基于EMD的洪涝灾害成灾面积波动的多时间尺度分析

应用经验模态分解（E如）方法分析了1950-2002年全国洪涝灾害成灾面积波动情况。结果表明：（1）洪涝灾害成灾面积存在准3年、准6年、准11年和准50年左右特征时间尺度的周期性波动；（2）各时间尺度的周期性振荡的贡献率中以准3年时间尺度的成灾面积振荡的贡献最大，说明洪涝灾害成灾面积波动以准3年时间尺度为主；（3）从各时间尺度的振荡来看，自70年代中期以来，洪涝灾害成灾面积的波动频率增加，从各时间尺度振荡的趋势看，洪涝灾害成灾面积仍处在增加阶段；而且近年来洪涝灾害成灾面积振荡的幅度增大，说明洪涝灾害强度加剧，频度增加。因此，应充分利用高科技手段对洪水进行实时跟踪、预报，尽可能减少其损失。     

中国近50年洪涝灾害灾情分析

结合中国近50年的洪涝灾害统计资料，对洪涝灾害发生发展的特点进行了分析：20世纪后50年各年代全国受涝面积和成灾面积呈上升趋势，其中洪涝灾害比较严重的年份有10年；占全国39％播种面积的多涝区受灾和成灾面积均占全国的47％，多涝区河南以及少涝区北方各省受灾和成灾面积在减少，其他各省受灾和成灾面积多呈增加趋势。分析了形成90年代几次大的洪涝灾害的自然和人为原因，在此基础上提出了防洪减灾的对策。     

安徽省洪涝灾害风险区划及成灾面积变化趋势分析

从成因分析角度选取洪涝灾害风险评估因子,用基于熵权的层次分析法赋予各因子相应的权重,建立洪涝灾害风险度评价模型,以县域为单位对安徽省进行洪涝灾害风险区划。利用安徽境内78个县(市)1998-2007年洪涝成灾面积资料,分析了全省和各风险区洪涝成灾面积的变化规律;利用R/S分析方法计算其相应的Hurst指数,预测未来的可能演变趋势。结果表明:安徽省洪涝灾害风险度较高的县(市)分布于淮北平原、江淮丘陵西部和沿江西部平原,风险度较低的县(市)位于皖南山区和皖西大别山区。1998-2007年,洪涝灾害高风险区、次高风险区和全省的洪涝成灾面积均呈增加趋势,而中风险区、次低风险区及低风险区均呈减少趋势;但R/S分析所得Hurst指数均属于(0,0.5),说明此种趋势不可延续,未来情况可能会向相反方向变化。     

渭河关中段近400a来洪涝灾害变化研究

通过历史文献资料的整理和统计分析的方法,对1600-1995年396a间渭河关中段洪涝灾害发生频次、等级和周期进行了研究.研究结果表明,渭河关中段在这一时段内共发生了99次洪涝灾害,平均约4a出现1次;其中轻度涝灾52次,中度涝灾35次,大涝灾8次,特大涝灾4次.根据洪涝灾害频次变化,可将这一时期洪涝灾害分为3个阶段,其中1600-1669年和1670-1859年属洪涝灾害少发阶段,但两阶段的变化趋势不一样,前者主要以灾害加剧为特征,后者则主要以灾害频次稳定为特征;1860-1995年是洪涝灾害多发阶段.周期分析发现准3 a洪水周期最为明显,其次是7.14 a的周期.初步判断准3 a洪水周期可能与ENSO(赤道厄尔尼塔和南方涛动是一种海气耦合过程,统一称为ENSO)的2～7 a周期存在一定联系.     

基于信息扩散理论的福建省农作物霜冻灾害风险评估

利用福建省1978-2008年共31a的农业霜冻灾害的受灾和成灾面积数据资料,分析霜冻灾害及其对农业影响的变化趋势,基于最新正态信息扩散计算方法对农业霜冻灾害进行风险评估,结果表明:福建省农作物因霜冻受灾和成灾的面积相对较小,成灾指数与受灾指数的年际波动较为一致;受灾和成灾的风险概率随风险水平提高而下降,受灾风险概率大于成灾风险概率,在平均受灾和成灾的风险概率情况下,即受灾和成灾面积分别占播种面积2.34%和1.23%时,受灾和成灾风险分别约2.6年一遇和2.3年一遇。对照历年霜冻受灾和成灾的实际状况,风险评估结果与实际情况较为吻合,说明应用此模型,对信息量不足的自然灾害进行风险评估是可行的。     

基于SPEI和TVDI的河南省干旱时空变化分析

近年来干旱在中国频发且影响不断加剧,因此监测干旱对气候变化、农业生产都有重要意义。基于1961-2016年56年的气象资料,利用标准化降水蒸散指数(SPEI)定量地分析了河南省不同时间尺度(1、3、6和12个月)的干旱发生的时空变化特征和强度;另外采用温度植被干旱指数(TVDI)分析了河南省的区域面积上的干旱空间变化,并探讨了SPEI和TVDI的相关性。结果表明:1961-2016年56 a间,SPEI值在各时间尺度上都呈微弱的湿润化,随着时间尺度的增大,SPEI值波动幅度减小;河南省各地区干旱分布不均匀,发生干旱年的是1961、1965、1966、1968、1972、1976、1978、1981、1986、1988、1997、2001、2013共13年,与实际情况较为一致。在月时间尺度上,SPEI与TVDI的相关性分析表明,SPEI-1与TVDI呈负相关关系,即TVDI越小,SPEI的值越大,干旱程度越轻;TVDI越大,SPEI的值越小,干旱程度越严重。研究结果可为河南省干旱影响评估提供参照标准。     

基于集合经验模态分解的河南省夏玉米产量波动对大气环流的响应

[目的]探究河南省夏玉米产量波动对大气环流的响应,为区域粮食安全保障提供理论支撑。[方法]依托河南省17个市1988—2017年夏玉米产量数据及15种大尺度大气环流指数资料,评估研究区夏玉米产量的时空演变格局。[结果](1)基于主成分分析结果,河南省可以划分为4个呈现不同产量演变特征的子区域,分别为北部、东南部、西部、中部;(2)基于集合经验模态分解,研究区产量序列存在着准2.5～3.3,5～6,7.5～10 a的周期性振荡,且各分区2004年后产量的短期波动趋于缓和;(3)各分区产量的周期性振荡均与环流指数存在着显著的相关性;(4)基于前期环流指数与年份的线性模型对产量预报的平均相对误差为4.6%～9.3%;(5)河南省东南部和中部的产量波动对环流指数更为敏感,其中10,11月份较高的太平洋年代际振荡(PDO)是来年产量减少的关键前兆性信号。[结论]前期环流异常对研究区夏玉米产量波动有着重要的指示作用,它可以有效用于产量预报。     

长江流域水土流失与洪涝灾害关系剖析

首先从水土流失加剧、森林破坏、坡耕地面积增多、工程活动增加产沙量等方面,分析了人为活动对长江流域生态环境恶化的影响;其次,从剥蚀与堆积的关系和土壤水库容减少与洪水量增加两个方面,深入探讨了水土流失对洪涝灾害的叠加效应及负面影响;指出水土流失导致了流域环境承受和抗御自然灾害的能力下降,在同量降雨条件下,是诱发和加剧洪涝灾害的重要原因;最后,从技术和政策方面,提出了防治水土流失和洪涝灾害的策略性意见和途径。     

河南省粮食单产变化的小波分析

利用1951—2004年河南粮食单产资料和小波分析的方法探讨了气候产量的多时间尺度变化特征。得出：河南省粮食单产总体呈增加趋势,但气候单产的振荡加剧,气候单产的变化周期与河南历史旱涝的演变大体一致,存在2～4a和20a左右的周期变化特征,其中以2a的变化特征为主。     

西安市近55年来降水的多时间尺度分析

运用回归分析法、小波分析、M-K突变分析,对西安站近55a的降水变化进行了分析.结果表明: 近55a来,西安降水量呈波动变化过程.受大气环流的影响,西安地区的降水与西北地区东部的降水变化一致,春季、夏季、秋季降水量都在下降,冬季降水在波动中有明显增加趋势;秋季降水与El Nino、La Nina之间存在一定的关系,冬季降水量增加显著与西风势力增强和南来水汽增多有很大的关系;3a、6a左右时间尺度在55a中始终存在,且周期振荡稳定.突变分析表明西安的降水在20世纪60年代和90年代左右有显著的突变点存在,即发生了明显的两次突变,两次突变都是由多雨期到少雨期.     

海岛地区小流域暴雨洪涝灾害模拟研究

[目的] 对海岛地区小流域暴雨洪涝灾害进行模拟研究，为该类地区后续开发建设以及防洪排涝治理工作的顺利开展提供技术支撑。[方法] 选取浙江省舟山市朱家尖岛为研究对象，根据设计暴雨及设计和校核潮位资料，运用MIKE构建了一维河网模型、二维水动力模型以及MIKE FLOOD耦合计算模型，对比分析两种方案的淹没面积和水深、典型河道断面水位以及重点区域洪水演进过程。[结果] 相对于设计暴雨及设计潮位条件下的方案1（94降雨+实测潮位），设计暴雨及校核潮位条件下的方案2（94降雨+极限潮位）在相对高水位时刻淹没面积更大，最大淹没深度更深。[结论] 朱家尖流域内河流比降大，汇流时间短，流域调蓄能力差，抵抗暴雨产生的洪涝灾害的能力较弱。特别是暴雨遭受天文大潮时，研究区域受灾程度更重。     

基于视觉注意机制的洪涝淹没区遥感识别方法

依据视觉注意机制,结合洪涝淹没区以色彩可视化表达的时空过程变化特性,构建凸显淹没区视觉显著性的专题信息增强图像,对此应用NBS色差距离系数,使得同质像元在空间上集聚形成显著区域,然后采用基于视觉色差检测的图像聚类技术,开展大范围洪涝淹没区的遥感识别及信息提取,并利用能够同时兼顾遥感错分和漏分信息的复合分类精度系数(composite classification accuracy,CCA)进行识别精度评价。应用上述方法对长江中游2016年夏季洪灾进行了遥感监测试验,并采用误差混淆矩阵法对同一识别对象(洪水淹没区)不同遥感分类方法的可信度进行了评价,结果显示该次试验的Kappa系数和CCA系数各为93.4%和88.5%,较传统的洪水淹没区遥感识别技术都高出5%左右。在2016年长江中游夏季洪灾中,渍水农田面积约19 143.35 hm~2,淹没区面积则高达142 157.5 hm~2,其中被淹水稻占16.6%(约23 579 hm~2),并且绝大部分位于长江沿岸以及府河和汉江等长江支流沿线地势低洼的滨河滨湖地带;武汉市受灾最为严重,该市以34 492 hm~2的洪涝淹没区面积居于各受灾县市之首,占研究区域全部受灾面积的24.26%。基于选择性视觉注意机制的洪涝淹没区遥感识别方法,能够有效提高大范围洪涝淹没区的遥感信息提取精度,较好地解决了淹没区与水域之间的错分现象;基于洪灾前后遥感信息融合的洪涝过程可视化表达,不仅能够实现淹没区不同于水体的时空变化特性的数据化,从而便于开展淹没区的计算机视觉检测,而且还在凸显淹没区视觉显著性的同时,较好地抑制背景冗余信息,尤其能降低将淹没区视同水域进行遥感分类检测时的不确定性。     

洞庭湖在呼救—洞庭湖水患成因及防治对策的探讨

湖南省洞庭湖区是1991年我国严重洪涝灾害地区之一。笔者在水灾之后进行了反思。并在深入实地调查研究的基础上,探讨了该区水患的成因及根治洞庭湖水患的战略措施。     

湖南省山丘区生态灌溉体系刍议

从湖南省山丘区的特点出发:根据生态学和系统工程的原理;在充分利用雨水的基础上,研究灌溉问题。对缓解湖南省山丘区用水矛盾、减少水土流失、防止旱涝灾害、改善生态环境有着重要的意义。     

基于GIS的武陵山区洪水灾害风险评估

武陵山区是我国14个集中连片特困区之一,跨省交界面大、少数民族聚居多、贫困人口分布广,该区域内洪水灾害频发,使得"因灾致贫、因灾返贫"现象较为突出,对区域经济发展造成较大的阻力。本文基于灾害系统学原理,构建了适合区域成灾特点的风险评估指标体系,采用风险评估模型,对武陵山区洪水灾害风险进行评估。研究结果表明：尽管区域洪灾易发,但承灾体脆弱性较低,致使武陵山区洪水灾害风险等级全区总体水平较低,高风险区呈东北-西南向条带状分布,从东南向西北,依次有：东南部的涟源市、冷水江市、新化县、隆回县、邵阳县、洞口县、武冈市高风险区;中部的石门-慈利-沅陵-芦溪-辰溪-溆浦-麻阳-芷江一线高风险区,西北部的丰都-石柱西北部高风险区。     

四川省水稻综合气象灾害风险区划

本文利用1981—2012年四川省82县的水稻单产资料,采用HP滤波法,进行水稻气象产量分离,分歉收年和成灾年两个年型,研究四川省水稻单产平均减产率、减产率变异系数和不同等级减产率风险概率的空间分布特征,并基于成灾年风险区划指标,开展四川省水稻综合气象灾害风险区划。结果表明:HP滤波法可用于四川省水稻气象产量分离,四川省水稻气象产量具有显著的准4 a、7 a周期振荡特征。平均减产率从西南向东北方向呈现"高–低–高"分布特征,80%以上县歉收年平均减产率介于2%～7%,成灾年平均减产率介于6%～15%。各县歉收年减产率变异系数介于0.6～2.2,成灾年减产率变异系数介于0～1.2;减产率变异系数相对高值区位于西南山地西部、盆地南部和盆地北部山地。各级减产率风险概率大值区主要集中于广元和巴中地区,还包括盐亭、古蔺、盐源、越西等县。四川省水稻综合气象灾害高风险区主要分布于盆地北部、盆地南部和西南山地西部等山区,中等风险区主要分布于盆地丘陵区及盆周低山区,低风险区主要分布于盆地平原、浅丘区和凉山州中东部。风险区划结果与四川省气象灾害分布和水稻农业气象灾害分布的研究成果相吻合,可为四川省水稻防灾减灾提供科学依据和重要参考。     

兰州地区500余年来旱涝变化规律分析

旱涝是影响兰州及其周边地区的频发性自然灾害。利用兰州地区1470—2008年间旱涝等级序列,借助累积距平法、滑动T检验和小波分析等方法,研究了500余年来兰州地区旱涝变化分布特征与发展规律。结果表明:兰州地区旱涝演变存在1580—1721年、1757—1789年、1891—1930年的3个显著干旱阶段和1533—1580、1721—1757年、1789—1891、1953—1961年的4个显著洪涝阶段,且旱多于涝;兰州地区旱涝序列存在年代际尺度和百年尺度的突变;不同时间尺度上正负相位交替出现,波动明显,兰州地区旱涝变化的第一、二、三主周期分别为108 a、39 a和13 a;1951—2008年,由于气温升高、降水减少,兰州地区旱涝气候变化表现为干旱化趋势。     

唐代陕西黄土高原中南部地区洪涝灾害与气候特征

鉴于洪涝灾害对陕西黄土高原中南部地区的生态建设与经济发展影响重大,基于洪灾历史文献记录,结合数理统计、距平分析、连续小波变换及湿润指数等方法,对唐代(公元618—907年)陕西黄土高原中南部地区洪灾发生规律与气候变化进行了分析。结果表明:洪灾发生频次可分为4个阶段:618—637年与728—847年为洪灾高频期; 638—727年与848—907年为洪灾低频期; 受夏季风影响,洪灾发生频次整体变化趋势呈波动下降趋势; 洪灾等级具有2～5 a,5～9 a,20～30 a及52～80 a的周期,推测洪灾的发生与ENSO及PDO正负相位存在一定联系; 空间上,崂山以南的黄土高原沟壑区为洪灾多发区; 气候干湿特征表现为618—637年气候偏湿,638—837年整体偏干但存在10 a及20 a尺度气候偏湿的时期,838—907年以约10 a尺度进入干湿交替状态。唐代陕西黄土高原中南部地区较大洪灾年份与降水持续时间较长、暴雨这类极端降水事件及气候波动频繁存在联系。     

沂河径流非线性变化特征对气候变化的响应

[目的]研究沂河水文和气候因子在不同时间尺度上的非线性变化特征,为进一步了解径流对气候变化的复杂响应过程提供理论依据。[方法]采用集合经验模态分解(EEMD)、Mann-Kendall检验、相关分析和线性回归等分析方法。[结果]1951—2013年沂河径流呈显著下降态势(p0.01),下降速率为3.33×108 m3/10a,但在1976年前后径流则呈相反变化趋势。同时,径流可分解为4个经验模态分量(IMF),其中在年际尺度上(周期为3和6a)的变化对径流总体变化的贡献率较大,为58%,其次是在数年代际(周期为31a)尺度上的变化,贡献率为11%,而在年代际(周期为13a)尺度上的变化对径流总体变化的贡献较小,仅为6%。故径流变化的非线性变化趋势对径流变化的贡献率为25%。[结论]气候因子在不同时间尺度上对径流的作用方式和影响机理具有明显差异,其中在年代际和数年代际尺度上气候因素与径流关系更为密切。