Copulas函数在二维干旱变量空间分析中的应用

根据新疆地区41个气象站的长系列月降水资料,提取干旱历时、干旱烈度和烈度峰值3个干旱特征变量,基于8种单参数族的Copulas函数,结合ArcGIS9.3软件进行二维干旱变量的空间分析。经拟合优度评价,FrankCopula对干旱历时和干旱烈度、干旱历时和烈度峰值的拟合度最好;而Clayton Copula对于干旱烈度和烈度峰值的拟合效果最佳。二维变量联合超越概率值随单变量的值减小而增大;二维干旱变量中任一特征变量的条件概率随另一变量的增大而减小;干旱特征变量的条件发生概率在新疆地区从北到南依次递增。表明Copulas函数结合ArcGIS9.3软件能够描述二维干旱特征变量的空间演变规律。     

气候变化情景下淮河流域气候干旱化研究

以淮河中上游流域为研究区,基于历史观测数据和CMIP5模式数据,采用湿润指数、Mann-Kendall和游程理论研究历史观测和未来气候情景下气候干旱化的趋势演变和干旱多维属性特征。结果表明:①20世纪70-90年代干旱频率逐渐上升,未来干旱集中于21世纪中后期;未来年干旱频率均高于历史水平但四季总体低于历史水平;未来1-4月干旱频率高于历史而5-12月与历史接近。②历史仅春秋季节呈现轻微干旱趋势,但不显著;而未来年和四季总体呈现干旱化趋势,尤以冬季干旱化趋势最显著。③干旱程度、干旱月数表现为RCP8.5历史RCP4.5(除了MIROC5),但平均干旱程度、最大干旱烈度表现为历史未来。④RCP4.5的干旱程度、干旱月数、最大干旱烈度起伏较大而平均干旱程度相对稳定,RCP8.5均相对稳定,总体上未来四种干旱特征值均缓慢上升。研究结果有助于流域干旱状况演变特征及正确评价气候资源并合理有效地防治水旱灾害。     

基于连续干旱游程的干旱特征分析与应用

干旱是复杂的自然灾害,了解干旱的演变规律对旱情的防治、水资源的规划和管理意义重大。根据榆林市5个气象站1960-2016年的逐月标准化降水指数,通过不连续干旱游程(UDR)与连续干旱游程(CDR)方法提取干旱变量,应用Copula函数分析干旱发生概率与重现期。结果显示:(1)与UDR方法相比,CDR方法提取的数据系列含有较多极端数据,有助于减小最优理论分布与实测数据的尾部拟合误差;(2)干旱历时与干旱烈度的联合最适分布为:绥德站为Frank Copula,榆阳站和横山站为Gumbel Copula,神木站和定边站为Gaussian Copula。(3)榆林市干旱联合累积概率随干旱历时与干旱烈度增大而增大;组合重现期随干旱历时与干旱烈度的增大而呈先缓后陡的增加趋势。     

气象干旱综合监测指数适用性分析——以青海省东部农业区为例

通过对比气象干旱综合监测指数MCI与综合气象干旱指数CI在各等级干旱统计结果、干旱过程描述能力、干旱空间分布特征、干旱年际变化以及与实际干旱情况对比的差异,分析了MCI在青海省东部农业区的适用性。研究结果表明:MCI与CI各等级干旱月数与干旱频率的监测结果基本一致,但是MCI重旱与特旱的干旱月数稍多、干旱频率也略高;在描述干旱过程时,MCI在干旱发生阶段不合理跳跃次数相比CI大为减少;MCI与CI在干旱频率与干旱强度的空间分布特征上无显著差异,而MCI发生干旱频率略高;在干旱年际变化上,MCI较CI干旱持续时间略长,干旱强度偏重;在实际发生干旱时,MCI与CI定义的干旱等级除个别站点干旱等级略有差异外,总体上一致性较好,都比较符合实际干旱情况。     

南方季节性干旱特征分析——以湖北漳河灌区为例

为探讨南方地区季节性干旱特征,利用湖北漳河灌区1953—2016年钟祥站逐日气象资料,分别计算了月标准化降水指数(SPI)、相对湿润度指数(M)以及帕默尔干旱指数(PDSI),经与漳河灌区实际干旱记录对比并分析季节性干旱特征,结果表明:3种干旱指数在不同方面各有优势,从吻合度来看,SPI与实际干旱吻合率最高;从不同历时的干旱来看,SPI和M对短期干旱反应迅速,而PDSI则对长期干旱较为灵敏;从不同季节来看,M适用于春、夏季,SPI适用于秋季,而PDSI则适用于冬季.漳河灌区季节性干旱特征表现为单一季节干旱比季节连旱频繁,但干旱程度轻于连旱.单一季节干旱中,夏旱出现频率最高,其次是秋旱和春旱,冬旱最少,其中夏旱和秋旱干旱等级高,危害程度更大.季节连旱中,夏秋连旱发生最频繁,干旱等级也最高,秋冬连旱和春夏连旱出现频率较少,春夏秋连旱最少;与北方干旱易受降雨因素影响相比,南方对降雨依赖性小于北方,在降雨较多的夏秋季亦经常遭遇干旱,影响机制更为复杂.     

干旱锻炼对番茄花后渍水产量及品质的影响

为了挖掘作物自身的抗渍能力,探索支持南方渍水下番茄生产的途径,在避雨栽培条件下,研究了花前干旱预处理对花后渍水逆境下番茄形态特征、品质和产量的影响.结果表明:番茄苗期正常供水,花后渍水胁迫可显著抑制作物的生长,使产量和品质指标下降;与无干旱锻炼相比,花前干旱预处理可促进作物根系生长,提高果实可溶性糖、可溶性固体物、有机酸、维生素C等品质指标含量;3种花前干旱预处理中,采用对照60％花前干旱预处理的果实产量最高;作物根重、根冠比、可溶性糖、可溶性固体物、有机酸、维生素C和果实密度随花前干旱程度增大而增大,而地上干物质、总干物质重和单果重量则随干旱程度增大而减小;通过主成分分析发现,采用对照50％花前干旱预处理的果实品质综合评价值最大.     

基于数据融合技术的农业干旱预警系统设计研究

我国因干旱或旱灾而造成的影响和损失呈逐年增长的趋势.本文从实际出发,为方便用户合理防治农业干旱灾害而开发了农业干旱预警系统,本系统适用于我国北方农田.该系统主要包括数据信息采集终端、TD-SCDMA网络、干旱预测系统,具有干旱预测、历史数据查询、数据信息处理、预测结果信息发布、后台管理、干旱预防分析等功能.本文从系统结构和功能、单片机软件设计和TD终端的选取、数据流程及处理等方面对系统进行了研究,利用多传感器数据融合技术,提高了系统的整体有效性.     

不同干旱程度对夏玉米生长及产量的影响

连续两年在遮雨条件下,研究了不同程度干旱对夏玉米不同生育期地上部生长和根系分布的影响,结果表明:夏玉米产量对干旱最敏感,其次是叶面积、株高和根系数量,作物茎粗对干旱不敏感。连续干旱不超过12 d有利于作物生长,否则不利于作物生长。夏玉米生长前期遇到干旱较前后期干旱的减产风险更大,而作物根系响应可能是干旱减产的原因之一。调整作物种植时间和促进根系下扎将是缓解南方红壤区季节性干旱危害的有效措施。     

Copulas函数在多变量干旱联合分布中的应用

以渭河流域西安站77年的月降水资料为例,采用7种单参数族Copulas函数,建立干旱特征变量之间的联合分布。经拟合优度评价,Plackett Copula函数对干旱历时和干旱烈度、干旱历时和干旱烈度峰值之间拟合程度最好;而Clayton Copula函数对于干旱烈度和烈度峰值拟合程度最好。分别应用这2种Copulas函数对西安站进行干旱特征变量之间的二维条件概率分布及组合重现期计算。结果表明,Copulas函数能较好的描述干旱特征变量间的联合分布;并且具有灵活性和应用范围广等特点,在多变量干旱特征分析中具有广泛的应用前景。     

干旱胁迫对辽西半干旱区玉米生长和产量的影响

以玉米丹玉77为材料,研究了干旱胁迫对辽西半干旱区玉米不同生育期作物生长、产量和水分利用效率等的影响.结果表明,各生育期干旱处理均不利于玉米生长和产量形成;且随着干旱程度增大,作物生长受抑加重,减产加剧;苗期、拔节期和抽穗期玉米生长和最终产量较容易受干旱影响,而灌浆期受旱影响相对较小;苗期轻旱处理下水分利用效率(WUE)高于对照处理,但其他处理WUE均降低,且随着干旱的加重而减小.因此,在研究区当水资源难以得到保证时,建议在玉米苗期轻旱控制或灌浆期干旱胁迫,避免拔节期和抽穗期受旱.     

花前干旱复水对冬小麦光合特性、产量和水分利用效率的影响

为了明确冬小麦花前光合特性、产量及水分利用效率对干旱及复水的响应,选用"周麦22"为试验材料,通过移动防雨棚下桶栽控水的方式,在足墒播种、安全越冬基础上为拔节期和抽穗期间施加不同的水分控制条件,考察冬小麦的光合特性、产量和水分利用效率(WUE),探讨作物干旱复水机理,以期为冬小麦抗旱高产稳产提供理论和技术支撑。取得主要结果如下:①净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)变化趋势保持高度一致,皆随着干旱程度的加重以及干旱时间的增加而显著降低。且干旱对不同生育期影响表现为:连续干旱抽穗期拔节期。在复水后,只有单阶段轻旱处理可以恢复到正常水平,其中抽穗期恢复程度最高。②短期干旱条件下产生非气孔限制因素的干旱程度是重旱,长期干旱条件下则是中旱和重旱。③相比之下短期轻旱减产不显著,且产量随着干旱程度加重和干旱时间增加而显著降低,抽穗期干旱要比拔节期产量高。在经历轻旱和中旱复水后,冬小麦水分利用效率明显提高。综合研究认为,冬小麦花前短期轻旱能够在不显著降低产量的情况下增加水分利用效率,在抽穗期遭受干旱复水后补偿效应更高,同时应避免连续干旱。     

基于信息扩散理论的干旱灾害风险评估

基于信息扩散理论评估模型,选用降水距平百分率和标准化降水指数作为干旱灾害评估指数,对云南省楚雄市长期和近5年的干旱风险率进行评估。评估结果是:从长期来看,楚雄市发生干旱灾害的风险率约为30%,干旱灾害频率较高而强度不大,但近5年发生干旱灾害的风险率为77%,重旱以上风险率达到20%,干旱灾害频率很高且强度较大,与实际情况比较吻合,表明信息扩散理论评估模型能有效揭示极端旱灾情况下的风险率变化规律,可应用于变化环境下干旱灾害风险评估。     

基于SPI的河南省冬小麦生育期干旱时空变化特征分析

【目的】探索以SPI监测冬小麦生育期内干旱时空变化、发展趋势和对粮食产量的影响。【方法】基于1961-2015年河南省17个站点的逐月气象资料,利用标准化降水指数(SPI)定量分析了河南省冬小麦生育期干旱时空演变特征及干旱对冬小麦产量的影响。【结果】生育前期干旱发生频率在24.1%~37.0%之间变化,固始和驻马店最低,三门峡和新乡最高;分蘖期干旱发生频率在18.5%~31.5%之间,开封最低而卢氏最高;返青—抽穗—成熟期干旱发生频率在27.8%~38.9%之间,商丘、西华和信阳最低而宝丰最高;全育期干旱发生频率在24.1%~38.9%之间,固始最低、孟津最高。未来河南省冬小麦生育前期、返青—抽穗—成熟期以干旱为主;分蘖期、全育期以湿润化为主。河南省返青—抽穗—成熟期和全育期干旱对冬小麦气候产量的影响较大。【结论】生育前期和返青—抽穗—成熟期未来呈干旱化趋势,应采用针对性措施及时灌溉,有效应对干旱和保障小麦生产。     

干旱对玉米生长发育及产量的影响

干旱可降低玉米产量25%~30%,严重时可造成绝收,成为影响我国玉米生长发育和产量提高的第一限制因素。干旱主要损伤植株的生理代谢和光合作用,导致植株生长受阻、叶绿素含量减少、光合作用下降。玉米在开花期、开花前与开花后的一段时间内,干旱对产量影响最大,而营养生长前期干旱对产量影响较小。     

干旱处理对土壤水分变化及大豆产量的影响

采用框栽方式,研究不同阶段干旱处理对土壤水分、大豆植株干物质积累及产量的影响。结果表明,土壤含水率随干旱历时的增加而递减,长时间干旱后稳定在20%～24%;对于短期干旱处理,灌溉量较大时,土壤含水率会迅速恢复到稳定值32%～34%,但是对于18d以上的干旱历时,较少的灌溉量并不能保证土壤含水率在1～2次灌溉后得到恢复,表明较少的灌溉量对土壤含水率的提升能力有限。各干旱处理结束时期,大豆植株干物质积累均随干旱历时增加呈下降趋势,长期干旱会使全株干物质积累下降13%～30%;苗期和花荚期的短期干旱处理产生激发补偿效应,不会使大豆减产,结荚鼓粒期对水分供应较为敏感,干旱导致大豆减产。     

基于多维Copula函数的淮河上游气象干旱特征分析

针对单变量干旱特征分析不能很好地表征干旱事件特征的局限性,论文以淮河上游息县以上流域为研究区,利用42个雨量站1976-2016年逐日降水资料计算气象干旱指数SPI,采用游程理论提取干旱历时、烈度以及烈度峰值三个干旱特征变量,并基于4种对称阿基米德Copula函数构建它们的二维和三维联合分布模型,用于推求其组合重现期。结果表明:三参数伽马分布拟合干旱历时的边缘分布最优,而三参数韦伯分布则拟合干旱烈度以及烈度峰值的边缘分布最优; Frank Copula函数拟合二维和三维干旱特征变量的联合分布最优,由此推求得到组合重现期中联合重现期可作为同频率条件下单变量重现期的下限,同现重现期可作为单变量重现期的上限。研究成果可为淮河流域的防旱减灾和其他流域干旱特征分析提供参考。     

甘肃省农业干旱对多尺度气象干旱的响应

基于气象站点和卫星遥感数据,以标准化降水蒸散发指数(SPEI)和植被状态指数(VCI)分别表征气象干旱和农业干旱,利用统计方法和Arcgis技术分析了甘肃省气象及农业干旱的时间变化趋势和空间分布特征,采用最大相关系数法分析了不同时间尺度的SPEI指数对VCI指数的响应关系。结果表明:气象干旱在春、夏、秋及生长季干旱发生频率最高的地区分别为:陇东地区、河西地区、陇东与河西地区、陇东地区。大部分地区气象干旱呈增加趋势,而农业干旱呈减缓的趋势。农业干旱发生频率表现出西北部和东部高,中部和南部低的空间格局。SPEI与VCI相关性特征表明,空间上SPEI与VCI在林地和草地的相关性最大;时间上VCI指数与SPEI-3相关性最大,即农业干旱对3个月尺度的气象干旱响应最灵敏。研究结果可为甘肃省的农业防旱工作提供参考。     

基于降水距平百分率的安徽省近50a干旱时空分布特征分析

基于安徽省1965-2014年15个气象站点的降水资料,以降水距平百分率(Pa)为干旱指标,从年和季(3个月)时间尺度定量地分析安徽省时空变化特征。研究结果表明:安徽省干旱在空间尺度上分布不均,北部和西南地区干旱发生频率高,中部和东南地区发生频率较低,自北向南干旱频率逐渐降低。通过对季节尺度干旱结果的比较可知,秋旱发生频率最高、强度最大、干旱范围最广,其次是夏旱、冬旱和春旱。其中春旱和秋旱有加重趋势,而夏旱和冬旱趋势不明显。     

基于SPI的云南省多尺度干旱时空演变特征识别

【目的】识别云南省多尺度干旱的时空演变特征。【方法】基于云南省36个气象站31 a的气象数据,基于标准化降水指数（SPI）,结合GIS空间分析、非参数Mann-kendall趋势检验,识别云南省多尺度气象干旱时空分布及演变特征。【结果】(1)SPI在年尺度、季节尺度均呈波动变化趋势,除春季SPI略有增长外,夏季、秋季、冬季和年尺度的SPI均表现为减小趋势,秋季SPI变幅最大,冬季变幅最小。(2)年尺度干旱频率分布在32.26%～50.00%之间,主导的干旱等级为轻微干旱和极端干旱,干旱频率高值区主要分布在文山、红河、昆明、楚雄、德宏。(3)春、夏、秋、冬4个季节的干旱频率分别为39.86%、39.83%、38.43%、41.33%,尽管季节间干旱频率差异较小,但不同季节主导性干旱等级差异较大。除春季外,各季节的主导性干旱等级均包含极端干旱。(4)年尺度上,除5个站点干旱呈增强趋势外,其余站点均无显著变化趋势;春季大部分站点干旱演变呈减小趋势,而夏季、秋季、冬季则分别有11、6、2个站点呈显著增强趋势。【结论】云南省年尺度和季节尺度干旱频率分布及演变趋势呈明显的时空分异特征,区域干旱以季...     

花前干旱胁迫对冬小麦生长指标的影响

【目的】研究干旱胁迫对冬小麦生长指标的影响。【方法】选用周麦22为试验材料,在拔节期和抽穗期分别设置轻度干旱(土壤含水率控制在田间持水率的60%~70%)、中度干旱(土壤含水率控制在田间持水率的50%~60%)和重度干旱(土壤含水率控制在田间持水率的40%~50%),对比分析了冬小麦根系形态、根系分布、株高及叶面积的变化过程。【结果】干旱胁迫处理根长相比CK均降低,T1、T2、T3处理总根长随干旱程度的加深而增长;经过连续处理的各根系特征在轻旱、中旱条件下均大于单阶段处理,重旱条件下各根系特征则明显降低;但复水后拔节期处理的根系补偿恢复能力高于抽穗期。随着干旱胁迫程度及时间增加,根系向下伸展生长,使各根系指标向深层转移,但根系总体绝对量明显减少,T9处理根干质量相比CK降低64.79%,并且株高、叶面积所受的抑制增大。其中拔节期对株高影响更大,T1、T2、T3处理株高相比CK降低3.78%、7.59%、16.09%;抽穗期对叶面积影响更大,T4、T5、T6处理叶面积相比CK降低8.11%、23.45%、29.43%;而经连续干旱处理后的株高和叶面积都明显低于各单阶段处理;抽穗期经干旱胁迫处理的株高、叶面积在干旱胁迫1周后就表现出较强补偿效应,而拔节期表现则相对迟缓;在经历连续干旱胁迫后均无明显补偿。【结论】在冬小麦实际生产中应避免连续干旱,花前若需控水,应尽量满足拔节期供水,控水在抽穗期保持轻旱水平。