特征分析

季节性干旱是影响湖南春玉米生产最突出的气象灾害,分析其时空分布特征和发生的规律,可为湖南春玉米生产的发展和合理布局提供技术支持。该文基于湖南省96个气象站点1961－2007年地面气象观测资料,采用FAO于1998年推荐的Penman-Monteith 方法计算了参考作物蒸散量、玉米的作物需水量。考虑盈余降水对水分亏缺指数的影响,修正了的水分亏缺指数计算方法,并依据玉米的水分亏缺指数,分析了季节性干旱发生频率的时空特征。并选取不同区域典型站点分析了水分亏缺指数年代际变化特征。结果表明,湖南春玉米生长季节内干旱呈现明显的季节性和空间区域分布特征：干旱频率较高的时段主要在玉米抽雄－吐丝阶段及其后的生育阶段,且随生育期后移干旱频率明显增加,以轻旱程度为主。空间分布特征是以湘中南的衡阳及周边一带干旱频率最高,其次为湘东、湘北一带次高,湘西等地春玉米干旱频率低。各年代之间比较,以20世纪80年代干旱较严重,90年代干旱相对较轻。     

修正帕默尔干旱指数在农业干旱监测中的应用

为了提高对农业干旱监测的准确性和时效性,本文通过分析帕默尔干旱指数原理,结合农业干旱发生的特征,在计算土壤水分的过程中引入了作物系数和胁迫系数,同时修正农业干旱的持续时间,缩短计算干旱的时间步长,并利用山东省23个站点1961—2007年的逐日气象资料建立用于农业干旱监测的逐句帕默尔干旱指数。与农业干旱发生的实际情况对比表明,修正后的旬帕默尔干旱指数能准确地反映土壤水分变化,提高了对短期干湿变化的敏感度,整个旱情变化过程比较符合实际情况,对监测农业干旱具有实际意义。     

辽宁省近50年旱涝灾害的时空特征分析

基于1960—2009年辽宁省49站的逐日降水资料,从单站旱涝Z指数出发,根据Z指数的划分等级定义了辽宁省的区域旱涝指标,以此讨论了辽宁省年度旱涝灾害和季节性旱涝灾害的时间变化趋势和空间分布特征。结果表明:50a来,年度干旱、夏旱、秋旱指标呈上升趋势,春旱指标的时间变化趋势特征不明显,年度洪涝和夏涝指标呈下降趋势;从空间分布来看无论是年度干旱还是季节性干旱,发生频率最高的地区都在辽宁省西部及西北部地区;辽宁东北地区的年度干旱、春旱、夏旱出现频率较低,秋旱出现频率最低的地区在辽宁省南部。年度洪涝和夏季洪涝的空间分布特征比较相似,发生频率最高的地区在辽宁省东部及东南部地区,西部地区发生洪涝的频率是最低的。旱涝灾害的严重程度与降水集中度的大小具有一定的相关性     

华南晚稻干旱影响评估及其时空变化规律

根据华南(广东、广西)174个县晚稻产量及生育期资料,采用逐日气象干旱指数(DI)计算各个生育期干旱指数,建立晚稻干旱灾害评估模型并对干旱灾害时空特征进行分析。结果表明:(1)近30a(1981-2010)华南平均晚稻干旱年频率为7.1%,以轻旱为主,中旱及以上干旱基本不发生,区域平均干旱减产率为0.66%。晚稻干旱主要发生在播种-三叶期和乳熟-成熟期。(2)华南晚稻干旱频率及减产率均呈西高东低分布,干旱频率大于10%且减产率大于1%的区域主要集中在广西东北部。(3)近30a华南晚稻干旱减产率最大的6a依次为1992、1990、1989、1991、2009、2004年。区域平均看,近30a华南晚稻播种-三叶期干旱有显著减轻趋势,但乳熟-成熟期及全生育期干旱无显著变化趋势。(4)空间分布看,晚稻全生育期干旱趋于增强的站点占69%,但仅3.4%的站点增强趋势达显著水平。乳熟-成熟期干旱趋于增强的站点占94.8%,其中增强趋势显著的占36.2%,主要分布在广西大部和广东偏北地区。播种-三叶期干旱趋于减轻的站点占75.9%,其中减轻趋势显著的占16.1%,分布在广西的崇左至梧州一带。研究结果可为开展防旱减灾工作、制定气候变化适应政策和环境外交提供科学依据。     

1960-2014年福建省极端气候事件时空特征及变化趋势

为分析福建省极端气温和降水事件的时空特征及变化趋势,基于区域内23个气象站点,1960-2014年逐日降水、最高气温、最低气温和平均气温资料,采用线性倾向估计、最小二乘和Mann-Kendall非参数检验等方法进行研究.结果表明:1)在区域尺度下,冷气温指数呈降低趋势,其中冷持续指数和冷夜指数下降趋势较显著;而暖气温指数(作物生长期、暖夜天数和暖昼天数)均呈显著增加趋势;2)过去55年中,除最大持续降水时间(CWD)外,总降水量和其余极端降水指数均呈增加趋势;3)空间特征上,极端气温指数的上升或下降趋势在全省区域内基本一致,而极端降水指数区域差异明显,上升倾向率较高的站点主要分布在沿海地区.极端冷指数呈下降趋势,极端暖指数呈上升趋势;降水量和极端降水增加而CWD减少,表明强降水在时间上更集中,该区域洪涝和局部干旱的风险加大.研究结果可为区域水资源适应性管理、水土保持及农业管理提供参考依据.     

Y干旱指数在冀东春旱监测中的应用

利用唐山地区3个国家基准站1971—2000年的春季逐日降水、日最高气温资料,从干旱实时监测气象服务的需要出发,考虑了近期降水、土壤底墒（前期降水）和气温三种要素,计算Y干旱指数,并制定了干旱等级标准。对Y干旱指数与土壤湿度干旱指数、降水百分率干旱指数进行了同期对比分析;利用没有参加干旱指标划分的2006、2007年春季的土壤湿度资料对制定的干旱指标进行检验。结果表明,Y干旱指数对冀东春旱具有很好的监测能力,Y干旱指数能够客观的反映唐山地区春季各月的干旱状况,并填补了土壤湿度监测的盲区,能较好的划分唐山地区春季干旱趋势和等级;在一段时间内降水时空分布均匀的情况下,用降水距平百分率干旱指数进行监测,效果较好。在2006—2007年的检验中,Y干旱指数与土壤干旱指数表现一致,在没有土壤测墒的地区和时段,利用Y干旱指数可代替土壤湿度监测,实现干旱无缝隙监测。     

基于TRMM数据的山东省干旱监测及其可靠性检验

为了兼顾卫星遥感干旱监测的高时空覆盖性和气象站点干旱监测的普遍适应性,使用热带降水测量卫星(TRMM)3B43的逐月降水量资料和单站干旱监测Z指数方法,对区域干旱过程进行监测。研究以黄淮海平原冬小麦主产区的山东省为例,使用该方法对1998年1月-2010年12月间的逐月干旱情况进行了监测,并利用同期气象数据计算出来的标准化降水指数(SPI)对TRMM-Z指数进行了验证。结果表明TRMM-Z指数监测出的干旱发生、发展过程与实际相符,其监测结果与站点SPI相关系数为0.83,达极显著水平。该干旱监测方法在区域干旱监测与评估中具有很好的适用性和精度,为有效获取气象与农业旱情提供了一种新的思路。     

三江平原挠力河流域主要作物水分盈亏时空变化特征

明确中国粮食生产基地主要作物种植条件下的水分盈亏条件,有利于区域灌溉策略制定及保障国家粮食安全。该研究基于MODIS遥感数据和常规气象数据,运用Priestley-Taylor公式以及作物水分盈亏指数,以三江平原腹地的挠力河流域为研究区,揭示2000年以来该流域主要作物(中稻、春小麦和春玉米)的水分盈亏时空变化特征。结果表明:1)挠力河流域潜在蒸散量由2000年的910.25 mm增至2015年的964.04 mm,各作物需水量整体呈现不同幅度的上升态势;2)各作物表现出不同的水分盈亏特点。中稻水分亏缺明显,缺水量由东北向西南递增,天然降水不能满足其水分需求。春小麦水分亏缺程度低,灌溉需求量在空间上变化较小。春玉米多处于轻度缺水状态,且西北部的缺水量小于东南部;3)流域境内的中稻多处于轻旱状态,2000—2015年干旱区持续扩张,面积增长幅度达到143.46%。对于旱作物而言,春小麦的缺水量尚未达到轻旱的标准,而春玉米的轻旱区面积往复变化,2000—2015年间面积减少了79.90%。作物种植结构的快速变化,使得中稻种植区迅速扩张,加剧了该流域的水分亏缺态势,而春小麦和春玉米的种植区变化未对水分盈亏态势造成显著影响。研究可为挠力河流域的农业结构调整与农田灌溉措施制定提供支持。     

淮河流域坡耕地水土流失特点与综合整治模式

为有效推进淮河流域坡耕地水土流失综合整治,对淮河流域内坡耕地现状进行调查与数据统计分析.结果表明:淮河流域现有坡耕地96.56万hm2,主要分布在桐柏大别山区、伏牛山区、沂蒙山区和江淮丘陵区,主要类型有石质坡耕地、土石质坡耕地、砂质坡耕地和土质坡耕地;通过全面分析坡耕地水土流失特点、危害以及综合整治中存在的主要问题,结合淮河流域已有水土保持成果和坡改梯治理试点经验,提出了不同类型坡耕地整治方向与主要技术模式.     

冬小麦干旱的下垫面孕灾环境研究——以淮河流域为例

基于1961—2019年淮河流域140个气象站点的日尺度降水数据和2000—2016年的月尺度的地表温度(LST)、归一化植被指数(NDVI)数据,利用表征气象干旱的标准化降水指数(SPI)挑选确定冬小麦不同生长期的典型干旱年份;利用表征农业干旱温度植被干旱指数(TVDI),借助Landsat-8数据提取淮河流域冬小麦种植面积,进一步深入分析格网化后的高程、坡度、水系、土壤类型、土壤相对湿度和浅层地下水埋藏深度等下垫面孕灾环境条件与冬小麦干旱之间的相互关系及其影响,为冬小麦干旱防灾减灾研究提供理论依据和技术支持。结果表明:(1)1961—2019年,冬小麦不同生育期的降水变化趋势不明显,冬前生长期和灌浆成熟期降水呈现略微上升趋势,各气象站点上升下降趋势均不显著。根据SPI确定典型干旱年份,冬前生长期的典型干旱年份为2010年,越冬期为2011年,返青抽穗期为2006年,灌浆成熟期为2001年。(2)淮河流域农业干旱程度总体大于气象干旱,空间分布总体一致,但存在部分地区不一致的现象,即冬小麦干旱还受到下垫面孕灾环境的较大影响。(3)冬小麦干旱与水系、表层土壤相对湿度和浅层地下水埋深相关性较高,与高程、坡度、土壤类型相关性较小。淮河流域冬小麦干旱易发生在海拔相对较高、坡度较陡、土壤类型为半水成土、远离河流、表层土壤相对湿度较低和浅层地下水埋藏深度为1 m的区域,干旱程度主要呈现沿海至内陆递增、南高北低的特征,有必要加强此类地区防灾抗旱能力,增加人工灌溉设施。     

基于过程降水量的长江中下游地区单季稻洪涝灾害指标构建

基于长江中下游地区1961?2014年297个气象站的日雨量数据,耦合单季稻生育期和洪涝灾情数据,统计单季稻不同生育阶段、不同等级的洪涝灾害样本过程降水量序列,基于S-W分布拟合检验,采用t-分布区间估计法计算样本序列95%可信区间的下限值,确定指标阈值,构建各省单季稻分生育阶段洪涝灾害的等级指标,并采用预留独立水稻洪涝灾害样本进行指标验证,分析了区域1961-2010年单季稻洪涝灾害的时空分布和风险分布。结果表明：同等洪涝灾情等级时,抽穗-成熟期的洪涝灾害指标阈值最高,拔节-孕穗期次之,移栽-分蘖期最低;同一生育阶段、同等灾情等级时,5省份的洪涝灾害指标阈值从低到高依次是江苏、安徽、湖北、湖南、浙江;各省每年均有单季稻洪涝灾害发生,发生次数呈波动增减,无明显的线性趋势;随着洪涝灾害等级加大,洪涝发生的次数减少;灾害的多发区主要位于鄱阳湖和黄山地区、浙江沿海及恩施和张家界一带;移栽-分蘖期灾害风险指数普遍较高,大部分地区风险指数在0.6以上;拔节-成熟期,风险指数高值区明显缩小,主要位于浙江沿海地区,其余大部分地区处于低值区,风险指数大都低于0.3。     

气候变化背景下淮河流域干旱演变特征

[目的]淮河流域是我国主要的粮食生产基地,明晰流域内干旱演变特征及其极端性对科学开展旱灾防御治理具有重要作用。[方法]基于淮河流域1971—2015年降水数据,计算3个月时间尺度的标准化降水指数(SPI),结合反距离权重空间插值法、气候倾向率、游程理论对干旱时空演变特征及其特征变量进行了分析。[结果](1)四季中,春、秋季呈干旱化发展趋势,且秋季速率明显大于春季,夏、冬季呈湿润化趋势,夏季速率大于冬季。(2)全区各季平均干旱频率均在30%左右。空间上,春季流域北部湿润化,南部干旱化;夏季流域北部干旱化,南部湿润化;秋季大部分地区气候倾向率为负值,正值区仅在江苏北部出现;冬季大部分地区呈湿润化趋势。(3)干旱特征变量中,干旱历时与干旱次数的空间分布特征相反;烈度峰值高值区与干旱历时、干旱烈度在流域东北部空间分布较为一致;流域东南部烈度峰值高值区较干旱历时和干旱烈度向东南部略有偏移。[结论]流域内秋季干旱化趋势明显,冬季呈湿润化发展,春夏季干旱演变存在地区差异,区域内干旱呈现极端化发展趋势。     

气候变化对安徽省两熟制粮食作物物候期及周年气候资源分配与利用的影响

为了进一步明确江淮区域气候变化对两熟制粮食作物物候期及周年光温水资源分配与利用的影响,以安徽省12个农业气象观察站1992—2013年气象数据、作物生长发育期数据与产量数据为基础,采用线性趋势、相关分析、回归分析等方法,分析不同区域不同熟制作物物侯期变化趋势,以及气候变化对积温、辐射和降水资源分配与利用的影响。结果表明,1992—2013年沿淮淮北冬小麦-大豆种植模式,冬小麦播种期提前趋势显著(P0.05),平均每10a提前3.03d,成熟期变化不显著,全生育期平均每10a增加3.54d;大豆播种期和开花期则显著推迟(P0.05),平均每10 a推迟3.06 d和0.86 d,全生育期平均每10 a减少3.65 d。江淮冬小麦-一季稻模式,水稻播种期、抽穗期和成熟期均显著提前(P0.05),平均每10 a分别提前5.12 d、3.87 d和2.92 d,全生育增加2.2 d;小麦有同样的变化趋势,全生育期表现为每10 a缩短0.8 d。沿江江南双季早稻物候期变化不明显,全生育期每10 a缩短0.6 d;晚稻平均每10 a播种期推迟1.14 d,抽穗期与成熟期分别提前0.71d和6.85 d,成熟期提前趋势显著(P0.01),全生育期每10 a缩短5.17 d。沿淮淮北冬小麦与江淮一季稻以及沿江早稻和晚稻生长季积温呈增加趋势,大豆与江淮冬小麦积温减少。沿淮淮北与江淮冬小麦及沿江早稻和晚稻生长季辐射呈增加趋势,大豆与一季稻则表现为减少。不同种植模式第1季作物冬小麦和早稻的降水均有减少趋势,而第2季作物大豆、一季稻和晚稻则呈增加趋势。冬小麦-一季稻种植模式周年光温水生产效率最高。线性回归分析表明,积温和辐射与沿淮淮北冬小麦和沿江双季稻的产量均呈显著线性正相关(P0.05),光温是提高其产量的主要限制因子。江淮一季稻积温过高和降水过多也限制产量提升。气候变化改变了两熟制粮食作物物侯期,进一步影响了光温水气候资源的分配与利用效率。通过改良品种、改变播栽时间、提高抗逆性等适应措施,可以在一定程度上抵消气候变化对作物生长的不利影响。     

淮河流域不同量级降雨时空分布特征及其影响因素

采用淮河流域1965—2016年67个气象站点52 a的逐日降水资料,应用Mann-Kendall趋势检验法、反距离权重插值法和Morlet小波分析法,研究了不同量级降雨时空分布特征及其影响因素。结果表明:（1）淮河流域各量级降雨的年降水量均呈增大趋势,其中暴雨的年降水量年际变化波动相对较大。（2）整个淮河流域的降雨以中、大和暴雨为主,且比较集中。（3）淮河流域小雨和中雨的年降水量由南向北的递减较为平均,各级雨量带呈条带状分布,而大雨和暴雨的各级雨量带无条带状分布的规律。此外,不同量级降雨的降水日数和降水量空间分布一致,均具有“由南向北,依次递减”的特点。（4）1965—2016年,太阳黑子出现极值的年份与淮河流域各量级降雨的降水量极值年份并不完全对应。淮河流域暴雨的年降水量和太阳黑子数都在15 a左右尺度上震荡明显,虽然尺度上不能完全对应,但有交叉,说明暴雨的年降水量和太阳黑子数存在相似的振荡周期变化。     

四湖流域水稻耗水与降雨匹配度及水稻旱涝易损特征分析

水稻是中国主要粮食作物之一，研究气候变化环境下降雨特征及其与水稻耗水之间的匹配关系，明晰水稻水分盈亏状况及旱涝易损特征，可为区域水资源配置规划与灌溉排水管理等提供重要依据。该研究以湖北江汉平原四湖流域为研究区域，基于5个气象站点1961—2020年逐日气象资料，利用Penman-Monteith公式、Mann-Kendall趋势检验、气候倾向率、空间插值分析等方法，分析了降雨量、水稻田间耗水量及水分盈亏指数时空分布特征，基于水分盈亏指数分析了水稻旱涝易损特征。结果表明：四湖流域多年平均降雨量为1209.2mm，且以35.1 mm/10a的平均速度显著上升，东南部降雨量及上升趋势均高于西北部；1）早、中、晚稻生育期多年平均降雨量分别为492.0、509.9和269.1 mm，早、中稻生育期降雨量分别以17.9 mm/10a和18.4 mm/10a的平均速度呈不显著上升趋势，晚稻生育期降雨量以-10.7 mm/10a的平均速度呈不显著下降趋势；2）早、中、晚稻多年平均田间耗水量分别为411.4、595.5和401.4 mm，中稻田间耗水量远大于早稻和晚稻，早、中稻田间耗水量分别以-5.54 mm/10a和-11.43mm/10a的平均速度显著下降，晚稻田间耗水量以-1.52 mm/10a的平均速度呈不显著下降趋势；3）早、中、晚稻多年平均水分盈亏指数分别为0.22、-0.12和-0.31，早、中稻水分盈亏指数以0.06/10a和0.04/10a的平均速度呈不显著上升趋势，晚稻水分盈亏指数以-0.03/10a的平均速度呈不显著下降趋势，早、中稻水分盈余程度在增加，晚稻水分亏缺加剧；4）四湖流域早、中、晚稻干旱频率分别在10.0%～16.7%、28.3%～40.0%和51.8%～60.0%之间，晚稻最容易受干旱威胁。早、中、晚稻雨涝频率分别在1.7%～15.0%、1.7%～3.3%和0～1.7%之间，早稻更容易受雨涝威胁。总体上，四湖流域早稻发生旱涝灾害的频率较小（20.7%），中稻次之（37%），晚稻最容易受旱涝威胁（56%），水稻耗水与降雨匹配程度为：早稻＞中稻＞晚稻，要特别注意晚稻干旱缺水问题。